1. Желћзо.
Желћзо встрћчается на землћ и въ самородномъ состояніи, но въ такихъ ничтожныхъ количествахъ, что о техническомъ примћненіи его не можетъ быть и рћчи. Такъ же рћдко встрћчается метеорное желћзо, попадающее на землю изъ мірового пространства. Это желћзо во всякомъ случаћ содержитъ незначительныя подмћси никкеля и нћкоторыхъ другихъ металловъ. Гораздо чаще падаютъ метеориты, имћющіе сложный составъ и содержащіе около 1/3 всћхъ извћстныхъ на землћ элементовъ. Любопытно, что въ составћ ихъ принимаютъ участіе только тћ соединенія и элементы, которые извћстны и на землћ. Это свидћтельствуетъ намъ объ единствћ состава всћхъ міровыхъ тћлъ.
Метеориты не что иное, какъ мелкія міровыя тћла, вращающіяся около солнца и падающія на землю вслћдствіе притягательнаго дћйствія послћдней. Иногда наблюдаются цћлые дожди падающихъ звћздъ; обыкновенно они происходятъ въ промежутокъ времени между 10 августа и 13 ноября. Очевидно, въ это время земля проходитъ черезъ скопленія такихъ міровыхъ тћлъ. Точныя наблюденія показали, что пути послћднихъ далеко не произвольны, откуда слћдуетъ, что тћла эти вращаются около солнца.
Вступая въ область притягательнаго дћйствія земли, метеориты обладаютъ огромною скоростью. Послћдняя въ нћкоторыхъ {375} случаяхъ бываетъ даже больше скорости поступательнаго движенія планетъ. Такъ, напр., пултускій метеоритъ проходилъ по 7,25 миль въ секунду, между тћмъ какъ Меркурій въ то же время проходитъ 6,41 мили. По мћрћ приближенія къ землћ первоначальная скорость метеорита уменьшается вслћдствіе сопротивленія воздуха, и когда, наконецъ, она сдћлается равною нулю, метеоритъ слћдуетъ обыкновеннымъ законамъ паденія. Поэтому, достигши поверхности земли, только очень тяжелые метеориты глубоко внћдряются въ почву; напротивъ того, болће мелкіе и легкіе оставляютъ на мћстћ паденія только незначительный слћдъ. Вслћдствіе громадной скорости движенія, метеориты сильно накаливаются, они сдавливаютъ находящійся передъ ними воздухъ, который поэтому нагрћвается до высокой температуры и, устремляясь въ пустое пространство позади метеорита, окружаетъ послћдній накаленною атмосферой; метеоритъ начинаетъ плавиться и испускать свћтъ. Когда онъ достигаетъ поверхности земли, окружающая его атмосферная оболочка мгновенно охлаждается и сжимается, а въ пустое пространство устремляется холодный воздухъ; вслћдствіе этого происходитъ сильный звукъ. Изъ сказаннаго понятно, почему метеориты окружены оболочкою сплавленныхъ минераловъ. Впрочемъ, послћдняя можетъ быть наблюдаема только въ тћхъ случаяхъ, когда метеоритъ въ цћломъ видћ достигаетъ земли; не надо забывать, что весьма часто эти пришельцы съ далекихъ міровъ раздробляются въ атмосферћ, и съ намъ достигаютъ только о6ломеи ихъ.
Число камней, падающихъ одновременно, бываетъ различно; иногда находятъ только одинъ метеоритъ, иногда нћсколько, иногда цћлую массу. Во время каменнаго дождя у л'Эгля въ Нормандіи, происходившаго 23 апрћля 1803 года, упало около 3,000 отдћльныхъ метеоритовъ, которые покрыли пространство, имћющее форму элипсиса съ большою осью въ 12 километр. Приблизительно такое же огромное количество метеоритовъ выпало въ 1866 г. въ Княгиніи въ Венгріи. Что же касается грандіознаго огненнаго дождя въ Пултускћ, происшедшаго въ 1868 году 30 января, то по количеству выпавшихъ камней онъ превосходитъ всћ извћстные намъ звћздные дожди.
Величина и вћсъ метеоритовъ весьма различны, но въ большинствћ случаевъ они незначительны. Самые большіе метеориты были до сихъ поръ встрћчены въ Бразиліи: — вћсъ одного изъ нихъ достигалъ 2,250 килограммовъ, другого — 7,000 килограммовъ. Оба состоятъ изъ желћза. Такіе огромные метеориты — большая рћдкость. Въ другихъ мћстностяхъ было встрћчено только нћсколько экземпляровъ, вћсомъ въ 200–300 килограммовъ; очень немногіе достигаютъ 50 килограммовъ, большинство же по своему вћсу стоитъ ниже этой цифры. Неоднократно наблюдалось паденіе чрезвычайно мелкихъ метеоритовъ, — такъ называемой метеорной пыли. Такъ, {376} напр., въ Швеціи на снћгу былъ встрћченъ слћдъ черной пыли. Какъ показало изслћдованіе, она состояла изъ частичекъ желћза метеорнаго происхожденія. Однимъ изъ самыхъ замћчательныхъ метеоритовъ является „черный камень”, вмуравленный въ южный уголъ Каабы въ Меккћ; высота его — 2 метра.
Къ числу замћчательныхъ по величинћ метеоритовъ относится такъ называемое Палласово желћзо, открытое оберштейгеромъ Меттихомъ въ Енисейской губерніи. Первоначальный вћсъ его 42 пуда. Главная масса этого желћза хранится въ Петербургћ въ Императорской Академіи Наукъ. Когда она упала — совершенно неизвћстно.
Вернемся съ нашей землћ и разсмотримъ главнћйшія желћзныя руды.
а) Первую группу составляютъ такъ называемыя окисныя руды, куда относятся различныя соединенія желћза съ кислородомъ. Низшая степень окисленія*) — закись желћза (FeO) никогда не встрћчается въ видћ руды; напротивъ того, высшая форма, окись (Fе2О3), образуетъ нћсколько различныхъ рудъ. Главнћйшія изъ нихъ, — желћзный блескъ и красный желћзнякъ. Желћзный блескъ встрћчается въ видћ хорошо образованныхъ ромбоэдрическихъ кристалловъ съ гладкими блестящими гранями. Лучшими мћсторожденіями его считаются Эльба, С. Готардъ, Сысертскій заводъ и Везувій. Красный желћзнякъ, важнћйшая окисная руда, является обыкновенно въ видћ скрытно-кристаллическихъ массъ сћровато-краснаго цвћта. Почковидная разность этого минерала съ лучистымъ строеніемъ извћстна подъ именемъ черной стеклянной головы. Если красный желћзнякъ содержитъ подмћсь глины и вслћдствіе этого пріобрћтаетъ землистое строеніе, то онъ носитъ названіе охристаго краснаго желћзняка. Окисныя руды желћза содержатъ въ среднемъ около 7% металла.
Промежуточную степень окисленія между закисью и окисью представляетъ магнитный желћзнякъ. Онъ встрћчается обыкновенно въ видћ зернистыхъ и плотныхъ массъ чернаго цвћта съ металлическимъ блескомъ. Хорошо образованные кристаллы этого минерала попадаются крайне рћдко. Отличительнымъ признакомъ магнитнаго желћзняка служитъ его способность притягивать мелкіе желћзные предметы. Впрочемъ, полярный магнетизмъ выраженъ въ немъ далеко не рћзко.
Магнитный желћзнякъ содержитъ около 72% металла и является одною изъ прекрасныхъ желћзныхъ рудъ. Лучшими мћсторожденіями его считаются горы Благодать, Магнитная и Высокая на Уралћ, Даннемора въ Швеціи. Арендель въ Норвегіи и друг. {377} Уральскія мћсторожденія (рис. 231) магнитнаго желћзняка, можно сказать, являются классическими не только въ Россіи, но и во всемъ свћтћ.
Магнитная гора лежитъ на р. Уралћ, въ Верхнеуральскомъ у.; она вытянута съ сћвера на югъ на 4 версты и сложена изъ ортоклазоваго порфира, брекчевидныхъ породъ и т. п. Мощные выходы магнитнаго желћзняка находятся въ южной половинћ горы на обоихъ склонахъ ея; повидимому, они принадлежатъ двумъ штокообразнымъ массамъ отъ 11/2 до 2 верстъ въ діаметрћ. Руда здћсь содержитъ до 66% и болће желћза. Гора Благодать,*) лежащая у самаго Кушвинскаго завода, имћетъ до 1,154 фут. высоты. Она также вытянута въ меридіональномъ направленіи, но не болће какъ на 2 версты. Западный склонъ Благодати, лишенный магнитнаго желћзняка, сложенъ изъ разныхъ зелено-каменныхъ породъ (прим. стр. 112) восточный же, богатый рудой, образованъ сильно разрушенными ортоклазовыми породами. Именно на этомъ склонћ, равно какъ и на вершинћ, находятся громадные штоки магнитнаго желћзняка. Здћшняя руда содержитъ около 52–58% желћза. Наконецъ, Высокая гора, имћющая въ длину около 2 и въ ширину около 11/2 верстъ состоитъ главнымъ образомъ изъ известняковъ, разныхъ обломочныхъ породъ и глинистыхъ сланцевъ. Кромћ того, на западномъ склонћ залегаютъ мощныя бурыя г.шны, являющіеся продуктомъ вывћтриванія ортоклазовыхъ породъ. Въ непосредственной связи съ этими глинами стоитъ залежь магнитнаго желћзняка, имћющая форму огромнаго штока. Эта руда содержитъ 63–69% желћза. Какъ ни огромны залежи магнитнаго желћзняка въ трехъ названныхъ горахъ, тћмъ не менће главною уральскою рудою является бурый желћзнякъ, о которомъ скажемъ ниже. Кромћ Урала, залежи матнитнаго желћзняка извћстны въ Россіи у Кривого Рога и въ Корсакъ-Могилћ Херсонской губерніи.
Соединяясь съ водою, окись желћза превращается въ гидрокись (Fe2O3 + 3Н2O = H6Fe2O3). Красный цвћтъ ея измћняется при этомъ въ желто-бурый. Если путемъ нагрћванія мы снова выдћлимъ воду, то возстановится прежній цвћтъ окиси. Поэтому желтая глина при обжиганіи даетъ красный кирпичъ. Въ природћ водная окись желћза (гидрокись, гидратъ окиси) встрћчается въ различныхъ видахъ. Для насъ особенный интересъ представляетъ бурый желћзнякъ, обыкновенно являющійся въ видћ плотныхъ или землистыхъ массъ. Разность этой руды, обладающая жилковатымъ или лучистымъ строеніемъ, носитъ названіе бурой стеклянной головы. Иногда бурый желћзнякъ образуетъ рыхлыя мелко-зернистыя массы, — такъ называемую желћзную охру. Вслћдствіе подмћси {378} кремнекислоты, бурый желћзнякъ пріобрћтаетъ раковистый изломъ и жирный блескъ на плоскостяхъ излома; такая разность носитъ названіе шлаковиднаго бураго желћзняка. Бурый желћзнякъ — одна изъ самыхъ распространенныхъ рудъ. Мћсторожденія ея извћстны на Уралћ (около 3,000), въ Штиріи, Каринтіи, въ прирейнской Пруссіи, на Гарцћ, въ Вогезахъ, Шварцвальдћ, Тюрингскомъ Лћсћ и др. мћстахъ.
Своеобразнымъ качествомъ отличается такъ называемая дерновая руда, главнымъ образомъ также состоящая изъ водной окиси желћза. Какъ внћшніе ея признаки, такъ и химическій составъ чрезвычайно разнообразны. Цвћтъ дерновыхъ рудъ — темно-желтый, чернобурый и даже смолисто-черный. Кромћ водной окиси желћза, онћ содержатъ въ себћ иногда 90–95% песка и въ этомъ случаћ получаютъ названіе ортштейна. Иногда въ составћ ихъ видное участіе принимаетъ глина; кромћ того, наблюдается примћсь фосфорной кислоты, кремнекислоты и органическихъ веществъ. Наконецъ, дерновыя руды заключаютъ въ себћ различныя гальки, листочки слюды и другія постороннія тћла. Дерновыя руды встрћчаются въ богатыхъ влагою низменностяхъ сћвернаго полушарія, при чемъ распространеніе ихъ дћлается все шире по мћрћ удаленія отъ экватора. Въ огромномъ изобиліи извћстны онћ въ Сћверной Германіи, въ Даніи, Швеціи, Финляндіи и Олонецкомъ краћ. На днћ озеръ и болотъ, въ почвћ прирћчныхъ низинъ и сырыхъ луговъ, эти руды или залегаютъ сплошными слоями мощностью выше 1 метра, или же образуютъ отдћльные почковидные аггрегаты, нерћдко занимающіе площадь въ нћсколько квадратныхъ километровъ. Темный охристый осадокъ олонецкихъ, финляндскихъ и шведскихъ озеръ носитъ названіе озерной руды. Процессъ образованія этихъ рудъ чрезвычайно простъ: кислоты, образующіяся при разложеніи растеній, растворяютъ содержащееся въ почвћ желћзо. Приходя въ соприкосновеніе съ кислородомъ воздуха, эти кислоты превращаются въ углекислоту, которая и выдћляется въ газообразномъ состояніи. Остающаяся водная окись желћза садится на дно.
Наглядное свидћтельство о существованіи въ природћ такого именно процесса мы находимъ нерћдко въ ярко-окрашенныхъ окисью желћза пестрыхъ песчаникахъ. Въ тћхъ мћстахъ, гдћ когда-то проходили въ нихъ корни растеній, теперь уже сгнившіе, остались характерные вћтвистые ходы, почти всегда окруженные тонкою полоской бћлаго песка. Нћтъ ни малћйшаго сомнћнія, что этотъ бћлый цвћтъ произошелъ вслћдствіе того, что красящее вещества песчаника — желћзо — было извлечено гніющими корнями растеній и унесено водою.
Озерныя и дерновыя руды весьма легкоплавки, и потому имъ въ широкихъ размћрахъ пользуются въ Россіи для выдћлки гвоздей, сошниковъ и т. п. {379}
Въ отложеніяхъ русскихъ рћчныхъ поймъ и въ массахъ дюннаго песка нерћдко встрћчаются вћтвистыя желћзистыя трубочки — такъ называемая трубчатая руда. Состоятъ онћ изъ бурой окиси желћза съ примћсью песка и по своей толщинћ всего чаще приближаются къ гусиному перу. Развћтвленія и форма трубочекъ какъ нельзя болће напоминаютъ намъ подземныя части тальника, столь обыкновеннаго кустарника рћчныхъ поймъ и дюнъ. Мћстами внутри этихъ желћзистыхъ трубочекъ сохранились даже растительные остатки. Какъ же объяснить концентрированіе бурой окиси
желћза около подземныхъ частей растеній и образованіе этихъ полыхъ цилиндриковъ? Воды, богатыя раствореннымъ въ нихъ двууглекислымъ желћзомъ, пропитываютъ рыхлыя породы, по которымъ текутъ, а вмћстћ съ ними и заключенные въ ихъ толщћ растительные остатки. Въ нћжной древесной корћ тальника и нћкоторыхъ другихъ растеній растворенная соль закиси желћза встрћчаетъ подходящія условія для своего осажденія: при гніеніи этой коры, богатой азотомъ, развивается между прочимъ амміакъ. Послћдній поглощаетъ углекислоту и переводитъ двууглекислую соль желћза въ нерастворимую одноуглекислую, которая и осаждается. {380} Затћмъ совершается новый притокъ кислой соли, которая опять осћдаетъ, и такъ продолжается до тћхъ поръ, пока развивается амміакъ и существуетъ притокъ раствореннаго желћза. Если нћтъ выдћленія амміака, то невозможенъ и весь описанный процессъ; оттого мћста, занятыя прежде древесиной и сердцевиной, не могущими развивать при гніеніи амміакъ, образуютъ пустоту, — и желћзо отлагается въ видћ полой трубочки. Переходъ углекислаго желћза въ бурую окись, какъ уже ясно изъ сказаннаго выше, совершается очень просто: для этого требуется только кислородъ и вода, въ которыхъ не можетъ быть недостатка.
b) Вторую группу составляютъ кислотныя руды. Для насъ особенный интересъ представляетъ углекислое желћзо (FeCO3). Являясь въ видћ хорошо образованныхъ кристалловъ, минералъ этотъ носитъ названіе желћзнаго шпата. Скрытно-кристаллическая разность его съ зернистымъ строеніемъ называется шпатовымъ желћзняком; наконецъ, полушаровидные аггрегаты углекислаго желћза извћстны подъ названіемъ сферосидеритовъ, Цвћтъ этого минерала желтовато-сћрый, горохово-желтый и желтовато-бурый. Кристаллы имћютъ форму ромбоэдровъ. Вслћдствіе содержанія углекислоты, въ этой рудћ металла не болће 50%; по той же причинћ всћ разновидности углекислаго желћза легче кислородныхъ рудъ; удћльный вћсъ ихъ не болће 4.
Тћмъ не менће это одна изъ лучшихъ желћзныхъ рудъ. Она легко выплавляется и даетъ желћзо превосходныхъ качествъ. Желћзный шпатъ и всћ близкія къ нему разности имћютъ широкое, повсемћстное распространеніе. Примћромъ могутъ служить мћсторожденія въ Карпатахъ, въ Вестфаліи, въ Верхней Силезіи, Штиріи, Каринтіи, на Гарцћ и въ другихъ мћстахъ. Въ Россіи руды этого типа распространены въ Екатеринославской губерніи, въ области Войска Донского, въ центральной Россіи, главнымъ образомъ въ Калужской и Владимірской губерніяхъ; онћ встрћчаются также въ Польшћ, въ Вятской губ. и на Уралћ.
Среди нечистыхъ разностей шпатоваго желћзняка заслуживаетъ упоминанія углистый желћзнякъ (по англійски „black-band”). Это — плотная порода, содержащая въ видћ подмћси глину и окрашенная углистыми веществами въ темный цвћтъ. Она залегаетъ среди каменноугольныхъ осадковъ Англіи, Шотландіи, Вестфаліи, Венгріи и др. странъ.
Что касается происхожденія шпатоваго желћзняка, сферосидеритовъ и т. п., то, повидимому, они представляютъ отложенія проточныхъ водъ, происходившія при маломъ доступћ воздуха, напр., въ глубокихъ частяхъ земной коры.
c) Къ третьей группћ относятся сћрнистыя руды, среди которыхъ главное мћсто принадлежитъ сћрному или желћзному колчедану, иначе пириту (FeS2). Для выработки желћза эта руда {381} почти совсћмъ непригодна, такъ какъ вслћдствіе подмћси сћры получаемый металлъ бываетъ слишкомъ хрупокъ; тћмъ не менће этотъ минералъ имћетъ значеніе въ заводской практикћ (см. ниже).
Сћрный колчеданъ иногда образуетъ самостоятельныя залежи, иногда же является вкрапленнымъ въ другія породы, главнымъ образомъ въ глины и угли. Кристаллы его обыкновенно имћютъ кубическую форму; гораздо рћже встрћчаются октаэдры и пентагональные додекаэдры. Всего чаще разсматриваемый минералъ является въ шаровидныхъ, гроздевидныхъ, почковидныхъ и натечныхъ формахъ. Весьма часто пиритъ служитъ оруденяющимъ веществомъ различныхъ органическихъ остатковъ. Цвћтъ его свћтло-желтый съ золотистымъ блескомъ.
Сћрный колчеданъ широко распространенъ въ природћ; однако онъ очень рћдко образуетъ самостоятельные пласты и въ большинствћ случаевъ встрћчается среди другихъ породъ. Трудно назвать такую породу, въ которой бы онъ совершенно отсутствовалъ. Обыкновенно его находятъ въ гранитахъ, діоритахъ, мелафирахъ, глинистыхъ и хлоритовых сланцахъ. Очень часто онъ образуетъ въ каменныхъ угляхъ золотисто-желтыя стяженія и своимъ присутствіемъ способствуетъ ихъ самовоспламененію. Наиболће замћчательными мћсторожденіями сћрнаго колчедана считаются островъ Эльба, Траверселла въ Пьемонтћ, Шемницъ, Фрейбергъ, Фалунъ (Швеція), Березовскій рудникъ, Питкаранда въ Финдяндіи и др. Здћсь встрћчаются превосходнћйшіе кристаллы этого минерала.
Въ близкомъ родствћ съ сћрнымъ колчеданомъ находится марказитъ. Оба минерала тождественны по своему составу, въ послћднемъ, впрочемъ, содержится незначительная подмћсь односћрнистаго желћза (FeS). Тћмъ не менће кристаллографическая форма ихъ совершенно. различна. Марказитъ является въ видћ табличекъ, пирамидокъ и столбиковъ ромбической системы. Впрочемъ, хорошо образованные кристаллы его довольно рћдки; подобно пириту, онъ образуетъ шаровидныя, гроздевидныя и почковидныя формы и нерћдко служитъ также оруденяющимъ веществомъ. По твердости марказитъ стоитъ немного ниже пирита и при ударћ a сталь труднће даетъ искры. Цвћтъ его также золотисто-желтый, но зеленоватый оттћнокъ выраженъ рћзче, чћмъ у пирита. Марказитъ распространенъ такъ же широко, какъ и сћрный колчеданъ, но гораздо рћже встрћчается среди кристаллическихъ породъ; обыкновенно онъ образуетъ стяженія въ песчаникахъ, сћро-вакковыхъ сланцахъ, въ каменныхъ и бурыхъ угляхъ, даже въ торфяныхъ болотахъ и въ сћровато-черномъ илћ глубокихъ навозныхъ ямъ, вообще тамъ, гдћ присутствуютъ разлагающіяся органическія вещества. Здћсь онъ образуется, повидимому, путемъ раскисленія желћзнаго купороса, который присутствуетъ во всякой стоячей {382} водћ; разлагающееся органическое вещество отнимаетъ кислородъ и такимъ образомъ превращаетъ купоросъ (FeSO4) въ сћрнистое желћзо (FeS2).
Существованіе такихъ процессовъ въ природћ наглядно подтверждается свидћтельствомъ Бишофа, который наблюдалъ на деревянныхъ подпоркахъ рудниковъ кристаллики сћрнаго колчедана. Съ другой стороны извћстенъ случай, когда мышь, попавшая въ растворъ желћзнаго купороса, съ теченіемъ времени покрылась отложеніями того же минерала. Очевидно, и въ томъ, и въ другомъ случаћ дћятелемъ такихъ любопытныхъ превращеній является сгнивающее органическое вещество.
Наоборотъ, въ присутствіи воды и воздуха пиритъ и марказитъ окисляются, превращаясь въ желћзный купоросъ, который переходитъ въ растворъ. Такіе желћзосодержащіе растворы, циркулируя по поверхности и въ трещинахъ породъ, даютъ начало другимъ желћзнымъ рудамъ. Такъ, поглощая углекислоту или встрћчаясь съ углекислыми солями, они осаждаютъ шпатовый желћзнякъ или сферосидеритъ, который, при доступћ воздуха, отдаетъ свою углекислоту и превращается въ бурый желћзнякъ. Такимъ именно образомъ произошли руды центральной Россіи. Залегая въ глубинћ земли, среди породъ различнаго возраста, онћ тћмъ не менће обязаны своимъ происхожденіемъ гидрохимическимъ процессамъ, которые розыгрывались впослћдствіи и продолжаются въ настоящее время.
Свидћтелемъ тћхъ разнообразныхъ, а подчасъ и запутанныхъ превращеній, которымъ подвергаются соединенія желћза въ природћ, служатъ такъ называемыя псевдоморфозы или ложные кристаллы. Такъ, напр., нерћдко встрћчается водная окись желћза (минералъ гетитъ, ромбическ. сист.) въ формћ кристалловъ сћрнаго колчедана. Ложность этихъ любопытныхъ образованій ясна уже изъ того, что подъ микроскопомъ они обнаруживаютъ всћ свойства аггрегата, состоящаго изъ мелкихъ ромбическихъ кристалловъ. Такимъ образомъ, внћшняя кубическая форма является какъ бы случайной. Нћтъ ни малћйшаго сомнћнія, что передъ нами измћненный сћрный колчеданъ: составъ его измћнился, a вмћстћ съ тћмъ и всћ свойства, внћшняя же общая форма осталась. Извћстны точно такія же псевдоморфозы бураго желћзняка, обладающія формой желћзнаго шпата. Вообще исторія разныхъ желћзныхъ рудъ представляется часто весьма сложной, и здћсь мы вступаемъ въ одинъ изъ самыхъ любопытныхъ тайниковъ великой лабораторіи природы. Въ общемъ круговоротъ желћза въ природћ представляется въ слћдующемъ видћ: вынесенное изъ земныхъ нћдръ дћйствіемъ вулканическихъ силъ, оно вымывается водою (рћками, ключами) изъ своихъ коренныхъ мћсторожденій и, превращаясь въ растворимыя соли, отлагается въ новыхъ мћстахъ {383} въ формћ различныхъ рудъ. Частью желћзосодержащіе растворы поглощаются растеніями и животными и по смерти ихъ снова поступаютъ въ круговоротъ природы. Значительная часть желћза, извлеченная человћкомъ для удовлетворенія его нуждъ, испытавъ рядъ разнообразныхъ превращеній на фабрикахъ и заводахъ, снова цћликомъ или частію возвращается природћ.
Желћзный колчеданъ, — пиритъ и марказитъ служатъ въ техникћ для добыванія желћзнаго купороса (FeSO4), сћрной кислоты (H2SO4) и красной краски, представляющей чистую окись желћза (Fe2O3). Превращеніе колчедановъ въ желћзный купоросъ происходитъ при дћйствіи влажнаго и теплаго воздуха. Сћрнистое желћзо, поглощая кислородъ, окисляется, при чемъ образуется не только желћзный купоросъ, но и свободная сћрная кислота (FeS2+7O + H2O = FeSO4 + H2SO4). Если мы положимъ кусокъ колчедана на бумагу и помћстимъ его въ сырое мћсто, то бумага прогоритъ отъ дћйствія образующейся сћрной кислоты.
Для полученія желћзнаго купороса на практикћ поступаютъ такъ: руда складывается въ ямы, стћнки которыхъ обложены глиною, и здћсь остается нћсколько лћтъ. Дћйствіемъ атмосфернаго воздуха образуется желћзный купоросъ и свободная сћрная кислота. Дождевая вода, собираясь въ ямахъ, растворяетъ и то и другое. Отсюда она стекаетъ мало-по-малу въ сосћдній резервуаръ, въ которомъ находятся желћзные отбросы; растворяя ихъ, свободная сћрная кислота также превращается въ купоросъ (H2SO4+Fe=FeSO4+H2). Изъ второго резервуара растворъ перекачивается въ большія чаши, въ которыхъ онъ выпаривается до кристаллизаціи.
Для полученія сћрнистой, сћрной кислоты и ихъ солей желћзный колчеданъ накаливается въ особыхъ печахъ при доступћ воздуха. Образуется сћрнистый газъ (SO2), на мћстћ же остается окись желћза, употребляемая, какъ краска. Выдћляющійся сћрнистый газъ перерабатывается далће въ сћрнистую, сћрную кислоту и ихъ соли.
Познакомимся теперь съ заводскими способами полученія металлическаго желћза. Необходимо замћтить, что въ противоположность другимъ металламъ химически чистое желћзо не находитъ практическаго примћненія, такъ какъ оно слишкомъ мягко. Для сообщенія надлежащей твердости его соединяютъ съ углеродомъ. Впрочемъ, люди умћли получать хорошее желћзо раньше, чћмъ они познакомились съ углеродомъ. Это случилось само собой. Наши отдаленные предки добывали этотъ металлъ путемъ обжиганія его рудъ на древесномъ топливћ: выдћляющееся желћзо соединялось съ углемъ и пріобрћтало такимъ образомъ надлежащія свойства. Желћзо, содержащее 3–5% углерода, носитъ названіе чугуна, въ обыкновенномъ же кузнечномъ желћзћ содержится не {384} болће 1/2% углерода. Промежуточное мћсто между тћмъ и другимъ занимаетъ сталъ, заключающая въ себћ 11/2% углерода. Такимъ образомъ, изъ одной и той же руды можно получить всћ три сорта металла.
[b]Полученіе металлическаго желћза сводится къ отдћленію постороннихъ веществъ, связанныхъ съ нимъ механически и химически. Изъ числа первыхъ слћдуетъ назвать глину, кремнеземъ ж известь. По мћрћ возможности до выплавки ихъ отдћляютъ отъ массы руды. Для этой цћли послћдняя раздробляется въ мелкіе куски. Изъ нихъ поступаютъ въ обработку только тћ, которые состоятъ почти изъ чистой руды, остальные выбрасываются. Если подмћсь рыхла (напр., глина), то она отдћляется промывкою; раздробленная руда складывается въ ручей, воды котораго уносятъ всћ мельчайшія механическія подмћси. Послћ этого руда въ большинствћ случаевъ подвергается накаливанію, но еще не доводится до температуры плавленія. Цћль этой операціи — удалить вещества, которыя при выплавкћ будутъ поглощать лишнее тепло, именно воду (изъ бурыхъ желћзняковъ), углекислоту (изъ шпатоваго желћзняка) и органическія вещества (изъ углистыхъ желћзняковъ). Одновременно съ этимъ окисляется и улетучивается сћра, присутствующая въ незначительномъ количествћ почти во всякой рудћ.
Послћ этого приступаютъ къ выплавкћ металла. Первая задача этой операціи — выдћлить въ видћ шлаковъ оставшіяся подмћси; иначе онћ скоро загромоздили бы печь. Какъ извћстно, глина, кремнеземъ и известь сами по себћ не плавятся, но въ смћси другъ съ другомъ они даютъ легкоплавкую массу. Въ рћдкихъ случаяхъ всћ эти вещества находятся въ рудћ въ надлежащей пропорціи. Въ большинствћ случаевъ то или другое изъ нихъ надо прибавить. Такая подмћсь носитъ названіе плавня или флюса.
Топливомъ при выплавкћ рудъ служитъ коксъ или древесный уголь; рћже пользуются каменнымъ и бурымъ углемъ, деревомъ и торфомъ, такъ какъ они, будучи бћднће углеродомъ, даютъ менће жара и, кромћ того, поглощаютъ еще теплоту при обугливаніи. Въ химическомъ смыслћ древесный уголь — топливо болће удобное, чћмъ коксъ, такъ какъ онъ имћетъ постоянный составъ, даётъ меньше золы и воды, не содержитъ вредныхъ подмћсей, напр., сћры. Но такъ какъ древесный уголь очень дорогъ, то въ настоящее время исключительно пользуются коксомъ.
Выплавка желћзныхъ рудъ производится въ такъ называемыхъ доменныхъ печахъ или домнахъ (см. рис. 232). Познакомимся съ ихъ устройствомъ. Внутреннее пространство домны имћетъ форму бочки (рис. 233), т. е. оно въ серединћ расширено и суживается какъ кверху, такъ и книзу. Стћнки его выложены огнеупорнымъ {385} матеріаломъ. Верхнее отверстіе печи называется колошникомъ, самая широкая часть ея — распаромъ, пространство между колошникомъ и распаромъ — шахтою. Нижняя суженная часть печи образуетъ горнъ; пространство между горномъ и распаромъ носитъ названіе заплечиковъ. Въ горнћ два отверстія: верхнее служитъ для выхода шлаковъ, нижнее для выпуска полученнаго металла[/b]. Высота
доменныхъ печей зависитъ отъ способа отопленія ихъ и колеблется между 8 и 30 метрами. Домны, отапливаемыя коксомъ, имћютъ наибольшую высоту. Максимальная ширина печи бываетъ въ горнћ — 3 метра, въ распарћ — 9 метровъ и въ колошникћ — 6 метровъ. Между внутренними стћнками шахты и наружными (такъ называемымъ „кожухомъ”) — находится пустое пространство, заполняемое плохими проводниками тепла (золой, мусоромъ и т. п). Въ послћднее время кожухъ дћлается изъ листового {386} желћза (см. рис. 232). Внизу горнъ заставляется большимъ камнемъ — порогомъ.
Необходимая принадлежность домны — воздуходувный аппаратъ. доставляющій въ печь необходимое количество воздуха. Прежде пользовались обыкновеннымъ атмосфернымъ воздухомъ. Въ настоящее время послћдній предварительно нагрћвается газами, выходящими изъ колошника. Для этой цћли колошникъ закрывается воронкою (рис. 232), которая можетъ подыматься и опускаться при помощи особаго рычага. Такимъ образомъ, всћ матеріалы, вводимые въ домну, остаются на этой воронкћ и падаютъ внутрь только послћ того, какъ она подъ вліяніемъ ихъ тяжести спустится внизъ. Гиря автоматически подымаетъ ее тотчасъ же вверхъ, и газы, подымающіеся изъ домны, имћютъ послћ этого только одинъ выходъ, — они направляются въ трубу, находящуюся сбоку (см. рис. 232). Отсюда они попадаютъ въ особыя камеры, выстроенныя изъ огнеупорнаго матеріала и снабженныя множествомъ продольныхъ и поперечныхъ перегородокъ. Когда камни нагрћваются до бћлаго каленія, газы направляютъ въ другую сосћднюю камеру, а въ накаленное пространство первой камеры вгоняется атмосферный воздухъ, который и нагрћвается здћсь приблизительно до 800°. Отсюда паровая машина гонитъ его въ трубу, кольцомъ охватывающую горнъ и соединенную съ нимъ коническими трубами — такъ называемыми соплами. Часть такой воздуходувной трубы видна на нашемъ рисункћ (рис. 232). Когда температура первой камеры значительно охладится, воздухъ проходитъ черезъ вторую и т..д. Благодаря такимъ приспособленіямъ достигается огромное сбереженіе топлива. Газы, выходящіе изъ колошника, служатъ также для топки воздуходувныхъ и подъемныхъ машинъ, паровыхъ насосовъ и для электрическаго освћщенія. Паровые насосы необходимы для доставленія воды, охлаждающей сопла и не позволяющей имъ нагрћться до температуры плавленія, подъемныя же машины служатъ для доставленія руды и топлива въ колошникъ печи.
Пуская въ ходъ доменную печь, прежде всего зажигаютъ въ горнћ дрова, а потомъ подсыпаютъ топливо (коксъ), пока вся шахта не будетъ заполнена горящими угольями. Послћ этого приводятъ въ дћйствіе воздуходувной аппаратъ и начинаютъ засыпать послойно руду и уголь. To и другое вводится въ извћстной пропорціи. При недостаткћ угля значительное количество желћза остается въ шлакахъ, наоборотъ, при избыткћ его получается металлъ съ чрезмћрнымъ содержаніемъ углерода. Когда температура достигнетъ приблизительно 2000°, въ горнћ собирается жидкая масса. Тяжелое желћзо стекаетъ внизъ, на поверхности же плаваютъ легкіе шлаки. Послћдніе выходятъ наружу черезъ отверстіе въ горнћ (см. выше). Въ застывшемъ видћ они находятъ широкое примћненіе, напр., для мощенія дорогъ; отлитые въ формы, {387} они служатъ прекраснымъ строительнымъ матеріаломъ. Жидкій чугунъ время отъ времени выпускается, для чего пробиваютъ палкой замазанное глиной выходное отверстіе и отводятъ металлъ по канавкћ въ особыя формы (обыкновенно сдћланные изъ песку). Когда избытокъ чугуна будетъ выпущенъ, выходное отверстіе снова закрывается. Для этой цћли берутъ на длинный стержень комокъ глины и вкладываютъ его въ отверстіе. Обыкновенно печь
дћйствуетъ до тћхъ поръ, пока имћется только налицо матеріалъ, предназначенный для переработки. Въ Шотландіи нћкоторыя домны работаютъ по 25 лћтъ безъ перерыва. Напротивъ того, въ другихъ мћстностяхъ дћйствіе домны приходится останавливать уже по истеченіи одного года.
Если хотятъ прервать работу на болће или менће продолжительное время, то постепенно замћщаютъ руду шлаками. Когда наконецъ достигнутъ горна послћдніе металлоносные слои, {388} выпускается весь чугунъ и шлаки, всћ отверстія горна замыкаются, дутье останавливается, а колошникъ закрывается слоемъ глины. Въ такомъ положеніи домна можетъ оставаться цћлыя недћли и мћсяцы, при чемъ коксъ будетъ медленно горћть; если обнаружится недостатокъ въ воздухћ, то отверстія на время открываютъ. Когда окажется нужнымъ снова привести домну въ дћйствіе, слћдуетъ только удалить слой глины, закрывающій колошникъ, и пустить въ ходъ воздуходувныя машины. Если нужно совсћмъ остановить домну, то поступаютъ такъ же, какъ было описано выше, но не прибавляютъ топлива.
Количество чугуна, вырабатываемаго данною домною, зависитъ отъ величины послћдней, отъ свойства рудъ и топлива. Въ большихъ доменныхъ печахъ изъ рудъ, содержащихъ 40–45% металла, получается ежедневно 1200–1400 центнеровъ металла.
Выпускаемый изъ доменныхъ печей чугунъ обнаруживаетъ въ изломћ зернистое строеніе и не обладаетъ ковкостью даже при бћломъ каленіи. Различаютъ два сорта чугуна, — бћлый и сћрый чугун; въ первомъ углеродъ химически связанъ съ желћзомъ, во второмъ присутствуетъ въ видћ мелкихъ частичекъ графита. Только въ очень рћдкихъ случаяхъ чугунъ поступаетъ изъ доменныхъ печей прямо въ формы для отливки тћхъ или другихъ предметовъ. Обыкновенно онъ подвергается дальнћйшей обработкћ въ особыхъ печахъ и только послћ этого поступаетъ въ отдћлку.
Для отливки чугуна пользуются обыкновенно песочными формами; употребляется для этого очень мелкій песокъ, передающій всћ детали отливаемаго предмета; для сообщенія ему пластичности прибавляется еще глина. Если предметъ долженъ быть отлитъ только съ одной стороны (напр., дверцы нашихъ печей), то модель вдавливается въ песокъ, и полученное углубленіе заполняется чугуномъ. Если же предметъ долженъ быть отлитъ со всћхъ сторонъ, то требуется форма, состоящая, по крайней мћрћ, изъ двухъ частей. Обыкновенно пользуются двумя ящиками, которые и наполняютъ пескомъ. Чтобы послћдній не осыпался, въ стћнахъ ящиковъ имћются особыя приспособленія въ видћ стержней, выступающихъ пластинокъ и т. п. Въ пескћ каждаго ящика выдавливается только одна половина отливаемой формы. Оба ящика кладутся послћ этого другъ на друга. Въ верхнемъ имћется два отверстія: одно служитъ для вливанія чугуна, другое — для выхода нагрћтаго воздуха. Первое имћетъ форму воронки. Оба отверстія лежатъ выше уровня отливаемаго предмета. Какъ только въ отверстіи, изъ котораго выходитъ воздухъ, покажется жидкій металлъ, — отливка оканчивается. Охладивъ форму, раздвигаютъ ящики, удаляютъ песокъ и спиливаютъ выступы, образовавшіеся въ тћхъ мћстахъ, гдћ были отверстія. Отлитая вещь подвергается послћ этого дальнћйшей отдћлкћ. Если отливается предметъ очень большихъ {389} размћровъ, то форма для него приготовляется изъ глины и помћщается на полу мастерской. Жидкій металлъ доставляется туда въ особыхъ желћзныхъ сосудахъ; ихъ обыкновенно носятъ рабочіе на длинныхъ желћзныхъ стержняхъ, обмотанныхъ на концахъ толстымъ слоемъ войлока. Если нужно очень много металла, то доставка его къ мћсту отливки производится при помощи машинъ.
Намъ остается еще сказать, какъ изъ чугуна получается обыкновенное кузнечное желћзо и сталь. И тотъ, и другой металлъ отличаются только меньшимъ содержаніемъ углерода. Такимъ образомъ, задача ихъ производства сводится къ извлеченію изъ чугуна лишнихъ количествъ углерода. Это достигается двумя способами, — кричнымъ и пудлинговымъ.
При кричномъ производствћ чугунъ плавится въ особомъ горнћ; стекая внизъ, онъ встрћчаетъ сильную струю воздуха, которая и окисляетъ часть углерода. Пудлинговый способъ заключается въ слћдующемъ: желћзо сплавляютъ со шлаками, богатыми кислородомъ, и полученную массу старательно перемћшиваютъ. Шлаки отдаютъ свой кислородъ, которымъ и окисляется уголь. По окончаніи процесса они выбиваются изъ полузастывшей массы тяжелыми молотами. Въ обоихъ случаяхъ полученный чугунъ отливается въ призматическія глыбы, извћстныя подъ названіемъ свинокъ. Онћ прокатываются затћмъ между вальками и поступаютъ въ продажу подъ именемъ полосоваго желћза.
Такъ какъ сталь по содержанію углерода стоитъ между чугуномъ и желћзомъ, то получать ее можно двоякимъ способомъ: и изъ чугуна, и изъ желћза. Въ первомъ случаћ поступаютъ такъ же, какъ и при полученіи желћза, т. е. обрабатываютъ чугунъ въ кричныхъ горнахъ или же пудлингуютъ его. Изъ желћза посредствомъ прибавленія къ нему углерода получается такъ называемая цементная сталь. Для этой цћли тонкія палочки полосоваго желћза обкладываются мелкимъ углемъ и подвергаются накаливанію въ теченіе нћсколькихъ дней.
Огромныя количества стали приготовляются такъ называемымъ бессемеровскимъ способомъ, который былъ изобрћтенъ англичаниномъ Бессемеромъ. Чугунъ плавится въ громадныхъ ретортахъ (рис. 234); черезъ него проходитъ тонкими струйками воздухъ, въ десять-двадцать минутъ окисляющій весь излишній углеродъ. Когда сталь готова, реторта опрокидывается, и расплавленная масса стекаетъ въ форму.
Всћ до сихъ поръ описанные виды стали обладаютъ существеннымъ недостаткомъ — они не представляютъ совершенно однородной массы и даже содержатъ мельчайшіе пузырьки воздуха. Этотъ недостатокъ отсутствуетъ въ такъ называемой литой стали которая въ огромныхъ размћрахъ приготовляется на заводћ Круппа въ {390} Эссенћ и отчасти на нашихъ пушечныхъ заводахъ. Сталь и желћзо вытягиваются въ тонкіе прутья, которые раздробляются затћмъ въ мелкіе куски. Въ каждомъ кускћ опредћляется содержаніе угля и затћмъ въ опредћленной пропорціи составляется изъ нихъ смћсь. Эта смћсь складывается въ особые тигли, емкостью до 40 килограммовъ каждый. Тигли плотно закрываются и, слабо подогрћтые, ставятся въ печи, гдћ температура достигаетъ 2,000° Ц. Черезъ извћстное время содержимое тиглей сливается въ одно мћсто. Такимъ образомъ получаются огромныя глыбы совершенно однородной стали (иногда до 70.000 килограм.).
Сталь соединяетъ въ себћ многія свойства чугуна и желћза, она обладаетъ сильною крћпостью и ковкостью. Сталь не такъ хрупка, какъ чугунъ, но зато она и не гнется, какъ желћзо, и въ противоположность ему обнаруживаетъ высокую упругость. Чтобы повысить еще твердость стали, ее въ раскаленномъ видћ опускаютъ въ холодную воду. Послћ такой операціи сталь пріобрћтаетъ большую твердость, но вмћстћ съ тћмъ становится и болће хрупкою.
По отношенію къ потребностямъ человћка желћзо — самый важный металлъ: въ настоящее время безъ него совершенно немыслима жизнь. Поэтому нћтъ ничего удивительнаго въ томъ, что міровая производительность желћза превышаетъ 25,000,000 тоннъ.
У большинства народовъ первое знакомство съ желћзомъ теряется въ глубинћ вћковъ. На востокћ этотъ металлъ вошелъ во всеобщее употребленіе, по крайней мћрћ, за 3000 лћтъ до Р. X. Отсюда искусство обработки желћза перешло къ грекамъ и римлянамъ и затћмъ распространилось по всей Европћ. Въ первобытныя времена руды перевозились въ лћса, гдћ было достаточно горючаго матеріала, и здћсь на древесныхъ угляхъ переплавлялись въ небольшихъ количествахъ. Послћ изобрћтенія первой машины — значительно расширились размћры всћхъ производствъ и вмћстћ съ тћмъ усилился спросъ на желћзо. Плавильныя печи пришлось строить вблизи рудныхъ мћсторожденій, а для доставки горючаго матеріала стали пользоваться естественными водяными путями. Въ послћдніе годы для проложенія желћзнодорожныхъ линій потребовались огромныя количества желћза и стали, и въ желћзной промышленности произошелъ полный переворотъ. Для удовлетворенія увеличившагося спроса пришлось замћнить древесный уголь — каменнымъ углемъ, а двигательную силу воды — силою пара. Съ этого момента каменный уголь сдћлался душою желћзной промышленности, и главные центры ея пріурочились къ тћмъ областямъ, гдћ находятся огромные запасы этого минеральнаго топлива. Богатство страны рудой потеряло свое прежнее значеніе, такъ какъ, благодаря поразительному развитію путей сообщенія, сдћлалась возможной быстрая и дешевая доставка ея изъ самыхъ отдаленныхъ странъ.
Въ Россіи начало желћзной промышленности относится къ второй {391} четверти ХVІІ вћка, когда былъ построенъ на Уралћ первый казенный Невьянскій заводъ (1631 г.). Прочное основаніе горному дћлу было вообще положено Петромъ I, дћятельными помощниками котораго по организаціи заводовъ были Вильямъ де-Геннинъ, Василій Никитичъ Татищевъ и въ особенности тульскій купецъ Никита Демидовъ.
До послћднихъ лћтъ Уралъ занималъ въ Россіи первое мћсто по добыванію желћзныхъ рудъ, но въ силу тћхъ экономическихъ причинъ, о которыхъ мы сейчасъ говорили, онъ долженъ былъ уступить недавно пальму первенства югу и юго-западу Россіи,
переднемъ планћ посрединћ — механизмъ, приводящій реторты въ движеніе.
гдћ на ряду со значительными рудными богатствами залегаютъ неистощимые запасы угля. О присутствіи желћзныхъ рудъ въ Донецкомъ бассейнћ было извћстно еще въ прошломъ столћтіи, но всћ попытки правительства утвердить здћсь желћзную промышленность кончались только неудачею. Гораздо болће посчастливилосъ частному предпринимателю англичанину Юзу, который, пріћхавъ въ Россію въ 1869г., заключилъ съ правительствомъ контрактъ на поставку рельсъ и, воспользовавшись данной ему субсидіей, основалъ первый въ Екатеринославской губ. Новороссійскій заводъ (рис. 235). Нћсколько позднће былъ открытъ въ землћ Войска {392} Донского другой заводъ Пастуховымъ. Начиная съ 1887 года, развитіе южно-русской желћзной промышленности пошло съ лихорадочною быстротою, и одинъ за другимъ стали основываться здћсь все новые и новые заводы. Главнымъ толчкомъ къ общему подъему экономической жизни страны послужило увеличеніе желћзнодорожной сћти и открытіе богатћйшихъ залежей желћзныхъ рудъ въ Кривомъ Рогћ.
Болће скромная роль въ желћзной промышленности Россіи принадлежитъ другой каменноугольной области — Подмосковному бассейну. Главнћйшія мћсторожденія желћза сосредоточены здћсь въ губерніяхъ Калужской, Тульской, Нижегородской и отчасти — Рязанской, Тамбовской, Орловской, Владимірской и Пензенской. Начало желћзной промышленности въ этомъ районћ относятъ къ 1632 году, когда переселившійся въ Россію иностранецъ Виніусъ основалъ близъ Тулы чугунно-литейный заводъ, замћчательный между прочимъ тћмъ, что здћсь началъ свою дћятельность знаменитый пособникъ Петра В. Никита Демидовъ.
Почти наравнћ со среднерусскимъ желћзодћлательнымъ райономъ стоитъ Польскій каменноугольный бассейнъ, гдћ уже въ 1850 г. дћйствовала гигантская доменная печь, доставлявшая до 3,500 пудовъ въ сутки. Въ сравнительно скромныхъ размћрахъ желћзо добывается въ Финляндіи и на сћверћ Россіи, въ Сибири и на Кавказћ.
Несмотря на огромнћйшія богатства желћзными рудами, Россія и до сихъ поръ принуждена пользоваться иностраннымъ желћзомъ. Такимъ образомъ, русская желћзная промышленность не соотвћтствуетъ ни спросу на этотъ металлъ, ни естественному богатству рудами.
2. Мћдь.
Самородная мћдь довольно распространена въ природћ. Она сопровождаетъ различныя жильныя руды, является вкрапленной въ разныя горныя породы, находится въ пескћ рћкъ. Очень часто она является въ видћ волосковъ, проволокъ, вћтвей и кустиковъ, сложенныхъ изъ мелкихъ кристалликовъ. Въ Европћ богаты самородною мћдью рудники Корнуэльса, Ліона, Фалуни въ Швеціи, Рерааса, Шемница, Вестервальда и Нейдорфеля.
Изъ русскихъ мћсторожденій наибольшее вниманіе заслуживаетъ рудникъ Попова въ Киргизской степи (Каркаралинскій ућздъ Семипалатинской области), Турьинскіе рудники въ Богословскомъ округћ. Мћднорудянскій рудникъ близъ Нижняго Тагила и болће не разрабатывающійся Гумешевскій рудникъ. На Алтаћ самородная мћдь добывается въ нћсколькихъ рудникахъ. Она извћстна также въ {393} Петрозаводскомъ и Повћнецкомъ ућздахъ Олонецкой губерніи. Въ Америкћ самородная мћдь разрабатывается у Верхняго Озера, гдћ нерћдко находятъ огромныя глыбы этого металла. Въ Азіи ее добываютъ главнымъ образомъ въ Китаћ и Японіи.
Большая часть мћди извлекается изъ рудъ, которыя мы можемъ распредћлить въ слћдующія группы:
а) Кислородныя руды; сюда относится красная мћдная руда (Cu2O), состоящая изъ закиси мћди. Цвћтъ ея кошенильно-красный съ переходомъ въ свинцово-сћрый. Красная мћдная руда разрабатывается на многихъ мћстахъ на Уралћ, на Алтаћ, въ Нерчинскомъ краћ и на Кавказћ; изъ заграничныхъ мћсторожденій пользуютсяизвћстностью Шесси близъ Ліона, Корнуэльсъ, Молдова въ Банатћ, Рейнбрейтенбахъ и др.
b) Сћрнистыя руды; сюда относятся мћдный блескъ (Cu2S), разрабатываемый на Уралћ, въ Корнуэльсћ, въ Сћверной Америкћ, Тюрингіи, Саксоніи, Силезіи, на Гарцћ, а также представляющій смћсь сћрнистаго желћза и сћрнистой мћди (CuFeS2) и отличающійся отъ желћзнаго колчедана своимъ желтымъ цвћтомъ и неспособностью давать искры при ударћ. Мћдный колчеданъ — наиболће распространенная руда. Мћсторожденія его извћстны въ Венгріи, Мансфельдћ, на Гарцћ, въ Саксоніи, Корнуэльсћ, Сћверной Америкћ и др. мћстахъ. Въ Россіи онъ разрабатывается на Уралћ, въ Елисаветпольской и Тифлисской губерніяхъ, {394} въ Финляндіи (Питкаранда и Оріэрва), въ Петрозаводскомъ и Повћнецкомъ ућздахъ Олонецкой губерніи и въ Мћдзяной горћ въ Царствћ Польскомъ. Съ этой же группћ относится пестрая мћдная руда, обладающая составомъ мћднаго колчедана, но содержащая больше мћди (3Cu2S3Fe2S3). Цвћтъ ея томпаково-бурый съ синею или фіолетовою побћжалостью. Эта руда является обыкновеннымъ спутникомъ мћднаго колчедана. На воздухћ всћ сћрнистыя руды мћди покрываются побћжалостью синихъ, зеленыхъ, фіолетовыхъ, красныхъ и бурыхъ цвћтовъ.
с) Кислотныя руды; къ этой группћ относятся углемћдная соль — малахитъ (Cu2CO4+ Н2O = CuCO3+ CuO + Н2O), представляющій водное соединеніе углекислой мћди и окиси мћди. Цвћтъ малахита зеленый съ разнообразными темными рисунками и шелковистымъ блескомъ. Мћсторожденія его извћстны на Уралћ, въ Корнуэльсћ, въ Сћверной Америкћ, Австраліи и др. мћстахъ. Въ наибольшемъ количествћ красивый малахитъ встрћчается въ Мћдно-рудянскомъ рудникћ близъ Нижняго Тагила, гдћ была найдена въ 1836 г. гигантская глыба малахита, вћсомъ около 15,000 пуд. Она доставила матеріалъ для знаменитыхъ колоннъ Исаакіевскаго собора, которыя по величинћ, красотћ и цћнности представляютъ единственную въ своемъ родћ достопримћчательность. На приготовленіе этихъ колоннъ, достигающихъ въ высоту почти 14 арш., употреблено до 1,200 пудовъ малахита. Въ Императорскомъ Эрмитажћ хранится много вазъ, чашъ, столовъ и другихъ вещей, сдћланныхъ на Петергофской гранильной фабрикћ изъ мћднорудянскаго малахита, который вообще въ громадномъ количествћ идетъ за границу, главнымъ образомъ во Францію и Англію. Малахитъ весьма хорошаго качества находится также въ Гумешевскомъ рудникћ близъ Палевскаго завода, откуда происходитъ глыба въ 94 пуд. вћсомъ, хранящаяся въ музећ Горнаго Института. Малахитъ въ землистомъ состояніи, извћстный подъ названіемъ мћдной зелени, составляетъ одну изъ обычныхъ мћдныхъ рудъ въ Россіи. Въ огромномъ изобиліи добывается онъ на западномъ склонћ Урала и находитъ широкое примћненіе въ качествћ зеленой краски. Образованіе углемћдной соли (малахитъ) можно наблюдать на мћдныхъ крышахъ зданій и на бронзовыхъ памятникахъ (напр., на памятникћ Петру I въ Петербургћ). При дћйствіи воздуха мћдные листы покрываются налетомъ закиси, которая постепенно переходитъ въ окись. Дождевая вода, въ изобиліи содержащая углекислоту, переводитъ ее въ углемћдную соль или малахитъ, которая и покрываетъ мћдные листы зеленымъ налетомъ. Къ этой группћ относится мћдная лазурь. очень близкая по своему составу къ малахиту (Cu3С2O + Н2O = 2CuCO3 + CuO + Н2O). Являясь постояннымъ спутникомъ малахита, она отличается отъ него своимъ синимъ цвћтомъ всевозможныхъ оттћнковъ. Къ числу кислотныхъ {395} мћдныхъ рудъ относится также мћдный купоросъ (CuSO4 + Н2O), растворимая сћрнокислая соль мћди прекраснаго темно-синяго цвћта, осаждающаяся въ видћ превосходныхъ кристалловъ минерала халькантита. Онъ находится обыкновенно въ старыхъ разработанныхъ рудникахъ, напр., въ Раммельсбергћ у Гослара, въ Тюрингскомъ Лћсћ, въ Тиролћ, Венгріи, Фалунћ и др., и, подобно желћзному купоросу, представляетъ результатъ окисленія сћрнистыхъ мћдныхъ рудъ.
Вообще мћдныя руды очень непостоянны и легко переходятъ одна въ другую. Такъ не только самородная мћдь, но и красная мћдная руда при дћйствіи воды, содержащей углекислоту или углекислыя соли, легко переходитъ въ малахитъ. Доказательствомъ служатъ нерћдко встрћчающіеся образчики рудъ, содержащихъ въ одномъ небольшомъ кускћ и самородную мћдь, и ея окисныя соединенія, и малахитъ. Кромћ того извћстны любопытныя псевдоморфозы малахита. Кристаллизуясь въ формахъ моноклинической системы, онъ тћмъ не менће является нерћдко въ видћ октаэдровъ и ромбическихъ додекаэдровъ съ массою другихъ комбинаціонныхъ граней, т. е. въ такихъ формахъ, которыя характерны для красной руды. Такимъ же образомъ и мћдный купоросъ, присутствующій бъ водћ каждаго мћднаго рудника при дћйствіи углекислыхъ солей превращается въ малахитъ. При медленномъ и постепенномъ выдћленіи послћдняго минерала образуются въ трещинахъ и пустотахъ любопытныя натечныя формы, то въ видћ мелко-кристаллическихъ гроздевидныхъ аггрегатовъ, то въ формћ сталактитовъ и сталагмитовъ. Доказательствомъ легкой измћняемости мћднаго купороса могутъ служить искусственно полученные кристаллы этой соли. Оставленные на воздухћ, они мало-по-малу теряютъ свою прозрачность и измћняютъ прекрасный голубой цвћтъ въ блћдно-зеленый. Дћятелемъ такого вывћтриванія мћднаго купороса является углекислота, разсћянная въ воздухћ: мало-по-малу она вытћсняетъ сћрную кислоту, которая улетучивается и становится на ея мћсто. Въ результатћ получается любопытная искусственная псевдоморфоза углемћдной соли. Само собою разумћется, что превращеніе идетъ постепенно снаружи внутрь, и потому часто, разбивъ такой вывћтрившійся кристаллъ, мы найдемъ внутри его совершенно прозрачное ярко-синее ядро неизмћненнаго купороса. Изъ сказаннаго слћдуетъ, что кристаллы сћрномћдной соли слћдуетъ сохранять въ герметически закрытыхъ стаканчикахъ.
Мћдный купоросъ можетъ образоваться въ природћ дћйствіемъ растворимыхъ сћрнокислыхъ солей, напр., гипса, на любую мћдную руду, кромћ того онъ происходитъ вслћдствіе окисленія сћрнистыхъ рудъ, а потому въ изобиліи находится во всћхъ мћдныхъ рудникахъ. Въ присутствіи гніющихъ органическихъ веществъ онъ отдаетъ имъ свой кислородъ и превращается въ мћдный колчеданъ. {396} Наклонность къ такому раскисленію обнаруживаетъ и красная мћдная руда, доказательствомъ чего служатъ псевдоморфозы самородной: мћди, являющіяся въ формахъ красной руды. Наконецъ и самородная мћдь при дћйствіи разныхъ растворовъ даетъ начало не только малахиту, но и другимъ мћднымъ рудамъ. Во Франціи были найдены однажды зарытыя въ иловатой почвћ бронзовыя римскія медали. Онћ оказались въ значительной степени превращенными въ мћдный колчеданъ, мћдный блескъ и другія сћрнистыя руды.
Извлеченіе мћди изъ кислотныхъ рудъ не представляетъ затрудненій: оно идетъ тћмъ же путемъ, какъ и извлеченіе желћза. При накаливаніи съ углемъ руда отдаетъ свой кислородъ; полученная мћдь при возвышенной температурћ плавится и такимъ образомъ отдћляется отъ сопровождающихъ ее подмћсей. Выплавка мћди производится въ такъ называемыхъ шахтенныхъ (цилиндрическихъ) печахъ. Къ смћси руды и угля прибавляются „плавни”, которые вмћстћ съ негодными подмћсями образуютъ легкоплавкое стеклообразное вещество — шлакъ. Болће тяжелая мћдь стекаетъ на. дно печи, а болће легкій шлакъ остается на поверхности.
Наибольшее количество мћди получается однако не изъ кислородныхъ, а изъ сћрнистыхъ рудъ. Обработка послћднихъ несравненно сложнће, такъ какъ отъ мћди приходится отдћлять сћру, желћзо и пр. подмћси. Весь процессъ выплавки можно для ясности разбить на четыре послћдовательныя стадіи:
1) Сначала сћрнистое желћзо, содержащееся въ рудћ, переводится въ окись. Для этой цћли руда размельчается и пожигается въ низкихъ четырехугольныхъ зданіяхъ вмћстћ съ углемъ. При этомъ выдћляется часть сћры, желћзо переходитъ въ окись, а вся руда разрыхляется.
2) Окись желћза переводится въ шлакъ и удаляется изъ общей массы. Для этого пожженная руда смћшивается съ пескомъ и известью (флюсомъ) и проплавляется. Наверху собирается легкій шлакъ, который спускаютъ, а оставшуюся массу, состоящую изъ сћрнистой мћди и прочихъ металловъ, выливаютъ особо; это такъ называемый купферштейнъ — хрупкая масса чернаго цвћта съ металлическимъ блескомъ.
3) Сћрнистая мћдь переводится въ такъ называемую черную мћдь. Для этой цћли купферштейнъ разбивается на куски, пожигается и проплавляется. Почти вся сћра выдћляется, и въ массћ металла остаются только незначительныя подмћси желћза, цинка, свинца и др.
4) Выдћляется чистая мћдь. Для этого черная мћдь проплавляется съ углемъ при сильномъ токћ воздуха, который окисляетъ постороннія металлическія подмћси и переводитъ ихъ въ шлакъ. По окончаніи процесса дутье останавливается, поверхность мћди освобождается отъ шлаковъ и посыпается угольною пылью, подъ {397} которою ей даютъ охладиться до тћхъ поръ, пока можно будетъ, не опасаясь взрыва, охлаждать поверхность водою. Образующійся тонкій кружокъ мћди или розетку снимаютъ и гасятъ въ холодной водћ, чтобы металлъ не окислился. Затћмъ вынимаютъ второй, третій и т. д, кругъ, пока не будетъ извлечена вся мћдь. Послћдняя операція носитъ названіе розетированія, а полученная въ кружкахъ мћдь — розетной мћди.
Въ послћднее время все болће и болће распространяется „мокрый способъ” извлеченія мћди. Для этой операціи пользуются или природными растворами мћднаго купороса, или переводятъ окисленіемъ сћрнистыя руды въ купоросъ, который и выщелачиваютъ. водой. Растворъ купороса перегоняется въ большіе резервуары и отстаивается, при чемъ на дно садится желћзная охра и разныя механическія подмћси. Очищенная такимъ образомъ жидкость перегоняется въ другіе резервуары, на днћ которыхъ находится желћзный „ломъ”. Какъ извћстно изъ химіи, желћзо выдћляетъ мћдь изъ растворовъ ея солей. Въ этомъ можно убћдиться, опустивъ въ растворъ мћднаго купороса какой-нибудь стальной или желћзный предметъ, напр., лезвіе ножа. Вынутый изъ жидкости, онъ окажется покрытымъ налетомъ мћди: верхній слой желћза перешелъ въ растворъ и, вытћснивъ оттуда мћдь, заставилъ ее отложиться на томъ мћстћ, которое прежде занималъ самъ. На этомъ основано и полученіе металлической мћди. Встрћчаясь съ желћзнымъ ломомъ, мћдный купоросъ мало-по-малу переходитъ въ желћзный, а на днћ резервуара, отлагается металлическая мћдь, которую остается только отдћлить отъ механическихъ подмћсей. Описанный рядъ операцій носитъ названіе цементаціи, а полученная мћдь — называется цементною мћдью.
Металлическая мћдь обладаетъ характернымъ краснымъ цвћтомъ. Она очень легка, подъ ударами молотка плющится и при прокатываніи даетъ очень тонкіе листы. Вязкость мћди очень велика, и послћ желћза это одинъ изъ самыхъ прочныхъ металловъ. Въ практической жизни мћдь находитъ широкое примћненіе: она употребляется въ монетномъ дћлћ, идетъ на приготовленіе кухонной утвари, иногда мћдью кроются, крыши домовъ и обиваются суда. Слћдуетъ особенно осторожно пользоваться мћдными сосудами для приготовленія пищи, особенно кислыхъ блюдъ. При доступћ воздуха мћдь жадно соединяется съ кислотами и образуетъ ядовитую мћдную зелень. Поэтому всћ мћдные сосуды, употребляемые для приготовленія пищи, должны быть хорошо вылужены.
Кромћ металлической мћди, въ техникћ находятъ примћненіе многія соединенія ея. Превосходный цвћтъ нерастворимыхъ солей мћди дћлаетъ ихъ почти незамћнимыми въ качествћ красокъ. Изъ числа послћднихъ особенной популярностью пользуется синяя и зеленая ярь-мћдянка, въ изобиліи приготовляемая въ окрестностяхъ {398} Монпелье. Это не что иное, какъ уксусно-мћдная соль. Для полученія ея служатъ виноградныя выжимки. Ихъ оставляетъ въ бочкахъ или сосудахъ до тћхъ поръ, пока весь содержащійся въ нихъ сахаръ не превратится въ спиртъ, а послћдній — въ уксусную кислоту, на что требуется 3–4 дня. Когда появится сильный запахъ уксуса, выжимки складываются въ глиняные горшки послойно съ нагрћтыми мћдными листами. Горшки ставятся въ прохладные погреба. Когда на мћдныхъ листахъ образуется достаточный слой ярь-мћдянки, ее соскабливаютъ и смћшиваютъ въ бочкћ съ водою; полученную массу помћщаютъ въ кожаные мћшки и прессовкой: даютъ ей форму плитокъ. Такъ получается синяя ярь-мћдянка. Для полученія зеленой краски, мћдные листы смачиваютъ уксусомъ и оставляютъ ихъ въ тепломъ мћстћ. Эти два видоизмћненія уксусно-мћдной соли отличаются другъ отъ друга по составу только содержаніемъ окиси мћди и воды. Еще красивће такъ называемая штейнфуртская зелень, представляющая сложное соединеніе мћди, мышьяка и уксусной кислоты, и являющаяся въ продажћ съ разными оттћнками и подъ разными названіями. Это самая ядовитая изъ всћхъ мћдныхъ красокъ.
Съ употребленіемъ мћди человћкъ познакомился въ доисторическія времена и въ такъ называемый „бронзовый вћкъ” пользовался ею исключительно для приготовленія орудій и оружія. Существованіе мћди въ самородномъ видћ и легкость ея выплавки были причиною того, что она вошла въ употребленіе раньше желћза. Во многихъ богатыхъ мћдными рудами мћстностяхъ часто находятъ слћды доисторическихъ разработокъ. Такъ, напр., на Алтаћ встрћчены многочисленные рудники, принадлежавшіе первобытному народу чуди. Въ этихъ рудникахъ найдены орудія, сдћланныя изъ мћди и твердаго камня, что и заставляетъ отнести эти любопытные памятники къ бронзовому вћку.
Классическою страною мћдной промышленности является Испанія. Уже финикіяне добывали здћсь мћдь, а во времена римскаго владычества въ этой странћ процвћтала оживленная горная промышленность. До сего дня сохранились многочисленныя шахты и штольни римлянъ и остатки проведенныхъ ими дорогъ. Огромныя кучи шлаковъ достигаютъ 18 милліоновъ тоннъ: это заставляетъ думать, что римляне вырабатывали здћсь не менће 2,400 тоннъ мћди ежегодно. Принимая въ разсчетъ примитивный характеръ древней техники, эту цифру слћдуетъ признать очень высокой. Во времена Плинія разработкою рудъ занималось около 20,000 рабовъ... Въ настоящее время первое мћсто по добыванію мћди принадлежитъ Соединеннымъ Штатамъ. Второе мћсто и до сихъ поръ удерживается Испаніею. Далће слћдуетъ Ю. Америка, Японія, Германія, Австрія и Россія.
Возникновеніе русской мћдной промышленности относится къ {399} началу XVIII в., когда Акинфій Демидовъ, сынъ знаменитаго тульскаго кузнеца, основалъ на Алтаћ три первыхъ мћдноплавильныхъ завода. На Уралћ выплавка мћди началась нћсколько позднће — въ 1770 г. Основателемъ перваго завода на Турьинскихъ рудникахъ былъ купецъ Максимъ Походящинъ. Съ половины прошлаго столћтія началась эксплоатація мћдныхъ рудъ на Кавказћ и въ Киргизской степи. Въ концћ XVIII вћка Россія снабжала мћдью почти всю Европу; на однихъ только заводахъ Урала выплавлялось до 100,000 пуд. мћди ежегодно. Съ начала прошлаго столћтія и до 1845 года эта цифра поднялась до 200–250 тысячъ, а въ 1855 году — до 410 тысячъ. Послћ этого мћдное производство въ Россіи стало сокращаться, и въ 1879 г. было выплавлено только 190,688 пуд. Въ послћднее время мћдная промышленность Россіи снова значительно повысилась.
Статистика: Добавлено Mеханоид — 12 янв 2015, 08:10