Первый металл освоенный людьми. Древнейшие металлы человечества. Разновидности мраморов в оформлении станций метро

в Избранное в Избранном из Избранного 7

В течение многих тысяч лет изделия из камня были основными орудиями, которые использовал человек. Мастера, обрабатывавшие камень, подобно скульптору угадывали в нем новое качество и, отсекая лишнее, производили необходимый предмет. Однако древний человек, по существу, лишь воспроизводил природные процессы, разрушая горные породы.

Конструирование изделий, которое осваивалось в течение нескольких тысяч лет, потребовало развития пространственного мышления и выработки принципиально новых навыков изготовления составных, из нескольких деталей и соединительных элементов, орудий труда. Но и в этом случае перед глазами мастера был исходный материал природного происхождения. Даже в процессе освоения производства керамики имитировались естественные процессы обжига глины в пламени костра. Изготовление изделий из рудного металла – технология революционная, технология, которую невозможно было «подсмотреть» в природе! Это первая в истории цивилизации полностью искусственная технология. Каким же образом человек научился получать и обрабатывать металлы? Рассмотрим современную версию этого удивительного процесса.

Что общего у панциря омара и «суперстали» ближайшего будущего? Ученые установили, что хитиновая основа панциря, состоящего из углерода, водорода и азота, представляет собой сотовую конструкцию из полимерных кристаллов с размерами порядка нанометра, свободное пространство которой заполнено протеином. Это позволяет материалу одновременно, и плавать в воде, и иметь прочность выше, чем у многих марок стали специального назначения. Остается изучить и применить природную технологию на практике. Итак, анализ природных процессов и конструкций – ключ к успеху инновационных технологий XXI века. Однако этим ключом человек научился владеть в глубокой древности, и освоение металлургических технологий – наглядный тому пример.

Самородные металлы

Неолитической цивилизации предшествовали длительное формирование и медленное развитие использовавшихся человеком орудий труда и инструментов. История первобытного человеческого общества была неразрывно связана с камнем. Самые примитивные каменные изделия представляли собой обыкновенную речную гальку, оббитую с одного края. Возраст древнейших каменных орудий датируется периодом около 2,5 млн. лет. Важнейшим событием стало освоение кремневых орудий труда.

В кремне была впервые найдена и воплощена форма таких основополагающих для технического прогресса изделий, как топор, серп, нож, молоток. Использование самородных металлов началось, скорее всего, в эпоху мезолита (среднего каменного века), т.е. несколько десятков тысяч лет назад. К этому времени мастерство поиска, добычи камней и изготовления из них не только орудий труда, но и украшений для первобытного человека стало делом обыденным и превратилось в своеобразную индустрию.

Именно в процессе поиска камней, подходящих для изготовления новых изделий, человек и обратил внимание на первые самородки металлов, по-видимому, медные, которые имеют гораздо большее распространение в природе, чем самородки благородных металлов – золота, серебра, платины. Самородную (теллурическую, от латинского слова «теллус» – земля) медь и сегодня находят во многих регионах мира: в Малой Азии, на Индокитае, Алтае, в Америке. До сих пор встречаются медные самородки массой несколько килограммов. Крупнейшим проявлением самородной меди считается сплошная медная жила, обнаруженная на полуострове Кьюсиноу (озеро Верхнее, США). Ее масса оценивается примерно в 500 т.

Не только благородные металлы могут в земных условиях присутствовать в самородной форме. Известно, что в природе обнаруживаются самородки железа, ртути и свинца, гораздо реже – самородки таких металлов и сплавов, как цинк, алюминий, латунь, чугун. Они встречаются в виде мелких листочков и чешуек, вкрапленных в горные породы, чаще всего в базальт. Самородное железо в ХХ веке находили, например, на острове Диско вблизи побережья Гренландии, в Германии (у города Кассель), во Франции (департамент Овернь), в США (штат Коннектикут). Оно всегда содержит значительное количество никеля, примеси кобальта, меди и платины (от 0,1 до 0,5 % масс. каждого элемента) и, как правило, очень бедно углеродом. Известны находки самородного чугуна, например, на островах Русский (на Дальнем Востоке) и Борнео, а также в бухте Авария — Бэй (Новая Зеландия), где самородный сплав был представлен когенитом – железоникелькобальтовым карбидом (Fe, Ni, Co)3C.

Наблюдение за изменением формы самородков под ударами твердых камней натолкнуло человека на мысль использовать их для изготовления мелких украшений путем холодной ковки. Ковка – древнейший способ обработки металлов давлением. Освоение способа обработки самородного металла ковкой базировалось на навыках и опыте изготовления каменных орудий труда путем «обивки» камня каменным же молотом. Самородная медь, которую первобытные люди сначала тоже считали разновидностью камня, при ударах каменного молота не давала характерных для камня сколов, а изменяла свои размеры и форму без нарушения сплошности материала. Это замечательное технологическое свойство «нового камня» стало мощнейшим стимулом поиска и добычи самородного металла и использования его человеком. Кроме того, было замечено, что ковка повышает твердость и прочность металла.

В качестве молота сначала применяли обычные куски твердого камня. Первобытный умелец, зажав камень в руке, наносил им удары по куску самородного, а впоследствии – выплавленного из руды металла. Эволюция этого простейшего способа ковки привела к созданию прообраза кузнечного молота, снабженного рукояткой. Однако обработка металла холодной ковкой имела ограниченные возможности. Таким способом можно было придать форму лишь малым по величине предметам – булавке, крючку, наконечнику стрелы, шилу. Позднее была освоена технология ковки самородков меди с предварительным нагревом – отжигом.

Большие возможности для развития первых технологий металлообработки давали самородки золота – металла намного более пластичного, чем медь. Золото сыграло выдающуюся роль в становлении горно-металлургического производства цивилизации. Первыми золотоносными месторождениями, освоенными человеком, были россыпные. Золотые самородки находили в массе аллювиальных песков и гравия, представлявших собой продукты разрушения горных золотоносных пород, которые в течение длительного времени подвергались воздействию речных потоков. По-видимому, древнейшими украшениями из золота были самородки, обработанные в форме бисеринок холодной ковкой. Эти отшлифованные бусинки выглядели как цветные камни, нанизывавшиеся вместе в различных сочетаниях.

При добыче золота из жил были созданы технологии, применявшиеся затем при разработке месторождений других древних металлов. Золото стало первым металлом, из которого научились отливать изделия, получать проволоку и фольгу, золото впервые подвергли рафинированию. По существу, все металлургические технологии, применявшиеся в эпоху Древнего мира к серебру, меди, свинцу, олову, были первоначально отработаны на золоте.

Тем не менее, основой цивилизации вплоть до 3-го тысячелетия до н. э. оставался камень. Характерным признаком ранней неолитической техники стал переход к крупным каменным орудиям. Их появление связано с развитием новых технологических приемов обработки камня – сверления, пиления, шлифования. Были изобретены составные («вкладышевые») орудия, в которых каменный материал использовался только для рабочей части, а рукояти изготовлялись из дерева, рога или кости. Постепенно получил развитие ремонт орудий – их подправка по мере изнашивания рабочей части. Возникли горные разработки, в которых для разрушения горных пород стали использовать огонь. Удивительным техническим достижением людей эпохи неолита является добыча кремней в шахтах с вертикальным стволом глубиной до 10 м и короткими штреками. Таким образом, в начале неолитической революции люди обладали разнообразными знаниями о природных веществах и материалах, методах их обработки.

Термические технологии Неолита

Важнейшим отличительным признаком производящего неолитического хозяйства является создание запаса пищи. При решении проблемы изготовления посуды для его хранения изобретаются керамические изделия и постепенно развиваются термические технологии. Первыми изделиями из керамики были корзины из прутьев, обмазанные глиной и обожженные на костре. Затем были созданы специальные печи для обжига – горны.

Неолитическая печь, приспособленная для естественного дутья

Современные реконструкции воспроизводят неолитический способ обжига керамических изделий следующим образом. Горн строился в обрывистом берегу реки, в стенах оврагов или холмов и состоял из двух рукавов. Горизонтальный рукав служил топкой, а вертикальный заполнялся горшками. Когда горн был наполнен предварительно высушенными горшками, его верх засыпали горшечным ломом и разводили слабый огонь, использую сырые дрова. Такой огонь поддерживался, пока не прекращалось отделение паров, после чего огонь усиливали до красного каления. В этом огне горшки находились не менее 6 ч. Потом верх горна засыпали песком, топку замазывали глиной и оставляли агрегат в таком состоянии в течение нескольких суток. После этого в топке делали отверстие и постепенно его увеличивали. Наконец, раскрывали верх горна и вынимали готовые горшки. Такие древнейшие печи для обжига керамики обнаружены в Месопотамии, Северной Африке, Восточной Европе. Температура нагрева изделий в них достигала 1100 °С.

Для освоения металлургической технологии извлечения металла из руды, требующей надежного обеспечения высоких температур, была необходима печь с искусственным дутьем. Впервые такие печи были созданы для гончарного производства. Таким образом, с рудным металлом человек знакомился во время обжига глиняных горшков. Происходил процесс восстановления металла из веществ, нанесенных на стенки гончарных изделий для их раскраски. Известно, что карбонаты меди – малахит и лазурит, сульфид ртути – киноварь, желтые, красные и коричневые железные охры представляют собой яркие минеральные краски, а нанесение цветных узоров на изделия из керамики является одним из древнейших видов искусства.

Процесс постепенного освоения цивилизацией новых металлов и материалов

Первым рудным металлом, освоенным человеком, стала медь. Произошло это, по-видимому, около 10 тыс. лет назад. Древнейшими изделиями из рудной меди в настоящее время считаются булавки, шила, сверла, бусинки, колечки и подвески, найденные в поселениях Чайоню-Тепеси и Чатал-Хююке, которые расположены на плоскогорье Конья в Турции. Эти находки датируются 8–7-м тысячелетием до н. э.

Начало эры металлов

Настоящая эра металлов началась в Евразии в 5-м тысячелетии до н. э. Ее характеризуют раритеты, обнаруженные на севере Балканского полуострова и в Карпатском регионе. В археологии эти территории принято относить к важнейшей Балкано-Карпатской металлургической провинции меднокаменного века.

В начале 70-х годов прошлого столетия там были открыты невероятно богатые и выразительные памятники: Варненский «золотой» некрополь и громадный рудник Аибунар, где, по расчетам, было добыто не менее 30 тыс. т медной руды. В Варненских захоронениях найдено более 3 тыс. разнообразных золотых и около 100 медных изделий. Особое внимание привлекают золотые украшения и предметы, декорированные сложными орнаментами, однако не меньший интерес у специалистов вызывают массивные медные орудия, инструменты и оружие.

Золото и медь Балкано-Карпатской металлургической провинции поставили перед исследователями древнего металла неожиданную проблему: на что были нацелены генеральные усилия этого металлургического производства? На отливку и ковку металлических орудий труда в целях повышения производительности, как излагалось в большинстве известных учебников, или же на что-то иное? Расчеты археологов показали, что уже с первых шагов горнометаллургического производства подавляющая доля его энергии была направлена на создание тех изделий, которые обслуживали символические сферы общественной жизни, – украшения, атрибуты власти и ритуальные предметы. Гигантская часть металла служила своеобразным свидетельством социальной значимости умерших. Таким образом, в течение нескольких тысячелетий металлы выполняли главным образом социальную, а не производственную функцию.

В 5-м тысячелетии до н. э. на большей части территории Евразии активно разрабатывались окисленные медные руды, жилы которых выходили на поверхность. Горные выработки представляли собой узкие щели, которые формировались в результате выемки породы рудоносных жил. Если рудокоп наталкивался на мощную рудную линзу, на месте выработки щель превращалась в полость. Старейшие медные рудники обнаружены на территории Месопотамии, Испании и Балканского полуострова. В эпоху античности одним из крупнейших месторождений меди стал остров Кипр, от его позднелатинского названия «купрум» произошло современное название меди как химического элемента. Русское название металла происходит от древнеславянского слова «смида», обозначавшего металл вообще. Отметим, что термин «смида» восходит к тем древнейшим временам, когда предки славян и германцев были еще единым индоарийским народом. Впоследствии в германских языках термин «смида» стал употребляться для обозначения человека, работающего с металлом, и закрепился в форме «смит» (англ.) или «шмидт» (нем.) – «кузнец».

Разработка подземных рудных месторождений была освоена в 4-м тысячелетии до н. э. Глубина шахтных выработок достигала 30 м и более. Для раздробления горной породы применяли огонь, воду и деревянные клинья. Около разрабатываемого участка разводили костер, породу накаливали, а затем быстро охлаждали, обильно поливая водой. В образовавшиеся трещины вбивали деревянные клинья, которые также поливали водой. Разбухая, клинья раскалывали горную породу. Обломки рудной породы снова нагревали в пламени костра, резко охлаждали и дробили молотами и кирками непосредственно в шахтах. Раздробленную руду извлекали из шахт в кожаных мешках или плетеных корзинах. Затем ее толкли в больших каменных ступах до размера гороха. В качестве топлива для выплавки металла древние металлурги применяли древесный уголь, плотные породы дерева, кости.

Наиболее древним способом переработки медной руды является тигельная плавка: руду смешивали с топливом и помещали в тигли, изготовленные из глины, перемешанной с костной золой. Размеры тиглей были небольшими, их высота составляла 12–15 см, в крышке предусматривались отверстия для выхода газов. В описанных выше гончарных очагах времен неолита достигалась температура (до 1100 °С), достаточная для получения меди, содержащей до 2 % масс. естественных примесей мышьяка, никеля, сурьмы. Впоследствии для выплавки меди стали устраивать ямные печи. В этом случае глиняный тигель с рудой и углем помещали в неглубокую яму с насыпанным поверх него слоем древесного угля. Особое значение имел выбор места плавки, которое должно было обеспечивать интенсивный приток воздуха в агрегат для раздувания огня и достижения необходимой температуры.

Количество меди, производимое в тиглях, было небольшим и составляло, как правило, несколько десятков граммов, поэтому постепенно перешли к производству меди в ямах непосредственно из руды. Для этого медную руду, перемешанную с древесным углем, помещали в ямы глубиной до 30 см, дно которых было выложено камнями. Над слоем шихты насыпали еще некоторое количество древесного угля, а сверху укладывали ветви деревьев и небольшое количество земли таким образом, чтобы не препятствовать притоку воздуха внутрь кучи. Место плавки старались располагать на склонах холмов, чтобы использовать естественное движение воздуха. Таким был первый «промышленный» металлургический агрегат.

По завершении плавки несгоревшее топливо убирали, а полученный металл дробили на удобные для использования куски. Это делалось сразу после затвердевания металла, так как на этой стадии медь особенно хрупка и легко разбивается на куски молотком. Для придания сырцовой меди товарного вида ее подвергали холодной ковке. Очень рано было обнаружено, что медь представляет собой мягкий и ковкий металл, легко уплотняющийся и освобождающийся от грубых включений при простейшей механической обработке.

При многих преимуществах медь, даже природно-легированная, имела очень существенный недостаток: медные инструменты быстро затуплялись. Износостойкость и другие свойства меди были не настолько высоки, чтобы медные инструменты и орудия могли полностью заменить каменные. Поэтому на протяжении медно-каменного века (4-е тысячелетие до н. э.) камень успешно конкурировал с медью, что и нашло отражение в названии эпохи. Решающий шаг в переходе от камня к металлу был сделан после изобретения бронзы.

Быстрый поиск по тексту

Категории металлов

К драгоценным или благородным металлам относится ряд веществ, которые обладают повышенной износостойкостью, не подвержены влиянию коррозии и окисления. Кроме того, их драгоценность обуславливается редкостью. Всего насчитывается 8 видов и выделяют:

. Пластичное, не подвергается коррозии, ρ (плотность) = 19320 кг/м3, t плавления – 1064 Сᵒ.
. Обладает тягучестью и ковкостью, обладает высокой отражающей способностью, электрической проводимостью, ρ = 10500 кг/ м3, t плавления – 961,9 Сᵒ.
. Тягучий, тугоплавкий, ковкий элемент, ρ = 21450 кг/ м3, t плавления – 1772 Сᵒ.
. Обладает мягкостью и ковкостью, имеет серебристо-белый цвет, наиболее легкий, плавкий, пластичный элемент, не поддается коррозии, ρ =12020 кг/ м3, t плавления – 1552 Сᵒ
. Твердость и тугоплавкость выше среднего, отличается своей хрупкостью, не поддается воздействию щелочей, кислот и их смесей, ρ = 22420 кг/ м3, t плавления – 2450 Сᵒ
. Внешне схож с платиной, однако, имеет большую твердость, хрупкость и тугоплавкость, ρ = 12370 кг/ м3, t плавления – 2950 Сᵒ.
Родий. Твердость выше среднего, тугоплавкий, хрупкий, имеет высокую отражательную способность, не подвергается воздействию кислот, ρ = 12420 кг/ см3, t плавления – 1960 Сᵒ
Осмий. Тяжелый, имеет повышенную тугоплавкость, твердость выше среднего, хрупкий, не поддается воздействию кислот, ρ = 22480 кг/ м3, t плавления – 3047 Сᵒ.

Схожие по своему химическому строению и по цвету(серебристо-белый) элементы. Насчитывается 17 видов этих металлов. Они были обнаружены в 1794 году в Финляндии, химиком Юханом Гадолином. К 1907 году этих элементов стало уже 14. Современное же название «редкоземельный» было присвоено данной группе к концу 18 века. Долгое время ученые предполагали, что элементы, относящиеся к этой группе, редко встречаются. Известны такие редкоземельные металлы:

Тулий;

Что касается химических свойств, то металлы образуют тугоплавкие и не растворимые в воде оксиды.

Первое освоение металлов

IV тысячелетие до нашей эры принесло человечеству судьбоносные изменения. Наиболее важным процессом стало освоение металлов. В это время человек обнаруживает такие металлы как медь, золото, серебро, свинец и олово. Наиболее быстро была освоена медь.

Изначально металл добывался из руды методом обжига на открытом огне. Эта техника была освоена примерно в VI-V тысячелетии до нашей эры на территории Индии, Египта и Западной Азии. Наиболее широко медь применялась для изготовления орудий труда и оружия. Придя на смену каменным орудиям, медь значительно облегчила труд человека. Изготавливали предметы труда при помощи глиняных форм и расплавленной меди, ее заливали в формы и ждали пока она остынет.

Кроме того, освоение меди дало новый виток в развитии общественного строя. Это положило начало расслоению общества по благосостоянию. Медь стала признаком богатства и благополучия.

К V тысячелетию человек знакомится с драгоценными металлами, а именно с серебром и золотом. Ученые предполагают, что первым был медно серебряный сплав, он назывался биллон.

Изделия из данных металлов являются находками древних захоронений. В древние времена эти элементы добывали в Египте, Испании, Нубии, на Кавказе. В России также происходила добыча, во II-III тысячелетии до нашей эры. Если металлы добывались из россыпей, то их промывали песком на подстриженных шкурах животных. Чтобы добыть металл из руды, ее нагревали, она трескалась, затем ее дробили, истирали и промывали.

В Средневековье добывалось по большей части серебро. Большая часть добычи производилась в Южной Америке (Перу, Чили, Новая Гранада), Боливии, Бразилии.
В начале ХVI века жители Испании обнаружили платину, которая очень напоминала серебро и поэтому его уменьшительно-ласкательной версией испанского слова «plata» – «platina», что в переводе значит – маленькое серебро или серебришко. С научной точки зрения платина рассмотрена в 1741 году Уильямом Уотсоном.

1803 год – открытие палладия и родия. В 1804 – иридия и осмия. Еще через четыре года открыт вестий, в последствии переименованный в рутений.

Что касается редкоземельных металлов, то до 60-х годов ХХ века они не были интересны в научных сообществах. Однако, именно в это время возникает технология выделения чистых металлов. Тогда же выяснились мощные магнитные свойства этих металлов. Со временем стало возможным выращивание монокристаллов этих металлов. Сегодня редкоземельные металлы позволяют производить множество предметов быта, без которых человек не представляет свое существование, например, энергосберегающие лампы. А также военную и автомобильную технику.

Современная добыча драгоценных металлов

В современное время наиболее ценным металлом считается золото. Именно его добыче уделяется наибольшее количество ресурсов. Первые «золотые жилы» были освоены на территории Африки, Азии и Америки.

Сегодня золото добывается в Южной Америке, Австралии и Китае. Россия является одной из наиболее масштабных золотодобывающих стран и занимает четвертое место в мире. Добыча ведется 16 компаниями в Магадане, Амурской области, Хабаровской области, в Красноярском крае, в Иркутской области и на Чукотке.

Методы добычи

До тех пор, пока не была придумана современная технология добычи драгоценных металлов, они добывались вручную. И сказать, что это крайне трудоемкий процесс, значит, ничего не сказать.

Итак, современные процессы золотодобычи:

Просеивание. Такой вид добычи золота был популярен во времена «золотой лихорадки» в Америке. Этот метод требовал больших усилий, терпения и навыков. Основными инструментами были сита, ведра с решетками на дне или мешки. Для того, чтобы найти хоть каплю золота человек заходил в реку по пояс, зачерпывал воду и выливал ее на сито и в ведро с решетчатым дном. Таким образом, на его поверхности оставались крупные камни и золотые частицы. При этом сито или решетчатое дно нужно было постоянно удерживать на поверхности, чтобы вымыть ненужные камни, песок и воду и оставить лишь частицы драгоценного металла. Сегодня данный метод редко используется.
Добыча из золотоносной руды. Это также ручной способ добычи. Здесь инструментами служили лопата, молоток для раздробления руды и кирка. Данный способ предполагает лазанье по горам, рытье грунта, траншей и шахт. Такая добыча велась преимущественно на территории России.
Промышленный метод. Благодаря развитию науки и открытию определенных химических соединений, скорость добычи значительно увеличилась, а также стала применяться мелкая и крупная техника. Этот процесс ведется автоматически и практически не требует человеческого внедрения.

Промышленная добыча в свою очередь делится на:

Альмагальмирование. Смысл данного метода заключается во взаимодействии ртути и золота. Ртуть имеет свойство притягивать и обволакивать драгоценный металл. Для обнаружения металла, руду засыпают в бочки, на дне которых находится ртуть. Золото притягивалось к ртути, а остальная, опустошенная руда отбрасывается. Этот метод пользовался спросом и был эффективен в середине 20 века. Он считался достаточно дешевым и простым. Однако, ртуть все же является токсичным элементом и поэтому от метода отказались. Прилипшие частицы драгоценного металла не всегда до конца удавалось отделить от ртути, что не является практичным и приводит к потере части добытого металла.
Выщелачивание. Этот метод производится при помощи цианида натрия. При помощи этого элемента частицы драгоценного металла переходят в состояние водорастворимых цианистых соединений. После этого при помощи химических реагентов их снова возвращают в твердое состояние.
Флотация. Существуют такие разновидности золотоносных частиц, которые не поддаются воздействию воды и не промокают. Они плавают на поверхности, как воздушные пузырьки. Такую разновидность породы дробят, затем заливают жидкостью или маслом сосны и перемешивают. Необходимые золотые частицы всплывают подобно воздушным пузырькам, их очищают и получают конечный результат. Если речь идет о промышленных масштабах, то сосновое масло заменяется воздухом.

Современные технологии обработки

Существует два способа обработки драгоценных металлов.

Литье

Этот способ является относительно простым. И действительно, все что потребуется, это залить расплавленный металл в заранее заготовленную форму, которая изготовлена из меди, свинца, дерева или воска. После полного остывания, изделие извлекается из формы, полируется.

Для размягчения металла используются специальные плавильные печи. Они бывают индукционные и муфельные.

Индукционная печь считается наиболее популярным и функциональным видом плавления. В ней нагрев происходит благодаря воздействию вихревых токов.
Муфельная печь позволяет нагревать определенные материалы до заданной температуры.

Муфельные печи делятся на различные виды в зависимости от типа нагревательного элемента (электрические, газовые), от защитного режима обработки (воздушные, с газовой атмосферой, вакуумные), от типа конструкции (вертикальная загрузка, колпаковые, горизонтальная загрузка, трубчатые).

Чеканка

Этот способ считается более сложным. Здесь металл не плавят, а разогревают до необходимого для дальнейшей работы состояния. Далее, при помощи молотков, на свинцовой подложке размягченное сырье превращают в тонкий пласт. Далее, будущему изделию придают необходимую форму.

Применение и виды изделий

Первое, что приходит на ум, если речь идет о применении драгоценных металлов – ювелирная промышленность. Сегодня мы видим изобилие различных ювелирных украшений и изделий на любой вкус. Это, как украшения, так и предметы быта, например, изделия для сервировки стола, посуда. Каждое ювелирное изделие имеет клеймо, которое соответствует подлинности и определенной пробе. Однако, это лишь малая часть сферы использования драгоценных металлов.

Их использование востребовано в автомобильной сфере.

Без платины, иридия, палладия, золота не обойтись в медицинской сфере. Медицинские иглы яркий тому пример. Также на основе белого металла изготавливаются протезы, различные инструменты, детали, препараты.

Кроме того, при помощи ценных металлов изготавливаются высокопрочные и устойчивые аппараты в электротехнической сфере. Например, антикоррозийные приборы и константные к образованию электрической дуги приборы. Каталитические свойства платины используются при производстве серной и азотной кислоты. Формалин изготавливается при помощи химических свойств аргентума. Без золота трудно представить нефтеперерабатывающую сферу.

Более прочные металлы используются для выплавления деталей, задействованных в более агрессивных условиях. Например, когда речь идет о работе с высокими температурами, агрессивными химическими реакциями, электричеством и прочим.

Также напыления этих металлов используют для покрытия других. Это помогает избавиться от коррозий, наделяет защитными свойствами присущими драгоценным металлам.

Ценообразование

Цену на драгоценные металлы предопределяют множество процессов, среди которых технические, фундаментальные и спекулятивные. Однако, наиболее важным фактором является спрос и предложение. Именно от этого фактора отталкиваются при формировании цен на драгоценности. Спрос формируют покупатели. Они используют металлы в различных промышленностях – медицинской, машиностроительной, радиотехнической, ювелирной. Также наличие изделий из драгоценных металлов зачастую определяет принадлежность человека к определённому статусу. Наиболее популярным среди прочих является золото. Это связано также с тем, что каждое государство имеет свой золотой запас, и его масштаб частично определяет весомость государства на мировой арене.

Согласно данным Центрального Банка Российской Федерации стоимость одного грамма золота составляет – 2686,17 руб., серебро – 31,78 руб./ грамм, платина – 1775, 04 руб./ грамм, палладий – 2179, 99 руб./ грамм.

“Семь металлов создал свет по числу семи планет” — в этих немудреных стишках был заключен один из важнейших постулатов средневековой алхимии . В древности и в средние века и было известно лишь семь металлов и столько же небесных тел (Солнце, Луна и пять планет, не считая Земли). По мнению тогдашних светил науки, не увидеть в этом глубочайшую философскую закономерность могли только глупцы да невежды. Стройная алхимическая теория гласила, что золото представлено на небесах Солнцем, серебро — это типичная Луна, медь, несомненно, связана родственными узами с Венерой, железо олицетворяется Марсом, ртуть соответствует Меркурию, олово — Юпитеру, свинец — Сатурну. До XVII века металлы и обозначались в литературе соответствующими символами.

Рисунок 1 - Алхимические знаки металлов и планет

В настоящее время известно более 80 металлов, большинство которых используется в технике.

С 1814 г. по предложению шведского химика Берцелиуса для обозначения металлов используются буквенные знаки.

Первым металлом, который человек научился обрабатывать, было золото. Самые древние вещи из этого металла изготовлены в Египте примерно 8 тыс. лет назад. В Европе 6 тыс. лет тому назад первыми начали изготовлять из золота и бронзы ювелирные украшения и оружие фракийцы , жившие на территории от Дуная до Днепра.

Историки выделяют три этапа в развитии человечества: каменный век, бронзовый и железный.

В 3 тыс.до н.э. люди начали широко применять в своей хозяйственной деятельности металлы. Переход от каменных орудий к металлическим имел колоссальное значение в истории человечества. Пожалуй, никакое другое открытие не привело к таким значительным общественным сдвигам.

Первым металлом, получившим широкое распространение, была медь (рисунок 2).

Рисунок 2 - Карта-схема территориально-хронологического распространения металлов в Евразии и Северной Африке

На карте хорошо видно расположение древнейших находок металлических изделий. Почти все известные артефакты, относящиеся к периоду с конца IX по VI тыс. до н.э. (т.е. до того, как в Месопотамии широко распространилась культура типа Урук), происходят всего из трех десятков памятников, рассеянных по обширной территории в 1 млн. км 2 . Отсюда извлечено около 230 мелких образцов, причем 2/3 из них принадлежат двум поселениям докерамического неолита — Чайоню и Ашикли.

Постоянно разыскивая необходимые им камни, наши предки, надо думать, уже в древности обратили внимание на красновато-зеленые или зеленовато-серые куски самородной меди. В обрывах берегов и скал им попадались медный колчедан, медный блеск и красная медная руда (куприт). Поначалу люди использовали их как обыкновенные камни и обрабатывали соответствующим способом. Вскоре они открыли, что при обработке меди ударами каменного молотка ее твердость значительно возрастает, и она делается пригодной для изготовления инструментов. Таким образом, вошли в употребление приемы холодной обработки металла или примитивной ковки.

Затем было сделано другое важное открытие — кусок самородной меди или поверхностной породы, содержавшей металл, попадая в огонь костра, обнаруживал новые, не свойственные камню особенности: от сильного нагрева металл расплавлялся и, остывая, приобретал новую форму. Если форму делали искусственно, то получалось необходимое человеку изделие. Это свойство меди древние мастера использовали сначала для отливки украшений, а потом и для производства медных орудий труда. Так зародилась металлургия. Плавку стали осуществлять в специальных высокотемпературных печах, представлявших собой несколько измененную конструкцию хорошо известных людям гончарных печей (рисунок 3).

Рисунок 3 - Плавка металла в Древнем Египте (дутьё подаётся мехами, сшитыми из шкур животных)

В Юго-Восточной Анатолии археологи открыли очень древнее поселение докерамического неолита Чайоню Тепеси (рисунок 4), которое поразило неожиданной сложностью каменной архитектуры. Ученые обнаружили среди руин около сотни мелких кусочков меди, а также множество осколков медного минерала — малахита, некоторые из них были обработаны в виде бусин.

Рисунок 4 - Поселение Чайоню Тепеси в Восточной Анатолии: IX-VIII тысячелетия до н.э. Здесь был обнаружен древнейший металл планеты

Вообще говоря, медь — мягкий металл, сильно уступающий в твердости камню. Но медные инструменты можно было быстро и легко затачивать. (По наблюдениям С.А. Семенова, при замене каменного топора на медный, скорость рубки увеличивалась примерно в три раза.) Спрос на металлические инструменты стал быстро расти.

Люди начали настоящую «охоту» за медной рудой. Оказалось, что она встречается далеко не везде. В тех местах, где обнаруживались богатые залежи меди, возникала их интенсивная разработка, появлялось рудное и шахтное дело. Как показывают открытия археологов, уже в древности процесс добычи руды был поставлен с большим размахом. Например, вблизи Зальцбурга, где добыча меди началась около 1600 году до Р.Х., шахты достигали глубины 100 м, а общая длина отходящих от каждой шахты штреков составляла несколько километров.

Древним рудокопам приходилось решать все те задачи, которые стоят и перед современными шахтерами: укрепление сводов, вентиляция, освещение, подъем на гора добытой руды. Штольни укрепляли деревянными подпорками. Добытую руду плавили неподалеку в невысоких глиняных печах с толстыми стенками. Подобные центры металлургии существовали и в других местах (рисунки 5,6).

Рисунок 5 - Древние рудники

Рисунок 6 - Орудия древних рудокопов

В конце 3 тыс.до н.э. древние мастера начали использовать свойства сплавов, первым из которых стала бронза. На открытие бронзы людей должна была натолкнуть случайность, неизбежная при массовом производстве меди. Некоторые сорта медных руд содержат незначительную (до 2%) примесь олова. Выплавляя такую руду, мастера заметили, что медь, полученная из нее, намного тверже обычной. Оловянная руда могла попасть в медеплавильные печи и по другой причине. Как бы то ни было, наблюдения за свойствами руд привели к освоению значения олова, которое и стали добавлять к меди, образуя искусственный сплав — бронзу. При нагревании с оловом медь плавилась лучше и легче подвергалась отливке, так как становилась более текучей. Бронзовые инструменты были тверже медных, хорошо и легко затачивались. Металлургия бронзы позволила в несколько раз повысить производительность труда во всех отраслях человеческой деятельности (рисунок 7).

Само производство инструментов намного упростилось: вместо того, чтобы долгим и упорным трудом оббивать и шлифовать камень, люди наполняли готовые формы жидким металлом и получали результаты, которые и во сне не снились их предшественникам. Техника литья постепенно совершенствовалась. Сначала отливку производили в открытых глиняных или песчаных формах, представлявших собой просто углубление. Их сменили открытые формы, вырезанные из камня, которые можно было использовать многократно. Однако большим недостатком открытых форм было то, что в них получались только плоские изделия. Для отливки изделий сложной формы они не годились. Выход был найден, когда изобрели закрытые разъемные формы. Перед литьем две половинки формы крепко соединялись между собой. Затем через отверстие заливалась расплавленная бронза. Когда металл остывал и затвердевал, форму разбирали и получали готовое изделие.

Рисунок 7 - Бронзовые инструменты

Такой способ позволял отливать изделия сложной формы, но он не годился для фигурного литья. Но и это затруднение было преодолено, когда изобрели закрытую форму. При этом способе литья сначала лепилась из воска точная модель будущего изделия. Затем ее обмазывали глиной и обжигали в печи.

Воск плавился и испарялся, а глина принимала точный слепок модели. В образовавшуюся таким образом пустоту заливали бронзу. Когда она остывала, форму разбивали. Благодаря всем этим операциям мастера получили возможность отливать даже пустотелые предметы очень сложной формы. Постепенно были открыты новые технические приемы работы с металлами, такие как волочение, клепка, пайка и сварка, дополнявшие уже известные ковку и литье (рисунок 8).

Рисунок 8 - Золотая шляпа кельтского жреца

Пожалуй, самую крупную отливку из металла удалось сделать японским мастерам. Было это 1200 лет назад. Весит она 437 т и представляет собой Будду в позе умиротворения. Высота скульптуры вместе с пьедесталом — 22 м. Длина одной руки — 5м. На раскрытой ладони могли бы свободно танцевать четыре человека. Добавим, что знаменитая древнегреческая статуя — Колосс Родосский — высотой 36 м весила 12 т. Отлита она была в III в. до н. э.

С развитием металлургии бронзовые изделия, повсюду стала вытеснять каменные. Но не нужно думать, что это произошло очень быстро. Руды цветных металлов имелись далеко не везде. Причем олово встречалось гораздо реже, чем медь. Металлы приходилось транспортировать на далекие расстояния. Стоимость металлических инструментов оставалась высокой. Все это мешало их широкому распространению. Бронза не могла до конца заменить каменные инструменты. Это оказалось под силу только железу.

Кроме меди и бронзы широко использовались и другие металлы.

Древнейшими изделиями из свинца считаются найденные в Малой Азии при раскопках Чатал-Хююка бусы и подвески и обнаруженные в Ярым-Тепе (Северная Месопотамия) печати и фигурки. Эти находки датируются VI тыс. до н. К тому же времени относятся и первые железные раритеты, представляющие собой небольшие крицы, найденные в Чатал-Хююке. Старейшие серебряные изделия обнаружены на территории Ирана и Анатолии. В Иране их нашли в местечке Тепе-Сиалк: это пуговицы, датируемые началом V тыс. до н. В Анатолии, в Бейджесултане, найдено серебряное кольцо, датируемое концом того же тысячелетия.

В доисторические времена золото получали из россыпей путем промывки. Оно выходило в виде песка и самородков. Затем начали применять рафинирование золота (удаление примесей, отделение серебра), во второй половине 2-го тысячелетия до н.э. В 13-14 веках научились применять азотную кислоту для разделения золота и серебра. А в 19 веке был развит процесс амальгамации (хоть он и был известен в древности, но нет доказательств, что его использовали для добычи золота из песков и руд).

Серебро добывали из галенита, вместе со свинцом. Затем, через столетия, их начали выплавлять совместно (примерно к 3-му тысячелетию до н.э. в Малой Азии), а широкое распространение это получило еще спустя 1500-2000 лет.

Около 640 г. до н. э. начали чеканить монеты в Малой Азии, а около 575 г. до н. э. — в Афинах. По сути дела, это начало штамповочного производства.

Олово когда-то давно выплавляли в простых шахтных печах, после чего делалась его очистка специальными окислительными процессами. Сейчас в металлургии олово получают путем переработки руд по сложным комплексным схемам.

Ну, а ртуть производили путем обжига руды в кучах, при котором она конденсировалась на холодных предметах. Затем уже появились керамические сосуды (реторты), на смену которым пришли железные. А с ростом спроса на ртуть ее стали получать в специальных печах.

Железо было известно в Китае уже в 2357 г. до н. э., а в Египте — в 2800 г. до н. э., хотя еще в 1600 г. до н. э. на железо смотрели как на диковинку. “Железный век” в Европе начался приблизительно за 1000 лет до н. э., когда в государства Средиземноморья проникло от скифов Причерноморья искусство выплавки железа.

Использование железа началось намного раньше, чем его производство. Иногда находили куски серовато-черного металла, который, перекованный в кинжал или наконечник копья, давал оружие более прочное и пластичное, чем бронза, и дольше держал острое лезвие. Затруднение состояло в том, что этот металл находили только случайно. Теперь мы можем сказать, что это было метеоритное железо. Поскольку железные метеориты представляют собой железоникелевый сплав, можно предположить, что качество отдельных уникальных кинжалов, например, могло соперничать с современным ширпотребом. Однако, та же уникальность, приводила к тому, что такое оружие оказывалось не на поле боя, а в сокровищнице очередного правителя.

Железные орудия решительно расширили практические возможности человека. Стало возможным, например, строить рубленные из брёвен дома — ведь железный топор валил дерево уже не в три, как медный, а в 10 раз быстрее, чем каменный. Широкое распространение получило и строительство из тесаного камня. Он, естественно, употреблялся и в эпоху бронзы, но большой расход сравнительно мягкого и дорогого металла решительно ограничивал такие эксперименты. Значительно расширились также и возможности земледельцев.

Впервые железо научились обрабатывать народы Анатолии. Древнегреческая традиция считала открывателем железа народ халибов, для которых в литературе использовалось устойчивое выражение «отец железа», и само название народа происходит именно от греческого слова Χ?λυβας («железо»).

«Железная революция» началась на рубеже I тысячелетия до н. э. в Ассирии. С VIII века до н. э сварное железо быстро стало распространяться в Европе, в III веке до н. э. вытеснило бронзу в Галлии, во II веке новой эры появилось в Германии, а в VI веке нашей эры уже широко употреблялось в Скандинавии и в племенах, проживающих на территории будущей Руси. В Японии железный век наступил только в VIII веке нашей эры.

Вначале получали только маленькие партии железа, и в течение нескольких столетий оно стоило порой в сорок раз дороже серебра. Торговля железом восстановила процветание Ассирии. Открылся путь для новых завоеваний (рисунок 9).

Рисунок 9 - Печь для выплавки железа у древних персов

Увидеть же железо жидким металлурги смогли только в XIX веке, однако, ещё на заре железной металлургии — в начале I тысячелетия до новой эры — индийские мастера сумели решить проблему получения упругой стали без расплавления железа. Такую сталь называли булатом, но из-за сложности изготовления и отсутствия необходимых материалов в большей части мира эта сталь так и осталась индийским секретом на долгое время.

Более технологичный путь получения упругой стали, при котором не требовались ни особо чистая руда, ни графит, ни специальные печи, был найден в Китае во II веке нашей эры. Сталь перековывали очень много раз, при каждой ковке складывая заготовку вдвое, в результате чего получался отличный оружейный материал, называемый дамаском, из которого, в частности, делались знаменитые японские катаны.

Как указывалось в предыдущей главе, отдельные поделки из меди (главным образом украшения) появились очень рано. В настоящее время археология не может точно указать, где впервые начали плавить руды или где впервые получили бронзу - сплав меди с другими металлами. По всей вероятности, люди сначала использовали медь самородного происхождения, которую обрабатывали как особую породу камня, обладавшую пластичными свойствами. Но когда обнаружили, что куски медной руды при сильном нагревании начинают плавиться, а при охлаждении вновь становятся твердыми, был открыт процесс выплавки металла. Новое свойство меди стали использовать для создания орудий с заранее обдуманной формой, т. е. был изобретен литейный процесс.

С освоением плавки меди возрос интерес к ней как к новому материалу для изготовления орудий труда, а не только украшений. Однако медь самородного происхождения редко встречается на поверхности земли. В V тыс. до н. э. стали разрабатывать окисленные медные руды, жилы которых выходили на поверхность. Разработка сульфидных руд относится к более позднему времени. Выработки представляли собой узкие щели, которые образовались в результате выемки породы рудоносных жил. Если рудокоп наталкивался на мощную рудную линзу, на месте выработки щель превращалась в полость. В IV тыс. до н. э. стали переходить к разработке подземных месторождений. На Балканском полуострове, например, шахтные выработки достигали глубины 27 м. Чтобы отколоть куски руды, необходимо было породу сначала разогреть, затем облить водой. В результате получались трещины, в которые вставляли деревянные клинья, пропитываемые водой. При разбухании деревянные клинья разрывали руды на куски. На Балканском полуострове в выработках обнаружены втульчатые клинья-кайла, сделанные из оленьего рога. Предполагают, что ими рудокопы добывали медную руду из жил.

Вблизи от разработок происходил процесс обогащения руд. Вначале был известен сухой способ обогащения: добытую руду отделяли от пустой породы и дробили каменными молотками. Позднее стали применять мокрый способ обогащения. Раздробленную руду укладывали в деревянные лотки с водой. Лотки трясли, в результате куски руды как более тяжелые оседали па дно, а более легкая пустая порода всплывала наверх. Ее сгребали, и в лотке оставались куски медной руды. Сульфидные медные руды перед плавкой длительное время обжигали на кострах.

Руду плавили также недалеко от разработок в специальных глиняных печах. Для получения в печи более высокой температуры через воздуходувные трубки люди вдували воздух. В III тыс. до н. э. были изобретены кожаные воздуходувные меха. Выплавленные из медных руд слитки металла служили предметом обмена; как правило, металлурги не занимались ювелирным и кузнечным делом.

В V тыс. до н. э. человек познакомился с другими цветными металлами: серебром и золотом.

Первым сплавом, как предполагают исследователи, был биллон - сплав меди с серебром. Из него в Южной Туркмении на рубеже V-IV тыс. до н. э. отковывали украшения (булавки). Сплав меди с мышьяком стал известен в IV тыс. до н. э. Мышьяковые сплавы появляются в Закавказье на тысячу лет ранее, чем оловянистые бронзы Западной Европы . С III тыс. до н. э. в странах Древнего Востока бронзу получали чаще из сплава меди с различными пропорциями олова. По сравнению с медью бронзовые сплавы отличаются легкоплавкостью, высокими литейными качествами, большой прочностью. В зависимости от назначения отливки в металл добавляли от 1-2% до 8-10% олова. Чем больше добавляли олова, тем более хрупким было изделие.

Если руду плавили в непосредственной близости от мест добычи, то медные и бронзовые изделия отливали на поселениях. Для получения бронзового сплава медь и олово или медь и мышьяк, взятые в определенных пропорциях, помещали в глиняные тигли, которые ставили в печь. Расплавленный металл из тиглей разливали в формы из песка, камня, дерева. Сначала использовали открытые, а затем и закрытые створчатые формы. В формах отливали оружие, орудия труда и разнообразный инструмент. Художественные и ювелирные изделия отливались по восковой модели. Модель лепили из воска, на которую слоями наносили тонкоотмученную глину до тех пор, пока глиняная стенка не становилась прочной. В глиняной форме оставляли специальные отверстия, чтобы вытопить воск и залить внутрь бронзовый сплав. По остывании, для того чтобы извлечь предмет, глину разламывали, а для получения новой отливки весь процесс необходимо было повторить заново. Изделия, отлитые по восковой модели, представляют художественную ценность.

Руды цветных металлов были мало доступны для разработок; залежи олова - основное сырье для бронзовых сплавов - известны были в древности в довольно ограниченных масштабах. Металл приходилось транспортировать с места добычи руд на очень большие расстояния. Все это мешало широкому внедрению цветных металлов в производство. По словам Ф. Энгельса, «...бронза давала пригодные орудия и оружие, но не могла вытеснить каменные орудия; это было под силу только железу, а добывать железо еще не умели» (Маркс К., Энгельс Ф. Соч., т. 21, с. 161).

Особые свойства нового материала освоили быстро, были созданы более производительные орудия и оружие, что не могло не сказаться на развитии земледелия и ремесла.