книги из ГПНТБ / Казаков Б.И. Благородные металлы служат человеку

С этим связан такой драматический эпизод. Д л я уп­ равления мексиканскими рудниками министерство финан­ сов Испании направило своего чиновника. Будучи профа­ ном в горном деле, он приказал вынуть опорные целики — своего рода столбы, оставляемые в горных выработках для поддержания их от обрушения, и обратить их в руду. Ретивость управляющего привела к тому, что выработки обрушились, и разработка ртутной руды прекратилась. Вскоре и в самой Испании оказались затопленными руд­ ники Альмадена. Стремясь выправить положение, Испания обратилась к китайским купцам, надеясь получить ртуть из китайских месторождений. Но надежды эти пришлось оставить: прежде чем отправить ртуть, китайцы раствори­ ли в ней олово и другие металлы; естественно, что для предназначенной цели такая ртуть не была пригодной — это у ж е была амальгама. Обратились к австрийскому пра­ вительству и получили согласие на поставку ртути, но ко­ личественно эта ртуть не обеспечивала потребностей за­ океанских рудников. Пришлось обратиться за помощью к местному населению, порабощенным индейцам. Им предоставили право разыскать на месте небольшие место­ рождения и поставлять ртуть на серебряные рудники.

Технические усовершенствования в амальгамациониый процесс внедрялись медлепно. Потери ртути были очень велики, и даже в X I X в., по свидетельству знаменитого А. Гумбольдта, 24% всех издержек производства приходи­ лось на ртуть. Ртуть была дорога, и цены на нее диктова­ ли до середины прошлого века Испания и Австрия. Б о ­ гатство серебряных руд Южной Америки позволяло вести

мации уменьшились примерно в 8 раз. Усовершенствова­

прежде всего после того, как французским химиком Вио­ леттой в 1851 г. был сконструирован прибор, в котором

90

ли в тончайший порошок и на площадке, выложенной каменными плитами, замешивали с водой. Небольшой на­ клон площадки обеспечивал сток избытка воды. Это «тес­ то» посыпалось солью и утаптывалось мулами и лошадь­ ми. После этого туда же добавляли обожженный медный колчедан и ртуть, и мулы снова перемешивали смесь. От двух до пяти месяцев работали мулы, после чего массу промывали в каменных ваннах и выбирали из нее сереб­

тия по добыче драгоценного металла укрупнялись, и ши ­ рокое распространение на них получили толчейные станы. Оии представляли собой железные ящики, в которых руда измельчалась несколькими массивными железными стерж­ нями примерно десятисантиметровой толщины, усиленны­ ми тяжелыми стальными башмаками. Вес каждого стерж­ н я был около 140 кг. Струйка воды, стекавшая в стан, превращала измельченную толчеями руду в жидкую ка­ шицу. Ее смывали через проволочный грохот в большие бегунные чаши, подогреваемые паром. Ртуть находилась и в толчейном стане и в бегуиных чашах — амальгамато­ рах, куда ее добавляли каждые полчаса, пропустив пред­ варительно через мешок из оленьей кожи. После недель­ ной работы стаи подвергали очистке, точнее извлечению из него накопившейся амальгамной массы, из которой ле­ пили комки. И х складывали в груду, а потом загружали в реторту, соединенную трубой с ведром воды. Реторту нагревали, и ртуть перегонялась в ведро, в реторте ж е ос­ тавалось серебро. Его расплавляли и отливали в виде бруска.

Одна из промышленных компаний в то время построи­ ла гигантскую обогатительную фабрику в 100 толчеи, на что израсходовала почти миллион долларов. Затраты эти себя оправдали, ибо добыча серебра из рудников этой ком­

ния почти не применялся. С одной стороны, из таких руд более просто и более удобно было извлекать драгоценный металл огневой плавкой, с другой — ртуть была очень до­ рога, и ее много терялось, а с третьей — весьма немало­ важным было и получение свинца, выплавленного совме-

91

стно с серебром. На серебряных заводах России неболь­ шие количества серебра извлекались и амальгамационным путем, но это были лишь опыты, а не утвердившийся про­ изводственный процесс.

ли эти дополнительные расходы? Оказалось, что соль ус­ коряет амальгамацию. Соль добавлялась с медным или железным купоросом. Действие ее отнюдь не каталитичес­

такте с ртутью таких покрытых пленкой зерен амальга­ мация или сильно задерживается, или вообще не проходит (так же, как «золото в рубашке»), а ртуть насыщается этими металлами и пемзуется, как у ж е об этом говорилось ранее.

При прокаливании амальгамационной рудной массы, пропитанной к тому ж е солью и купоросом, последние взаимодействуют между собой, и свободный хлор обра­ зует с многими примесями летучие соединения, легко от­ деляемые при отгонке. Правда, при этом хлор взаимодей­ ствует и с серебром, но это соединение, наоборот, выпа­ дает в осадок и, таким образом, не теряется. Это нашло свое отражение и в одном из способов отделения золота от серебра. Иначе говоря, это тот же, может быть несколь­ ко видоизмененный, процесс хлоринации. Солью пользо­ вались для извлечения серебра и в России, но применение этого способа было весьма ограниченным.

Впоследствии амальгамация была вытеснена усовер­ шенствованными ппрометаллургическими способами про­

К каким ж е приемам приходится прибегать для извле­ чения серебра из полиметаллических руд? Известно, что наиболее распространенным минералом серебра в них яв ­ ляется сернистое серебро — аргентит, в котором содержа­ ние металла 87,1%. Значительная часть серебра в поли­ металлических рудах связана со свинцовым блеском, яв­ ляясь его примесью. В некоторых полиметаллических ру­ дах содержится и самородное серебро. Наряду со свинцом,

92

цинком, медью, серебром, золотом, железом в полиметал­ лических рудах могут в промышленных количествах со­ держаться висмут, сурьма, кадмий, кобальт, молибден, ва­ надий, индий, таллий и ряд других элементов. Задача по­ элементного разделения такого «букета» ценных металлов даже сегодня весьма непроста. Все начинается с обогаще­ ния. При этом самородное золото и серебро выделяются в отсадочных машинах или улавливаются специальными аппаратами. Основной ж е метод обогащения — флотация. Применительно к полиметаллическим рудам существуют две производственные схемы флотационного обогащения. По одной из них последовательно выделяются свинцовый, цинковый и пиритный концентраты. Если в руде присут­ ствуют значительные количества меди, то выделяют обыч­ но не свинцовый, а свинцово-медный концентрат, который в дальнейшем разделяют на два — свинцовый и медный. По другой схеме флотируются все сернистые соединения (сульфиды) с последующим разделением их на свинцо­ вый, медный, цинковый и пиритный концентраты. Все со­ держащееся в руде серебро при такой обработке перехо­ дит главным образом в свинцовый концентрат, так что за­ дача его выделения сводится к обессеребрению свинца.

Наиболее проста реакционная, или горновая, плавка свинцовых концентратов, производимая в чугунном коро­ бе, установленном в кладке из огнеупорного кирпича, об­ разующей печь со сводом. Шихта, состоящая из свинцо­ вого концентрата, оборотной пыли и коксовой мелочи, подвергается окислительной плавке. Сера при этом выго­ рает, а из печи выходит веркблей — свинец, в котором растворено некоторое количество меди, сурьмы, мышьяка, олова, висмута и благородных металлов. Из полученного веркблея прежде всего отделяется медь. Ее кристаллы при охлаяедении расплава до 340—360° С выделяются и всплы­ вают на поверхность ванны в виде так называемых мед­ ных съемов или «шликеров». Последние удаляются боль­ шими ложками. Чтобы избавиться от остатков меди, при­ бегают к введению в расплав серы или сернистого свинца (свинцового блеска). Остаточная медь соединяется с серой и в Таком виде также всплывает на поверхность, откуда и удаляется. И з ъ я в медь из веркблея, приступают к выде­ лению из него сурьмы, мышьяка и олова. В отражатель­ ной печи веркблей расплавляют при свободном доступе воздуха. Выделяемые элементы окисляются прежде, чем

93

свинец, а образующиеся окислы в свинце нерастворимы. Поэтому при температуре 800—900° С окислы всплывают на поверхность и также удаляются. При этом, правда, ув­ лекается п часть свинца, а потому съемы подвергаются до­ полнительной переработке. Л и ш ь после этих предвари­ тельных операций можно приступить к обессеребрению.

Прежде наиболее употребительным способом отделе­ ния серебра от свинца было паттинсонирование, заклю­ чающееся в постепенном охлаждении свинцового распла­ ва, при котором выделяются чистые кристаллы свинца, а серебро остается в маточном растворе. Таким образом про­ исходит повышение концентрации серебра в свинце. Спо­ соб этот длителен и малопроизводителен по сравнению с паркессированием, которое оказалось более удобным. Ос­ новано паркессирование на той особенности, что раство­

лота, если оно есть в расплаве) . Пену собирают, очищают от механически увлеченного ею небольшого количества свинца, помещают в графитовые реторты, укрепленные в небольших печах, или герметичные электропечи. При тем­

шлака последний сливается с поверхности. Оставшееся в ванне серебро (или сплав его с золотом) разливают в чуш­ ки и отправляют на а ф ф и н а ж н ы й завод.

Горновая плавка в настоящее время применяется зна­ чительно реже, чем восстановительная плавка в шахтных

так, чтобы содержащаяся в руде сера выгорела пе полно­ стью, ибо она в дальнейшем н у ж н а для отделения меди. При этом свинец восстанавливается из окислов и выплав­ ляется; плавятся сернистые соединения меди и некоторых других металлов, а также мышьяковистые и сурьмянистые

94

различаются по удельному весу, их легко отделить при выпуске из печи, причем, как наиболее тяжелый, первым выходит свинец, точнее веркблей, так как в нем раство­

В приложении к серебру этот процесс имеет свои особен­ ности. Наиболее благоприятным соединением для перехо­ да в цианистый раствор является хлористое серебро. По­ этому в большинстве случаев серебряные руды перед циа­ нированием подвергаются хлорирующему обжигу. Д л я этого руду смешивают с поваренной солью (8%) и прока­ ливают в печах. После выщелачивания полученного опека водой, подкисленной сернистым газом, его отправляют на цианирование. Последнее имеет ограниченное применение, что обусловлено присутствием в руде посторонних метал­ лов, но часто изменением технологического режима удает­ ся преодолеть возникающие трудности.

Весьма затруднено цианирование, если серебро нахо­ дится в виде мышьяковистых и сурьмянистых соединений. Предварительная обработка таких руд заключается в том, что пульпу перемешивают с металлическим алюминием в растворе едкого натра. Перед подачей на цианирование такую пульпу фильтруют. В процессе этой обработки се­ ребро восстанавливается выделяющимся водородом до ме­ талла и становится доступным цианированию. Из циани­ стого раствора серебро осаждают цинковой пылью, алюми­ ниевой пылью или сернистым натрием.

Природное золото нередко содержит в себе примеси се­

ке, завешивается на анод гальванической ванны, электро­ литом которой является раствор азотнокислого серебра. При подключении ванны к источнику постоянного тока серебро на аноде растворяется и отлагается на другом электроде, а все примеси выпадают в шлам, от которого ванна периодически очищается. Этот ж е процесс заверша-

95

ет и электролитическое разделение серебра и золота: на аноды золотосеребряного сплава надеваются матерчатые чехлы, а катоды завешиваются ие из серебра, а из инерт­ ного металла, с которых осажденный драгоценный металл легко снимается.

При панесении металлических покрытий гальваничес­ кий процесс ограничивается определенной плотностью электрического тока (число ампер на единицу покрывае­ мой площади) . Превышение ее приводит it тому, что по­ крытие не будет плотно прилегать к детали. П р и электро­ литическом разделении золота и серебра как раз это и требуется. В азотнокислом электролите серебро растворя­ ется и под воздействием постоянного тока переносится к катоду, где и должно было бы выделиться в виде покры­ тия. Однако при завышенной плотности тока серебро выде­ ляется на катоде, но не сцепляется с ним и крупными кристаллами падает на дно ванны. Оттуда серебро перио­ дически вычерпывается, промывается, прессуется и в фор­ ме цилиндрических брикетов отправляется на плавку.

А золото, которое находится в сплаве? При разрушении

них ошеломляюще богатых месторождений, добыча сереб­ ра растет? Ответ на поставленный вопрос однозначен: рез­ ко возросло использование серебра в технике. Проникнове­ ние серебра в технику началось задолго до того, как его стали изымать из монетного обращения и производства столовой посуды. Оказалось, что серебро сочетает в себе качества, необходимые для многочисленных производст­ венных процессов, для надежной работы аппаратов, ма­ шин, приборов.

ЗЕРКАЛА

Самое распространенное применение серебра для тех­ нических целей — это зеркала. До середины прошлого сто­ летия зеркала изготовляли путем нанесения иа стекло от-

96

ражающего слоя из оловянной амальгамы. Не всем изве­ стно, что роскошные венецианские зеркала, которыми в свое время бредили светские дамы, были не серебряны­ ми, а ртутными. Не говоря у ж е о вредности таких изделий (а тем более их производства), качество ртутных зеркал намного уступает серебряным. Способ серебрения стекла был открыт еще в 1846 г., но рецепты серебряных раство­ ров, пригодные для массового производства зеркал, были разработаны после этого почти через 10 лет французским химиком Птижаиом и немецким химиком Либихом. Хими­ ческая схема зеркального покрытия поверхности стекла общеизвестна — это восстановление металлического сереб­ ра из его аммиачного раствора глюкозой или формалином. Интересно, что в древности пользовались не стеклянными зеркалами, а металлическими. Главным материалом для них было серебро. Б ы л и , конечно, более дешевые — медные и бронзовые зеркала, но они придавали отражению желто­ ватый оттенок. Да и более дорогое зеркало из золота хотя и не тускнело, но страдало тем ж е недостатком. Отполиро­ ванные до блеска серебряные пластины четко, без какого бы то ни было оттенка, отражали все детали предмета.

Пользование такими зеркалами было дорогим удоволь­ ствием, и недаром в гимне богине Палладе греческого поэ­ та Каллимаха, как упрек расточительству, говорится о том, что богини при своем туалете зеркал не употребляли. С целью фальсификации или удешевления материала зер­ кал стали изготовлять сплавы серебра с более обиходны­ ми металлами — медью и оловом. Любопытно, что тогда такую подделку не раз отличали по ... запаху.

Однако, не оговорились ли мы, рассматривая зеркала как техническое применение серебра? Ведь зеркала — не­ обходимая принадлежность быта многих миллионов лю­ дей. Но нельзя здбывать, что зеркала используются и в многочисленных инструментах научных исследований. Микроскопы, фотометры и другие оптические приборы не­ пременной деталью имеют зеркало, отражающее лучи ос­ ветительной лампы на рассматриваемый предмет или, как принято говорить, в поле зрения.

Вогнутыми зеркалами, собирающими свет в точку, вос­ пользовался русский механик И. Кулибин. Внутренность его знаменитого фонаря была выложена множеством мел­ ких зеркал, образующих вогнутую сферу, и многократное отражение пламени, помещенной в фонарь свечи, резко

усиливало идущий от нее свет. А в наши дни в миллионах автомобильных фар также усиливается свет электрической лампочки с помощью вогнутого зеркала. Трудно и предста­ вить себе сейчас транспорт (и не только автомобильный) без источника света, снабженного вогнутым зеркалом.

Большое значение в военной технике принадлежит прожекторам, снабженным самыми качественными зерка­ лами. Прообраз этих могучих светильников зажегся на башне знаменитого Александрийского маяка более двух тысяч лет тому назад: тогда свет разведенного костра уси­ ливался хитроумно поставленными зеркалами. Прожекто­

Грандиозная операция советских войск в последнюю вой­ ну — взятие Берлина — началась с ураганного артилле­ рийского обстрела, после чего на позиции нацистов двину­ лось море огня: на каждом тапке, шедшем в атаку, был укреплен мощный прожектор.

Зеркалами широко пользуются и разведчики звездных миров. Подавляющее большинство современных мощных телескопов вооружено огромным вогнутым зеркалом.

Если ж е говорить об «устремлении» зеркал в космос, то можно привести пример, где оно приобрело более кон­

боджи заявило протест против американского проекта за­ пуска на орбиту спутника-зеркала. Проект предусматри­

ж е так энергично запротестовала Камбоджа? С появлени­ ем зеркала - Луны нарушится световой режим растений, а это губительно скажется на их продуктивности. Не фанта­ стичен ли сам проект? Нет, технически проект вполне осу­ ществим. Н а орбиту представляется возможным доставить конструкцию вроде огромного надувного матраса со сверх­ легким металлическим покрытием и там ее наполнить, создав гигантское космическое зеркало.

Прекрасная отражательная способность нанесенного на стекло серебра используется не только в зеркалах, но и для покрытий бытовых приборов, например термосов, для

98

того чтобы оградить содержимое от тепловых потерь через излучение.

Нанесение тонкого слоя серебра на поверхность стекла не обязательно осуществляется восстановлением его из аммиачных солей. С пе меньшим успехом это можно де­ лать металлизацией или у ж е упоминавшимся катодным распылением.

ЖЕЛТОЕ СТЕКЛО

Мастеров многовекового искусства стекловарения мало интересовали способы нанесения серебра на поверхность. Они вводили его в состав шихты для придания стеклу ори­ гинальной окраски. Первоначально это преследовало лишь художественные, декоративные цели, по со временем по­ требовались сигнальные стекла и светофильтры для раз­ личных научных исследований.

Весьма непросто оказалось получить стекло желтого цвета. Дело в том, что в стекольной шихте в небольших количествах всегда присутствуют окислы железа, которые придают стеклу зеленоватый оттенок. Чтобы избавиться от этого оттенка, часто уничтожают налагаемую ими ок­ раску введением добавочных компонентов. Однако эти же окислы железа можно использовать для получения желтой окраски. Д л я дешевых сортов стекла такой краситель вполпе приемлем, но для более качественных пе годится пз-за непостоянства окраски. Проводя процесс варки таким об­ разом, чтобы образовались сульфиды железа, можно дос­ тичь желтой окраски, однако при этом возникает ряд за­ труднений. П л а м я в печи обязательно должно быть вос­ становительным, присутствие селитры не допускается, не­ обходимо строго следить за верхним пределом температу­ ры варки, иначе будут выделяться окись углерода и серни­ стый газ; но д а ж е при соблюдении этих жестких условий полученное стекло, как правило, имеет желтый цвет с ко­ ричневым оттенком.

Д л я окраски свинцовых стекол сернистые соединения совершенно непригодны, так-как в нропессе варки обра­ зуется сернистый свинец черпого цвета. Получают желтое стекло путем введения в шихту окиси церия, но окраска поп этом получается не чистая, а с коричневым оттенком. Долгое время окраска стекла в желтый цвет достигалась труднее, чем в любые другие цвета.