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

Советские ученые А. Даванков и В. Лауфер сделали попытку разрешить этот вопрос с помощью ионообменных смол. Сконструированный ими прибор сотрудник Инсти­ тута океанологии С. Дембовский применил на экспедици­ онном судне, и ему удалось добыть из морской воды не­ сколько миллиграммов золота.

Учеными была синтезирована смола, которая улавли­ вала золото и серебро в таких количествах, что их вес сос­ тавлял 200 (для золота) и 300 (для серебра) процентов от веса самой смолы. Проводилось это в несколько этапов. При прохождении воды через смолу происходил ионообмен. Затем ионы серебра и золота в порах смолы восста­ навливались до металла при обработке смолы гидросуль­ фитом натрия. Этот металл отлагался в порах, а смола вновь обретала ионообменные свойства. Так повторялось до тех пор, пока поры смолы не закупоривались полностью восстановленным металлом. Такие смолы оказались неза­ менимым средством против потерь металла с промывными водами на ювелирных фабриках. Первоначально подобные установки были встречены с недоверием, но когда они в тщательно проведенных испытаниях зафиксировали вы­ ход более 90%, то ученым была поручена разработка промышленного извлечения золота из промывных вод юве­ лирных фабрик Москвы, Ленинграда, Таллина, Одессы, Свердловска, Риги, Харькова и других городов нашей страны.

ПРОБИРНОЕ ИСКУССТВО

Степень очистки металла, содержание его в руде, про­ цент извлечения, ювелирная проба — все это требует са­ мого тщательного контроля, без которого нет возможности правильно наладить процессы геологоразведки, добычи, извлечения, плавки. Золотые изделия, найденные архео­ логами, показывают, что древние металлурги добивались высокой степени чистоты золота. Оказалось, что в много­ вековой практике обратили внимание на то, что восстанов­ ленный свинец собирает золото и серебро, отделяя их та­ ким образом от неблагородных металлов. Веркблей, как назывался такой сплав, получался после обжига «намерт­ во». Проводя последующую плавку в окислительной ат­ мосфере, получали смесь драгоценного металла и окислов свинца. Кем и когда найден был способ разделепия такой

40

смеси, до сего времени не установлено, но как это делали еще египетские ж р е ц ы — известно. Плавку проводили в горшках из костяной золы, и при этом окись свинца вса­ сывалась в его стенки, причем еще и увлекала за собой случайные примеси. Оставался лишь сплав золота и се­ ребра. Разделение этих металлов основано на том, что при обработке «крепкой водкой» — азотной кислотой растворя­ ется только серебро.

Определение количественного содержания золота в руде и сплавах или, наоборот, содержания примесей в зо­ лоте составляет предмет так называемого пробирного ис­ кусства. Великий английский ученый И. Ньютон, которого все знают как открывателя многих законов физики и ме­ ханики, 25 лет руководил работами на Лондонском монет­ ном дворе. Его методы пробирного искусства лежат в ос­ нове современных. С постановкой дела в лондонском Тауэ ­ ре по опробованию золота в 1698 г. ознакомился Петр I и ввел пробирное искусство в России. Методику опробо­ вания руд на золото, серебро и другие металлы сообщал М. В. Ломоносов в книге «Первые основания металлургии или рудных дел». Сущность пробирного процесса — в об­ жиге руды в лабораторных печах, плавке со свинцовыми соединениями и отделении золота и серебра с по­ мощью чашечек из костяной золы (купелирование). В на­ ше время аналитическая химия располагает самыми со­ вершенными методами исследования. Можно было бы ожи­ дать поэтому, что такое древнее искусство окажется безнадежно устарелым. Однако оно не теряет своего зна­ чения. Причина в том, что оно оперирует с большими про­

удается определить современными аналитическими ме­ тодами.

К а к ж е в общих чертах проводят опробование на бла­ городные металлы в пробирных лабораториях? После из ­ мельчения золотоносной (сереброносной, платиноносной) породы ее подвергают плавке в специальных печах. Основ­

41

и т. д.). Глет при нагреве восстанавливается до свинца. Последний смачивает только чистые металлы, но не их окиси. Чистыми металлами в пробе будут только благо­

с благородными металлами, который в последующей опе­ рации подвергают купелированию.

К благородным относятся и металлы платиновой груп­ пы. Казалось бы, приемы пробирного искусства полностью применимы и к их опробованию. Однако следует сказать,

не образуют сплавов со свинцом, а только в известной сте­

тый веркблей. Окислительную плавку можно вести лишь тогда, когда опробуются платина, палладий п родий, три остальных металла группы в этих условиях частично или полностью окисляются и переходят в шлак. Поэтому ког­ да имеют в виду определение всех платиновых металлов, то плавку ведут восстановительную, при которой три пос­ ледних металла собираются свинцом, а три первых сереб­ ром. Температурный режим в таких случаях выше, чем при определении золота и серебра.

ЗОЛОТО В Т Е Х Н И К Е

42

ры, — машину не сделаешь, даже если бы оно стоило бас­ нословно дешево. Так ли это?

До последпих дней трудно было оспаривать такое мне­ ние; трудно потому, что не было таких запросов у техни­ ки, какие появились в наше время.

Золото с древнейших времен служило материалом для драгоценных поделок и украшений. Из золота изготовляли чаши, кубки, кувшины, вазы. Известно, что золото очень мягкий металл, легко поддающийся расплющиванию в тон­ чайшие пластинки и листочки. Но этого далеко не доста­ точно, чтобы изготовить кувшин. Его надо отлить в фор­ ме. Нельзя не восхищаться искусством литейщиков древ­ ности. Ацтекские мастера отливали из золота птиц с дви­ гающимися языком, головой и крыльями или обезьянок с подвижными конечностями и головой. Отливки, изобра­ жающие рыб, имели чешуйки из золота и серебра на од­ ном и том ж е изделии. Много таких памятников искусства древних мастеров погибло от алчности конкистадоров, без­ жалостно переплавлявших их в слитки. Кое-что все ж е сохранилось и является гордостью музеев мира, в том чис­ ле и Государственного Эрмитажа в Ленинграде.

К а к ацтекские мастера отливали такие дивные изде­ лия, можно судить по описаниям, которые дошли до на­ шего времени. Ацтекские ювелиры лепили модель из гли­

воспроизводящие модель. Метод, к которому пришли лишь в двадцатом столетии. Отливка после освобождения ее от формы шлифовалась, а для придания ей блеска погружа­ лась в ванну из квасцов. (И это у народа, который погиб из-за того, что не был знаком с огнестрельным оружием!) Все это требовало очень большого умения и навыка, зна­ ния строгих температурных режимов, за которыми следить можно было только глазом, без всяких приборов; необхо­ димо было умело подобрать нужные сорта глины и песка для изготовления моделей и форм. Замечательные произ­ ведения искусства из золота оставлены нам не только ац­ теками, но и египтянами, вавилонянами, скифами, инду­ сами и многими другими народами.

Однако конфигурация того или иного изделия, хотя бы того ж е кувшина, может и не позволить мастеру отлить его целиком. Некоторые части (например, ручки) при-

43

ходится отливать отдельно, после чего присоединять к из ­

сячелетий. Раскопки царских гробниц на территориях древних Вавилона и Египта со всей несомненностью дока­ зали это.

Чем ж е паяли древние, какой материал для этого упо­ требляли? То ж е золото и его сплав с серебром. Можно по ­ думать, что это имеет лишь историческое значение: древ­ ние не знали железа и многих других металлов, они «вы­ нуждены» были пользоваться для пайки золотом. Да и золото тогда еще не обрело своей функции выразителя стоимости, чем оно стало впоследствии. Можно прибавить к этому, что и добывать золото в те времена было легче: существовала, если так можно выразиться, «золотая цели­ на». Однако и современная промышленность вовсе не от­ казывается от пайки золотом, несмотря на его высокую стоимость и обилие других материалов для этих целей. Технически чистое золото (99,6%) используется в про­ мышленности в качестве припоя, имеющего, правда, огра­ ниченную область применения. В восстановительной ат­ мосфере или вакууме золото в контакте с чистой медью

тельно более низких, чем температура плавления каждо ­ го из этих металлов или ж е любого из этих сплавов. Та ­ кие соединения называют в технике «золотыми печатями», используют их при изготовлении некоторых типов радио­ ламп. Прочность их, конечно, ниже, нежели у соединений,

щим при работе вакуумных насосов. Любопытно, что древ­ ние мастера нашли способ снизить температуру плавления золотого припоя. Д л я этого они изготовляли золотой по­ рошок и затем отжигали его с угольной пылью. При этом поверхность золотых крупинок насыщалась углеродом, происходила так хорошо известная в наше время цемен­ тация. В итоге образовывался золотоуглеродистый сплав, обладающий более низкой, чем чистое золото, температу­ рой плавления; он и использовался в качестве материала припоя.

44

Неизвестно, знал ли об этом искусстве древних масте­

в золоте. Его эксперименты показали, что в расплавленном золоте могут растворяться лишь небольшие количества уг­ лерода; при охлаждении сплава большая часть углерода выкристаллизовывается в виде графита. Этот вопрос по­ сле него изучали многие исследователи, и их работы пол­ ностью подтвердили выводы французского химика.

В X X в. не только вакуумная, но и атомная промыш­ ленность нуждается в золоте в качестве материала. Уско­ ритель элементарных частиц представляет собой, грубо говоря, огромнейшую камеру — трубу, свернутую в баран­ ку. Ч е м большее разрежение удается создать в такой тру­ бе, тем более длительна «жизнь» элементарных частиц в

нержавеющей стали, выплавленной в вакууме. Внутренняя ее поверхность отполировывается до зеркального блес­ ка, так как полированная поверхность лучше держит раз ­ режение. Удержать вакуум в такой «баранке» исключи­ тельно трудно. Сварные ш в ы всегда могут иметь включе­ ния газа, что может затруднить исследование. Использу­ ется сварка аргоновая, но и этого недостаточно. Р я д уплот­ няющих колец и шайб изготавливается из мягкого и плас­ тичного, незаменимого для таких целей металла — золота.

щим большие затруднения. Известно, например, что в прежние времена банковские кассиры считали (и пере­ считывали) золотые монеты на бархатной или суконной подстилке, которую потом сжигали д л я того, чтобы вос­ пользоваться оставшимся н а бархате (или сукне) золотом. Весьма показателен в этом смысле бизнес одного предпри­ имчивого американца, о котором сообщалось в печати в 1893 г. Делец приобрел в городе Филадельфии старую цин ­ ковую кровлю церкви, уплатив за нее 3000 долларов. Соскоблив с кровли краску он стал владельцем изрядного количества мусора. Однако после сожжения этого мусора из золы было выбрано 7,5 кг чистого золота, что не только

45

покрыло затраты, но и дало 5 ООО долларов чистой прибы­ ли. Хитрец, оказывается, обратил внимание на то, что цер­ ковь, крышу которой он решил приобрести, расположена по соседству с монетным двором. Рассеиваемое там пыле­ видное золото вытягивалось вентиляционными установка­ ми в дымовую трубу и, оказавшись на улице, осаждалось на стенках и крыше как самого монетного двора, так и со­ седних зданий, одним из которых и являлась церковь. Когда удачливость дельца была предана широкой гласно­

большая часть уносимого в трубу золота возвращалась в распоряжение монетного двора.

Старые мастера изготовляли из золота тончайшую фольгу. Раскатав в валках пластинку золота до толщины писчей бумаги, они укладывали ее между тонкими плен­ ками, снятыми с бычьей печени, и осторожно проковыва­ ли. После многократного повторения такой операции до­ стигалась толщина золотого листа равная 0,00001 мм. Т а к а я пленка просвечивала зеленоватым цветом. Золотая фольга использовалась для золочения икон, церковной ут­ вари, золотых обрезов книжных переплетов и т. д. Прак­ тиковалось также вытягивание золота в тончайшие нити. И м и расшивались парадные одежды царских и духовных особ.

Золото использовали (и используют) ювелиры и зуб­ ные техники. Мягкость и пластичность золота — прекрас­

Используя сплав золота с серебром, ювелиры и зубные техники научились добавочно упрочнять его термической обработкой. В этом отношении золото ведет себя очень любопытно. Хорошо известен процесс закалки стали. Ме­ талл нагревают до определенной температуры и затем бы­ стро охлаждают. Это сообщает ему твердость. Дл я того чтобы снять закалку, металл повторно нагревают и ох­ лаждают медленно — это отжиг. Сплав золота с медью ве-

46

дет себя в этих процессах диаметрально противоположно: при быстром охлаждении ои приобретает мягкость и плас­ тичность, а при медленном отжиге, наоборот, — твердость и хрупкость. Такую же картину мояшо наблюдать и у сплавов золота с серебром.

гов. Выяснилось, что золото при затвердевании после плав­ ки образует кристаллы, состоящие из неправильных мно­ гоугольников. Кристаллы эти можно обнаружить, подверг­ нув поверхность золотого слитка слабому травлению в течение 30—60 мин царской водкой, разбавленной равным объемом воды. В небольших быстро охлаждаемых слитках образуются кристаллы с неправильными очертаниями. При прокатке слитков кристаллы удлиняются и расслаива­ ются. Отжиг вызывает дробление кристаллов. При темпе­ ратуре около 200° С происходит рекристаллизация. При медленном понижении температуры кристаллы остаются мелкими, что и придает твердость. При резкой смене тем­ ператур размер новых кристаллов увеличивается, и грани зерен сглаживаются, чем увеличивается пластичность, но снижается твердость золота. Рекристаллизация может ид­

Различные кристаллические формы того или иного хи­ мического элемента называются аллотропией. Классичес­ кий пример аллотропии — графит и алмаз. Элемент один и тот ж е — углерод. Разница в структуре кристаллической решетки этих двух (химически одинаковых) веществ об­ условливает резкое различие в их свойствах: графитовый сердечник так мягок, что оставляет след на бумаге, а ал­ маз — твердое природное вещество. Много бед в свое вре­ мя принесла так называемая «оловянная чума», явление, при котором прекрасные полновесные слитки олова без ви­ димой причины превращались в груды серого порошка. Это, как оказалось, не что иное, как переход одной крис­ таллической формы олова в другую.

Трудами ученых установлено, что золото также «не едино», оно может существовать в различных кристалли­ ческих формах. Если под воду поместить амальгаму нат­ рия и растворить в ней кусочек золота, то вся жидкость окрасится в темно-фиолетовый цвет. Стоит подкислить ее

47

соляной кислотой, и золото выпадает из нее в виде черно­ го осадка. Этот осадок легче растворяется в цианистых щелочах, чем обычное золото, но не амальгамируется рту­ тью. После нагревания такое золото будет по своим свой­ ствам полностью отвечать первоначально полученному фиолетово-красному порошку. Восстановлением сернистой кислотой растворов хлорного, хлористого, бромного, броми­ стого или йодистого золота удалось получить три различ­ ные кристаллические структуры, которые соответственно были названы — обычное золото, альфа-золото и бета-зо­ лото.

Эти аллотропические формы могут переходить друг в друга, и при этом наблюдается определенный термический эффект. Так, альфа-золото при своем превращении в золо­ то обычное выделяет 8,2 кал. Бета-золото, как было выяс­ нено спектроскопическими исследованиями, еще не было получено в чистом состоянии. Е м у всегда сопутствовали примеси альфа-золота, серебра, меди, свинца, железа или других металлов. Однако оно явственно отличается от дру­ гих кристаллических форм золота. Об этом прежде всего говорит более низкий, чем у альфа-золота, коэффициент диамагнетизма. При нагреве до 300° С бета-золото перехо­ дит в альфа-золото.

Растворяя в азотной кислоте золотосеребряный сплав, ученый Генрио получал золото коричневого цвета. Можно

в интервале температур 300—650° С, она стремится перей­ ти целиком в альфа-форму. Если привести в соприкосно­ вение с размягченным коричневым золотом пластинку аль­ фа-золота, то процесс перехода из одной кристаллической структуры в другую резко ускоряется. В точности такое ж е явление, как при «заражении» оловянной чумой «здо­ ровых» оловянных слитков! Легко растворить коричневое золото в растворе горячей соляной кислоты и хлорного зо­ лота; при охлаждении жидкости можно наблюдать выпа­ дение красивых кристалликов золота, резко отличающих­

ду полюсами магнита, стремится принять положение не вдоль, а поперек магнитных силовых линий. «Чародею

48

двадцатого века», как называли американского физика Р. Вуда, в 1931—1932 гг. удалось провести исследование, ус­ пех которого обусловили только что упомянутые качества золота. История этого исследования связана с открытием X . Картером неразграбленной гробницы фараона Тутанхамона. Среди многочисленных царских золотых украшений обращали на себя внимание изделия из золота не желто­ го, а пурпурного цвета. Между учеными возник спор: одни говорили, что пурпурное золото — продукт искусства мас­ теров фараона, забытое за три тысячи лет, другие утверж­ дали, что это всего лишь результат химических изменений вследствие долгого пребывания в гробнице. Ход исследо­ вания Р . Вуда напоминает детективный роман, так как пришлось похищать отдельные образцы у Картера, в чем существенную помощь оказал Б у д у ученый Лукас (автор книги «Материалы и ремесла древнего Египта» ) . Сам Вуд склонялся к первому мнению: пурпурное золото — дело ис­ кусства древних мастеров, однако это следовало доказать. Заполучив на время образцы изделий из пурпурного золо­ та, Вуд прежде всего обратил внимание на сходство их по­ верхности с некоторыми золотыми пленками, которые ему приходилось изготовлять ранее при изучении оптических свойств очень тонких металлических слоев. Вуд покрыл одну из пурпурных блесток прозрачным целлулоидным лаком, которым пользовалась его жена для ногтей. Обна­ ружив, что цвет блестки не изменился при этом, Вуд при­ шел к выводу, что явление интерференции световых лучей здесь ни при чем. Сняв застывшую целлулоидную пленку, Вуд обнаружил, что под ней поверхность обычного яркожелтого золота. Сама же пленка оказалась бесцветной —

роду пленки. Вуд решил сфотографировать ее спектр. Д л я этого он поместил пленку между электродами из желтого золота и пропустил через нее короткий искровой разряд. На полученном спектре выявились линии железа. Д л я уточнения своего открытия Вуд на тончайшей стеклянной нити подвесил пурпурную блестку меяоду полюсами силь­ ного электромагнита; включил ток, и блестка притяну­ лась к одному из полюсов. Так ж е подвесили изделие из желтого золота, и при включении тока удалось наблюдать, как его выбрасывает из магнитного поля. Стало ясным, что