Текст книги "Рассказы о металлах"

Автор книги: Сергей Венецкий

сообщить о нарушении

Текущая страница: 9 (всего у книги 18 страниц)

Большими мастерами в области бронзового литья были японцы. Гигантская фигура Будды в храме Тодайдзи, созданная в VIII веке, весит более 400 тонн. Чтобы отлить такую статую, требовалось поистине выдающееся мастерство.

До наших дней дошли уникальные скульптуры из бронзы, выполненные мцого веков назад, – Марк Аврелий, Дискобол, Спящий сатир и другие. Все это свидетельствует о том, что бронза играла важную роль в искусстве древнего мира. Да и в дальнейшем этот сплав служил одним из основных материалов ваятелей. Вспомните хотя бы знаменитого «Медного всадника» – бессмертное творение французского скульптора Фальконе.

С давних времен были известны не только сама медь или ее сплавы, но и другие соединения этого элемента. Английский химик Г. Дэви, производя химические анализы древних фресок, обнаружил в них уксуснокислую медь в виде ярко-зеленой краски, носившей в старину название «яр-медянки». Рецепт приготовления ее в Древней Руси, например, был несложен: «Возьми сыр козий, да меду пресного, да положи в медный сосуд и наклади туда меди и покрой медью. Запечатай крышку тестом и поставь на печь на две недели». И все дела! Яр-медянка была найдена и в живописи терм (бань) римского императора Тита, в стенных фресках Помпеи.

Среди товаров, которыми торговали в далекие времена александрийские купцы, большой популярностью пользовалась «медная зелень». С помощью этой краски модницы подводили зеленые круги под глазами – тогда это считалось проявлением хорошего вкуса. Впрочем, история повторяется, и уже сегодня такой «грим» снова вошел в моду.

На территории нашей страны медные рудники появились приблизительно за два тысячелетия до н. э. При раскопках в Закавказье, Сибири, на Алтае были найдены медные ножи, наконечники стрел, бронзовые щиты, шлемы и другие предметы, относящиеся к VIII – VI векам до н. э. Первые же попытки организовать промышленную выплавку меди относятся лишь к началу XIII века, когда на севере страны (примерно в районе теперешней Архангельской области) было открыто Цильменское месторождение «медяной руды».

В начале XVI века в Москве уже давали продукцию такие «оборонные предприятия», как «Пушечная изба», и «Пушечный двор», где отливались бронзовые орудия разных калибров. В отливке орудий русские мастера достигли совершенства. Шедевром литейного искусства по сей день считается 40-тонная Царь-пушка, отлитая из бронзы в 1586 году Андреем Чоховым. Другой замечательный памятник техники – бронзовый Царьколокол весом более 200 тонн – был отлит в 1735 году мастерами отцом и сыном Маториными и предназначался для колокольни Ивана Великого. Кстати, купол этого великолепного памятника архитектуры XVI века покрыт позолоченными листами из чистой меди. Медными листами покрыта и южная дверь Успенского собора – главного храма Древней Руси.

Во время реконструкции храма Василия Блаженного в Москве намечено заменить железные купола медными, точно сохранив их первоначальную форму и размеры. Эта замена вызвана тем, что за время существования храма в столице заметно изменился микроклимат и железные купола постепенно ржавеют.

Испытывая недостаток в меди, Россия вынуждена была постоянно вести поиски новых месторождений. В середине XVII века «для сыску медныя руды» в Олонецкий уезд был направлен купец Семен Гаврилов. Поездка оказалась удачной: руды действительно нашлись. Сохранился датированный 1673 годом документ, согласно которому олонецкий воевода должен был очистить дорогу от рудника до завода длиной в полторы версты. Несколько раньше, в 1652 году, казанский воевода сообщил царю, что медной руды «сыскано много и заводы... к медному делу заводим».

И все же меди не хватало. Особенно остро дефицит меди сказался во время войны со шведами (любопытно, что на протяжении всей войны Россия покупала медь и железо в... Швеции).

В бою под Нарвой в 1700 году шведы нанесли русским войскам тяжелое поражение. Петр I, понимая необходимость создания мощной артиллерии, наряду с увеличением выплавки меди, принимает решение о реквизиции у церкви бронзовых колоколов и других изделий. Несмотря на возражения церковников, Петр пускает всю бронзу на военные цели.

Полтавский бой подтвердил мудрость Петра: шведские войска, располагавшие лишь четырьмя орудиями, были сокрушены огнем 72 русских бронзовых пушек. Разгром шведов имел важнейшее значение для последующего развития русской экономики.

После победы под Полтавой Петр I проводит еще одну реформу. Развивавшаяся внутренняя торговля требовала дешевого денежного материала, способного вытеснить серебро, которое в качестве валютного металла было необходимо для внешней торговли. И снова в ход идут колокола: теперь их переливают уже не на пушки, а в медную монету.

Позднее, в 1763 году, на Алтае был открыт новый монетный двор – Колыванский, чеканивший медные монеты достоинством в 1, 5 и 10 копеек. По ободку их шла надпись: «Сибирская монета». Уже к 1781 году было выпущено монет почти на 4 миллиона рублей.

В последующие годы производство меди в стране продолжает развиваться. Десятки медеплавильных заводов возникают на Урале, на Алтае. К концу XIX века медь выплавляли уже на Кавказе и в Казахстане.

К этому же времени относится и возникновение металлургии меди на Крайнем Севере (в бывшей Енисейской губернии). В 1919 году геолог Н. Н. Урванцев обнаружил в Норильске остатки медеплавильной печи. Выяснилось, что печь была сооружена в 1872 году, причем ее постройке предшествовали довольно интересные события.

О том, что на Таймыре есть медные руды, было тогда уже известно, но медеплавильная промышленность не могла развиваться из-за дороговизны строительных материалов, особенно кирпича. И вот в 1863 году купец Киприян Сотников решается на остроумный «ход конем». Он просит у губернатора позволения построить в селе Дудинка на собственные средства деревянную церковь. Разумеется, губернатор не мог отказать «рабу божьему» в этой священной просьбе – купцу было выдано соответствующее разрешение. Фокус же заключался в следующем. Губернаторской канцелярии не было известно, что в Дудинке уже существует церковь, притом каменная. Поэтому, быстро построив деревянную церковь, предприимчивый купец разбирает каменную и из «святых» кирпичей сооружает шахтную печь для выплавки меди – «прабабушку» современного гиганта цветной металлургии Норильского комбината, пущенного незадолго до Великой Отечественной войны.

К началу XX века почти 3/4 всей медной промышленности России находилось в руках иностранных капиталистов. В 1913 году было произведено лишь 17 тысяч тонн рафинированной меди. Это ни в коей мере не соответствовало потребностям страны.

Гражданская война и интервенция Антанты свели производство меди фактически к нулю. Многие медные рудники были разрушены или затоплены, заводы замерли: не было ни рабочей силы, ни материалов, ни топлива.

В эти тяжелые годы напомнил о себе один из бывших концессионеров крупный английскийпромышленник Лесли Уркварт. Он вызвался «помочь» нам в восстановлении богатейшего по тем временам Карабашского медного рудника, поставив при этом кабальные для нас условия. В. И. Ленин ответил ему категорическим отказом. Но желание Уркварта погреть руки на русской меди было велико. Зная, как богаты недра нашей земли, он обратился к Советскому правительству с новым «деловым» предложением: «Не дадите ли вы мне... возможность поковыряться в киргизской степи, около Балхаша и дальше? – писал он. – Раньше чем через 50, а может быть и 100 лет вы этими местами все равно не займетесь.»

Но руководители советской промышленности понимали, что такое «ковыряние» было бы прямым подкопом под экономику молодого государства, и Уркварту пришлось расстаться со своими заманчивыми идеями. Народ сам взялся за восстановление промышленности.

Для осуществления Ленинского плана ГОЭЛРО нужна была медь, много меди. 5 мая 1922 года дал первую продукцию восстановленный Калатинский (ныне Кировоградский) медеплавильный завод. Дату пуска этого предприятия можно с полным правом считать днем рождения советской цветной металлургии.

Вскоре дошла очередь и до Балхаша. Уже осенью 1928 года (а не через 50 и не 100 лет!) в этот район был направлен поисковый отряд. И вот у подножья горы Бентау-Ата, там, где так хотел «поковыряться» Уркварт, геологам удалось найти медь. Спустя некоторое время Председатель ВСНХ

В. В. Куйбышев докладывал делегатам XVI съезда партии: «Открыты совершенно новые меднорудные месторождения, в частности Коунрадское».

В 1932 году здесь было начато строительство «Медной Магнитки» – Балхашского горно-металлургического комбината. Стройка велась в исключительно тяжелых условиях. Нередко единственным видом транспорта служили караваны верблюдов, доставлявшие грузы за 400 километров. Но энтузиазм людей преодолевал все трудности и лишения. В 1938 году была получена первая медь Балхаша.

В годы первых пятилеток и в послевоенное время были сооружены многие другие медеплавильные предприятия. Сейчас медная промышленность – одна из ведущих отраслей советской цветной металлургии.

В каких же областях современной техники применяют медь – один из самых древних металлов, известных человеку?

Важнейшие свойства меди – ее отличная электропроводность и теплопроводность. Только один металл обладает еще более высокими показателями этих свойств – серебро. Но этот металл дорог и не может так широко применяться в технике. По способности проводить электрический ток медь в 5 раз превосходит железо, в 1,5 раза – алюминий, в 3 раза – цинк, в 35 раз – титан. Вот почему медь по праву называют главным металлом электротехники.

Медь можно встретить в трансформаторе и автомобильном двигателе, в телевизоре и радиоприемнике, в сложнейших электронных устройствах и металлообрабатывающих станках. Из нее изготовляют детали химической аппаратуры и инструмент для работы с взрывоопасными или легковоспламеняющимися веществами, где нельзя применять «искрометную» сталь.

Постоянно увеличивается число медных сплавов, используемых в различных отраслях промышленности. Если каких-нибудь 30 – 40 лет назад бронзой называли только сплавы меди с оловом, то сегодня уже известны алюминиевые, свинцовые, кремниевые, марганцевые, бериллиевые, кадмиевые, хромовые, циркониевые бронзы.

Из алюминиевой бронзы (сплав меди примерно с 5% алюминия) делают, в частности, медные монеты. Впервые на Руси медные монеты были введены в середине XVII века. Это событие привело в Москве к восстанию (1662 год), вошедшему в историю под названием «Медного бунта». Непосредственным поводом к восстанию послужила замена серебряных денег медными, что вызвало повышение цен на хлеб и другие продукты. Измученный длительной войной с Польшей и Швецией, испытывавший крайнюю нужду из-за частых неурожаев и больших налогов народ восстал. Но царь сумел подавить «Медный бунт» и жестоко расправился с восставшими: несколько сот человек было убито, повешено, утоплено, несколько тысяч арестовано, более тысячи сослано в Сибирь и Астрахань.

Первые советские монеты появились вскоре после революции. В 1920 году в Хорезме, за два года до возобновления деятельности Монетного двора в Ленинграде, по постановлению Совета Народных назиров (комиссаров) Хорезмской народной советской республики начали чеканить медные монеты достоинством в 20, 25, 100 и 500 рублей. Эти монеты с надписями на русском и узбекском языках прекратили хождение лишь после выпуска советских общегосударственных знаков.

Как ни парадоксально, иногда медные монеты оказываются намного дороже золотых. Несколько лет назад в Лондоне происходил необычный аукцион, на котором продавался лишь один предмет – медная монета достоинством всего в 1 пенни. Но присутствовавшие в зале знали, что этому потускневшему кружочку металла отнюдь не «грош цена».

В 1933 году монетный двор в Англии отчеканил всего шесть таких монет, причем пять из них хранятся в английском казначействе и Британском национальном музее, а шестая оставалась эти годы в частных коллекциях. Новому обладателю ее пришлось выложить на аукционе кругленькую сумму, более чем в 600 тысяч раз превышавшую номинальную стоимость монеты – 2600 фунтов стерлингов.

Большую группу сплавов на основе меди составляют латуни, в которых как уже говорилось, вторым основным компонентом служит цинк. Добавки других элементов позволяют получать латуни с самыми разнообразными свойствами.

В последнее время в некоторых областях техники медь и ее сплавы заменяют другими металлами, прежде всего алюминием. В США, например, алюминий полностью вытеснил медь в высоковольтных линиях электропередач. Можно предположить, что в ближайшие годы успешно конкурировать с медью будут изделия из пластических масс.

Тенденция к замене меди во многом объясняется относительным дефицитом этого металла. Вот почему большое значение уделяется открытию и разработке новых месторождений медной руды. Совсем недавно было обнаружено уникальное Удоканское месторождение меди. По разведанным запасам эта крупнейшая в стране кладовая меди превосходит богатства другого значительного месторождения Джезказганского (в Казахстане). Залежи полиметаллических руд, в состав которых, наряду с другими ценными элементами, входит и медь, найдены даже за полярным кругом, в районе Талнаха.

Не так давно медная руда стала... виновником аварии, которую потерпело норвежское грузовое судно «Анатина». Трюмы теплохода, направлявшегося к берегам Японии, были заполнены медным концентратом. Внезапно прозвучал сигнал тревоги: судно дало течь. Оказалось, что коварную шутку с моряками сыграл их груз: медь, содержащаяся в концентрате, образовала со стальным корпусом «Анатины» неплохую гальваническую пару, а испарения морской воды послужили электролитом. Возникший гальванический ток разъел обшивку судна до такой степени, что в ней появились пробоины, куда и хлынула океанская вода.

Представляет интерес еще одна сторона деятельности меди, но уже не как металла. Она принадлежит к числу так называемых биоэлементов, необходимых для нормального развития растений и животных. В ее «обязанности» входит ускорение химических процессов, протекающих внутри клеток.

При отсутствии или недостатке меди в растительных тканях уменьшается содержание хлорофилла, листья желтеют, растение перестает плодоносить и может погибнуть. Не случайно, медный купорос широко применяют в сельском хозяйстве.

Из представителей животного мира наибольшие количества меди содержат осьминоги, каракатицы, устрицы и некоторые другие моллюски. В крови ракообразных и головоногих медь, входящая в состав их дыхательного пигмента – гемоцианина (0,33 – 0,38%), – играет ту же роль, что железо в крови других животных. Соединяясь с кислородом воздуха, гемоцианин синеет (потому-то у улиток и «голубая кровь»), а отдавая кислород тканям, – обесцвечивается. У животных, стоящих на более высокой ступени развития, и у человека медь содержится главным образом в печени. Ежедневная потребность человеческого организма – примерно 0,005 грамма этого элемента. При недостаточном поступлении меди с пищей у человека развивается малокровие, появляется слабость.

Должно быть, поэтому многие народы приписывают меди целебные свойства. Непальцы, например, считают медь священным металлом, который способствует сосредоточению мыслей, улучшает пищеварение и лечит желудочно-кишечные заболевания (больным дают пить воду из стакана, в котором лежат несколько медных монет). Один из самых больших и красивых непальских храмов носит название «Медный».

Польские ученые установили, что в тех водоемах, где присутствует медь, карпы отличаются крупными габаритами. В прудах или озерах, где меди нет, быстро развивается грибок, который поражает карпов.

Если карпы неравнодушны к меди, то более солидные обитатели подводного мира – акулы – терпеть не могут этот элемент, точнее его серное соединение – сульфат меди. Широкие эксперименты по проверке этого антиакульего препарата были проведены в США в начале второй мировой войны, когда от торпед и бомб тонуло немало кораблей и нужда в надежном средстве защиты от акул была велика.

В решении этой проблемы приняли участие многие ученые и охотники на акул. Кстати, не остался в стороне и Эрнест Хемингуэй – он показал места, где сам не раз охотился на морских хищниц.

Успех экспериментов превзошел все ожидания: акулы с жадностью хватали приманки без сульфата меди и «за версту» обходили контрольные приманки с препаратом.

В действенности «антиакулина» поначалу усомнились австралийские специалисты. «Для наших акул (а австралийские хищницы считаются самыми кровожадными), – иронизировали они, – это вроде порошка от головной боли.

Он послужит лишь острой приправой к жаркому». Однако когда в знаменитом Акульем заливе, у западного побережья Австралии, препарат был испробован, его эффективность превысила 95%.

С биологическими процессами связан и один из способов добычи меди. Еще в начале нашего века в Америке были закрыты медные рудники в штате Юта: решив, что запасы руды уже исчерпаны, хозяева рудников затопили их водой. Когда спустя два года воду откачали, в ней оказалось 12 тысяч тонн меди. Подобный случай произошел и в Мексике, где из заброшенных рудников, на которые все махнули рукой, только за один год было «вычерпано» 10 тысяч тонн меди.

Откуда же берется эта медь? Ученым удалось найти ответ. Среди многочисленных видов бактерий есть такие, для которых любимым лакомством служат сернистые соединения некоторых металлов. Поскольку медь в природе обычно связана с серой, эти бактерии неравнодушны к медным рудам. Окисляя нерастворимые в воде сульфиды меди, микробы превращают их в легко растворимые соединения, причем процесс протекает рчень быстро. Так, если при обычном химическом окислении за 24 дня из халькопирита (одного из медных минералов) выщелачивается лишь 5% меди, то в опытах с участием бактерий за 4 дня удалось извлечь 80% этого элемента. Как видите, сравнение технико-экономических показателей явно в пользу микротружеников. Оговоримся, что в описанном случае им были созданы практически идеальные условия для работы: температура среды колебалась от 30 до 35°С, минерал был измельчен и постоянно перемешивался с раствором. Но есть немало экспериментальных данных, свидетельствующих о неприхотливости бактерий: они охотно занимались любимым делом даже в суровых условиях Севера, например, на Кольском полуострове.

Особенно полезно участие бактерий на завершающей стадии эксплуатации рудников: ведь в выработанных месторождениях, как правило, еще остается от 5 до 20% руды. Но добыча этих остатков не оправдывается экономически, а подчас и вовсе невозможна. А вот бактериям ничего не стоит добраться до медных кладбищ и подобрать все крохи «с барского стола».

Микроорганизмы можно использовать и для переработки отвалов. На мексиканском месторождении Кананеа возле шахт скопились огромные отвалы породы – около 40 миллионов тонн. И хотя содержание меди в них было ничтожным (0,2%), их попробовали орошать шахтной водой, которая затем стекала в подземные резервуары. Из каждого литра этой воды удалось извлечь по 3 грамма меди. Всего же только за месяц «из ничего» было добыто 650 тонн металла.

Бактерии «зачислены в штат» некоторых горнорудных предприятий и в нашей стране. Первая опытная установка по бактериальному выщелачиванию меди начала действовать еще в 1964 году на одном из крупнейших рудников Урала – Дегтярском. Здесь около отработанных карьеров и в отвалах обогатительной фабрики за много лет образовалось новое «месторождение» бедной медной руды. Ее-то и отдали во власть микроорганизмов. На их трудолюбие жаловаться не приходилось: дополнительно была добыта не одна тонна ценного металла. Сейчас в Дегтярске сооружена уже промышленная установка. Массовое «оформление» бактерий на работу происходит и на других предприятиях Урала и Казахстана.

Исследования, проведенные в Институте микробиологии Академии наук СССР, показали, что вкусы промышленных бактерий довольно разнообразны: помимо меди, с их помощью можно извлекать из земных недр железо, цинк, никель, кобальт, титан, алюминий и многие другие элементы, в том числе такие ценные, как уран, золото, германий, рений. Несколько лет назад ученые института доказали возможность получения путем бактериального выщелачивания редких металлов галлия, индия и таллия.

Биометаллургические процессы весьма перспективны. Уже сейчас подземное выщелачивание – самый дешевый способ получения меди: не нужно держать под землей шахтеров, отпадает необходимость в заводах по обжигу и обогащению медной руды. Всю эту сложную работу охотно выполняют миллиарды крохотных «металлургов», которые, словно сказочные гномы, днем и ночью без устали «трудятся», помогая людям получать нужный металл.

Известный советский ученый академик А. А. Имшенский писал несколько лет назад: «Огромную роль играют микроорганизмы в круговороте веществ в природе. Развитые в свое время В. И. Вернадским идеи геомикробиологии находят уже сейчас практическое применение. Известно, что микробы виновны в образовании ряда рудных ископаемых. Еще Петр I приказал на севере нашей страны добывать со дна озер знаменитую «копеечную» руду для производства пушек. Ее создали микробы. ...В ближайшее время в промышленности начнут широко применяться микробы как активные «производители» ценных металлов. Каких-нибудь двадцать лет тому назад это казалось фантастическим, а сегодня люди научились направлять и интенсифицировать деятельность этих невидимых «металлургов». Сейчас в ряде мест земного шара, закачивая в уже брошенные (в связи с истощением) шахты воду, насыщенную микроорганизмами, получают уран, медь, германий и другие металлы в промышленных масштабах. Нет сомнения, что использование микробов в гидрометаллургии сделает ее одной из ведущих отраслей промышленности конца нашего столетия. Культуры микробов, окисляющие соединения серы и других элементов, явятся одним из наиболее совершенных и дешевых металлургических «агентов», да к тому же это производство легко полностью автом атизировать ».

В последнее время все более прочным становится союз геологии и ботаники – так называемая индикационная геоботаника. Еще в «Уральских сказах» П. Бажов писал о волшебных цветах и «разрыв-траве», открывающих людям кладовые золота, железа, меди. Корни многих растений, уходя в глубь земли, вытягивают из нее, словно насосы, растворы различных веществ. И если поблизости располагаются запасы какоголибо металла, содержание его в корнях, стеблях, листьях окажется явно выше нормы. При этом у каждого растения есть свое «лакомое блюдо»: кукуруза и жимолость неравнодушны к золоту, фиалки предпочитают цинк, полыни по вкусу марганец, сосна «питает слабость» к бериллию. Повышенное содержание в растении того или иного элемента служит сигналом для геологических поисков, которые довольно часто завершаются открытием месторождений. Так, с помощью зеленых друзей найдены залежи меди в Казахстане и Туве.

...Давно стал достоянием истории медный век, но человек не расстается с медью – своим старым и преданным другом.

Ti

V

Cr

Mn

Ge

As

Se

Br

Zr

Nb

Mo

Tc

«ОДЕЖДА» УРАНОВЫХ СТЕРЖНЕЙ

Мартин Клапрот совершает открытие. – Что вам приснилось? – Библейское предание. – «Ищу работу». – Постоянный спутник. – Серьезные разногласия. – Потери в кислоте. – Многогранная деятельность. – Не опасаясь перегрева. – В поисках призвания. – Судьбы «братьев». – «Посторонним вход воспрещен». – Реактор «Наутилуса». – Заслуги и грехи. – Проблема за проблемой. – Богатства в отвалах. – На океанском берегу. – Побочные «профессии». – Лампа Нернста. – Что происходит в Монлуи? – «Столица солнца». – Явное недоразумение.

В 1789 году немецкий химик член Берлинской Академии наук Мартин Генрих Клапрот, анализируя одну из разновидностей минерала циркона, обнаружил новый элемент, который он назвал цирконием. Благодаря красивой окраске – золотистой, оранжевой, розовой – циркон еще в эпоху Александра Македонского считался драгоценным камнем. Название минерала происходит, по-видимому, от арабского слова «царгун» – золотистый.

Циркон (в литературе встречаются и другие названия этого минерала: гиацинт, яцинт, яргон, джаргон) использовали в старину не только как украшение, но и как амулет, который «сердце обвеселит, и кручину и неподобные мысли отгоняет, разум и честь умножает». Один из древнерусских эскулапов с профессиональной осведомленностью утверждал в своем труде о медицине, что тот, «кто яхонт червленный при себе носит, снов страшных и лихих не увидит, скрепит сердце свое и в людях честен будет».

В свободном виде цирконий впервые был выделен в 1824 году шведским химиком Иенсом Берцелиусом. Однако получить чистый цирконий в те времена не представлялось возможным, и физические свойства этого металла долгое время не были изучены. В течение десятков лет цирконий, подобно многим другим ценнейшим металлам, не мог найти себе занятие «по душе», в то время как такие металлы, как железо, медь, свинец, умели показать товар лицом и потому не страдали от отсутствия предложений.

Только в начале нашего века ученым удалось получить свободный от примесей цирконий и тщательно исследовать свойства этого металла. Оказалось, что у него есть постоянный спутник – гафний. Более 130 лет химики не замечали, что гафний присутствует (причем иногда в довольно больших количествах) в цирконии. Объясняется это сходством их химических свойств. Впрочем, по некоторым вопросам у этих элементов имеются серьезные «разногласия», но об этом будет рассказано несколько ниже.

Чистый цирконий – внешне похожий на сталь, но более прочный металл, обладающий высокой пластичностью. Одно из замечательных свойств циркония – его исключительная стойкость ко многим агрессивным средам. По антикоррозийным качествам цирконий превосходит такие стойкие металлы, как ниобий и титан. Нержавеющая сталь теряет в пятипроцентной соляной кислоте при 60°С примерно 2,6 миллиметра в год, титан – около 1 миллиметра, а цирконий – в 1000 раз меньше. Особенно велико сопротивление циркония действию щелочей; в этом отношении ему уступает даже тантал,

Яхонтом на Руси называли многие драгоценные камни, в том числе и цейлонский гиацинт которыйпо праву снискал себе репутацию выдающегося борца с коррозией. Благодаря своей высокой коррозионной стойкости цирконий нашел применение в столь ответственной области медицины, как нейрохирургия. Из сплавов циркония изготовляют кровеостанавливающие зажимы, хирургический инструмент, а в ряде случаев даже нити для наложения швов при операциях мозга.

После того как ученые заметили, что добавки циркония к стали значительно улучшают многие ее свойства, цирконий был возведен в ранг ценного легирующего элемента. Деятельность циркония на этом поприще многогранна: он повышает твердость и прочность стали, улучшает ее обрабатываемость, прокаливаем ость, свариваемость, благоприятно влияет на жидкотекучесть стали, измельчает содержащиеся в ней сульфиды, делает структуру металла мелкозернистой.

При введении циркония в конструкционную сталь заметно возрастает ее окалиностойкость: потери в весе стали марок 40 – 45, в которой содержится 0,16 – 0,37% циркония, после трехчасовой выдержки при 820°С примерно в 6 – 7 раз меньше, чем той же стали, но не легированной цирконием.

Цирконий значительно повышает и коррозионную стойкость конструкционных сталей. Так, после трехмесячного пребывания в воде стали марки 201 потеря в весе в пересчете на 1 квадратный метр составила 16,3 грамма, в то время как образец той же стали, но с добавкой 0,19% циркония, «похудел» лишь на 7,6 грамма.

Циркониевую сталь можно нагревать до достаточно высоких температур, не опасаясь перегрева. Это позволяет интенсифицировать процессы ковки, штамповки, термообработки, цементации металла.

Плотная мелкозернистая структура и высокая прочность циркониевой стали в сочетании с хорошей жидкотекучестью позволяют изготовлять из нее отливки с более тонкими стенками, чем из обычной стали. Например, из стали 40Х с цирконием были отлиты опытные тонкостенные детали со стенками толщиной 2 миллиметра; толщина стенок этих деталей из стали 40Х, не содержащей циркония, составляла не менее 5 – 6 миллиметров.

Цирконий оказался хорошим союзником и для многих цветных металлов. Добавка этого элемента к меди резко увеличивает ее прочность, почти не снижая электропроводности. Высокой прочностью и электропроводностью обладает меднокадмиевый сплав с 0,35% циркония. Введение циркония в алюминиевые сплавы заметно повышает их прочность, пластичность, сопротивление коррозии, теплостойкость. Прочность магниевоцинковых сплавов при добавке 0,6 – 0,7% циркония возрастает примерно вдвое. Коррозионная стойкость сплава титана с 14% циркония в пятипроцентной соляной кислоте при 100°С в 70 раз выше, чем у технически чистого титана. Добавка 5% циркония к молибдену заметно повышает твердость этого металла. Цирконий вводят в марганцовистую латунь, в алюминиевые, никелевые, свинцовые бронзы.

И все же, как ни важна и почетна роль легирующего элемента для сталей и сплавов, она не могла удовлетворить цирконий. Он продолжал искать и нашел свое настоящее призвание. Но прежде чем рассказать об этом, вернемся к его колыбели – в химическую лабораторию Мартина Клапрота.

Дело в том, что в 1789 году Клапрот открыл не только цирконий, но и еще один замечательный элемент, которому суждено было сыграть выдающуюся роль в науке и технике XX века. Этим элементом был уран. Ни сам Клапрот, ни кто-либо другой не могли тогда предвидеть, как сложатся судьбы «братьев» – циркония и урана. Пути их разошлись надолго: в течение полутора веков ничто не связывало эти элементы. И только в наши дни после долгой разлуки они встретились вновь. Сначала об этом знали лишь очень немногие ученые и инженеры, работавшие в области ядерной энергетики, куда, как известно, «посторонним вход воспрещен». Встреча состоялась в атомных реакторах, где уран использовали как ядерное топливо, а цирконий должен был служить оболочкой для урановых стержней. Впрочем, точности ради, отметим, что еще за несколько лет до этого американские ученые попробовали применять цирконий в качестве материала для ядерного реактора, который был установлен на первой атомной подводной лодке США «Наутилус». Однако вскоре выяснилось, что из циркония выгоднее делать не стационарные детали активной зоны реактора, а оболочки топливных элементов. Вот тогда-то уран и попал в «объятия» циркония.

Выбор на цирконий пал не случайно: физикам было известно, что он в отличие от многих других металлов, легко пропускает нейтроны («нейтронная прозрачность»), а именно таким свойством должен обладать материал для корпусов урановых стержней. Правда, некоторые металлы – магний, алюминий, олово – в этом отношении сходны с цирконием, но они легкоплавки и нежаропрочны.