Михаил Васильев - Металлы и человек

• Название: Металлы и человек
• Автор: Михаил Васильев
• Издательство: Советская Россия
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 1962

Эта книга рассказывает о металлах. И о таких широкоизвестных, как железо, медь, алюминий, и о тех, даже названия которых приходилось слышать не всем: церий, гадолиний, тантал.

Вы сможете прочесть здесь и о волшебных свойствах юного соперника железа — титана, и об уране — новом топливе для электростанций, и о вольфраме — самом прочном и самом тугоплавком в семействе металлов. В общем — обо всех восьмидесяти металлах, которые существуют в природе.

Вместе с тем это книга и о человеке, о его великой власти над металлами. Ведь это человек превращает ржавые камни, руду в металлические изделия.

Это он собрал, в иных случаях буквально по атому, первые крупинки редких и рассеянных элементов и открыл их удивительные свойства. Он облагородил металлы: сделал сталь нержавеющей, слабый алюминий — прочным, желтое золото — разнообразным по цвету. Это человек нашел металлам бесчисленное применение — для сооружений высотных зданий и газопроводов, космических ракет и вагонов метро, для сшивания кровеносных сосудов и превращения солнечных лучей в электрический ток…

Книга эта рассказывает и о борьбе советского народа за металл, о наиболее прогрессивных методах получения и обработки металлов, о важности их экономии и рационального использования.

Книга написана очень популярно. Она рассчитана на то, чтобы ее с пользой для себя прочитал каждый интересующийся современной наукой и техникой и перспективами их развития.

---

Впрочем, чаще такую плавку на штейн ведут в отражательных печах или даже в электропечах.

Полученный в любом из названных типов печей штейн поступает в конвертор. В результате бессемеровского передела получают сплав, содержащий никель, медь и серу.

Не простое дело — разделить питающие друг к другу явные симпатии медь и никель.

Окончательную его очистку осуществляют в электролитической ванне. При этом драгоценные металлы платиновой группы выделяются в шлам.

Есть и другой способ отделения никеля от меди. Основывается он на том, что никель способен соединяться с окисью углерода и образующаяся жидкость кипит уже при температуре в 43 градуса выше нуля. А при нагревании ее пара до 180–200 градусов это соединение разлагается обратно на никель и окись углерода. Процессы отделения никеля этим способом идут в специальных герметизированных башнях. Получаемый порошкообразный никель имеет очень высокую чистоту. В остатке после выделения никеля концентрируются медь, кобальт, железо и все драгоценные металлы. Этот остаток подвергается дальнейшей переработке.

Отделяют никель от меди и других примесей и в электролитических ваннах. Все эти процессы отнюдь не просты и не дешевы. Вот почему дорог никель и надо экономить каждый грамм этого металла!

Монель-металл

Не ищите этого названия в периодической системе элементов Менделеева: там его нет, ибо это не металл, а сплав, природный сплав. Один из тех сплавов, которые рождаются не путем смешивания различных металлов, а прямо из руды, созданной самой природой. Это сплав 60–67 процентов никеля, 27–29 процентов меди, 2–3 процентов железа и от 1 до 2 процентов марганца.

Иногда в монель-металл входит за счет меньшего содержания меди 2–3 процента алюминия.

Монель-металл вырабатывают из того сплава, который получают после конверторной переработки штейна. Его измельчают и подвергают обжигу. Сера при этом удаляется «намертво» — только следы ее, сотые доли процента, остаются в сплаве.

Обожженный металл, только что извлеченный из обжиговой печи и имеющий температуру около 1000 градусов, смешивают с древесным углем и охлаждают. Уже в эти минуты происходит восстановление значительной части меди и никеля. Затем к охлажденным огаркам добавляют новую порцию древесного угля и осуществляют плавку в электропечи.

Расплавленный металл разливают в изложницы. Монель-металл готов. Как видим, процесс его производства значительно проще, чем получение чистого никеля.

Монель-металл отнюдь не является «гадким утенком» в семье металлов и сплавов. У него завидное «здоровье» — огромная сопротивляемость коррозии. Ни морская и пресная вода, ни щелочи, ни органические кислоты и красители не действуют на него. Он обладает неплохой прочностью — сопротивлением на разрыв, которому могут позавидовать иные стали, — от 50 до 80 кг на кв. мм и вполне приемлемой вязкостью. Температура плавления этого сплава тоже достаточно высока — от 1300 до 1360 градусов, в зависимости от преобладания тех или иных компонентов.

И поэтому монель-металл охотно применяют в электротехнике, судостроении, химической и текстильной промышленности и т. д. Из него изготовляют высоковольтные маслонаполненные кабели, термопары, медицинские приборы, гребные винты, крыльчатки насосов, лопатки паровых турбин и т. д. Значительная часть монель-металла выпускается в виде проката — проволоки, прутков, полос и лент.

Но при производстве монель-металла не удается выделить драгоценные металлы платиновой группы, которые обычно содержатся в никелевой руде. Поэтому монель-металл стараются выплавлять из тех руд, в которых нет примеси драгоценных металлов или она очень невелика.

Трудовые будни

Никель считают одним из главных витаминов стали — легирующих добавок, резко повышающих прочность главного металла. И действительно, свыше 80 процентов всего добываемого в капиталистической половине мира никеля используется для легирования сталей — особенно броневых плит военных кораблей, танков, бронеавтомобилей.

Но никель является не только легирующей добавкой, а и основой целого ряда сплавов, имеющих важнейшие применения.

…Вы включили вилку электроплитки. В керамической тарелочке, в узком узорном пазе зарделась свернувшаяся там змейка спирали. Металл, из которого она сделана, явно обладает высоким коэффициентом электрического сопротивления. Имя его широко известно — это никелин. Да, конечно, это сплав. В его состав входят 25–35 процентов никеля, неизбежные примеси марганца, железа, цинка. Остальное в нем — медь.

Никелин широко применяется для изготовления реостатов и других электрических приборов.

Аналогичными свойствами обладают нихромы — сплавы никеля с хромом и железом. Они отличаются высокой антикоррозийностью, жароупорностью, поэтому применяются в качестве нагревательных элементов в бесчисленных промышленных электропечах.

…Термопары. Если соединить концы двух проволочек из различных металлов и один спай нагреть, а другой охладить, по проволочкам пойдет электрический ток. Чем выше будет разница температур нагретого и охлажденного спаев, тем большим будет ток. Этим свойством пользуются для измерения высоких температур — таких, которые уже нельзя измерить ртутным термометром, например температур в электропечах.

Одним из сплавов, широко применяемых для изготовления таких термопар, является хромель — сплав никеля с хромом. Аналогичными свойствами обладает и алюмель — сплав никеля с алюминием. Кроме никеля и алюминия, содержание которого в сплаве не превосходит 2,5 процента, в его состав входят кремний и марганец, причем общее их содержание не превышает 4 процентов.

Могучая дружина никелевых сплавов.

Удивительными свойствами обладает пермаллой — сплав никеля с железом. После специальной термито-механической обработки он приобретает необычайно высокую магнитную проницаемость, легко намагничивается и размагничивается даже в самых слабых полях.

Один из сплавов никеля с медью, мельхиор, идет на изготовление высококачественной столовой посуды. Из него же делают у нас в стране мелкую разменную монету.

Металл, который поступает в промышленность под именем никеля технического, также по существу является сплавом. Ведь в него обычно вводят небольшие легирующие добавки магния, марганца и кремния.

Какое прозаическое название: никель технический! А ведь этот сплав обладает стойкостью против коррозии большей, чем благородное серебро. Из него делают ответственнейшие детали приборов точной механики и электротехники, механизмов и устройств химической и пищевой промышленности. Этому металлу можно позволить соприкасаться с пищей, он не загрязнит ее своим прикосновением. Он не токсичен и не разрушает витаминов, как некоторые другие металлы.

В кремнистом никеле еще меньше примесь легирующих присадок, чем в только что рассмотренном никеле техническом. Этот сплав применяется при изготовлении радиоламп и электровакуумных приборов.

Марганцовистый никель отличается от своих братьев, никеля технического и кремнистого, повышенной жаропрочностью. Поэтому ему доверено работать в запальных свечах авиационных, автомобильных и тракторных двигателей. Подумайте, и вы поймете, какая это ответственная работа!

Не всех членов семьи никелевых сплавов, в которых никель является основой, а не присадкой, мы перечислили, но уже и из нашего беглого обзора видно, какая это работящая семья.

Сгорающий в электроток

Откройте крышку карманного фонаря и достаньте оттуда батарейку. Снимите ее бумажную обклейку, и вы увидите три металлических цилиндрика. Если батарейка работает не очень давно, синевато-серый металл цилиндриков прочен, крепок. Если она доживает последние часы, он весь изъеден белыми пятнами коррозии, рассыпается под пальцами.

Этот металл — цинк. Это он, сгорая в батарейке вашего карманного фонаря, рождает электрический ток, питающий лампочку. Это он — топливо электростанции, которую вы носите в кармане.

Цинк был известен еще в глубокой древности, но вряд ли древние металлурги умели выплавлять его. По всей вероятности, они знали этот металл только в виде руды и в сплаве с медью. И только китайские металлурги уже в V веке до нашей эры умели конденсировать пары цинка и получать из них металл.

Вероятно, в Европе первым получил металлический цинк в XVI веке смелый немецкий врач и естествоиспытатель Филипп Парацельс. Во всяком случае именно в его трудах впервые упоминается это название.

В начале XVIII века немецкий же металлург И. Генкель разработал стройную технологию получения цинка. В 1743 году в Бристоле был построен первый цинковый завод. В России первый цинковый завод начал работать в конце XIX века. Однако особенно стремительно начала развиваться цинковая промышленность после Великой Октябрьской революции.