Ферсман: Занимательная геохимия. Химия земли

ОЛОВО — МЕТАЛЛ КОНСЕРВНОЙ БАНКИ

Судьба этого металла — служить человеку не под своим именем. Бронза, жесть, припой, баббит, типографский камень, артиллерийский  металл, станиоль, «итальянский» порошок, красивые фарфоровые эмали, краски и тому подобное,— многим никогда и в голову не приходит, что самой существенной составной частью этих разнообразных и полезных предметов является олово.

Этот металл отличается замечательными и очень своеобразными свойствами; некоторые из них еще остаются загадочными и пока полностью геохимически не раскрыты.

Источником олова является поднимающаяся из недр Земли гранитная магма, богатая кремнеземом, как принято ее называть,— «кислая». Однако далеко не во всякой кислой магме обнаруживается олово, и мы до сих пор не знаем, какому закону подчиняется связь олова с гранитом, почему в одном граните оно есть, а в другом, как будто совершенно таком же, его почти нет.

Другой интересный вопрос: почему олово, тяжелый металл, наперекор своей тяжести, не тонет в магме, как многие другие тяжелые металлы, а стремится вверх и оказывается в самой верхней части гранитного массива?

Дело в том, что среди растворенных в магме энергичных сильно летучих паров й газов большую роль играют галогены — хлор и фтор. Мы знаем из опыта, что олово соединяется с этими газами даже при комнатной температуре. В магме оно образует с этими газами очень летучие соединения — фториды и хлориды олова. И в таком газообразном виде олово вместе с другими летучими соединениями — кремния, натрия, лития, бериллия, бора и др.— прокладывает себе путь в верхнюю зону застывающего гранитного массива и даже за его пределы, в трещины покровных пород.

Здесь, при изменившихся физико-химических условиях, фтористое и хлористое олово вступает в реакцию с водяными парами. Олово, оставив своих прежних переносчиков, соединяется с кислородом, взятым у воды, и выделяется уже не в газообразной форме, а в виде твердого блестящего минерала — касситерита (от греческого слова «касситерос» — олово), оловянного камня,— главной промышленной руды олова. Вместе с касситеритом выделяется иногда много других интересных минералов: топаз, дымчатый горный хрусталь, берилл, плавиковый шпат, турмалин вольфрамит, молибденит и др.

Сравнительно недавно мы узнали, что крупные месторождения касситерита образуются не только из летучих галоидных; соединений гранитной магмы. Они возникают и в более поздние периоды застывания гранитного остатка, когда водные пары превращаются в воду, разносящую далеко от материнского очага соединения различных металлов, чаще всего в виде сульфидов — соединений с серой. Многое в этих процессах нам еще не- вполне ясно. Но мы знаем, что олово выносится из магмы также и этим путем. Замечательно, что, использовав на этот раз в роли переносчика серу, олово отбрасывает и ее, как раньше отбрасывало галогены, и соединяется с кислородом, образуя все тот же излюбленный свой минерал — касситерит.

Олово известно нам и в составе многих других минералов. Но все они встречаются очень редко, некоторые — исключительно редко, и промышленное значение их совершенно ничтожно. Оловянной рудой всегда был и пока остается только касситерит ,содержащий в чистом виде около 78,5 % олова.

Касситерит — большею частью черный или буроватый минерал. Черный цвет его объясняется примесями железа и марганца. В редких случаях он бывает медово-желтый или красный, еще реже — бесцветный. Кристаллы его обычно очень небольшие. Благодаря своей твердости, химической стойкости и тяжести касситерит при выветривании гранитов не разрушается и нерассеивается, а накапливается, вместе с другими тяжелыми минералами, на местах разрушения гранитов,— в руслах рек- или на морских побережьях, образуя иногда обширные россыпи — залежи оловянного камня.

Таким образом, касситерит добывается или из коренных месторождений или из вторичных месторождений — россыпей.

Добытая тем или иным способом оловянная руда подвергается прежде всего процессу обогащения, т. е. очистке от различных примесей, а затем уже идет в плавку. При этом олово восстанавливается углеродом топлива. Кислород, соединяясь с углеродом, выделяется в виде углекислоты, и остается металлическое олово.

Чистое олово, выплавленное из касситерита,— мягкий, серебристо-белый (немного более тусклый по сравнению с серебром), ковкий металл. Замечательна способность олова раскатываться на тонкие листочки. Плавится олово при температуре 231°.

Своеобразны очень многие свойства олова. Известна способность олова «кричать», то есть издавать при сгибании особый, характерный звук. Другой оригинальной, но далеко не такой безразличной особенностью этого металла является его чувствительность к холоду. На холоде олово «заболевает» — вместо серебристо-белого становится серым, увеличивается в объеме, начинает крошиться и нередко рассыпается в порошок. Это тяжелая болезнь, и ее зовут «оловянной чумой». Она погубила немало оловянных предметов большой художественной и исторической ценности. Заболевшее олово может заразить здоровый металл. К счастью, оловянная чума поддается лечению; Нужно переплавить и медленно охладить металл. Если эту операцию, (главным образом охлаждение) произвести достаточно тщательно, олову возвращаются прежний вид и свойства.

В далеком-далеком прошлом именно олово дало могучий толчок культурному развитию человека. Олово известно человеку очень давно. За пять-шесть тысяч лет до нашей эры, гораздо раньше, чем человек научился выплавлять и обрабатывать железо, он уже умел выплавлять олово.

Чистое олово — мягкий и непрочный металл, не пригодный для изготовления изделий. 'Но «бронза» (от персидского слова «бронтпсион» — «сплав») — сплав золотистого цвета, состоящий из меди с 10% олова,— отличается прекрасными свойствами: он тверже меди, отлично отливается, куется и обрабатывается. Если мы обозначим твердость, олова условным числом 5,, то медь будет иметь твердость 30, а сплав меди с небольшим количеством олова — бронза — обладает твердостью 100—150. Эти качества и обеспечили бронзе в свое время столь широкое- распространение, что археологи даже выделяют особую эпоху — бронзовый ве к,— когда орудия труда и оружие, а также- домашнюю утварь и украшения делали по преимуществу из бронзы. Как был открыт человеком этот замечательный сплав, мы не знаем. Можно предположить, что человек много раз плавил медную руду с примесью олова (Такие «комплексные» месторождения меди и олова встречаются) и в конце концов заметил результат этой совместной плавки и понял ее значение.

При археологических раскопках древних поселений очень часто среди других предметов находят хорошо сохранившиеся бронзовые изделия — предметы обихода монеты, бронзовые фигурки. Если нужно установить, являются ли эти бронзовые изделия местными или привозными, то ценные указания в этом отношении может дать химический анализ этих предметов.

Очистка древнего металла была очень несовершенной, и современными точными методами анализа в нем можно обнаружить много различных элементов в виде незначительных примесей — загрязнений. По составу этих загрязнений иногда можно предположить, из каких месторождений были получены медь и олово, входящие в состав данной бронзы. Если историку или археологу удается доказать, что найденные бронзовые предметы изготовлялись в месте их находки, то геолог и геохимик немедленно доляшы произвести поиски на олово в этом районе. Таким путем можно вновь найти давно забытые месторождения олова.

Но и позднее, когда на смену бронзовому веку пришел век железный, бронза не потеряла своего, значения. Человек делал;

низ нее предметы искусства, стал чеканить монету и отливать «колокола и орудия.

Олово обладает способностью образовывать замечательные •сплавы и с другими металлами, например со свинцом, сурьмой и т.

В наше время сплавы — это область технических чудес, мир «волшебных» превращений. Советские ученые изучили и истолковали эти «чудесные» явления, эти перегруппировки атомов, совершающиеся при сплавлении двух или нескольких металлов. Благодаря изменениям молекулярной структуры сплав получает новые свойства, чуждые каждому из металлов, взятому в отдельности. Часто, например, сплав мягких металлов приобретает неожиданно высокую твердость.

Сплавы олова со свинцом, так называемые баббиты, применяются в мощных и точных аппаратах и станках, там, где нужно обезвредить действие вращающегося с огромной быстротой стального стержня. Это так называемые «антифрикционные» — очень стойкие против истирания сплавы (как говорят, с низким коэффициентом трения). Техническое значение их очень велико: они надолго продлевают срок работы дорогих машин.

Олово обладает замечательной способностью «привариваться» к металлам; на этом свойстве основано применение в технике так называемых «припоев», то есть сплавов олова со свинцом и сурьмой.

Не всем известно значение олова в типографском деле. Оно входит главной частью в состав так называемого «типографского металла», из которого отливаются литеры и клише, т. е. формы с рельефным рисунком, служащие Для воспроизведения иллюстраций.

Ничто не придает при полировке такого зеркального блеска прекрасным белым и многоцветным мраморам, как белый порошок окиси олова, который часто называют «итальянским порошком».

Различные соединения олова широко применяются в химической, резиновой промышленности, в ситцепечатании, в крашении шерсти и шелка, в изготовлении эмалей, глазурей, цветных стекол, сусального золота и серебра, не говоря уже о весьма важном значении олова в военном деле.

Древнейшие месторождения.олова известны в Азии, а также и в Европе на юге британских островов, которые даже назывались «касситеридами». Трудно сказать, однако,— минерал ли касситерит получил название от островов или острова -были названы от греческого слова «каоситерос», которое еще в «Илиаде» Гомера встречается для обозначения олова.

Главным источником олова в настоящее время, дающим около половины мировой добычи этого металла, является полуостров Малакка.

Здесь известно свыше двухсот месторождений в гранитах й громадное количество богатых россыпей. Россыпи разрабатываются гидравлически; на них направляется сильная струя во ды из мощных мониторов. Жидкая грязь, состоящая из смеси разных минералов, стекает в особые канавы с порогами и усиленно перемешивается рабочими из местного населения. Этот тяжелый труд выполняется главным образом детьми. Касситерит благодаря высокому удельному весу задерживается около порогов, откуда время от времени выгребается. Способ добычи, как видите, очень примитивен и построен на жестокой эксплуатации труда.

Концентрат, содержащий 60—70% касситерита, перевозят на заводы, где из него выплавляют олово.

Империалистические страны ведут между собой жестокую борьбу за олово. В годы второй мировой войны Япония стремилась, захватить в свои руки оловянные месторождения на материке и островах и оловоплавильные з1аводы в Сингапуре, принадлежавшие английским фирмам, чтобы обеспечить нужды своей военной промышленности и помочь гитлеровской Герма-

10 Занимательная геохимия

Штабеля готовых консервов на Тирасполъском заводе. Молдавская ССР

нии, которая остро нуждалась в олове. Одновременно преследовалась цель — лишить США и Англию источников этого важного военного металла.

Посмотрите на географическую карту мира: полоса оловоносных гранитов и связанных с ними месторождений олова, а также вольфрама и висмута тянется по побережью Тихого океана, проходя с юга на север через острова Биллитон, Банка, Синкеп, полуостров Малакка, Таиланд, Южный Китай.

Геохимия стремится разгадать причину образования подобных полос или зон, в которых располагаются богатые месторождения оловянных руд и других химических соединений, встречающихся вместе с оловом.

Кроме Малакки, богатейшие скопления олова имеются в Боливии (Южная Америка). Они расположены на горном хребте Кордильер. Менее мощные месторождения известны в Австралии, на острове Тасмания, и в Бельгийском Конго (Африка).

Из ежегодно добываемых во всем мире около 200 тысяч тонн олова 40—50% идет на изготовление жести.

Потребление белой жести резко возрастает по мере развития ж роста консервной промышленности.

Задумывались ли вы о значении жести, о роли жестяной коробки, в которой хранятся миллионы килограммов мяса, рыбы, овощей, фруктов? Что такое жесть? Это листовое железо, покрытое тонким слоем олова, около сотой доли миллиметра толщи- ной. Покрытие оловом, Или лужение, железных листов или железных банок предохраняет их от ржавления. Чистое олово не растворяется жидкостями консервов и практически безвредно для здоровья человека. Никакие другие покрытия не могут конкурировать с оловом по устойчивости.

Сейчас можно сказать, что олово отжило свой «бронзовый век» и стало металлом консервной банки!