Ковкость меди. Характеристика меди. Как древние люди добывали медь

Что могли древние • Просмотр темы

Сфера использования меди чрезвычайно обширна. Ее применение в разных областях тяжелой и легкой промышленности и отдельных отраслях современной науки, весьма разнообразно. Более того – количество ситуаций, когда медь незаменима, растёт наперегонки с техническим прогрессом, а вот способы медедобычи остаются неизменными на протяжении множества веков. Возможности меди (и все ее свойства, включая целебное) были открыты нашими предками еще в античный период. С тех пор в нашем мире изменилось практически все, начиная от мировоззрения людей и заканчивая социально-экономическим строем, а медь как приносила людям пользу, так и продолжает ее приносить.

Латинское название этого металла — Cuprum — имеет очень красивую историю, берущую своё начало в древнегреческой мифологии. Согласно верованиям древних греков, люди получили этот металл от Афродиты, богини любви и плодородия. Легенда гласит, что Афродита, родившаяся в пене прибрежных волн, вышла на берег острова Кипр, который она немедленно взяла под свое покровительство, показав его жителям залежи столь необходимого для них металла. Разумеется, в этом красивом сказании есть определенная доля истины — именно Кипр, где в древности был расположен один из самых известных алтарей поклонения Венере, издревле был богат залежами меди. Так что древние киприоты и впрямь обогащались на добыче этого металла, а имя острова дало научное название этому элементу — купрум.

Конечно же, на самом деле медь начали применять задолго до того, как в ареале Эгейского моря сложилась древнегреческая цивилизация. Эпоха открытия и применения меди — это примерно VI–IV тысячелетие до нашей эры, обширный период, который археологи и историки считают промежуточным звеном между «каменным веком» и «бронзовым». Согласно исследованиям ученых, наши далекие предки сначала применяли слитки меди, которые были ими ошибочно приняты за камни. Изначально медные самородки обрабатывались так же, как простые камни — по ним ударяли другими камнями, дабы изменить их форму и размер. Медные слитки отказывались раскалываться на части, но отлично деформировались. Этот метод обработки, получивший название «холодная ковка», был достаточно энергозатратным, но весьма распространенным. В отличие от «горячей ковки», то есть, нагревания меди, делавшей металл пластичным, но впоследствии хрупким, медные изделия, созданные путем холодной ковки, выдерживали очень многое. Этим же и объясняется преимущество медного оружия перед каменным: металлическое оружие можно было починить, в то время как каменное не подлежало ремонту и реставрации. Более того: как только люди выяснили, что медным орудием рубить деревья куда удобнее, чем деревянным, вместе с добычей меди произошел резкий скачок и в развитии деревообрабатывающей промышленности.

Чуть позже медь начали использовать не только в тогдашней оружейной и сельскохозяйственной промышленности. Из меди начали изготавливать и посуду, и украшения, и прочие столь необходимые в хозяйстве предметы. Любопытный факт: ученым-археологам удалось реконструировать один из способов изготовления медной посуды, бытовавший примерно в V тысячелетии до нашей эры. Для того, чтобы изготовить из слитка меди таз, древним мастерам нужно было стучать огромным молотом по медному диску, размещенному на специально приготовленных для этого деревянных блоках определенной формы.

Раскопки ученых-историков на территории Анатолии (ныне — Анталия, средиземноморское побережье Турции), Египта, Ирана, Месопотамии принесли новые сведения как о применении меди, так и о способах ее обработки, бытовавших в те далекие времена. Как оказалось, нашим далеким предкам пришлось довольно долго экспериментировать для того, чтобы обработанная путем горячей ковки медь не теряла своих качеств и не становилась хрупкой. Способы обработки меди, состоящие из разных сочетаний литья и ковки, варьировались и шлифовались на протяжении веков. Разумеется, за этот период возросло мастерство специалистов, которые начали не только изготовлять из меди оружие, посуду и украшения, но и освоили метод чеканки.

Известно, что медь высоко ценилась жителями Древнего Египта. После расшифровки множества клинописных папирусов стал известен способ обработки меди в эпоху правления Рамзеса II. (1300–1200 гг. до н. э.)(Примечание(Hard): не путать с началом использования меди в Д.Е.) Древние египтяне загоняли воздух в плавильные печи с помощью мехов, а древесный уголь добывали из акации и финиковой пальмы. Это создавало внутри печей идеальную температуру для обработки медных слитков и их очищения от посторонних примесей.

Чем выше был спрос на медь, тем больше росла популярность горячей ковки. Для борьбы с коварной хрупкостью полученных таким способом медных изделий, мастера начали добавлять в раскаленную медь иные металлы, образуя различные сплавы. В какой-то момент в плавильной печи произошло случайное соединение меди и олова. Получившийся сплав обладал куда более полезными качествами и требовал совсем иной, менее затратной обработки. Это вещество, получившее название «бронза», дало толчок для начала следующей эпохи, так называемого «бронзового века», начавшегося примерно в III тысячелетии до нашей эры. В этот период изделия из бронзы частично вытеснили медь в определенных сферах тогдашней тяжелой промышленности, но рост добычи меди (столь необходимой для изготовления бронзы) резко увеличился.

Особой популярностью медь пользовалась у древних греков. К примеру, жители знаменитой Трои, воспетой в «Илиаде» Гомера, превратили свой город в крупнейший центр развития тогдашней металлургии, причем на благородных свойствах этого металла росло состояние как ремесленников, так и купцов.

Разумеется, в эпоху древнегреческой цивилизации (и красивого мифа о дарах Афродиты) медь использовали как оружейники и ювелиры, так и врачи. В медицинских трактатах эпохи античности много говорится о целебном влиянии медных изделий на человеческий организм. В частности, о том, что воины, облаченные в медные доспехи, куда меньше устают, а их боевые раны заживают быстрее, нежели у их коллег, облаченных в бронзу.

Другие античные источники были посвящены влиянию медных изделий на различные достоинства мужского организма. Специальные медные украшения, предназначенные специально для укрепления «мужского духа» пользовались большой популярностью у самых разных слоев древнегреческого населения. Известно, что знаменитейшая царица Клеопатра, хорошо разбиравшаяся в тогдашних новейших медицинских открытиях, предпочитала медные браслеты любым украшениям из золота и серебра, а философ и драматург Аристотель, заявлявший об общеукрепляющем действии меди на организм, часто засыпал с медным шариком в руке

Металл, принесший столько пользы древним грекам, в том числе и жителям Кипра, окрестившим его «купрумом», не остался без внимания и на других этапах развития нашей цивилизации. И в Средние века, и в эпоху Возрождения медь объемы добычи меди неуклонно росли, а лучшие умы тех времен открывали все новые способы ее применения. Самое удивительное, что техника добычи и обработки меди потом стала использоваться и при работе с другими материалами, в частности, с железом и сталью. Сейчас спрос на медь особенно высок среди компаний, специализирующихся на изготовлении различных приборов бытового и электротехнического назначения.

rekhmire.ru

Медь в древности

Медь была, вероятно, первым металлом, используемым древними культурами, а самые старые артефакты, сделанные с ним, относятся к эпохе неолита. Блестящий красный-коричневый металл использовался, помимо прочего, для украшений, инструментов, скульптур, колоколов, сосудов, ламп, амулетов и масок смерти. Настолько важным был металл в человеческом развитии, что он дал свое название эпохе меди, сегодня более известный как халколит. Медь была необходима для изготовления латуни и, конечно же, бронзы, металла, который дал свое название временному периоду, предшествовавшему Медной эпохе, помимо многих других сплавов. От Финикии до Мезоамерики медь была значком элитного статуса, прежде чем стала более доступной. Удобная форма обмена в торговле между культурами, в конечном счете, медные символические товары были заменены более управляемыми слитками, которые, в свою очередь, превратились в еще более удобные монеты. Золото и серебро, возможно, были достаточно распространены для богатых и могущественных, но если бы был один чистый металл, который обычные люди в древнем мире могли бы получить, это была медь.

ДОСТУПНОСТЬ И ГОРНОЕ ДЕЛОМедь легко находилась в металлическом состоянии во многих областях древнего мира, хотя и в относительно небольших количествах. Блестящий красный, оранжевый или коричневый металл впервые использовался на Балканах, на Ближнем Востоке и на Ближнем Востоке с 8000 до 3000 г. до н.э. Затем Египет и Европа последовали этому примеру и начали создавать свои медные артефакты. Мягкий и ковкий, это был идеальный материал для производства декоративных предметов роскоши.

Когда металлисты поняли, что они могут плавиться с использованием древесных углей, эксплуатация обогащенных медью руд стала более распространенной со 2-го тысячелетия до нашей эры. Такие руды присутствовали в значительных количествах на участках по древнему Средиземноморью: Кипр (само название которого может быть получено из металла), Аттика, Киклады (особенно Кифнос) и, в частности, Левант. Легендарные медные рудники короля Соломона помогли построить судьбу Израиля, даже если они вполне могли принадлежать к Идумеям. Другие, менее важные месторождения меди, были использованы в Англии, Уэльсе, Франции, Италии (особенно Эльба, Сардиния и части Этрурии), Испании и Мавритании.

На другой стороне мира мезоамериканские культуры (примерно 650-1200 н.э.) были обеспечены обильным количеством меди из открытых карьеров в западных Герреро и Оахака на западном побережье Мексики и Веракруз на восточном побережье. Япония была богатым источником металла, и примерно с 1000 г. н. Э. Экспортировала значительные количества в соседний Китай, который, превратив его в монету, отправил тонны обратно, чтобы японцы могли использовать его в качестве собственной валюты. Точно так же Корея была богата медью, а королевство Горьее, в частности, экспортировало ее в Китай, хотя они чеканили свои медные монеты. У Китая действительно были свои медные рудники вдоль южных берегов реки Янцзы, но они, возможно, не соответствовали огромным потребностям страны.

Самая ранняя известная плавильная площадка находится в Сербии и датируется c. 5000 BCE. Ранние печи могли создавать только богатый медью шлак, который нужно было бы дополнительно обработать в глиняном тигле, но с развитием печи сжигания угля и использованием сильфонов, достигающих 1200 градусов по Цельсию, и гораздо более очищенного продукта, таким образом стала достижимой. Медь плавится при 1084 градусах Цельсия и поэтому может быть уменьшена до расплавленного состояния чистой меди, где она собирается у основания печи. Слитки делали путем заливки металла в каменные или глиняные формы. С большим количеством технологических разработок, особенно римлянами, можно было бы использовать более сложные руды сульфида меди. Действительно, римляне стали настолько искусными в добыче меди в больших масштабах, что одна из их горных работ в Иордании по-прежнему оставляет невыносимо высокие следы меди у животных и пшеницы в этом районе.

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯМедь с ее блестящим красно-оранжевым блеском при полировке использовалась многими древними культурами как материал для ювелирного производства и предметов искусства, таких как маленькие фигурки. Металл также использовался для удивительно похожих инструментов в разных культурах от этрусков в Италии до цивилизации Моче Южной Америки, особенно осей, ацетов, долота, шипов, пинцетов и игл. Окутанная медь была популярным выбором материала для посуды и блюд среди общественных элит. Металл использовался для изготовления частей музыкальных инструментов, хирургических инструментов и в качестве декоративного материала для инкрустации. Медные престижные товары в Европе более конкретно указывали на элитный ранг и принимали форму коронок, булавок и стандартов.

Известный клад медных престижных товаров поступает из пещеры Нахал Мишмар в Израиле, где более 200 таких предметов были тщательно обернуты в тростниковые маты и погребены в период хальколита, возможно, в 5-м тысячелетии до нашей эры. Цветные египетские синие, которые минойские художники-фрески так любили использовать, были сделаны из соединений меди. Медь также может добавить красный, зеленый и синий к древнему стеклу. Карфагеняне сделали символические медные бритвы, чтобы похоронить их мертвых. Избитый в тонкие листы, медь была полезной поверхностью письма, которая, пожалуй, наиболее известна в трех медных свитках, найденных в пещерах Кумран, Израиль, где также были обнаружены свитки Мертвого моря.

В древней Мезоамерике колокола, возможно, служили функцией показа элитного ранга человека, даже если большинство было найдено в контексте погребения. Ацтеки были увлечены медью и вынуждены были отдавать от завоеванных племен, которые часто принимались в виде медных осей. Слишком тонкие, чтобы иметь какое-либо функциональное применение, эти оси могли действовать как примитивная валюта. В древних южноамериканских строительных блоках на месте Тиауанако (Тиванаку) вблизи озера Титикака использовались медные зажимы, чтобы удерживать их на месте. Между тем, инки использовали медь для более практичной цели, прикрывая свои военные клубы злобными медными шипами. Воины инков носили металлические пластины, вероятно, как символы ранга, а не надлежащие доспехи, а самые низкие из них были сделаны из меди, самого высокого из золота.

Медь была сделана еще более полезной, смешивая ее с другими материалами, чтобы сделать сплав с превосходной прочностью и так лучше противостоять коррозии. Таким образом, бронза была сделана путем соединения меди с мышьяком, сурьмой или оловом, в то время как латунь, более простой материал для литья, состояла из меди и цинка. Добавление свинца к меди также улучшило литейный материал. Римляне также использовали медь для производства более полезных сплавов. Медь и бронза во многих случаях были заменены железом, который был более доступным и заполнил пробел, оставленный нехваткой олова. Мезоамериканцы одинаково умели производить сплавы, в частности медно-серебряные, медно-золотые, медно-мышьяковые и медно-оловянные. Дальше на юг, в древней Колумбии, сплав золота и меди, известный как тумбага, был особенно популярен среди металлургических компаний.

ОБМЕН ВАЛЮТВ качестве полезного и ценного материала медь стала товаром для обмена в виде плоских слитков. Медные слитки были обнаружены на многих объектах бронзового века, таких как Hagia Triada (600 кг под зданием дворца) и Zakros на Крите, а также на кораблекрушении Улубурун, который в 1330-1300 годах до н. Э. Перевозил 348 весом около 10 тонн. Многие из этих слитков имеют маленькую ручку в каждом углу, которая знакома многим другим Эгейским эпохам бронзы. Форма для таких слитков, иногда называемых «oxhide», была обнаружена в Рас-ибн-Хани, порту древнего Угарит в Сирии. Другими распространенными формами древних медных слитков являются круглые булочки, кольца, перфорированные оси и кинжалы.

Химический анализ на медных слитках в Греции и Сардинии показывает, что для производства товаров использовалась местная медь, а медь с Кипра оставалась в качестве хранимых слитков, предполагая, что существует два уровня использования: один для практического использования, а другой как товар для хранения или как обмен подарок между элитами. Действительно, это был, вероятно, спрос на металлы, которые впервые создали ранние средиземноморские торговые связи между культурами. Такие документы, как письма Амарны, показывают, что медь (возможно, с Кипра) была продана между Египтом и Ассирией, Вавилоном и Хеттской империей в 14 веке до нашей эры. Не только в качестве материала, но и в качестве валюты использовалась медь.

Финикийцы отправили меди по Средиземному морю, и некоторые горячие точки металлургии возникли там, где они были обработаны, сохранены и переданы. Одним из таких центров был Бахрейн, который перешел от меди из Месопотамии к хараппской культуре долины Инда в Индии и Пакистане. Западная Мексика эпохи эпохи и постклассики стала известным центром производства медных колоколов, которые торговались по всей Центральной Америке. Ламбайская цивилизация северного Перу, как и ацтеки, также производила медные топоры, которые использовались как форма валюты и слитки в форме капитала I, которые были тщательно найдены в зданиях в Батан-Гранде.

Медь использовалась в чеканке греками, римлянами и китайцами, среди прочих. Серебро в значительной степени взяло на себя роль металла, выбранного для монет, но медь оставалась на месте для низких значений, таких как римский как и nummus, и всегда была удобна смешиваться с золотом и серебром, чтобы сделать более ценные монеты, когда государственные кошельки пришлось немного подтянуть.

demon-angel.ru

Медь - древнейший из заслуженных (открытие, поиск и добыча металла)

hochu-vse-snat.livejournal.com

Термические технологии: печи и температуры. 4. Медь в Древнем Царстве Египта - Начало. - Сергей Алданов

Как-то я начал серию статей про то, как человечество овладевало термическими технологиями, начав костром и   гончарными печами, а продолжив металлургией и стекловарением.  Чем выше достигалась температура, тем больше возможностей получала цивилизация.

Первая часть – тут

Вторая часть - тут

Третья часть - тут

Рис. 1. Медный инструмент в свое время послужил созданию великих пирамид.

Диффузия новой технологии.

Рис. 2. С одной стороны,   график «диффузии  металлургии» логичен - движение от центров появления новой технологии к окраинам. С другой, распространение новой технологии требовало наличия   медной и оловянной руды, которые встречаются очень неоднородно, а потому и «диффузия» зависит в первую очередь от них, и лишь потом от способности воспроизвести чужие изобретения. Хотя вот египтяне оказались способны долгое время обходиться без олова.

«Медный век», как начало века бронзы - дальнейший толчок к борьбе за экономику печи и овладению более высокими температурами.   Для решения металлургических задач   печь стала приспосабливаться к этим новым  требованиям, то есть начала развиваться, как техническое устройство.

Появление обработки меди (рис. 1) связано с некогда существовавшей  частой встречаемостью медных самородков в некоторых регионах. Их  можно было ковать, делая разные мелкие медные предметы. Но за пределками богатых самородной медью районов (рис. 2) требовалась уже термическая обработка медной руды, собственно металлургия, а для этого  поиск руд и умение их переработать.

В Египте такие руды встречались, но все же не в очень большом количестве. Да и топлива там не было в избытке, потому что потребителей дерева было слишком много. Приходилось как-то справляться с этими проблемами: в стране, набравшейся небывало высокого мастерства в обработке камя, нужны было из чего-то мастерить зубила и трубчатые сверла, да еще и в «промышленных количествах».

Рассматривая детали производства медных орудий, мы получаем сведения об одной из сторон  строительства пирамид.  Археологи потому весьма интересуются деталями становления медной  металлургии Египта давно{C}{C}[i]{C}{C}. Но в последние годы появилось много новых интересны[ работ, дополняющих картину.

Мне кажется особо существенным установить датировку этапов развития металлругии, последовательность изобретений и усовершенствований в этой области.

До начала использования плавильных печей.

Анализируя большой корпус медных предметов Лукас пишет, что:

-  «В Египте медь вошла в употребление раньше золота, еще в бадарийский и ранний додинастический периоды... Древнейшими из сохранившихся до нас медных предметов являются бусы, сверла и булавки, относящиеся к бадарийскому периоду, которые продолжали употребляться в ранний додинастический период, когда к ним прибавились браслеты, маленькие долота, кольца, наконечники гарпунов, различные мелкие орудия, как,  например, иглы и щипчики, и другие небольшие вещицы. «Все предметы, изготовленные до среднего додинастического периода, весьма редки, невелики и непрочны»

Рис. 3. Колечки из полосок меди – бадарийская культура, Египет. Британский музей.

Итак, в 4500-3600 гг. плавить медь еще не начали,  потому ковали самородный металл или восстановленную древесным углем медную губку, полученную, к примеру, из малахита.

Печи, рудники, и  места развития медной металлургии.

Лукас  «Но к концу додинастического периода египтяне уже располагали «вполне эффективным медным оружием», а в ранний додинастический период широко пользовались «тяжелыми удобными топорами, теслами, долотами, ножами, кинжалами, копьями, орудиями и украшениями», а также хозяйственной утварью, такой, как кувшины и тазы. Петри нашел немало хорошо отделанных медных предметов эпохи I династии в царских гробницах или кенотафах в Абидосе, хотя эти гробницы подверглись ограблению и еще прежде раскапывались. Эмери недавно нашел очень много медных предметов в гробнице Джера. Обычным методом покрытия одного металла другим в Древнем Египте была наковка тонких листов».

Рис. 4. Вади Магхара в Синайской пустыне – одно из основных мест добычи меди в раннем Древнем Египте.

«О том, что во время Древнего царства по крайней мере часть горного промысла в  Магхара приходилась на долю медной руды, свидетельствуют обнаруженные там горняцкие поселения того времени, где были найдены куски медной руды, тигли, медный шлак, плавильные отходы и литейные формы. Тот факт, что в одном медном топоре среднего додинастического периода и в нескольких медных полосках эпохи I или II династии содержалось некоторое количество марганца, служит весьма убедительным доказательством добычи медной руды по соседству с марганцевыми месторождениями в Синае, вероятно в Магхара. В таком случае выплавка меди из синайской руды практиковалась уже в средний додинастический период».

«Мы имеем два доказательства разработки медной руды и плавки металла в Древнем Египте: во-первых, наличие древних рудников с найденными поблизости остатками рудничных поселков и древних шлаковых отвалов и, во-вторых, надписи, оставленные вблизи рудников рудокопными экспедициями.... Древние разработки медной руды  ... известны в Магхара и в Серабит-эль-Кадиме. Оба эти места расположены в юго-западной части Синайского полуострова на расстоянии приблизительнодевятнадцати километров друг от друга. ... Здесь были обнаружены остатки горняцких поселений преимущественно  эпохи Древнего, а также и Среднего царства, и в первых из них «найдено большое количествомедного шлака и отходов от плавки, осколки медной руды, множество сломанных тиглей и фрагмент литейной формы», а во вторых — «большое количество медного шлака и плавильных отходов, куски тиглей, древесный уголь, а в одном случае кусок содержимоготигля в виде толченой, но еще не полностью восстановившейся руды»; кроме того, там же найдена недатированная форма для отливки клинков оружия...» Рудокопные экспедиции оставили после себя надписи в Магхара, в долине и на рудниках Серабит-эль-Кадима, в храме в Серабит-эль-Кадиме и вблизи храма и в Вади-Насб».

В Магхара было найдено 45 надписей, в том числе 36 наскальных, 8 граффити и одна стэла (см. Рис. 5) Самая ранняя из «их относится к I династии, три — к III, три — к IV, восемь —к V, две — к VI и тринадцать — к XII династии. От XVIII и XIX династий сохранилось по одной надписи. Пять надписей Древнего и восемь Среднего царства не могут быть отнесены к каким-либо определенным династиям.

Рис. 5. Сцена триумфа фараона Семерхета. Рельеф в Вади-Магхара. 1-я династия. Древнее царство. Заметим, что тут все изображения принадлежат фараону (короны Верхнего и Нижнего Египта), на картине представлены также медные короткие мечи, нечто вроде кистеней, и булава.

Итак, медь в 3500-2800 гг. уже плавят в печах,  и потому становится возможным ковать из медных отливок  большие предметы и  листы. О чем говорит и Лукас «Иногда утверждают, что в более ранние периоды, когда медь употреблялась в сравнительно небольшом количестве, она добывалась из самородного металла (то есть из меди, встречающейся в природе в металлическом состоянии).  ...  нет никакого сомнения в том, что во все последующие периоды она добывалась исключительно путем выплавки из руды.

Технология добычи руды.

«Надо полагать, что медные руды, и главным образом малахит, вначале и долгое время потом добывались исключительно из поверхностных залеганий без всяких попыток ведения подземных разработок. Для вырубки руды было вполне достаточно грубых каменных(кремневых) орудий. Но позднее вслед за уходящими под землю жилами люди начали рыть шахты, для чего они, несомненно, пользовались уже медными долотами, образцы которыхсохранились до нас начиная с позднего до династического периода. В синайских рудниках Петри нашел свидетельства употребления для вырубания породы только медных долот ине обнаружил никаких следов применения каменных орудий».

Руду сортировали, дробили, просевали.

Рис. 6 Тимна – шахты, прорубленные во времена Древнего Египта. В Тимне они преимущественно создавались   в период Среднего царства.

Технология плавки.

Лукас «Дробленую руду перебирали вручную и затем плавили. В наше время медь получается из руды в результате целого ряда сложных металлургических процессов в особых плавильных печах, причем характер этих процессов и устройство печей обусловливаются составом обрабатываемой руды...   Руду смешивают с коксом и соответствующими флюсами и плавят в печи с дутьем. Древнеегипетский вариант современного метода заключался в том, что раздробленную руду смешивали с древесным углем прямо на земле в кучах или в неглубоких ямах. Иногда место плавки старались расположить насклоне холма или в долине (как это было, например, в Вади-Насб в Синае), чтобы полностью использовать выгоды, которые мог дать ветер. То, что движение воздуха раздувало огонь, было, конечно, замечено уже в глубокой древности. В более позднее время появляются меха. Карелли нашел в Синае остатки древней печи для выплавки меди. Она представляласобою вырытую в земле яму глубиною около 75 см, окруженную каменной стенкой с двумя отверстиями для дутья».

«Медь плавится при температуре 1083° по Цельсию; такая температура вполне могла быть получена описанным нами примитивным способом при условии закладки за один раз небольшого количества руды. Коглен пишет, что для выплавки меди из малахита или другой углекислой руды достаточно температуры 700–800° по Цельсию.

В результате произведенных Когленом экспериментов в области простейши способов плавки медных руд для получения металлической меди он пришел к выводу, что медь была получена впервые случайно, но не на лагерном костре, не в яме и не на каком-либо другом открытом огне, как принято считать, а в гончарной печи, то есть в закрытой камере».

Такая небольшая печь, однако, позволяла получать всего-то 5 кг меди. Собственно, это очень мало, и как справиться с выплавкой больших количеств меди?

Но недавно замечательное открытие{C}{C}[1]{C}{C} сделала французская экспедиция на Синае, начавшая работать там с 2006 года. Она обнаружила батареи печей, причем в одном месте было сосредоточено аж 27 таких батарей, включавших почти 3000 таких печей (рис. 7). Помимо этого, археологи показали, что само расположение печей предполагало использование характерных потоков воздуха для достижения более высокой температуры.

{C}{C}Рис. 7. Один из примеров батареи печей, существовавший во времена не позже пятой династии. Простой расчет показывает, что при полной загрузке печей можно было выплавлять аж 15 тонн металла за плавку.

Они также провели реконструкцию, используя одну из батарей, при измеряя достигаемую температуру в зависимости от времени дня и скорости ветра (рис. 8).

Рис. 8.  Экспериментальная плавка – температуры у передней и задней стенки печей в зависимости от времени дня, который связан с усилением ветра  в период от примерно 9 часов и до 13-15 часов. Такие печи, получаются, позволяли проводить 4-5 плавок в течение дня. Расчет показывает, что тогда на батарее печей можно было бы получать аж 60-75 тонн металла в день при полной загрузке всех батарей – ну и, конечно, решении всех сопутстсующих задач с рудой, топливом, керамикой, рабочей силой. Конечно, эти цифры предельные. Но все же такой «индустриальный подход к делу впечатляет.

Еще одна интересная печь – в городке Бухен в Нубии. В ранних  надписях упоминаются фараоны 4 и  5 династии- Хафре, Менкаура, Усеркаф, Сахура, Нефериркара, Ниусерра. Интересно, что,  кажется, найдя торговый путь, по которому  медные руды, которые доставлялись к Нилу издалека (потому что рядом таких руд нет), египтяне спешно колонизировали этот пункт, создав укрепленный город и построив печь продвинутой конструкции, в которой можно было ставить несколько тиглей с рудой      (рис. 8)

Рис. 8. Печь времен Древнего царства – египетская колония Бухен, Нубия.

Получается, что египтяне Древнего царства очень настойчиво боролись за повышение качества плавок меди и повышения эффективности труда.   Но это далеко не все, что они могли сделать и сделали в этой области.

А. ЛУКАС  «МАТЕРИАЛЫ И РЕМЕСЛЕННЫЕ ПРОИЗВОДСТВА  ДРЕВНЕГО ЕГИПТА», М., Изд. Иностр. Лит. 1958

Окончание очерка следует.

aldanov.livejournal.com

Ковкость меди. Характеристика меди

Ковкостью называют восприимчивость металлов и сплавов к ковке и иным видам обработки давлением. Это может быть волочение, штамповка, прокатка либо прессование. Ковкость меди характеризуется не только сопротивлением деформации, но и пластичностью. Что же такое пластичность? Это умение металла изменять свои контуры под давлением без разрушения. Ковкими металлами являются латунь, сталь, дюралюминий и некоторые иные медные, магниевые, никелевые, алюминиевые сплавы. Именно у них высокий уровень пластичности совмещается с низким сопротивлением деформации.

Медь

Интересно, как выглядит характеристика меди? Известно, что это элемент 11 группы 4 периода системы химических элементов Д. И. Менделеева. Его атом имеет 29 номер и обозначается символом Cu. Фактически это переходный пластичный металл розовато-золотистого цвета. Кстати, он имеет розовый цвет, если оксидная плёнка отсутствует. С давних пор данный элемент используется людьми.

История

Одним из первых металлов, которые люди начали активно использовать в своём хозяйстве, является медь. Действительно, она слишком доступна для получения из руды и имеет малую температуру плавления. С давних пор человеческому роду известна семёрка металлов, в которую также входит и медь. В природе данный элемент встречается намного чаще, чем серебро, золото или железо. Древние предметы из меди, шлак, являются свидетельством её выплавки из руд. Они обнаружены при раскопках посёлка Чатал-Хююк. Известно, что в медный век получили большое распространение медные вещи. Во всемирной истории он следует за каменным.

С. А. Семёнов с сотрудниками проводил экспериментальные исследования, в которых выяснил, что медные орудия труда по сравнению с каменными выигрывают по многим параметрам. У них выше скорость строгания, сверления, рубки и распилки древесины. А обработка кости медным ножом длится столько же, сколько и каменным. А ведь медь считается мягким металлом.

Очень часто в древности вместо меди использовали её сплав с оловом – бронзу. Она необходима была для изготовления оружия и иных вещей. Итак, на смену медному веку пришёл бронзовый. Бронзу впервые получили на Ближнем Востоке за 3000 лет до н. э.: людям нравилась прочность и отличная ковкость меди. Из получаемой бронзы выходили великолепные орудия труда и охоты, посуда, украшения. Все эти предметы находят в археологических раскопках. Далее бронзовый век сменился железным.

Как получить медь можно было в древности? Первоначально её добывали не из сульфидной, а из малахитовой руды. Ведь в этом случае заниматься предварительным обжигом не было необходимости. Для этого смесь угля и руды помещали в глиняную посудину. Сосуд устанавливали в неглубокую яму и смесь поджигали. Далее начинал выделяться угарный газ, который способствовал восстановлению малахита до свободной меди.

Известно, что на Кипре уже в третьем тысячелетии до нашей эры были построены медные рудники, на которых и осуществлялась её выплавка.

На землях России и соседних государств медные рудники возникли за два тысячелетия до н. э. Их развалины находят и на Урале, и на Украине, и в Закавказье, и на Алтае, и в далёкой Сибири.

Промышленное плавление меди было освоено в тринадцатом веке. А в пятнадцатом в Москве был создан Пушечный двор. Именно там из бронзы отливали орудия различных калибров. Неимоверное количество меди уходило на изготовление колоколов. В 1586 году из бронзы была отлита Царь-пушка, в 1735 году – Царь-колокол, в 1782 году был создан Медный всадник. В 752 году мастера изготовили великолепную статую Большого Будды в храме Тодай-дзи. Вообще, список произведений литейного искусства можно продолжать бесконечно.

В восемнадцатом веке человек открыл электричество. Именно тогда огромные объёмы меди начали уходить на изготовление проводов и подобных им изделий. В двадцатом веке провода научились делать из алюминия, но медь в электротехнике всё ещё имела большое значение.

Происхождение названия

А вы знаете, что Cuprum – это латинское наименование меди, произошедшее от названия острова Кипр? Кстати, у Страбона медь величают халкосом – город Халкида на Эвбее виновен в происхождении такого имени. Большинство древнегреческих названий медных и бронзовых предметов произошли именно от этого слова. Они нашли широкое применение и в кузнечном ремесле, и среди кузнечных изделий и литья. Иногда медь называют Aes, что означает руду или рудник.

Славянское слово «медь» не имеет ярко выраженной этимологии. Возможно, оно старинное. Но оно весьма часто встречается в древнейших литературных памятниках России. В. И. Абаев предполагал, что это слово произошло от названия страны Мидия. Алхимики прозвали медь «Венера». В более древние времена её называли «Марс».

Где находят медь в природе?

Земная кора вмещает (4,7-5,5) х 10-3% меди (по массе). В речной и морской воде её намного меньше: 10-7% и 3 х 10-7% (по массе) соответственно.

В природе очень часто находят соединения меди. В промышленности используется халькопирит CuFeS2, именуемый медным колчеданом, борнит Cu5FeS4, халькозин Cu2S. Одновременно люди находят и иные минералы меди: куприт Cu2O, азурит Cu3(CO3)2(OH)2, малахит Cu2CO3(OH)2 и ковеллин CuS. Очень часто масса отдельных скоплений меди достигает 400 тонн. Медные сульфиды образуются в основном в гидротермальных среднетемпературных жилах. Нередко и в осадочных породах можно отыскать медные месторождения – сланцы и медистые песчаники. Наиболее известными месторождениями являются в Забайкальском крае Удокан, Жезказган в Казахстане, Мансфельд в Германии и медоносный пояс Центральной Африки. Другие богатейшие месторождения меди расположены в Чили (Кольяуси и Эскондида) и США (Моренси).

Большую часть медной руды добывают открытым способом. В ней содержится от 0,3 до 1,0% меди.

Физические свойства

Многих читателей интересует описание меди. Это пластичный розовато-золотистый металл. На воздухе его поверхность моментально покрывается оксидной плёнкой, которая придаёт ему своеобразный интенсивный красно-жёлтый оттенок. Интересно, что тонкие плёнки меди имеют голубовато-зелёный цвет.

Осмий, цезий, медь и золото имеют одинаковую цветовую окраску, отличающуюся от серой или серебристой иных металлов. Данный цветовой оттенок свидетельствует о наличии электронных переходов между четвёртой полупустой и заполненной третьей атомными орбиталями. Между ними существует некая энергетическая разница, соответствующая длине волны оранжевого цвета. Та же система отвечает за специфический цвет золота.

Чем же ещё удивительна характеристика меди? Данный металл образует гранецентрированную кубическую решётку, пространственная группа Fm3m, a = 0,36150 нм, Z = 4.

А ещё знаменита медь высокой электро- и теплопроводностью. По проведению тока она находится среди металлов на втором месте. Кстати, медь имеет гигантский температурный коэффициент сопротивления и в широком диапазоне температур почти независима от ее показателей. Медь называют диамагнетиком.

Сплавы меди отличаются разнообразием. Люди научились соединять и латунь с цинком, и никель с мельхиором, и свинец с баббитами, и бронзу с оловом и иными металлами.

Изотопы меди

Медь состоит из двух устойчивых изотопов – 63Cu и 65Cu, которые имеют распространённость 69,1 и 30,9 процентов атомных соответственно. Вообще существует более двух десятков изотопов, не имеющих стабильности. Самым долгоживущим изотопом является 67Cu с периодом полураспада 62 часа.

Как получают медь?

Изготовление меди является весьма интересным процессом. Этот металл получают из минералов и медных руд. Базовыми методами получения меди являются гидрометаллургия, пирометаллургия и электролиз.

Рассмотрим пирометаллургический метод. Данным способом получают медь из сульфидных руд, например, халькопирита CuFeS2. В халькопиритном сырье находится 0,5-2,0% Cu. Сначала исходная руда подвергается флотационному обогащению. Затем выполняется её окислительный обжиг при температуре 1400 градусов. Далее обожжённый концентрат идёт в плавку на штейн. Для связывания оксида железа в расплав добавляют кремнезём.

Образующийся силикат всплывает в виде шлака, и его отделяют. На дне остаётся штейн – сплав сульфидов CU2S и FeS. Далее его плавят по методу Генри Бессемера. Для этого в конвертер переливают расплавленный штейн. Затем ёмкость продувают кислородом. А сульфид железа, который остался, окисляется до оксида и с помощью кремнезёма выводится из процесса в виде силиката. Окисляется сульфид меди до оксида меди неполностью, но потом восстанавливается до меди металлической.

В получаемой черновой меди содержится 90,95% металла. Далее она подвергается электролитической очистке. Интересно, что в качестве электролита используется подкисленный раствор медного купороса.

На катоде образуется электролитическая медь, которая обладает высокой частотой около 99,99%. Предметы из меди полученной изготавливают самые разные: провода, электротехническое оборудование, сплавы.

Гидрометаллургический метод выглядит несколько по-иному. Здесь минералы меди растворяются в разведённой серной кислоте либо в аммиачном растворе. Из приготовленных жидкостей медь вытесняют железом металлическим.

Химические свойства меди

В соединениях медь показывает две степени окисления: +1 и +2. Первая из них тяготеет к диспропорционированию и устойчива лишь в нерастворимых соединениях либо комплексах. Кстати, соединения меди бесцветны.

Степень окисления +2 более устойчива. Именно она придаёт соли синий и сине-зелёный цвет. В непривычных условиях можно приготовить соединения со степенью окисления +3 и даже +5. Последнюю обычно находят в солях купраборанового аниона, полученных в 1994 году.

Чистая медь на воздухе не изменяется. Это слабый восстановитель, не вступающий в реакцию с разбавленной соляной кислотой и водой. Окисляется концентрированными азотной и серной кислотами, галогенами, кислородом, «царской водкой», оксидами неметаллов, халькогенами. При нагревании вступает в реакцию с галогеноводородами.

Если воздух влажный, медь окисляется, образуя основной карбонат меди (II). Она великолепно реагирует с холодной и горячей насыщенной серной кислотой, горячей безводной серной кислотой.

С разбавленной хлороводородной кислотой медь реагирует в присутствии кислорода.

Аналитическая химия меди

Все знают, что такое химия. Медь в растворе обнаружить несложно. Для этого необходимо платиновую проволочку смочить исследуемым раствором, а затем внести её в пламя бунзеновской горелки. Если в растворе присутствует медь, пламя будет окрашено в зелёно-голубой цвет. Необходимо знать, что:

• Обычно количество меди в слабокислых растворах измеряется с помощью сероводорода: его смешивают с субстанцией. Как правило, при этом сульфид меди выпадает в осадок.
• В тех растворах, где отсутствуют мешающие ионы, медь определяют комплексонометрически, ионометрически либо потенциометрически.
• Малые количества меди в растворах измеряют спектральными и кинетическими методами.

Применение меди

Согласитесь, изучение меди является весьма занимательной вещью. Итак, данный металл обладает низким удельным сопротивлением. Благодаря данному качеству медь используют в электротехнике для производства силовых и иных кабелей, проводов и иных проводников. Медные провода используются в обмотках силовых трансформаторов и электроприводов. Для создания вышеуказанных изделий металл подбирают очень чистый, так как примеси моментально снижают электрическую проводимость. И если в меди присутствует 0,02% алюминия, её электрическая проводимость снизится на 10%.

Вторым полезным качеством меди является великолепная теплопроводность. Благодаря данному свойству она применяется в различных теплообменниках, тепловых трубках, теплоотводных устройствах и компьютерных кулерах.

А где же используется твёрдость меди? Известно, что бесшовные медные трубы круглого сечения обладают замечательной механической прочностью. Они прекрасно выдерживают механическую обработку и применяются для перемещения газов и жидкостей. Обычно их можно встретить во внутренних системах газоснабжения, водоснабжения, отопления. Их широко используют в холодильных агрегатах и кондиционных системах.

Отличная твёрдость меди известна многим странам. Так, во Франции, Великобритании и Австралии медные трубы применяют для газоснабжения зданий, в Швеции - для отопления, в США, Великобритании и Гонконге – это основной материал для водоснабжения.

В России производство водопроводных и газовых медных труб нормируется стандартом ГОСТ Р 52318-2005, а федеральный Свод правил СП 40-108-2004 регулирует их применение. Трубы, выполненные из меди и её сплавов, активно используются в энергетике и судостроении для перемещения пара и жидкостей.

А вы знаете, что сплавы меди используются в разнообразных областях техники? Из них самыми известными считаются бронза и латунь. Оба сплава включают в себя колоссальное семейство материалов, в которое, помимо цинка и олова, могут входить висмут, никель и иные металлы. Например, пушечная бронза, использовавшаяся до девятнадцатого века для изготовления артиллерийских орудий, состояла из меди, олова и цинка. Её рецептура менялась в зависимости от места и времени изготовления орудия.

Всем известна отменная технологичность и высокая пластичность меди. Благодаря данным свойствам, неимоверное количество латуни уходит на производство гильз для оружия и артиллерийских боеприпасов. Примечательно, что автозапчасти изготавливают из сплавов меди с кремнием, цинком, оловом, алюминием и иными материалами. Медные сплавы отличаются высокой прочностью и при термической обработке сохраняют свои механические свойства. Их устойчивость к износу определяется лишь химическим составом и его влиянием на структуру. Необходимо отметить, что данное правило не относится к бериллиевой бронзе и некоторым алюминиевым бронзам.

Медные сплавы имеют модуль упругости ниже, чем у стали. Основным их преимуществом можно назвать небольшой коэффициент трения, сочетающийся для большинства сплавов с высокой пластичностью, отличной электропроводностью и замечательным противодействием коррозии в агрессивной среде. Как правило, это бронзы алюминиевые и сплавы медно-никелевые. Они, кстати, нашли своё применение в парах скольжения.

Практически все медные сплавы имеют одинаковую величину коэффициента трения. Вместе с тем износостойкость и механические свойства, поведение в агрессивной среде напрямую зависят от состава сплавов. Пластичность меди используется в однофазных сплавах, а прочность - в двухфазных. Мельхиор (медноникелевый сплав) применяют для чеканки разменных монет. Медноникелевые сплавы, в том числе и «адмиралтейский», используются в судостроении. Из них изготавливают трубки для конденсаторов, очищающих турбинный отработанный пар. Примечательно, что турбины охлаждаются забортной водой. Медноникелевые сплавы обладают изумительной коррозионной устойчивостью, поэтому их стараются использовать в областях, связанных с агрессивным влиянием морской воды.

Фактически медь является важнейшей составляющей твёрдых припоев – сплавов, имеющих температуру плавления от 590 до 880 градусов Цельсия. Именно им присуща замечательная адгезия к большинству металлов, благодаря чему они применяются для прочного соединения различных металлических деталей. Это могут быть трубопроводная арматура или жидкостные реактивные двигатели, изготовленные из разнородных металлов.

А теперь перечислим сплавы, в которых ковкость меди имеет большое значение. Дюраль или дюралюминий является сплавом алюминия и меди. Здесь меди находится 4,4%. Сплавы меди с золотом часто используются в ювелирном деле. Они необходимы для повышения прочности изделий. Ведь чистое золото – весьма мягкий металл, который не может проявлять стойкость к механическим воздействиям. Изделия из чистого золота быстро деформируются и истираются.

Интересно, что для создания оксида иттрия-бария-меди используют оксиды меди. Он служит основой для изготовления высокотемпературных сверхпроводников. Медь также используют для производства батарей и медно-окисных гальванических элементов.

Иные сферы применения

А вы знаете, что медь очень часто употребляют как катализатор полимеризации ацетилена? Благодаря этому свойству медные трубопроводы, используемые для перемещения ацетилена, разрешено применять лишь тогда, когда содержание меди в них не превышает 64%.

Люди научились использовать ковкость меди и в архитектуре. Фасады и кровли, изготовленные из тончайшей листовой меди, служат безаварийно по 150 лет. Данный феномен объясняется просто: в медных листах происходит автозатухание процесса коррозии. В России используют медный лист для фасадов и кровель в соответствии с нормами Федерального Свода правил СП 31-116-2006.

В недалёком будущем люди планируют использовать медь в качестве бактерицидных поверхностей в клиниках для препятствования перемещению бактерий в помещениях. Все поверхности, к которым притрагивается рука человека, – двери, ручки, перила, водозапорная арматура, столешницы, кровати – специалисты будут изготавливать лишь из этого удивительного металла.

Маркировка меди

Какие марки меди использует человек для производства необходимых ему изделий? Их множество: М00, М0, М1, М2, М3. Вообще, марки меди идентифицируются чистотой её содержания.

Например, медь марок М1р, М2р и М3р содержит 0,04% фосфора и 0,01% кислорода, а марок М1, М2 и М3 - 0,05-0,08% кислорода. В марке М0б кислород отсутствует, а в МО его процентное содержание составляет 0,02%.

Итак, рассмотрим более подробно медь. Таблица, приведённая далее, предоставит более точную информацию:

27 марок меди

Всего существует двадцать семь марок меди. Где же такое количество медных материалов использует человек? Рассмотрим данный нюанс подробнее:

• Материал Cu-DPH используется для изготовления фитингов, необходимых для соединения труб.
• АМФ нужен для создания горячекатаных и холоднокатаных анодов.
• АМФу используют для производства холоднокатаных и горячекатаных анодов.
• М0 нужен для создания проводников тока и высокочастотных сплавов.
• Материал М00 используют для изготовления высокочастотных сплавов и проводников тока.
• М001 применяют для изготовления проволоки, шин и иных электротехнических изделий.
• М001б необходим для изготовления электротехнических изделий.
• М00б используют для создания проводников тока, высокочастотных сплавов и аппаратов электровакуумной индустрии.
• М00к - исходное сырьё для создания деформированных и литых заготовок.
• М0б применяют для создания сплавов с высокой частотой.
• М0к используют для производства литых и деформированных заготовок.
• М1 нужен для изготовления проволоки и изделий криогенной техники.
• М16 применяют для производства приборов электровакуумной индустрии.
• М1Е необходим для создания холоднокатаных фольги и ленты.
• М1к нужен для создания полуфабрикатов.
• М1ор применяют для изготовления проволоки и иных электротехнических изделий.
• М1р используют для изготовления электродов, применяемых для сварки чугуна и меди.
• М1рЕ нужен для производства холоднокатаных ленты и фольги.
• М1у используют для создания холоднокатаных и горячекатаных анодов.
• М1ф нужен для создания ленты, фольги, горячекатаных и холоднокатаных листов.
• М2 используют для изготовления добротных сплавов и полуфабрикатов на медной основе.
• М2к используют для производства полуфабрикатов.
• М2р необходим для изготовления прутков.
• М3 нужен для изготовления проката, сплавов.
• М3р используют для создания проката и сплавов.
• МБ-1 необходим для создания бериллийсодержащих бронз.
• МСр1 используют для изготовления электротехнических конструкций.

fb.ru

Как человек смог получить бронзу?..

Вспомним теперь про другие факторы, влияющие на успех выплавки металла из руды.

Как указывалось ранее, одним из важнейших условий для получения металлов было знание древними металлургами свойств минералов и руд. И это на самом деле не так-то просто, поскольку количество разных минералов огромно. Достаточно будет сказать, что даже сейчас геологи ежегодно открывают и регистрируют десятки (!) новых минералов. А ведь все эти минералы отличаются друг от друга по внешнему виду, цвету, структуре и т.д. и т.п. Как древний человек мог ориентироваться в таком многообразии и выбрать именно нужные минералы и руды?..

Рис. 39. Небольшая частная коллекция минералов

У историков есть известный ответ на этот вопрос. Дескать, знание минералов накапливалось из поколения в поколение длительное время. А выбор руд для выплавки металлов осуществлялся в ходе экспериментирования наших предков с различными минералами.

Но тогда, если следовать обычной логике, такое экспериментирование должно было носить достаточно случайный характер. Соответственно, оно должно было также быть весьма протяженным во времени.

Оставим в стороне вопрос о том, что могло бы заставить человека столь длительное время засовывать горшки с рудой в печь с неизвестным для него заранее результатом. Обратим внимание лишь на то, что количество руд, из которых древний человек мог получить расплавленный металл, не так уж и велико. И оно буквально ничтожно по сравнению с общим количеством минералов, встречающихся на нашей планете.

Тогда – по той же обычной логике – древний человек должен был пройти через массу неудачных экспериментов. Он должен был нагреть один минерал, выбросить прокаленные камни, которые не дали металла, и взяться за другой минерал – и так много-много раз. Но где свидетельства этих неудачных экспериментов, которые неизбежно должны были остаться?.. Их нет нигде!.. И это несмотря на то, что такое экспериментирование должно было продолжаться весьма долго.

Более того, нигде нет абсолютно никаких следов того, что древний металлург взял какой-то «неправильный» минерал и добавил бы (в качестве эксперимента) к руде, из которой действительно можно было получить металл. Все образцы шлаков, которые были исследованы в ходе изучения мест древней металлургии, ограничиваются строго только тем составом, который соответствует уже правильному выбору исходных минералов. Даже те образцы, которые можно отнести к браку, вполне объяснимы лишь нарушением либо пропорций смешиваемых руд, либо температурного режима плавки. Нигде нет «лишних» минералов!..

Но если таких экспериментов не было, то как человек смог заранее определить, какие именно руды надо было взять?..

Рис. 40. Горы шлака – проблема современной металлургии

Тут мы плавно подошли к другому важному фактору – подбору правильного состава шихты. Мало подобрать правильную руду, мало ее раздробить на мелкие кусочки (для более удачной плавки) – надо еще подобрать флюсы, то есть добавки. В частности, для получения мышьяковистой бронзы нужно к медной руде добавить еще руду, содержащую мышьяк.

Дело в том, что мышьяк хоть часто и присутствует в медных рудах, но его там не так уж и много. В качестве ориентира тут можно использовать значение 0,5% – количество мышьяка в бронзе, которое рассматривается историками металлургии в качестве своеобразного рубежа между естественными и искусственными бронзами. Исследователи пришли к выводу, что до 0,5% мышьяка в выплавленной бронзе можно было получить благодаря его естественным примесям в медной руде. Для получения же содержания мышьяка в количестве 0,5% и более древний металлург должен был специально добавлять в шихту содержащую мышьяк руду – например, арсенопирит (мышьяковый колчедан) FeAsS.

Упомянутые «рубежные» полпроцента весьма показательны, поскольку даже самые древние изделия из мышьяковистой бронзы содержат мышьяка заметно больше. И это указывает на то, что еще на заре металлургии мастера целенаправленно добавляли в шихту мышьяковую руду. А следовательно, уже тогда они знали как свойства этих руд, так и последствия добавления мышьяка в состав смеси, загружаемой в тигель перед плавкой…

Но вот, что любопытно. Ранее упоминался такой недостаток мышьяковистой бронзы, как потеря мышьяка из сплава при его переплавке, что автоматически приводит к потере качества бронзы.

Легко напрашивается простейшее решение данной проблемы – при переплавке добавлять минералы, содержащие мышьяк. В таком случае можно было не только сохранить, но и даже улучшить свойства бронзы – при правильной подборке соотношения переплавляемого металла и мышьяковой руды в шихте.

Однако во всех имеющихся работах по древней металлургии отмечается данный недостаток мышьяковистой бронзы, но нигде не указывается, что древние мастера хоть где-нибудь использовали бы при переплавке указанное простейшее решение проблемы.

«…в древности люди относились к металлическим предметам чрезвычайно бережно, в виду их высокой стоимости. Поврежденные предметы отправлялись в ремонт, или на переплавку. Но особенностью мышьяка отличительной является возгонка уже при температурах около 600oС. Именно в таких условиях и проводился смягчающий отжиг бронзовых изделий при их перековке. Таким образом, теряя часть мышьяка, металл изменял свои механические свойства в худшую сторону. Объяснить это явление древние металлурги не могли. Однако достоверно известно, что вплоть до I тысячелетия до нашей эры, изделия из медного и бронзового лома стоили дешевле, чем изделия из «первородного» металла» (П.Черноусов, В.Мапельман, О.Голубев, «Металлургия железа в истории цивилизации»).

Как же так?.. Если древние металлурги действительно знали свойства мышьяковых руд и последствия их добавления, то почему они не использовали это свое знание при переработке изделий мышьяковистой бронзы?.. Если добавка мышьяковой руды в шихту при первичной выплавке бронзы была результатом многочисленных и длительных экспериментов, то почему такие же эксперименты так и не были проведены при вторичной переплавке бронзы?..

Возникает очень серьезное противоречие, которое указывает на то, что древние металлурги лишь воспроизводили заранее выученные готовые процедуры при выплавке металла из руды. А знания сути и химических последствий этих процедур у них вовсе не было!..

Рис. 41. Арсенопирит

С составом шихты при выплавке бронзы древними мастерами связана еще одна странность. Дело в том, что в качестве полезного флюса (то есть добавки) часто используются вещества, содержащие соединения кальция, которые существенно уменьшают температуру, необходимую для выплавки металла. Вдобавок, эти вещества облегчают вывод в шлаки соединений кремния (например, того же песка – то есть оксида кремния SiO2). На более поздних этапах в качестве такого вещества использовали доломит CaMg(CO3)2 – минерал из класса карбонатов. А на заре металлургии, как показывают археологические находки в местах обитания древних металлургов, вместо доломита использовались… размолотые кости домашних животных!..

Конечно, многим читателям знакома детская сказка про кашу из топора, в которой находчивый солдат хитростью выманивает у жадной хозяйки продукты для приготовления каши, обещая в итоге накормить ее сваренным топором. Но это – в сказке. А в каком таком сумасшедшем эксперименте древнему металлургу вдруг пришло бы в голову смешать в одном котелке камни и кости домашних животных и поставить все это на огонь?!.

Рис. 42. Как в «рудный суп» древнего металлурга попали кости домашних животных?..

И еще один момент. Как указывалось ранее, для успешной плавки металла из руды далеко не последним фактором оказывается правильный выбор топлива, которое способно обеспечить, с одной стороны, необходимую температуру, а с другой – восстановительную атмосферу в зоне плавки.

Спору нет – древесный уголь для решения этой задачи вполне подходит. Он способен поддерживать высокую температуру горения, а в условиях дефицита воздуха (то есть кислорода) обеспечивать в процессе горения создание окиси углерода СО, являющейся хорошим восстановителем. В условиях изобилия лесов получение древесного угля также не представляет какой-то особой проблемы.

Но представим теперь древнего «экспериментатора», который, как нас уверяют историки, пришел к идее выплавки металла, засовывая в огонь все подряд. Тогда почему среди тех камней, которые этот «экспериментатор» попробовал на взаимодействие с огнем, не оказался каменный уголь?.. Точнее – почему каменный уголь не оказался тем топливом, который использовался для выплавки металлов?..

Не обязательно каменный уголь должен был вытеснить уголь древесный, как это произошло в современной металлургии. Но он вполне мог быть использован параллельно с древесным углем. Однако среди известных древних мест металлургии нет ни одного (!), где были бы найдены признаки использования для плавки руды каменного угля – даже там, где поблизости имеются вполне доступные его залежи. Скажем, на территории современной Турции находится один из древнейших металлургических центров; каменный уголь – одно из основных полезных ископаемых, добываемых ныне в этой стране; но нет ни единой находки, которая указала бы на его использование древними металлургами.

Для версии появления металлургии в результате «случайного экспериментирования» это просто немыслимо. Однако это – факт!..

Рис. 43. Добыча каменного угля в открытом разрезе

Как можно видеть, эмпирические данные – как археологические находки, так и их отсутствие – оказываются вовсе не на стороне версии о возникновении металлургии в результате «случайного экспериментирования». И уж совсем маловероятной оказывается эта версия, если учесть, какие факторы оказывают влияние на успешность выплавки металла из руды, и сколько этих факторов.

«Яркий пример – феномен Каргалинских рудников (Южное Приуралье). Во втором тысячелетии до Р.Х. здесь был крупнейший центр добычи медных руд. После исхода (по невыясненным причинам) знатоков горного дела – сменяющие друг друга народы почти три тысячелетия не смогли овладеть металлом. В XVIII веке русские рудознатцы пытались наладить производство – тщетно, затем приглашали немцев, англичан и только за полстолетия интенсивных попыток лучших специалистов удалось выплавить каргалинскую медь. Поэтому – отнюдь «не каждый» и «не всегда» повторит то, чем владели древние» (Г.Гайко, интервью еженедельнику «Неделя-плюс»).

Аркаим без прикрас

Наличие более десятка различных факторов, влияющих на успешность выплавки металла из руды, огромное количество видов минералов и различие местных условий в разных странах – все это (в случае освоения человеком металлургии методом «случайного экспериментирования») должно было, по всей логике, привести в итоге и к большому разбросу различных вариантов решения задачи добычи металлов. Говоря другими словами, технологии и методы выплавки металлов в этом случае должны довольно сильно отличаться друг от друга в разных центрах древней металлургии.

А что мы имеем на самом деле?..

Пройдемся по регионам, в которых выявлены объекты со следами добычи металлов из руд и обработки выплавленных металлов. И начнем с территории нашей страны, а именно – с весьма широко известного поселения под названием Аркаим.

Рис. 44. Аркаим (вид с воздуха)

Аркаим – это укрепленное поселение на Урале, которое расположено на возвышенном мысу в месте слияния рек Большая Караганка и Утяганка в восьми километрах к северу от поселка Амурский Брединского района и двух километрах к юго-востоку от поселка Александровский Кизильского района Челябинской области.

Этот древний памятник относится историками к эпохе средней бронзы рубежа III-II тысячелетия до нашей эры, хотя некоторые исследователи не исключают возможность отодвинуть время его появления на многие сотни лет назад – чуть ли не до рубежа IV-III тысячелетий до нашей эры.

Считается, что Аркаим открывали трижды. Первый раз его обнаружили военные картографы, и он был нанесен на военные карты приблизительно в 1957 году. Затем следует открытие уже гражданскими картографами, которые при проведении аэрофотосъемки заметили странный объект. Однако тогда они решили, что на снимки попал засекреченный военный объект. И только спустя 18 лет, в июне 1987 года, его (уже в третий раз) обнаружил отряд Урало-Казахстанской археологической экспедиции, а точнее – школьники из археологического кружка, принимавшие в ней участие.

Причиной организации экспедиции послужили планы по строительству водохранилища, воды которого должны были затопить данную местность. В то время уже действовало обязательное правило о проведении археологического обследования в подобных местах, поэтому и были проведены раскопки.

Специалисты не придавали значения исследованиям в этом районе. Экспедиция всего из двух профессиональных геологов, студентов археологических вузов и школьников отправлялась на малоперспективную работу – предстояло обследовать неинтересный, с точки зрения возможных находок, обширный степной район. Однако специалисты ошиблись – всего в нескольких километрах от экспедиционного лагеря школьники обнаружили странный рельеф местности, раскопки на котором выявили древнее поселение.

По первоначальному проекту строительства водохранилища Аркаим попадал в зону затопления, но благодаря активной позиции директора Эрмитажа академика Б.Пиотровского, председателя Президиума Уральского отделения АН СССР академика Г.Месяца и ряда специалистов-археологов удалось отстоять этот древний памятник и изменить проект.

В апреле 1992 года территория площадью более трех тысяч гектар с находящимся на ней поселением была выделена Советом Министров РФ под организацию экспериментального природно-ландшафтного и историко-археологического заповедника «Аркаим» – филиала Ильменского государственного заповедника.

Рис. 45. Карта заповедника «Аркаим»

Так уж сложилось, что в числе отстаивавших Аркаим оказались и те, кто не слишком стеснялся в предлагаемых версиях происхождения и назначения этого памятника. Возможно, сказалось и наличие у историков застоявшегося стереотипа, что на огромных просторах Приуралья и Сибири ничего особо значимого не происходило чуть ли не до самого последнего времени, поскольку и люди-то тут якобы почти не жили. Как бы то ни было, Аркаим довольно быстро приобрел ореол чего-то выдающегося и загадочного. А благодаря некоторым не сильно образованным журналистам, получили широкое распространение и самые фантастические версии в отношении Аркаима.

То его возводят в ранг древней обсерватории и сравнивают со знаменитым Стоунхенджем, выискивая в особенностях планировки поселения некую «ориентацию на астрономические события и объекты». То приписывают ему эзотерические свойства, называя «местом силы» и проводя на его руинах коллективные медитации и шаманские ритуалы. То считают некоей «прародиной славян» или даже центром обитания мифических «ариев». То название города связывают с именем одного из главных персонажей зороастрийской мифологии Йимы, вследствие чего Аркаим объявляется ни много ни мало как родиной Заратустры…

Во всех этих версиях уровень развития аркаимской «цивилизации» обычно рисуется сильно завышенным по сравнению с реальными данными и совершенно не согласуется с фактами.

На самом деле Аркаим не представляет собой ничего особо уникального. Это далеко не единственное подобное поселение на данной территории, и даже не первое найденное из них. К моменту третьего и окончательного открытия Аркаима в нескольких десятках километров к югу от него уже давно было известно и исследовалось аналогичное поселение под названием Синташта. А поскольку у археологов принято называть древние культуры по месту самой первой находки, то по существующей ныне классификации Аркаим относится к синташтинской культуре.

Синташта – самый крупный археологический памятник бронзового века в этом регионе. Поселение открыто в 1968 году, а раскопки его начались в 1972 году, и к настоящему времени комплекс считается полностью изученным. Он располагается на правом берегу реки Синташты, которая является притоком реки Тобол. К сожалению, за прошедшее время река изменила русло и размыла значительную часть древнего поселения. И в этом Синташта серьезно проигрывает Аркаиму, гораздо лучше сохранившему свою целостность.

Рис. 46. На раскопках в Синташте

Для историков и археологов ныне и Синташта, и Аркаим – вовсе не эзотерические культовые центры, и даже не обсерватории, а всего лишь крупные древние поселения, жители которых были знакомы с металлургией. И ценны эти объекты прежде всего тем, что они дали богатейший материал для исследования древних технологий по выплавке бронзы, которые применялись в этом регионе несколько тысяч лет назад.

Впрочем, о том, что здесь некогда в древности добывали руду и выплавляли из нее металлы, было известно довольно давно. Сведения об имевшихся тут древних рудниках сохранились в архивах и сочинениях ученых XVII-XVIII веков. Согласно местным легендам, здесь добывал руду «чудной» народ – «чудь». Отсюда и пошли названия «чудские рудники», «чудские копи», которыми обозначали места древней добычи металлоносных руд. Известно также, что «чудские копи» служили своеобразными ориентирами для поиска месторождений русскими рудознатцами XVII-XVIII веков. К сожалению, подавляющее большинство древних рудников было уничтожено при более поздних разработках. Но тем ценнее стало обнаружение Синташты и Аркаима.

Что именно представляли собой эти поселения, лучше рассмотреть на примере Аркаима, так как он сохранился существенно в более целостном виде.

Рис. 47. План Аркаима (по Г.Здановичу)

Аркаим – это комплекс из двойного кольца построек, расположенных вокруг единого центра и обнесенных мощной внешней оборонительной стеной, достигавшей толщины более пяти метров. С помощью геофизических методов и археологических раскопок здесь выявлено 66-67 жилищ, из которых ныне раскопано 29. Во внешнем кольце было 39-40 жилых сооружений, во внутреннем – 27. Жилища имели в плане вытянутую трапециевидную форму площадью 110-180 квадратных метров. Ширина жилых сооружений равна 6-8 метров, длина – до 20 метров.

«Дома пристраивались вплотную друг к другу и имели общие длинные стены. Окон у таких домов быть не могло. Свет лился с потолка из специально сделанных проемов и «фонаря», который возвышался над кровлей над хозяйственным отсеком. Интересно, что при раскопках не было обнаружено ни одного проема в длинных смежных стенах – двери к соседям отсутствовали. Жилища имели только два выхода: один – наземный – в короткой торцовой стене, другой вел по лестнице на кровлю со стороны противоположного торца. Здесь же иногда фиксируются проемы в стенах, через которые можно было попасть из жилища во внутренние помещения оборонительной стены…

По своему функциональному назначению в каждом жилом доме можно было выделить несколько зон. Почти все жилища начинались с небольших двориков, где располагались печь и яма со стоком в ливневую канализацию. Далее, через две-три ступеньки человек попадал в дом и шел по коридору, по обе стороны которого расположены небольшие помещения для отдыха малых семей. В этих помещениях могли располагаться только нары (сохранились обугленные фрагменты столбов с пазами, в которые, вероятно, вставляли жерди настилов), здесь полностью отсутствуют очаги и какие-либо хозяйственные сооружения.

Примерно одну треть дома занимало помещение для общих сборов семьи и хозяйственной деятельности. В общем отсеке располагались: колодец, колодец-холодильник (хозяйственная яма, погреб), металлургические печи, печи общего назначения. В одном из углов этой площадки находился камин, в противоположном – лестница на кровлю (верховой выход)» (Г.Зданович, «Аркаим и «Страна городов»: диалог культур»).

Рис. 48. Схема отдельного помещения в Аркаиме

Специалисты, изучавшие Аркаим и Синташту, отмечают большую роль, которую в жизни обитателей этих поселений играла металлургия. Правда, чаще всего приходится встречать утверждение, что металлургия здесь еще не оформилась в отдельное ремесло и была лишь домашним промыслом, поскольку специализированные мастерские отсутствовали, а остатки металлургического производства были обнаружены в каждом жилище. Но как раз именно наличие металлургических печей в каждом доме, на мой взгляд, указывает на то, что металлургия тут была вполне оформившимся в отдельное ремесло видом деятельности. Только в роли «специализированной мастерской» в данном случае выступали не какие-то отдельные постройки , а сами поселения целиком.

Это были города не просто представителей какой-то культуры, а именно металлургов, у которых основным видом деятельности была выплавка металлов из руд. Слабое же развитие земледелия и скотоводства, которое отмечается археологами для Аркаима и Синташты, как раз вполне соответствует тому, что для местных жителей эти занятия являлись второстепенными. Зато уж в металлургии они определенно достигли вершин мастерства, что также отмечается исследователями этих поселений.

infopedia.su

Медь | История вещей

История меди уходит в далекую древность и начинается более V тысячелетий назад. Именно тогда люди стали применять металл в своей деятельности. Это событие сыграло большую роль в истории и привело к скачку в развитии человечества.

Именно медь стала первым металлом, который покорился человеку. В поисках камней, которые могли быть использованы в качестве оружия и инструментов, древние люди обратили внимание на серо-зеленые и красно-зеленые кусочки металла. Так выглядели медные самородки. Их находили на берегах рек, скальных обрывах. В те времена человеку были доступны только красная медная руда (куприт), медный блеск и медный колчедан. Сначала эти самородки использовались человеком также, как и обычные камни, их подвергали минимальной обработке.

Вскоре древние люди установили, что обработав медь каменным молотком, можно существенно повысить ее твердость и из нее будут получаться хорошие инструменты. Так зародился прообраз холодной ковки. Чуть позднее был открыт и секрет плавления меди, когда попадая в костер, металл плавился, а после остывания сохранял новую форму.

Для отлива простых инструментов и оружия из меди использовали сделанные человеком примитивные формы. Из меди отливали также украшения. Эти первые опыты человека с металлом стали прообразом будущей металлургической промышленности.

История меди продолжалась вместе с развитием человечества. Усложнились плавильные процессы. Для литья стали использовать специальные печи, позволяющие добиваться высокой температуры плавления.

По своим свойствам медь относится к мягким металлам, ее твердость намного меньше, чем у многих пород камня. Но в этом ее свойстве кроется и положительное качество — она хорошо поддается изгибу и заточке. Все это определило повышенный интерес человека к меди, что принесло изделиям из этого металла широкую популярность. За медной рудой была объявлена настоящая охота.

Как оказалось, встретить медную руду было не так и просто. На территориях, где обнаруживались залежи меди, организовывалась ее добыча, строились рудники и шахты. Даже в древние века добыча меди велась в крупных масштабах, что было обусловлено большим спросом на этот металл.

Так, некоторые медные шахты производили ее добычу на глубине 100 метров, удаляясь от основанного ствола на расстояние до нескольких километров. Перед шахтерами того времени стояли проблемы, аналогичные современным. Нужно было укреплять потолок штолен, вентилировать и освещать туннели, решать проблемы, связанные с подъемом руды наверх. В качестве подпорок для укрепления сводов использовали деревянные брусья и бревна. Плавление производили тут же рядом с шахтами, в толстостенных печах, сделанных из глины.

xn----dtbjalal8asil4g8c.xn--p1ai

• 
  Общественный строй древних славян кратко
• 
  Что подарила миру древняя греция
• 
  Прокопенко тайны древних цивилизаций книга
• 
  Синойкизм в древней греции это
• 
  Садово парковое искусство древней индии
• 
  Древняя цивилизация на севере россии
• 
  Садово парковое искусство древнего китая
• 
  Презентация ордерная система древней греции
• 
  Древний глобус бехайма чем знаменит
• 
  Фантастика о древнем риме книги
• 
  Древний урал до нашей эры