Олово — металл консервной банки
Олово — скромный, ничем как будто не выдающийся металл. Мы редко слышим о нем в повседневной жизни, хотя пользуемся им очень часто…
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 и 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 другими — 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[42], берилл, плавиковый шпат[43], турмалин, вольфрамит, молибденит и другие.
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 — SnO2, 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 не рассеивается, 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, то есть 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. Эта 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, непригодный 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 век, — 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 должны 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 из 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 тому подобным.
В наше время сплавы — это область технических чудес, мир «волшебных» превращений. 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, то есть 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 «касситерос», которое еще в «Илиаде» Гомера встречается для обозначения олова. Замечательно, что касситерит на английском полуострове Корнуэлл встречается вместе с медным минералом халькопиритом, так что при плавке этой руды сразу можно получить бронзу.