Часть 3. Цветная металлургия

 

Цветной металлургией называется отрасль металлургии, которая включает добычу, обогащение руд цветных металлов и выплавку цветных металлов и их сплавов.

Цветные металлы - это все металлы, кроме железа и его сплавов: медь, алюминий, цинк, олово, свинец, никель, хром, серебро и другие. Они имеют общее свойство образовывать на поверхности окислительную пленку, которая предотвращает дальнейшую коррозию металла.

По физическим свойствам и назначению цветные металлы условно можно разделить на тяжелые (медь, свинец, цинк, олово, никель) и легкие (алюминий, титан, магний). На основании этого деления различают металлургию легких металлов и металлургию тяжелых металлов. Но нас, в нашем исследовании, интересует непосредственно древняя металлургия цветных металлов, а в древности подобной жесткой градации не существовало, поэтому и мы ее делать не будем.

 

Медь.

 

Медь - элемент побочной подгруппы первой группы, четвертого периода периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, с атомным номером 29. Обозначается символом Cu (лат. Cuprum). Простое вещество медь (CAS-номер: 7440-50-8) - это пластичный переходный металл золотисто-розового или розового цвета, на воздухе быстро покрывается оксидной плёнкой, которая придает ей характерный интенсивный желтовато-красный оттенок. Медь обладает высокой тепло - и электропроводностью (занимает второе место по электропроводности после серебра). Имеет два стабильных изотопа - 63Cu и 65Cu, и несколько радиоактивных изотопов. Самый долгоживущий из них, 64Cu, имеет период полураспада 12,7 ч и два варианта распада с различными продуктами.

Температура плавления + 1083°C

Латинское название элемента происходит от названия острова Кипр (лат. Cuprum), на котором во времена античности добывали в медь. Из-за сравнительной доступности для получения из руды и малой температуры плавления медь - один из первых металлов, широко освоенных человеком. В древности применялась в основном в виде сплава с оловом - бронзы, так же существует ряд других сплавов меди: латунь - сплав меди с цинком, мельхиор - сплав меди и никеля, и т.д.

Медь встречается в природе, как в соединениях, так и в самородном виде. Промышленное значение имеют халькопирит CuFeS2, также известный как медный колчедан, халькозин Cu2S и борнит Cu5FeS4. Вместе с ними встречаются и другие минералы меди: ковеллин CuS, куприт Cu2O, азурит Cu3 (CO3) 2 (OH) 2, малахит Cu2CO3 (OH) 2. Иногда медь встречается в самородном виде.

Сульфиды меди образуются в основном в среднетемпературных гидротермальных жилах. Также нередко встречаются месторождения меди в осадочных породах медистые песчаники и сланцы. Большая часть медной руды добывается открытым способом. Содержание меди в руде составляет от 0,4 до 1,0%.

В соединениях медь бывает двух степеней окисления: менее стабильную степень Cu+ и намного более стабильную Cu2+, которая дает соли синего и сине-зеленого цвета. В необычных условиях можно получить соединения со степенью окисления +3 и даже +5. Последняя встречается в солях купраборанового аниона Cu (B11H11) 23-, полученных в 1994 году.

 

Медный купорос

 

Карбонат меди (II) имеет зеленую окраску, что является причиной позеленения элементов зданий, памятников и изделий из меди. Сульфат меди (II) при гидратации дает синие кристаллы медного купороса CuSO4∙5H2O, используется как фунгицид. Также существует нестабильный сульфат меди (I) Существует два стабильных оксида меди - оксид меди (I) Cu2O и оксид меди (II) CuO. Оксиды меди используются для получения оксида иттрия бария меди (YBa2Cu3O7-δ), который является основой для получения сверхпроводников. Хлорид меди (I) - бесцветные кристаллы (в массе белый порошок) плотностью 4,11 г/см³. В сухом состоянии устойчив. В присутствии влаги легко окисляется кислородом воздуха, приобретая сине-зеленую окраску. Может быть синтезирован восстановлением хлорида меди (II) сульфитом натрия в водном растворе.

Многие соединения меди (I) имеют белую окраску либо бесцветны. Это объясняется тем, что в ионе меди (I) все пять Зd-орбиталей заполнены парами электронов. Однако оксид Cu2O имеет красновато-коричневую окраску. Ионы меди (I) в водном растворе неустойчивы и легко подвергаются диспропорционированию:

 

2Cu+ (водн) → Cu2+ (водн) + Cu (тв)

 

В то же время медь (I) встречается в форме соединений, которые не растворяются в воде, либо в составе комплексов. Например, дихлорокупрат (I) - ион [CuCl2] - устойчив. Его можно получить, добавляя концентрированную соляную кислоту к хлориду меди (I):

 

CuCl (тв) + Cl- (водн) → [CuCl] - (водн)

 

Хлорид меди (I) - белое нерастворимое твердое вещество. Как и другие галогениды меди (I), он имеет ковалентный характер и более устойчив, чем галогенид меди (II). Хлорид меди (I) можно получить при сильном нагревании хлорида меди (II):

 

CuCl2 (тв) → 2CuCl (тв) + Cl2 (г)

 

Другой способ его получения заключается в кипячении смеси хлорида меди (II) с медью в концентрированной соляной кислоте. В этом случае сначала образуется промежуточное соединение - комплексный дихлорокупрат (I) - ион [CuCl2] -. При выливании раствора, содержащего этот ион, в воду происходит осаждение хлорида меди (I). Хлорид меди (I) реагирует с концентрированным раствором аммиака, образуя комплекс диамминмеди (I) [Cu (NH3) 2] +. Этот комплекс не имеет окраски в отсутствие кислорода, но в результате реакции с кислородом превращается в синее соединение.

Традиционно количественное выделение меди из слабокислых растворов проводилось с помощью сероводорода.

В растворах, при отсутствии мешающих ионов медь может быть определена комплексонометрически или потенциометрически, ионометрически.

Микроколичества меди в растворах определяют кинетическими методами.

Из-за низкого удельного сопротивления (уступает лишь серебру), в современности медь широко применяется в электротехнике для изготовления силовых кабелей, проводов или других проводников, например, при печатном монтаже. Медные провода, в свою очередь, также используются в обмотках энергосберегающих электроприводов и силовых трансформаторов.

Другое полезное качество меди - высокая теплопроводность. Это позволяет применять ее в различных теплоотводных устройствах, теплообменниках, к числу которых относятся и широко известные радиаторы охлаждения, кондиционирования и отопления.

В разнообразных областях техники широко используются сплавы с использованием меди, самыми широкораспространенными из которых являются бронза и латунь. Оба сплава являются общими названиями для целого семейства материалов, куда помимо олова и цинка могут входить никель, висмут и другие металлы. Например, в состав так называемого "пушечного металла", который в XVI - XVIII вв. действительно использовался для изготовления артиллерийских орудий, входят все три основных металла - медь, олово, цинк. Рецептура менялась от времени и места изготовления орудия. В наше время находит применение в военном деле в кумулятивных боеприпасах благодаря высокой пластичности, большое количество латуни идет на изготовление оружейных гильз.

Медноникелевые сплавы используются для чеканки разменной монеты, а так же широко используются в современном судостроении и областях применения, связанных с возможностью агрессивного воздействия морской воды из-за образцовой коррозионной устойчивости.

В ювелирном деле часто используются сплавы меди с золотом для увеличения прочности изделий к деформациям и истиранию, так как чистое золото очень мягкий металл и нестойко к этим механическим воздействиям.

Сплав меди с оловом - бронзу, предположительно, получили впервые в III тысячелетии до н.э. на Ближнем Востоке. Бронза привлекала людей прочностью и возможностью применения техники литья, что делало ее пригодной для изготовления орудий труда и охоты, посуды, украшений. Все эти предметы находят в археологических раскопах. Медь добывали из малахитовой руды, без применения предварительного обжига и из сульфидной руды, с его применением. Для этого смесь руды и угля помещали в глиняный сосуд, сосуд ставили в небольшую яму, а смесь поджигали. Выделяющийся угарный газ восстанавливал малахит до свободной меди:

 

2CO + (CuOH) 2CO2 (t°) → 3CO2 + 2Cu + H2O.

 

Достоверно известно, что добыча и выплавка меди были налажены еще в Древнем Египте, во времена фараона Рамзеса II (1300 - 1200 гг. до н. э). Древние египтяне нагнетали воздух в плавильные печи с помощью мехов, а древесный уголь получали из акации и финиковой пальмы

Сейчас известно более 170 минералов, содержащих медь, но из них только 14 - 15 имеют промышленное значение. Это - халькопирит (он же медный колчедан), малахит, встречается и самородная медь. В медных рудах часто в качестве примесей встречаются молибден, никель, свинец, кобальт, реже - золото, серебро.

Любопытные сведения о знании древних в области металлургии, приводит Игорь Царев, в своей книге "Эзотерические знания, откуда они?": "Атланты знали какую-то загадочную "горную медь" - орихалк. Он занимал по ценности второе место в атлантском обществе, будучи дешевле лишь золота. По мнению Шпанут, это был янтарь. Однако янтарь вовсе не металл, кроме того, для янтаря у греков было специальное название "электрон".А.Г. Галанопулос и Э. Бэкон считают, что это особый сплав меди, вероятнее всего латунь. Но в предании говорится о самородном орихалке. В ответ на это они утверждают, что это была желтая медь. Но ведь медь была великолепно известна египтянам и грекам. Правда, путаница могла возникнуть при записи предания самими египтянами, ведь записано предание могло быть очень давно, в самом начале медного века в Египте. Однако, орихалк - слово греческое. Солон, вероятно, перевел какое-то египетское наименование. А уж он-то и с медью и с другими самородными металлами явно был знаком, ведь добыча самородных металлов обычно предшествует изготовлению сплавов, например бронзы, или туднообрабатываемых материалов, например, железа.

Слово "орихалк" (или орейхалк) в переводе обозначает "горная медь". Однако, древние греки словом "халка" обозначали вообще металл, так что, смысл слова "орихалк" может быть и другой - "горный металл", "горная руда". Как говорится в диалоге, орихалк во времена Платона уже не добывался, и был известен только по названию.

Орихалк не выдуман Платоном. О металле такого наименования зиял еще Гомер, упоминая о нем в гимне Афродите. Знал о нем и Гесиод. Псевдо-Аристотель (неизвестный автор, писавший "под Аристотеля", и живший, предположительно, в 4 - 3 вв. до н. э) говорит об орихалке или горной меди, как о блестящем металле, получаемом плавлением меди с добавлением какой-то земли, находимой на берегах Черного моря. Эта земля называлась "калмиа" - слово, которым впоследствии стали называть окись цинка.

Об орихалке упоминают многие античные авторы, в один голос, называя его каким-то медным сплавом. Отпадает, видимо, и вариант отождествления орихалка со сплавом золота и серебра - электреумом, (3 части золота и 1часть серебра), который, однако, не содержит меди, кроме того, он гораздо светлее орихалва, и имеет белый или слабо-желтоватый цвет.

Итак, орихалк, вероятнее всего, медный сплав, но, однако же, не оловянистая бронза. Есть гипотеза, что орихалк - это берилловая бронза, однако расчеты показывают, что для ее изготовления требуются весьма высокие температуры, недостижимые сжиганием угля (даже с применением дутья), а также наличие вакуума. Всего этого в те времена быть, конечно, не могло. Точно также недоступна была в древности и фосфористая бронза, вещество, отождествляемое с орихалком исследователями Брайонтом и Сайксом.В. Брюсов в книге "Учители учителей" выдвигал еще одну, полуфантастическую гипотезу. Он считал орихалк алюминиевой бронзой. Однако алюминий - металл, который нереально получить без помощи электролиза. Даже, в прошлом веке он был дороже золота! Основания не отвергать гипотезу Брюсова категорически появилось только сейчас. В Китае есть гробница известного полководца Чжау-Чжу (265-316 г. н. э). Ученых поразил химический состав деталей орнамента захоронения: орнамент состоял из сплава, 10% которого составляла медь, 5% магнезий и 85% алюминий!"

В древней металлургии использовалась медь, получаемая восстановительной плавкой ее руд - минералов, первоначально из окисленных, например малахита СuСОз. Сu (ОН) 2. Окисленные руды не требовали предварительного обжига по сравнению с сульфидными рудами, обжиг которых был необходим для удаления химически связанной серы.

При достаточном доступе кислорода в печи в смеси малахита с углем последний сгорает, образуя окись углерода, которая, вступая в реакцию с малахитом, восстанавливает химически связанную медь до металла (CO + СuСОз = 2СОз + Сu). Однако при избытке кислорода окись углерода окисляется до двуокиси, и восстановление меди из природного карбоната при этом не достигается.

Выдвигалось немало гипотез относительно открытия возможности получения меди путем восстановительной плавки ее руд. Некоторые ученые считают, что первым металлургическим горном явился лагерный костер. Однако чтобы восстановить руду до металлической меди, необходимы, по крайней мере, два условия: первое - температура должна быть достаточно высокой, чтобы произошло восстановление без принудительного дутья; второе - руда должна быть перемешана и покрыта углем или древесным топливом так, чтобы она находилась в восстановительной зоне пламени. Иначе восстановление до металлической меди не произойдет.

Температура древесного огня лежит около 700˚С. Для восстановления же меди из карбонатной руды - малахита требуется температура не ниже 700 - 800˚С. Поэтому, лагерный костер мог служить для этих целей только в том, случае, если он дополнительно раздувался сильным ветром. В этом случае, температура нагрева получалась достаточной для восстановительного процесса.

Проведенные недавно опыты по плавке малахита на костре, подобном лагерному, показали, что хотя при этом температура для выплавки меди доходила до нужных показателей, восстановительная способность среды для получения металла оказалась все же недостаточной.

Малахит лишь кальцинировался, превращаясь в окись меди. Выяснилось, что для выплавки меди необходимо вести процесс в изоляции от избытка кислорода воздуха: в миниатюрном обжигательном горне или же в накрытом тигле. Таким образом, гипотеза открытия металлургии меди в результате случайного попадания кусков руды в лагерный костер не отвечает действительности.

Умение древних мастеров плавить медь в виде самородков до того, как они научились получать ее плавкой руд, указывает на то, что в те времена существовали печи, в которых достигалась температура не ниже +1084˚С. Древние печи для обжига керамики, в которых температура нагрева достигала +1100˚С, были обнаружены в Тепе-Гавра (Северная Месопотамия).

Там же, равно как и в Сузах (Иран), были найдены керамические сосуды, обжиг которых был проведен при температурах в пределах 1000 - 1200˚С. То же самое показали найденные в Египте сосуды, датированные додинастическим периодом (5000 - 3400 гг. до н. э). Обжиг их был проведен при температуре 1100 - 1200˚С.

Древние мастера поэтому могли получать медь восстановительной плавкой малахитовых руд. Плавку производили в печах примитивного типа, например глиняный тигель с рудой и углем помещался в неглубокую ямку с насыпанным поверх слоем древесного угля. В этих случаях, несомненно, могла быть достигнута температура, необходимая как для восстановительной плавки руды, так и для получения расплава меди, то есть, температура не ниже +1084˚С.

В опытных плавках, проведенных в наше время, в лабораторных условиях, когда восстановление меди достигалось при существенно более низкой температуре, не выше 700 - 800˚С, она получалась лишь в губчатой форме, непригодной для непосредственного использования; полученный продукт необходимо было подвергать дополнительному нагреву в отдельном тигле для плавки.

Отсутствие химико-аналитических данных о составе древнейших металлических изделий, не подвергавшихся химическому анализу, в частности из-за плохого состояния металла, не позволяет подтвердить, что они действительно изготовлены из самородной меди. К таким изделиям относятся в первую очередь мелкие изделия из меди, обнаруженные в древнейших памятниках эпохи раннего металла в Восточной Азии.

Самым древним свидетельством использования человеком металла служат находки в докерамическом неолитическом поселении на холме Чайоню-Тепези в Юго-Восточной Анатолии, в верховьях реки Тигр. Металлические изделия были найдены в напластованиях холма, возраст которых по радиоуглероду составляет 9200+200 и 8750+250 лет до н.э. Это были проволочные булавки, четырехгранное шило, сверла, бусы и их "полуфабрикаты" из меди, а также непросветленные, но хорошо обработанные бусы. Кроме металлических бус, там же были найдены и малахитовые бусы. Было высказано предположение, что все металлические предметы изготовлены из самородной меди. Однако спектральный анализ шила показал содержание около 0,8% мышьяка, что вносит определенные сомнения о самородном происхождении меди. Остальные же предметы анализированы не были. Поселение Чайоню-Тепези расположено недалеко от богатого меднорудного месторождения в Анатолии - Эргани Маден, которое, вероятно, и являлось центром снабжения медью. Вопрос о том, какая же медь использовалась для изготовления предметов в Чайоню-Тепези, пока обсуждается.

На Ближнем Востоке, на территории Анатолии в начале VII тысячелетия до н.э. уже использовалась металлургическая медь. В горизонтах этого многослойного поселения, датированных 6400 - 5700 гг. до н.э., были найдены различные мелкие металлические украшения: медные, бусины, трубочки, колечки, а также бусины и привески из свинца. В развалинах же одного жилища, в горизонте, датированном 5900 - 5800 гг. до н.э., обнаружен шлак от плавки медной руды.

В связи с вопросами производства меди в конце V тысячелетия до н.э. значительный интерес представляет памятник Тали-Иблис на территории. Ирана, расположенный вблизи Машиза в центральной части Керманской горной цепи. Несколько южнее от него, около Бафта, находится месторождение медных руд, в котором обнаружены остатки древних рудных разработок в виде открытых ям, где добывали малахит и азурит.

В горизонте этого поселения, датированном по радиоуглероду 4091+/-74 гг. до н.э., было найдено небольшое число медных изделий и множество фрагментов тиглей с окисленными остатками застывшей плавленой меди. По-видимому, в Тали-Иблисе производилась пирометаллургическая выплавка меди, а самородную медь, возможно, там не плавили. Судя по большому количеству фрагментов тиглей, предполагается, что в конце V тысячелетия до н.э. в Тали-Иблисе выплавляли медь в количестве, превышающем местное потребление; излишек ее переправляли в Южную Месопотамию.

Одним из древнейших памятников ранней металлургии являются также находки в районе Тепе-Сиалк, близ г. Кашана, где в слоях, датированных в пределах 5100 - 4900 гг. до н.э., обнаружены шила, наконечник стрелы, медная булавка и другие металлические изделия небольшой величины. Включения закиси меди, найденные в микрошлифе одной из булавок, свидетельствуют о том, что металл был либо литым, либо булавка была откована вгорячую.

В Египте наиболее ранние из обнаруженных на сегодняшний день предметов из меди, относятся ко времени Бадарийского периода, т.е. к IV тысячелетию до н.э., хотя вблизи Каира был найден кусок медной руды, который, по всем данным, был обработан даже в V тысячелетии до н.э. и относится к меднорудному месторождению на Синайском полуострове. В погребениях бадарийского времени были найдены несколько бусин из свернутой узкой медной полоски и иглы для закрепления погребальных ковриков.

Медные изделия бадарийского времени в Египте изготовлены, по-видимому, не из самородной меди, а из меди, полученной восстановительной плавкой малахита. О применении же минерала малахита в Египте еще до начала использования самородного металла свидетельствуют обнаруженные там древнейшие малахитовые изделия. Кроме того, древнее население Египта использовало косметическую малахитовую пасту как краску для век; малахитом же окрашивали стены жилищ.

Изучение древних металлических предметов, найденных в других местах Древнего мира, показало, что они вообще по возрасту "моложе" памятники, в которых они обнаружены, не старше 6000 лет до н.э. В них также найдены изделия из меди. Например, в Телль Эс-Саван, в Северном Ираке (вблизи Багдада), в горизонтах, датированных 5600 - 5400 гг. до п. э., обнаружены бусы и небольшой нож из меди. А в Саммара, возраст которого 5000 лет до н.э., кроме медных бус, обнаружено также железное долото.

Бронза.

Бронза - обычно с оловом как основным легирующим элементом, но применяются и сплавы с алюминием, кремнием, бериллием, свинцом и другими элементами, за исключением цинка и никеля. Название "бронза" происходит от итал. bronzo которое, в свою очередь, либо произошло от персидского слова "berenj", означающего "латунь", либо от названия города Бриндизи, из которого этот материал доставлялся в Рим.

В зависимости от легирования бронзы называют оловянными, алюминиевыми, кремневыми, бериллиевыми и т.д. Все бронзы принято делить на оловянные и безоловянные. Плотность бронзы в зависимости от марки составляет 7,5 - 8,8; температура плавления 930 - 1140°С.

Оловянные бронзы.

Наиболее раннее применение нашли оловянные бронзы. Олово на механические свойства меди влияет аналогично цинку: повышает прочность и пластичность. Сплавы меди с оловом обладают высокой антикоррозионной стойкостью и хорошими антифрикционными свойствами.

Оловянная бронза хорошо обрабатывается давлением и резанием. Она имеет очень малую усадку при литье: менее 1%, тогда как усадка латуней и чугуна составляет около 1,5%, а стали - более 2%. Поэтому, несмотря на склонность к ликвации и сравнительно невысокую текучесть, бронзы успешно применяют для получения сложных по конфигурации отливок, включая художественное литье. Оловянные бронзы знали и широко использовали в древности. Большинство античных изделий из бронзы содержат 75 - 90% меди и 25 - 10% олова, что делает их внешне похожими на золотые, однако они более тугоплавкие. Они не утратили своего значения и в настоящее время.

Оловянная бронза - непревзойденный литейный сплав. Оловянные бронзы легируют цинком, никелем и фосфором. Цинка добавляют до 10%, в этом количестве он почти не изменяет свойств бронз, но делает их дешевле. Оловянная бронза с добавлением цинка называется "адмиралтейской бронзой" и обладает повышенной короззионной стойкостью в морской воде. В старину из нее делались, например, астролябии и другие штурманские инструменты для мореплавания.

Безоловянные бронзы.

В силу высокой стоимости олова были найдены заменители оловянной бронзы. Они содержат олово в меньшем количестве по сравнению с ранее применявшимися бронзами или не содержат его совсем. В настоящее время существует ряд марок бронз, не содержащих олова. Это двойные или чаще многокомпонентные сплавы меди с алюминием, марганцем, железом, свинцом, никелем, бериллием и кремнием. Величина усадки при кристаллизации у всех этих бронз более высокая, чем у оловянных.

По некоторым свойствам безоловянные бронзы превосходят оловянные. Алюминиевые, кремниевые и особенно бериллиевые бронзы - по механическим свойствам, алюминиевые - по коррозионной стойкости, кремнецинковые - по текучести. Кроме того, прочность алюминиевой и бериллиевой бронзы может быть увеличена при помощи термической обработки.

Также необходимо упомянуть сплавы меди и фосфора. Они не могут служить машиностроительным материалом, поэтому их нельзя отнести к бронзам. Однако они являются товаром на мировом рынке и предназначаются в качестве лигатуры при изготовлении многих марок фосфористых бронз, а также и для раскисления сплавов на медной основе.

История меди и бронзы.

Начало веку меди положило освоение людьми техники горячей ковки и литья. Печи и керамические формы для отливки дали возможность взяться за опыты с медью уже всерьез.

Согласно общепринятому мнению, произошло это на Ближнем Востоке примерно в IV тысячелетии до н. э, в Европе и Китае во II - III тысячелетии до н. э, а в Перу только в начале I тысячелетия до н.э.

Литье в высшей степени упрощало процесс изготовления орудия, когда была открыта возможность получения металлов из руды. Одновременно, было установлено, что, если в тигль, где плавится медь, подбросить немного олова, качество полученного материала решительно улучшится.

В начале II тысячелетия до н.э. уже повсеместно появляются изделия из бронзы. Приблизительно в эту же пору появились и первые железные изделия.

Из бронзы делали даже прямые длинные мечи. Причем, в Китае, где бронза стоила дешево, изготовление оружия из нее продолжалось даже во II веке нашей эры, - то есть уже в эпоху широкого распространения железных орудий. Бронзовый меч тогда, в принципе, получался легче и острее железного, хотя из-за меньшей, чем у стали, твердости рубящей кромки не годился для рубки железных доспехов и фехтования против железного меча. Это лишний раз доказывает нам, что, зачастую в вопросе о первостепенности цены и качества, первое играет более важную роль.

И позже бронза сохраняла некоторое значение, так как превосходила железо в технологичности, - если форму железному изделию можно было придавать только ковкой (поэтому даже старинные гвозди имели квадратное сечение), то бронзовые орудия можно было отливать, что существенно облегчало процесс их производства.

Вероятно, идея о том, что человечество, на протяжении всей своей истории долго и упорно мучалось, решая проблему, что же, в конце концов, выбрать: бронзу или железо, по меньшей мере, надумана, так как, здесь наблюдается тенденция, скорее, к чисто прагматическому подходу.

Основных определяющих факторов было три: наличие близко расположенного и максимально доступного сырья, скорость и простота изготовления необходимого предмета; а так же вопрос о том, нужно ли придавать конкретному изделию прочность и долговечность или оно должно быть временным, возможно, многофункциональным и пригодным к последующей переработке.

Изделие сложной формы, например, шлем, проще было именно отлить, чем выковать. Что же касалось прочности, то бронза однозначно была тверже железа и не такой хрупкой как сталь. Бронзовые доспехи, в том числе цельнолитые кирасы, вплоть до начала нашей эры употреблялись в Риме, шлемы же в Европе и в XIX веке делали из бронзы по преимуществу.

Дополнительным достоинством бронзы было ее удобство при массовом производстве. Так китайцы, например, уже в первом тысячелетии новой эры отливали из бронзы детали к арбалетным замкам, наконечники и ушки для арбалетных болтов и многое другое. Бронзовый наконечник, конечно, не обладал пробивной способностью железного, но каждый из железных надо было выковывать и закаливать персонально, а бронзовые отливались в специальным станке по 100 - 200 штук разом, причем обладали качеством для железных изделий в ту пору почти недостижимым - стандартностью.

Таким образом, мы видим, что по количеству найденных артефактов из железа и бронзы в каждом конкретном раскопе, совершенно неправильно делать вывод о том: могли ли жители этой местности и этого времени обрабатывать тот или иной металл или нет. Следовательно, это уже - аргумент против деления исторического периода на эпохи, по приоритету в металлах.

Кроме того, что, как уже упоминалось выше, преобладание в раскопах предметов из определенного вида металла говорит нам, по большей части, о доступности именно данного вида сырья для жителей этой местности.

Наличие в раскопах древних культурных слоев преимущественно не железных, а бронзовых изделий говорит нам лишь о том, что данная культуры была достаточно высокоразвитой, чтобы иметь массовое производство металлических изделий и нуждаться в нем. То есть, нет никакого противоречия в высоком уровне развития древних культур, традиционно относящихся к эпохе "бронзового" века и тем фактом, что представители этих культур мало использовали изделия из железа.

Если, изучаемая нами, культура характеризуется большим количеством бронзового оружия, то это означает не то, что она была недостаточно развитой, чтобы обеспечить себя более эффективным железным оружием, а то, что она была достаточно воинственной, чтобы нуждаться в снабжении своей армии большим количеством, пусть и не слишком качественного, но стандартного и дешевого оружия, которое способно давать массовое производство. Следовательно, в этой древней культуре такое массовое производство имелось, что напрямую указывает о ее высоком уровне развития.

Бронза имеет лишь одно существенное преимущество перед железом - сравнительно низкая температура плавления, что дает возможность производить отливку, без особых энергозатрат и высокотехнологичных плавильных печей, но не стоит забывать о том, что и в наш индустриальный век, мы всего около ста лет тому назад смогли достичь такого технологического уровня и обеспечить себя таким количеством энергоносителей, чтобы сталелитейная промышленность стала неотъемлемой частью производства.

С XV века бронза снова стала стратегическим материалом, так как оказалось, что она незаменима для изготовления пушек.

Существенным недостатком бронзы была, однако, ее дороговизна, вследствие которой, в период бронзового века, она не могла вытеснить из употребления каменных орудий и оружия. Ведь, необходимая для изготовления бронзы медь встречается несравненно реже железа, а олово было остродефицитным материалом еще в глубокой древности, - финикийцы плавали за ним в Англию.

Техника получения металла из руды дала людям доступ к новым ресурсам, но запасы руды тоже истощались. Сначала эксплуатировались только выходы рудных пластов на поверхность, - главным образом на склонах гор. Но жила уходила вглубь и, чтобы добраться до нее, скоро возникала необходимость строить глубокие колодцы. Рудокопам приходилось решать задачи по укреплению сводов деревом, освещению, подъему добытой руды на поверхность. В горном деле стали использоваться первые механизмы - журавли и вороты.

Ранние рудники колодезного типа возникли кое-где еще в эпоху неолита. Создавались и обслуживались они небольшими артелями земледельцев, работавших в них в свободное время. С возникновением государств появились и огромные (по тем временам, естественно) карьеры, разработки в которых осуществлялись силами тысяч рабов.

Но даже тысячи работников ни чего не могли сделать, когда жила уходила в землю на десятки метров. В I тысячелетии до н.э. в наиболее развитых государствах появились уже настоящие шахты, - со стволами, уровнями, вагонетками и водоподъемными механизмами.

Впрочем, строительство шахт не снимало проблему дефицита бронзы. Ведь, у народов, располагающих такими возможностями, соответственно, были и очень высокие потребности в металле. Удовлетворить их могло только в 15 раз более распространенное, чем медь, железо. Быстрое истощение доступных запасов меди и олова ускоряло переход к новому этапу металлургии.

Дефицит меди и олова в итоге приводил к тому, что бронзовая индустрия оказывалась характерна почти только для цивилизованных народов. Сырье, необходимое для получения бронзы в количестве достаточном для изготовления орудий труда и массового вооружения армии, можно было добыть только в рудниках, либо получить в результате обмена.

Производство бронзы на душу населения, согласно древнейшим источникам, в Вавилоне, например, составляло около 300 граммов в год! Учитывая тот факт, что в самом Междуречье ни олова, ни меди не было. В Египте же оно было порядка 50 граммов в год. Чтобы оценить масштабы данных показателей, напомним, что в России при Петре I за счет освоения уральских месторождений производство бронзы достигло 100 граммов в год на душу населения.

Медно-мышъяковые сплавы (мышьяковая бронза).

Новейшими исследованиями, с применением химического и количественного спектрального анализов, установлено, что многие древние медные и бронзовые предметы, найденные в различных регионах Старого света, изготовлены не из чистой меди, а из медно-мышьяковых сплавов.

Наиболее древняя выплавка мышьяковистой меди относится к середине V тысячелетия до и. э. Это доказали обнаруженные металлические предметы из V культурного слоя в древнем многослойном памятнике Тепс-Яхья, на юго-востоке Ирана. Это самая ранняя из существовавших в Древнем мире металлургия мышьяковистой меди на всем Ближнем Востоке.

В остальных регионах Ближнего Востока орудия труда, оружие и украшения, изготовленные из медно-мышьяковых сплавов, появляются позднее, например, в Анатолии, по данным анализа одного шила из Чайоню-Тепези, с VII тысячелетия до н.э.

Предметы, изготовленные из медно-мышьяковых сплавов, найдены также в Германии, Испании, Португалии в памятниках начиная с III тысячелетия до н.э. В тех областях, где не было месторождений оловянных руд, мышьяковистую медь продолжали производить в большом количестве до начала I тысячелетия до н.э. Но среди древнейших предметов, найденных в Юго-Восточной Азии, пока нет ни одного предмета, который был бы изготовлен из медно-мышьяковых сплавов.

Мышьяк в медных сплавах улучшал их физико-механические свойства. Присутствие в меди 0,5% мышьяка улучшает ее ковкость в холодном состоянии, дает возможность получить более плотные отливки, а также увеличивает жидкотекучесть сплава. Таким образом, присутствие мышьяка в меди облегчало получение плотных отливок в рельефных литейных формах; без присадок мышьяка или же других легирующих элементов это представлялось сложной задачей.

Кроме того, по сравнению с чистой медью, плавящейся при температуре +1083˚С, медь, легированная мышьяком, плавится при более низкой температуре, зависящей от содержания мышьяка в сплаве. То же самое относится и к твердости мышьяковистой меди, которая в результате наклепа резко повышается. Предметы из мышьяковой бронзы легко поддаются холодной ковке и по твердости мало уступают оловянистой бронзе.

Медно-никелевые сплавы.

Большое содержание никеля в некоторых шумерских предметах из медных сплавов впервые привлекло внимание при исследовании этих предметов специальным комитетом, организованным Британской ассоциацией развития науки.

Полагали, что присутствие никеля позволит установить происхождение меди, использовавшейся шумерами, поскольку считалось, что примесь никеля в медных рудах необычна. Вскоре в меднорудном месторождении в Омане на Аравийском полуострове были найдены руды, соотношение меди и никеля в которых составляло 19:

1. Однако месторождение это было маломощным и не могло обеспечить своей медью всю территорию Междуречья.

Позднее большое содержание никеля было установлено в медных сплавах и из других мест. Например, среди анатолийских изделий оказалось немало изделий, содержащих до 4% никеля, а в отдельных случаях даже выше. Однако во всех случаях высокое содержание никеля сопровождалось также повышенным содержанием мышьяка (до 3%) или олова.

Медно-мышьяково-никелевый предмет - "никелевая бронза" - четырехгранная приколка, найденная в Азербайджане, в поселении на холме Кюльтепе, содержит 1,15% мышьяка и 1,6% никеля. Датировка ее точно не установлена, но, по-видимому, около 3000 лет до н.э.

Бронзовые предметы с высоким содержанием никеля (до 3,3%) найдены и в Мохенджо-Даро, причем в Индии известны и медные руды, содержащие около 5% никеля.

В свете сказанного о древних восточных связях шумерских металлургов, нельзя исключать ввоз в Шумер из Индии никелистых бронз или руды, шедшей на их изготовление. О достаточно широком распространении никелистых бронз свидетельствует обнаруженный бронзовый предмет (XIII в. до н.э., Троада), в котором 2,7% олова и 8,9% никеля. Высокое содержание никеля, характерное для майкопской меди III тысячелетия до н.э., объясняют характером м<