|
При обсуждении вопросов использования торфа
http://chronologia.org/cgi-bin/dcforum/dcboard.cgi?az=read_count&om=13427&forum=DCForumID2&viewmode=threaded
Выявилась одна очень занимательная проблема. Что же в реальности впервые было получено человеком – железо или медь?
Современная ТИ-фантастика утверждает, что сначала человек научился использовать медь, а затем настал расцвет медно-бронзового производства, или лишь затем железо вступило в свои права.
Но, одно маленькое но, для получения бронзы необходима температура 1100 градусов, а это та самая температура, при которой плавка железа приводит к чугуну.
То есть достижение данной температуры в печах должно автоматом приводить, не только к получению бронзы, но и чугуна!
Смотрим, что говорит наука химия.
МЕДЬ
Согласно новейшей схеме, предложенной Когленом <6, с. 18>, освоение человеком меди и ее сплавов проходило по фазам в такой последовательности:
1) использование самородной меди сначала путем ковки вхолодную, а затем с предварительным ее отжигом;
2) получение меди путем плавки руд;
3) сплавление меди с другими металлами.
Эта схема, однако, не учитывает одновременное независимое использование других металлов.
Обработка медных самородков путем холодной ковки имела, как теперь ясно, ограниченные возможности. Согласно экспериментам, проведенным Когленом <6, с. 26-27>, ковкой вхолодную можно было придать форму лишь малым по величине предметам - шилам, булавкам, проволоке, крючкам, наконечникам стрел, ножам, требовавшим лишь небольшой ковки и шлифовки, и то используя самородки меди пластинчатой формы. Ранее же проведенные эксперименты показали, что ковкой одного самородка из района Верхнего озера (США) получить листовидную медь оказалось невозможным вследствие растрескивания материала при холодной ковке.
Во второй фазе человек начал использовать медь, получаемую 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.
Опытным путем Коглен установил, что 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 <6, с. 2> относительно открытия возможности получения меди путем восстановительной плавки ее руд. Но, по-видимому, оказалось невозможным выяснить, как же это открытие было сделано. Иногда отмечалось, что первым металлургическим горном явился лагерный костер. Однако, чтобы восстановить руду до металлической меди, необходимы, по Коглену, 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 градусов. Для восстановления же меди из карбонатной руды - малахита требуется температура не ниже 700-800 градусов. Поэтому если лагерный костер усиливался при сильном ветре, то температура нагрева получалась достаточной для восстановительного процесса. Проведенные Когленом <там же, с. 28-29> опыты по плавке малахита на костре, подобном лагерному, показали, что хотя при этом температура для выплавки меди была достаточной, но 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.
По-видимому, 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 градусов. (фантастика!)
В опытных плавках, проведенных Когленом в наше время, когда восстановление меди достигалось при существенно более низкой температуре, не выше 700-800oС, она получалась лишь в губчатой форме, непригодной для непосредственного использования; полученный продукт необходимо было подвергать дополнительному нагреву в отдельном тигле для плавки. В последнее время высказываются большие сомнения в том, что человечество в древности использовало самородную медь в качестве первого металла, т. е. тем самым ставится под сомнение существование так называемого ''медного века'', хотя в местах, где имелись большие скопления самородной меди, ее действительно могли широко использовать, например в районе Верхнего озера (Северная Америка) <8>.
ЖЕЛЕЗО
Вообще говоря, для восстановления железа из его окислов окисью углерода, что и происходит в обычном металлургическом процессе, достаточна температура лишь несколько выше 700 градусов - такую температуру дает даже лагерный костер. Однако железо, получающееся таким путем, представляет собой спеченную массу, состоящую из металла, его карбидов, окислов и силикатов; при ковке оно рассыпается. Чтобы практически реализовать возможности процесса восстановления с целью получения железа, пригодного для переработки, необходимы были три условия: 1) введение окислов железа в зону нагревания в условиях восстановления; 2) достижение температуры, при которой получается металл, пригодный для механической переработки; 3) открытие действия добавок - флюсов, облегчающих отделение примесей в виде шлаков, что обеспечивает получение ковкого металла при не слишком высоких температурах.
При температурах выше 1000 градусов от сплошной спеченной металл металлоксид-силикатной массы уже отделялась фаза образующихся в этих условиях искусственных силикатов, что создавало предпосылки для развития стекловарения. При температурах 1075 градусов и выше уже даже без добавки костной смеси возможно образование таких железных криц, которые можно ковать. Как известно, медь плавится при 1083 градуса, и отсюда следует, что теоретически возможен был прямой, минуя период бронзы, переход от металлургии чистой меди к металлургии железа.
При температуре 1174 градуса из металлического железа, его окиси (FeO) и силиката железа - фаялита (FeO-SiO2) образуется эвтектическая система, при ковке которой силикат и окись выдавливаются, а частицы железа свариваются в сплошную металлическую массу. Добавление флюса - костной смеси - заметно снижает эвтектическую температуру.
Если ковке подвергают эвтектику, образовавшуюся в температурном интервале 900-1200 градусов, то образующееся железо содержит еще существенное количество примесей и еще достаточно мягко. Впрочем, при ковке криц от них могли отделяться более твердые науглероженные пластины, пригодные для примитивного штучного изготовления стальных изделий.
Для получения железа путем прямого восстановления его окислов сыродутным методом необходима была температура выше 1400 градусов, более определенно она зависела от используемого сырья. Так, для восстановления FeO достаточно 1420, для Fe3O4 - 1538, а для Fe2O3 – 1565 градусов. Температура выше 1400 (до 1540) градусов требуется и для производства стекла.
Всеобщая история химии
Возникновение и развитие химии с древнейших времен до XVII века
АКАДЕМИЯ НАУК СССР
ИНСТИТУТ ИСТОРИИ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ И ТЕХНИКИ
М.: Наука, 1980 Отв. ред. Ю. И. Соловьев.
http://groh.ru/gro/chem/chemhist.html#2a
Казалось бы, все ясно и понятно, ну не было никакого медно-бронзового века, противоречит он науке, но, а дальше господа химики отдают дань ТИ-фантастике.
И как красиво пишут.
ЦИТАТА
"Казалось бы, относительная простота технологии получения железа, сравнительно с технологией выплавки бронзы, и значительно большая доступность сырья должны были бы способствовать быстрому вытеснению бронзы железом. Тем более, могло бы конкурировать с бронзой метеоритное железо, которое во многих языках Древнего Востока называлось ''металлом неба''. Этого, однако, не произошло по трем причинам. Во-первых, как уже давно отмечалось, производство и некоторые виды применения бронзы во многих регионах имели обрядовый характер. Это обстоятельство, кстати, напоминает о необходимости учитывать в истории техники внетехнические - культурно-исторические - причины, замедлившие наступление ''железного века''. Оно также лишает ''обязательности'' историческую последовательность камень-медь-бронза-железо, ступени которой рассматривались как типологические, необходимые и ''естественные''. Недаром ряд позднейших культур миновал этап бронзы <57>. Во-вторых, железные руды менее ярки, а потому менее заметны, чем медные, так что, несмотря на распространенность, их поиск на первых порах был более сложным. Кроме того, из бронзы без труда можно было делать отливки, тогда как плавка железа требовала весьма высоких, не сразу достигнутых температур и особой техники. В-третьих, железо, получавшееся в примитивных горнах, было чересчур мягким и не сразу могло соперничать с бронзой в качестве материала для изготовления орудий труда и оружия."
|
; for the scoria of iron subsides and is purged off by the bottom, and when it is often defaecated and cleansed, this is steel. But this they do not often, because of the great waste, and because it loses much weight in refining; but iron is so much the more excellent the more recrement it has”
