Stăpânirea metalelor. Cele mai vechi metale ale omenirii Soiuri de marmură în designul stațiilor de metrou

„Șapte metale au fost create de lumină în funcție de numărul de șapte planete” - aceste versete simple conțineau unul dintre cele mai importante postulate ale alchimiei medievale. În antichitate și în Evul Mediu se cunoșteau doar șapte metale și același număr de corpuri cerești (Soarele, Luna și cinci planete, fără a număra Pământul). Potrivit luminarilor științei din acea vreme, numai proștii și ignoranții ar putea să nu reușească să vadă cel mai profund tipar filozofic în asta. Teoria alchimică armonioasă afirma că aurul este reprezentat în ceruri de Soare, argintul este Luna tipică, cuprul este fără îndoială legat de Venus, fierul este personificat de Marte, mercurul corespunde lui Mercur, staniul lui Jupiter, plumbul lui Saturn. Până în secolul al XVII-lea, metalele erau desemnate în literatură prin simboluri corespunzătoare.

Figura 1 - Semne alchimice ale metalelor și planetelor

În prezent, sunt cunoscute peste 80 de metale, dintre care majoritatea sunt folosite în tehnologie.

Din 1814, la sugestia chimistului suedez Berzelius, simbolurile alfabetice au fost folosite pentru a desemna metalele.

Primul metal pe care omul a învățat să-l prelucreze a fost aurul. Cele mai vechi lucruri făcute din acest metal au fost făcute în Egipt cu aproximativ 8 mii de ani în urmă. În Europa, în urmă cu 6 mii de ani, au fost primii care au început să producă aur și bronz Bijuteriişi armele tracilor, care locuiau în teritoriul de la Dunăre până la Nipru.

Istoricii disting trei etape în dezvoltarea omenirii: epoca de piatră, epoca bronzului și epoca fierului.

În anul 3 mii î.Hr. oamenii au început să folosească pe scară largă în lor activitate economică metale. Trecerea de la uneltele de piatră la cele metalice a avut o importanță enormă în istoria omenirii. Poate că nicio altă descoperire nu a dus la schimbări sociale atât de semnificative.

Primul metal care s-a răspândit a fost cuprul (Figura 2).

Figura 2 - Harta schematică a distribuției teritoriale și cronologice a metalelor în Eurasia și Africa de Nord

Harta arată clar locația celor mai vechi descoperiri de produse metalice. Aproape toate artefactele cunoscute datează din perioada de la sfârșitul mileniului al 9-lea până în al 6-lea mileniu î.Hr. (adică, înainte ca cultura de tip Uruk să se răspândească pe scară largă în Mesopotamia), provin de la doar trei duzini de monumente împrăștiate pe un teritoriu vast de 1 milion km 2. De aici au fost recuperate aproximativ 230 de eșantioane mici, 2/3 dintre ele aparținând a două așezări neolitice pre-ceramice - Chayonu și Ashikli.

Căutând constant pietrele de care aveau nevoie, strămoșii noștri, probabil, deja în vremuri străvechi au acordat atenție bucăților de cupru nativ de culoare verde-roșcat sau gri-verzuie. În stâncile malurilor și stâncilor au dat peste pirite de cupru, sclipici de cupru și minereu de cupru roșu (cuprita). La început, oamenii le foloseau ca pietre obișnuite și le procesau în consecință. Ei au descoperit curând că, atunci când cuprul a fost tratat cu lovituri de la un ciocan de piatră, duritatea lui a crescut semnificativ și a devenit potrivit pentru fabricarea de unelte. Astfel, au intrat în uz tehnicile de prelucrare la rece a metalelor sau de forjare primitivă.


Apoi a fost făcută o altă descoperire importantă - o bucată de cupru nativ sau rocă de suprafață care conținea metal, căzând în focul unui incendiu, a scos la iveală noi trăsături care nu sunt caracteristice pietrei: din încălzire puternică metalul s-a topit și, la răcire, a căpătat o nouă formă. Dacă matrița a fost făcută artificial, atunci a fost obținut produsul de care avea nevoie o persoană. Meșterii antici au folosit această proprietate a cuprului mai întâi pentru turnarea bijuteriilor, iar apoi pentru producția de unelte din cupru. Așa s-a născut metalurgia. Topirea a început să fie efectuată în cuptoare speciale de înaltă temperatură, care erau un puț de design ușor modificat cunoscut de oameni cuptoare de ceramică (Figura 3).

Figura 3 - Topirea metalelor în Egiptul Antic (suflarea este asigurată de blănuri din piei de animale)

În sud-estul Anatoliei, arheologii au descoperit o așezare neolitică pre-ceramică foarte veche, Çayonü Tepesi (Figura 4), care a uimit prin complexitatea neașteptată a arhitecturii sale de piatră. Printre ruine, oamenii de știință au descoperit aproximativ o sută de bucăți mici de cupru, precum și multe fragmente de malachit mineral de cupru, dintre care unele au fost prelucrate în margele.

Figura 4 - Așezarea Çayonü Tepesi din Anatolia de Est: mileniul IX-VIII î.Hr. Cel mai vechi metal de pe planetă a fost descoperit aici

În general, cuprul este un metal moale, mult mai puțin dur decât piatra. Dar uneltele din cupru puteau fi ascuțite rapid și ușor. (Conform observațiilor S.A. Semenov, la înlocuirea unui topor de piatră cu unul de cupru, viteza de tăiere a crescut de aproximativ trei ori.) Cererea de unelte metalice a început să crească rapid.

Oamenii au început o adevărată „vânătoare” de minereu de cupru. S-a dovedit că nu se găsește peste tot. În acele locuri în care s-au descoperit zăcăminte bogate de cupru a luat naștere dezvoltarea lor intensivă, au apărut minereurile și mineritul. După cum arată descoperirile arheologilor, deja în antichitate procesul de extragere a minereului se desfășura pe scară largă. De exemplu, lângă Salzburg, unde a început exploatarea cuprului în jurul anului 1600 î.Hr., minele au atins o adâncime de 100 m, iar lungimea totală a drifturilor care se întindeau din fiecare mină era de câțiva kilometri.

Minerii antici au fost nevoiți să rezolve toate problemele cu care se confruntă minerii moderni: întărirea bolților, ventilație, iluminare, urcarea pe muntele de minereu extras. Adurile au fost întărite cu suporturi din lemn. Minereul extras a fost topit în apropiere în cuptoare de lut joase, cu pereți groși. Centre metalurgice similare au existat în alte locuri (Figurile 5,6).

Figura 5 - Mine antice

Figura 6 - Unelte ale minerilor antici

La sfârşitul anului 3 mii î.Hr. maeștrii antici au început să folosească proprietățile aliajelor, dintre care primul a fost bronzul. Descoperirea bronzului trebuie să fi fost determinată de un accident inevitabil în timpul producției în masă a cuprului. Unele soiuri de minereuri de cupru conțin un amestec nesemnificativ (până la 2%) de staniu. În timp ce topeau un astfel de minereu, meșterii au observat că cuprul obținut din acesta era mult mai greu decât de obicei. Minereul de staniu ar fi putut pătrunde în cuptoarele de topire a cuprului din alt motiv. Oricum ar fi, observațiile asupra proprietăților minereurilor au dus la dezvoltarea valorii staniului, care a început să fie adăugat la cupru, formând un aliaj artificial - bronz. Când este încălzit cu staniu, cuprul s-a topit mai bine și a fost mai ușor de turnat, deoarece a devenit mai fluid. Instrumentele de bronz erau mai dure decât cele de cupru și se ascuțiu bine și ușor. Metalurgia bronzului a făcut posibilă creșterea productivității muncii de mai multe ori în toate industriile activitate umana(Figura 7).

Producția de unelte în sine a devenit mult mai simplă: în loc de o muncă lungă și grea de bătut și lustruit piatra, oamenii au umplut forme gata făcute cu metal lichid și au obținut rezultate la care predecesorii lor nu le visaseră niciodată. Tehnicile de turnare au fost îmbunătățite treptat. La început, turnarea se făcea în forme deschise de lut sau nisip, care erau pur și simplu o depresiune. Au fost înlocuite cu forme deschise sculptate din piatră care puteau fi folosite în mod repetat. Cu toate acestea, marele dezavantaj al matrițelor deschise era că produceau doar produse plate. Nu erau potrivite pentru turnarea produselor de forme complexe. O soluție a fost găsită atunci când au fost inventate matrițe închise despicate. Înainte de turnare, cele două jumătăți ale matriței au fost conectate ferm între ele. Bronzul topit a fost apoi turnat prin gaură. Când metalul s-a răcit și s-a întărit, matrița a fost dezasamblată și s-a obținut produsul finit.

Figura 7 - Unelte din bronz

Această metodă a făcut posibilă turnarea produselor de forme complexe, dar nu era potrivită pentru turnarea figurilor. Dar această dificultate a fost depășită atunci când a fost inventată forma închisă. Cu această metodă de turnare, un model exact al viitorului produs a fost mai întâi turnat din ceară. Apoi a fost acoperit cu lut și ars într-un cuptor.

Ceara s-a topit și s-a evaporat, iar argila a luat o turnare exactă a modelului. Bronzul a fost turnat în golul astfel format. Când s-a răcit, matrița s-a rupt. Datorită tuturor acestor operațiuni, meșterii au putut turna chiar și obiecte goale de forme foarte complexe. Treptat, au fost descoperite noi tehnici tehnice de prelucrare a metalelor, precum trefilarea, nituirea, lipirea și sudarea, completând forjarea și turnarea deja cunoscute (Figura 8).

Figura 8 - Pălărie de aur a unui preot celtic

Poate cea mai mare turnare de metal a fost făcută de meșteri japonezi. Asta a fost acum 1200 de ani. Cântărește 437 de tone și îl reprezintă pe Buddha într-o ipostază de pace. Înălțimea sculpturii împreună cu piedestalul este de 22 m. Lungimea unui braț este de 5 m. Patru oameni puteau dansa liber pe o palmă deschisă. Să adăugăm că celebra statuie greacă antică - Colosul din Rodos - înălțimea de 36 m, cântărea 12 tone.A fost turnată în secolul al III-lea. î.Hr e.

Odată cu dezvoltarea metalurgiei, produsele din bronz au început să le înlocuiască pe cele din piatră peste tot. Dar să nu credeți că acest lucru s-a întâmplat foarte repede. Minereurile de metale neferoase nu erau disponibile peste tot. Mai mult, staniul era mult mai puțin comun decât cuprul. Metalele trebuiau transportate pe distanțe lungi. Costul uneltelor metalice a rămas ridicat. Toate acestea au împiedicat răspândirea lor largă. Bronzul nu putea înlocui complet uneltele din piatră. Numai fierul ar putea face asta.

Pe lângă cupru și bronz, au fost utilizate pe scară largă și alte metale.

Cele mai vechi obiecte din plumb sunt considerate a fi margele și pandantive găsite în Asia Mică în timpul săpăturilor de la Çatalhöyük și sigiliile și figurinele descoperite în Yarym Tepe (Nordul Mesopotamia). Aceste descoperiri datează din mileniul al VI-lea î.Hr. Primele rarități de fier datează din aceeași perioadă, reprezentând kriți mici găsite în Çatalhöyük. Cele mai vechi obiecte de argint au fost descoperite în Iran și Anatolia. În Iran, au fost găsite în orașul Tepe-Sialk: sunt nasturi care datează de la începutul mileniului al V-lea î.Hr. În Anatolia, în Beyjesultan, a fost găsit un inel de argint datând de la sfârșitul aceluiași mileniu.

În vremuri preistorice, aurul era obținut din plaseri prin panning. A ieșit sub formă de nisip și pepite. Apoi au început să folosească rafinarea aurului (eliminarea impurităților, separarea argintului), în a doua jumătate a mileniului II î.Hr. În secolele al XIII-lea și al XIV-lea, ei au învățat să folosească acidul azotic pentru a separa aurul și argintul. Și în secolul al XIX-lea s-a dezvoltat procesul de amalgamare (deși era cunoscut în cele mai vechi timpuri, nu există dovezi că ar fi fost folosit pentru extragerea aurului din nisipuri și minereuri).

Argintul a fost extras din galena, împreună cu plumb. Apoi, secole mai târziu, au început să fie topite împreună (în jurul mileniului III î.Hr. în Asia Mică), iar acest lucru s-a răspândit încă 1500-2000 de ani mai târziu.

În jurul anului 640 î.Hr e. a început să bată monede în Asia Mică și în jurul anului 575 î.Hr. e. - la Atena. De fapt, acesta este începutul producției de ștanțare.

Pe vremuri, staniul era topit în cuptoare cu arbore simplu, după care era purificat prin procedee oxidative speciale. Acum în metalurgie, staniul se obține prin prelucrarea minereurilor după scheme integrate complexe.

Ei bine, mercurul a fost produs prin prăjirea minereului în grămezi, timp în care s-a condensat pe obiecte reci. Apoi au apărut vase ceramice (retorte), care au fost înlocuite cu cele de fier. Și odată cu cererea tot mai mare de mercur, au început să-l producă în cuptoare speciale.

Fierul era cunoscut în China încă din 2357 î.Hr. e., iar în Egipt - în 2800 î.Hr. e., deși în 1600 î.Hr. e. fierul era privit ca pe o curiozitate. Epoca fierului în Europa a început aproximativ în anul 1000 î.Hr. e., când arta topirii fierului a pătruns în statele mediteraneene de la sciţii din regiunea Mării Negre.

Utilizarea fierului a început mult mai devreme decât producția sa. Uneori s-au găsit bucăți de metal negru-cenusiu care, atunci când sunt forjate într-un pumnal sau un vârf de lance, produceau o armă mai puternică și mai ductilă decât bronzul și țineau o muchie ascuțită mai lungă. Dificultatea a fost că acest metal a fost găsit doar întâmplător. Acum putem spune că a fost fier meteorit. Deoarece meteoriții de fier sunt un aliaj fier-nichel, se poate presupune că calitatea pumnalelor unice individuale, de exemplu, ar putea concura cu bunurile de consum moderne. Cu toate acestea, aceeași unicitate a dus la faptul că astfel de arme au ajuns nu pe câmpul de luptă, ci în vistieria următorului conducător.

Uneltele de fier au extins decisiv capacitățile practice ale omului. A devenit posibil, de exemplu, să se construiască case tăiate din bușteni - la urma urmei, un topor de fier a doborât un copac nu de trei ori mai repede decât unul de cupru, dar de 10 ori mai repede decât unul de piatră. Construcția din piatră tăiată a devenit, de asemenea, răspândită. Desigur, a fost folosit și în epoca bronzului, dar consumul mare de relativ moale și metal scump limitate puternic astfel de experimente. Oportunitățile pentru fermieri s-au extins, de asemenea, semnificativ.

Popoarele din Anatolia au fost primele care au învățat cum să prelucreze fierul. Tradiția greacă antică a considerat că poporul Khalib este descoperitorul fierului, pentru care expresia stabilă „părintele fierului” a fost folosită în literatură, iar chiar numele poporului provine tocmai din cuvântul grecesc Χ?λυβας („fier” ).

„Revoluția de fier” a început la începutul mileniului I î.Hr. e. în Asiria. Din secolul al VIII-lea î.Hr. Fierul forjat a început rapid să se răspândească în Europa în secolul al III-lea î.Hr. e. a înlocuit bronzul în Galia, a apărut în Germania în secolul al II-lea d.Hr., iar în secolul al VI-lea d.Hr. era deja folosit pe scară largă în Scandinavia și printre triburile care trăiau pe teritoriul viitoarei Rus'. În Japonia, epoca fierului nu a început decât în ​​secolul al VIII-lea d.Hr.

La început, s-au obținut doar cantități mici de fier, iar timp de câteva secole a costat uneori de patruzeci de ori mai mult decât argintul. Comerțul cu fier a restabilit prosperitatea Asiriei. S-a deschis calea pentru noi cuceriri (Figura 9).

Figura 9 - Cuptor pentru topirea fierului la vechii perși

Metalurgiștii au putut să vadă fierul lichid abia în secolul al XIX-lea, însă, chiar și în zorii metalurgiei fierului - la începutul mileniului I î.Hr. - meșterii indieni au reușit să rezolve problema producerii oțelului elastic fără a topi fierul. Acest oțel a fost numit oțel damasc, dar din cauza complexității producției și a lipsei materialele necesareÎn cea mai mare parte a lumii, acest oțel a rămas mult timp un secret indian.

O modalitate mai avansată din punct de vedere tehnologic de a produce oțel elastic, care nu necesita minereu deosebit de pur, grafit sau cuptoare speciale, a fost găsită în China în secolul al II-lea d.Hr. Oțelul a fost forjat de multe ori, cu fiecare forjare piesa de prelucrat a fost pliată în jumătate, rezultând un material excelent pentru armă numit Damasc, din care, în special, au fost făcute celebrele katane japoneze.

După cum sa indicat în capitolul anterior, meșteșugurile individuale din cupru (în principal bijuterii) au apărut foarte devreme. În prezent, arheologia nu poate indica cu exactitate unde au fost topite minereurile pentru prima dată sau unde a fost obținut pentru prima dată bronzul, un aliaj de cupru cu alte metale. După toate probabilitățile, oamenii au folosit mai întâi cuprul de origine nativă, care a fost prelucrat ca un tip special de piatră care avea proprietăți ductile. Dar când au descoperit că bucăți de minereu de cupru au început să se topească atunci când sunt încălzite puternic, iar când s-au răcit au devenit din nou solide, a fost descoperit procesul de topire a metalelor. Noua proprietate a cuprului a început să fie folosită pentru a crea unelte cu o formă preconcepută, adică a fost inventat procesul de turnătorie.

Odată cu dezvoltarea topirii cuprului, interesul pentru acesta a crescut ca material nou pentru fabricarea de unelte și nu doar bijuterii. Cu toate acestea, cuprul nativ se găsește rar pe suprafața pământului. În mileniul V î.Hr. e. a început să dezvolte minereuri de cupru oxidate, ale căror vene au ieșit la suprafață. Dezvoltarea minereurilor sulfurate datează de o perioadă ulterioară. Lucrările au fost crăpături înguste care s-au format ca urmare a săpăturii filoanelor purtătoare de minereu. Dacă un miner ar întâlni o lentilă puternică de minereu, golul s-ar transforma într-o cavitate la locul minei. În mileniul al IV-lea î.Hr. e. a început să treacă la dezvoltarea zăcămintelor subterane. În Peninsula Balcanică, de exemplu, lucrările miniere au atins o adâncime de 27 m. Pentru a rupe bucăți de minereu, a fost necesar să se încălzească mai întâi roca și apoi să se toarne apă pe ea. Au rezultat crăpături în care au fost introduse pene de lemn înmuiate în apă. Când pene de lemn s-au umflat, au rupt minereurile în bucăți. În Peninsula Balcanică, s-au descoperit pene înfundate din coarne de cerb. Se crede că minerii le foloseau pentru a extrage minereul de cupru din vene.

Procesul de îmbogățire cu minereu a avut loc în apropierea minelor. La început, era cunoscută metoda de ameliorare uscată: minereul extras era separat de roca sterilă și zdrobit cu ciocane de piatră. Mai târziu au început să se folosească metoda umedăîmbogăţire. Minereul zdrobit era pus în tăvi de lemn cu apă. Ca urmare, tăvile s-au scuturat, bucățile mai grele de minereu s-au așezat în partea de jos, iar roca sterilă mai ușoară a plutit în sus. A fost greblat, iar bucăți de minereu de cupru au rămas în tavă. Minereurile sulfurate de cupru au fost arse mult timp în incendii înainte de topire.

De asemenea, minereul era topit lângă mine în cuptoare speciale de lut. Pentru a obține o temperatură mai mare în cuptor, oamenii suflau aer prin tuburile de suflare. În mileniul III î.Hr. e. S-au inventat suflantele din piele. Lingourile de metal topite din minereuri de cupru au servit ca obiect de schimb; De regulă, metalurgiștii nu s-au angajat în bijuterii și fierărie.

În mileniul V î.Hr. e. oamenii au făcut cunoştinţă cu alte metale neferoase: argint şi aurul.

Primul aliaj, după cum sugerează cercetătorii, a fost billon - un aliaj de cupru și argint. Din aceasta în sudul Turkmenistanului la începutul mileniului 5-4 î.Hr. e. au falsificat bijuterii (ace). Aliajul de cupru și arsenic a devenit cunoscut în mileniul IV î.Hr. e. Aliajele de arsen apar în Transcaucazia cu o mie de ani mai devreme decât bronzurile cu staniu din Europa de Vest. Din mileniul III î.Hr e. În țările din Orientul Antic, bronzul a fost obținut mai des dintr-un aliaj de cupru cu proporții diferite de staniu. În comparație cu cuprul, aliajele de bronz se disting prin fuzibilitate scăzută, calități ridicate de turnare și rezistență mare. În funcție de scopul turnării, s-a adăugat metalului de la 1-2% la 8-10% staniu. Cu cât s-a adăugat mai multă staniu, cu atât produsul era mai fragil.

Dacă minereul era topit în imediata apropiere a site-urilor miniere, atunci în așezări erau turnate produse din cupru și bronz. Pentru a obține un aliaj de bronz, cuprul și staniul sau cuprul și arsenul, luate în anumite proporții, se puneau în creuzete de lut, care se puneau într-un cuptor. Metalul topit din creuzete a fost turnat în forme din nisip, piatră și lemn. În primul rând, s-au folosit forme de batran deschis și apoi închis. Arme, unelte și diverse unelte au fost turnate în matrițe. Lucrările de artă și bijuteriile au fost turnate folosind un model de ceară. Modelul a fost sculptat din ceară, pe care s-a aplicat în straturi argilă măcinată fin până când peretele de lut a devenit puternic. Au fost lăsate găuri speciale în matrița de lut pentru a topi ceara și pentru a turna aliajul de bronz înăuntru. După răcire, pentru a îndepărta obiectul, lutul a fost spart, iar pentru a obține o nouă turnare, întregul proces a trebuit să fie repetat din nou. Produsele turnate dintr-un model de ceară au valoare artistică.

Minereurile de metale neferoase erau slab accesibile pentru dezvoltare; Depozitele de staniu - principala materie primă pentru aliajele de bronz - erau cunoscute în antichitate la scară destul de limitată. Metalul a trebuit să fie transportat de la locul de extracție a minereului pe distanțe foarte mari. Toate acestea au împiedicat introducerea pe scară largă a metalelor neferoase în producție. Potrivit lui F. Engels, „...bronzul a furnizat unelte și arme adecvate, dar nu a putut înlocui uneltele de piatră; numai fierul putea face asta și ei încă nu știau să mine fierul” (Marx K., Engels F. Soch., vol. 21, p. 161).

Proprietățile speciale ale noului material au fost stăpânite rapid, au fost create unelte și arme mai productive, care nu au putut decât să afecteze dezvoltarea agriculturii și meșteșugurilor.

La fel ca aurul și argintul, cuprul se găsește uneori în scoarța terestră sub formă de pepite. Poate că primele unelte metalice au fost făcute din ele în urmă cu aproximativ 10 mii de ani. Răspândirea cuprului a fost facilitată de proprietățile sale, cum ar fi capacitatea sa de a fi forjat la rece și ușurința de topire din minereuri bogate. În Cipru, deja în mileniul al III-lea î.Hr. existau mine de cupru și s-a efectuat topirea cuprului. De aici provine numele latin al cuprului – cuprum. Minele de cupru au apărut pe teritoriul Rusiei la două milenii î.Hr. e. Rămășițele lor se găsesc în Urali, Caucaz și Siberia. În scrierile istoricului grec antic Strabon, cuprul este numit chalkos, de la numele orașului Chalkis. Mulți termeni din geochimie și mineralogie provin din acest cuvânt, de exemplu, elemente calcofile, calcopirită. Cuvântul rusesc cupru se găsește în cele mai vechi monumente literare și nu are o etimologie clară. Unii cercetători referă originea termenului la numele vechiului stat Media, situat pe teritoriul Iranului modern.

Substanța simplă cuprul este un metal ductil de culoare auriu-roz. În Tabelul Periodic ocupă celula numărul 29 (simbol Cu) cu o masă atomică de 63,55 amu.


Cristal de calcopirită 4x5x4 cm.Mina Nikolaevsky, Primorsky Krai.

Potrivit datelor pentru 2016, liderul mondial în rezervele de cupru este Chile cu o pondere de 34%, locurile doi și trei sunt împărțite de SUA și Peru - 9% fiecare, locul patru este Australia - 6%, locul cinci este Rusia cu o pondere de 5%. Alte țări mai puțin de 5%.


Rezerve de minereu de cupru pentru 2016

Cea mai mare țară producătoare de cupru este Chile. Pe teritoriul său se află cel mai mare zăcământ de cupru din lume, Chuquicamata (în spaniolă: Chuquicamata), unde minereul de cupru a fost extras prin exploatare în cariera deschisă din 1915. Cariera este situată în Anzi centrali la o altitudine de 2840 m și este în prezent cea mai mare carieră din lume: lungime - 4,3 km, lățime - 3 km, adâncime - 850 m.


Cariera Chuquicamata, Chile.

Cuprul este utilizat pe scară largă în inginerie electrică pentru fabricarea cablurilor de putere și a altor cabluri, fire și alți conductori. În 2011, costul cuprului a fost de aproximativ 9.000 USD pe tonă. Din cauza crizei economice globale, prețul majorității tipurilor de materii prime a scăzut, iar costul unei tone de cupru în 2016 nu a depășit 4.700 de dolari.

17

la Favorite la Favorite din Favorite 7

Timp de multe mii de ani, produsele din piatră au fost principalele instrumente folosite de om. Meșterii care prelucrau piatra, ca un sculptor, au deslușit o nouă calitate în ea și, tăind excesul, au produs obiectul necesar. Cu toate acestea, omul antic, în esență, a reprodus doar procese naturale, distrugând roci.

Proiectarea produselor, care a fost stăpânită de-a lungul mai multor mii de ani, a necesitat dezvoltarea gândirii spațiale și dezvoltarea unor abilități fundamental noi în fabricarea de unelte compozite realizate din mai multe părți și elemente de legătură. Dar și în acest caz, maestrul avea în fața ochilor materialul sursă de origine naturală. Chiar și în procesul de stăpânire a producției de ceramică, procesele naturale de ardere a argilei în flacăra unui foc au fost imitate. Realizarea produselor din minereu de metal este o tehnologie revoluționară, o tehnologie care nu putea fi „văzută” în natură! Aceasta este prima tehnologie complet artificială din istoria civilizației. Cum a învățat omul să obțină și să prelucreze metale? Să ne uităm la o versiune modernă a acestui proces uimitor.

Ce au în comun cojile de homar și „superoțelul” viitorului apropiat? Oamenii de știință au descoperit că baza chitinoasă a cochiliei, constând din carbon, hidrogen și azot, este structura de fagure realizat din cristale polimerice cu dimensiuni de ordinul unui nanometru, al căror spațiu liber este umplut cu proteine. Acest lucru permite materialului să plutească simultan în apă și să aibă o rezistență mai mare decât cea a multor tipuri de oțel special. Rămâne să studiem și să aplici tehnologia naturală în practică. Deci, analiza proceselor și structurilor naturale este cheia succesului tehnologii inovatoare secolul XXI. Cu toate acestea, omul a învățat să mânuiască această cheie în cele mai vechi timpuri, iar dezvoltarea tehnologiilor metalurgice este un exemplu clar în acest sens.

Metale native

Civilizația neolitică a fost precedată de o formare îndelungată și o dezvoltare lentă a uneltelor și uneltelor folosite de om. Istoria societății umane primitive a fost indisolubil legată de piatră. Cele mai primitive produse din piatră erau pietricele obișnuite de râu, ciobite pe o margine. Vârsta celor mai vechi unelte de piatră datează de o perioadă de aproximativ 2,5 milioane de ani. Cel mai important eveniment a început dezvoltarea uneltelor de silex.

Forma unor astfel de produse fundamentale pentru progresul tehnic, cum ar fi toporul, secera, cuțitul și ciocanul, a fost găsită pentru prima dată și întruchipată în silex. Utilizarea metalelor native a început cel mai probabil în epoca mezolitică (Epoca de Piatră de Mijloc), adică. cu câteva zeci de mii de ani în urmă. În această perioadă, priceperea de a căuta, de a extrage pietre și de a face din ele nu numai unelte, ci și bijuterii pentru omul primitiv devenise obișnuită și s-a transformat într-un fel de industrie.

În procesul de căutare a pietrelor potrivite pentru realizarea de noi produse, omul a acordat atenție primelor pepite de metale, aparent cuprului, care sunt mult mai comune în natură decât pepitele de metale nobile - aur, argint, platină. Cupru nativ (teluric, din cuvântul latin „tellus” - pământ) se găsește și astăzi în multe regiuni ale lumii: în Asia Mică, Indochina, Altai și America. Pepite de cupru care cântăresc câteva kilograme mai pot fi găsite. Cea mai mare apariție a cuprului nativ este considerată a fi un filon solid de cupru descoperit în Peninsula Kyusinaw (Lacul Superior, SUA). Masa sa este estimată la aproximativ 500 de tone.

Nu numai metalele nobile pot fi prezente sub formă nativă în condiții pământești. Se știe că pepitele de fier, mercur și plumb se găsesc în natură și mult mai rar - pepite de metale și aliaje precum zinc, aluminiu, alamă și fontă. Se găsesc sub formă de frunze mici și solzi înfipți în roci, cel mai adesea bazalt. În secolul al XX-lea, fierul nativ a fost găsit, de exemplu, pe insula Disko, lângă coasta Groenlandei, în Germania (lângă orașul Kassel), în Franța (departamentul Auvergne), în SUA (Connecticut). Conține întotdeauna o cantitate semnificativă de nichel, amestecuri de cobalt, cupru și platină (de la 0,1 la 0,5% din greutatea fiecărui element) și, de regulă, este foarte sărac în carbon. Descoperirile de fontă nativă sunt cunoscute, de exemplu, pe Insulele Russky (la data de Orientul îndepărtat) și Borneo, precum și în Golful Avaria (Noua Zeelandă), unde aliajul nativ a fost reprezentat de cohenit - carbură de fier-nichel-cobalt (Fe, Ni, Co)3C.

Observarea schimbării formei pepitelor sub loviturile pietrelor dure a dat unei persoane ideea de a le folosi pentru a face bijuterii mici prin forjare la rece. Forjarea este cea mai veche metodă de formare a metalelor. Stăpânirea metodei de prelucrare a metalului nativ prin forjare s-a bazat pe abilitățile și experiența de a face unelte de piatră prin „tapițarea” pietrei cu un ciocan de piatră. Cuprul nativ, pe care oamenii primitivi l-au considerat la început un tip de piatră, atunci când a fost lovit de un ciocan de piatră nu a produs așchiile de piatră caracteristice, ci și-a schimbat dimensiunea și forma fără a perturba continuitatea materialului. Această proprietate tehnologică remarcabilă a „pietrei noi” a devenit un stimulent puternic pentru căutarea și extracția metalului nativ și utilizarea acestuia de către oameni. În plus, s-a observat că forjarea crește duritatea și rezistența metalului.

La început, bucăți obișnuite de piatră tare au fost folosite ca ciocan. Meșterul primitiv, ținând o piatră în mână, a lovit cu ea o bucată de nativ, iar mai târziu metal a topit din minereu. Evoluția acestei cele mai simple metode de forjare a dus la crearea unui prototip de ciocan de forjare echipat cu mâner. Cu toate acestea, prelucrarea metalelor prin forjare la rece a avut posibilități limitate. În acest fel, a fost posibil să se dea formă doar obiectelor mici - un ac, un cârlig, un vârf de săgeată, o punte. Mai târziu, tehnologia de forjare a pepitelor de cupru cu preîncălzire - recoacere - a fost stăpânită.

Mari oportunități pentru dezvoltarea primelor tehnologii de prelucrare a metalelor au fost oferite de pepitele de aur, un metal mult mai ductil decât cuprul. Aurul a jucat un rol remarcabil în dezvoltarea mineritului producția metalurgică civilizaţie. Primele zăcăminte de aur dezvoltate de om au fost zăcăminte aluviale. Pepite de aur au fost găsite într-o masă de nisipuri aluvionare și pietrișuri, care au fost produse ale distrugerii rocilor purtătoare de aur care au fost expuse curgerii râului de mult timp. Aparent, cele mai vechi bijuterii din aur erau pepite prelucrate în margele prin forjare la rece. Aceste margele lustruite arătau ca niște pietre colorate înșirate împreună în diverse combinații.

La extragerea aurului din filoane s-au creat tehnologii care apoi au fost folosite pentru a dezvolta zăcăminte de alte metale antice. Aurul a fost primul metal din care au învățat să turneze produse, să producă sârmă și folie, aurul a fost mai întâi supus rafinării. În esență, toate tehnologiile metalurgice utilizate în epoca lumii antice pentru argint, cupru, plumb și staniu au fost dezvoltate inițial folosind aur.

Cu toate acestea, baza civilizației până în mileniul III î.Hr. e. a mai rămas o piatră. O trăsătură caracteristică Tehnologia neoliticului timpuriu a fost trecerea la unelte mari de piatră. Aspectul lor este asociat cu dezvoltarea de noi metode tehnologice de prelucrare a pietrei - găurire, tăiere, șlefuire. Au fost inventate unelte compozite („căptușeală”), în care materialul de piatră era folosit doar pentru partea de lucru, iar mânerele erau din lemn, corn sau os. Treptat, repararea armelor a început să se dezvolte - corectarea lor pe măsură ce partea de lucru se uza. Au apărut operațiuni miniere în care focul a fost folosit pentru a distruge pietre. O realizare tehnică uimitoare a oamenilor din Neolitic este extragerea silexului în mine cu un puț vertical de până la 10 m adâncime și derive scurte. Astfel, la începutul revoluției neolitice, oamenii aveau o varietate de cunoștințe despre substanțele și materialele naturale și despre metodele de prelucrare a acestora.

Tehnologii termice ale neoliticului

Cea mai importantă trăsătură distinctivă a unei economii productive neolitice este crearea unui aprovizionare cu alimente. Când se rezolvă problema confecționării vaselor pentru depozitarea acesteia, produsele ceramice sunt inventate și se dezvoltă treptat tehnologii termice. Primele produse ceramice au fost coșuri din crenguțe, acoperite cu lut și arse pe foc. Apoi au fost create cuptoare speciale - forje.


Cuptor neolitic adaptat pentru explozie naturală

Reconstrucțiile moderne reproduc metoda neolitică de ardere produse ceramiceîn felul următor. Forja a fost construită pe un mal abrupt al râului, în interiorul zidurilor râpelor sau dealurilor, și era formată din două ramuri. Manșonul orizontal a servit drept focar, iar manșonul vertical a fost umplut cu oale. Când forja a fost umplută cu oale pre-uscate, partea superioară a fost umplută cu resturi de ghivece și s-a construit un foc mic din lemn umed. Un astfel de foc a fost menținut până când a încetat separarea vaporilor, după care focul a fost intensificat la căldură roșie. Oalele au fost ținute în acest foc cel puțin 6 ore, apoi partea superioară a cuptorului a fost acoperită cu nisip, focarul a fost acoperit cu lut și unitatea a fost lăsată în această stare câteva zile. După aceasta, s-a făcut o gaură în focar și s-a mărit treptat. În cele din urmă, au deschis partea de sus a forjei și au scos vasele terminate. Astfel de cuptoare antice pentru arderea ceramicii au fost descoperite în Mesopotamia, Africa de Nord, Europa de Est. Temperatura de încălzire a produselor din ele a ajuns la 1100 °C.

Pentru a stăpâni tehnologia metalurgică pentru extragerea metalului din minereu, care necesită temperaturi ridicate fiabile, a fost nevoie de un cuptor cu explozie artificială. Pentru prima dată, astfel de cuptoare au fost create pentru producția de ceramică. Astfel, oamenii s-au familiarizat cu minereu de metal în timpul arderii vaselor de lut. A existat un proces de recuperare a metalelor din substanțele aplicate pe pereții ceramicii pentru colorarea acestora. Se știe că carbonații de cupru - malachit și lapislazuli, sulfura de mercur - cinabru, ocru de fier galben, roșu și maro sunt vopsele minerale strălucitoare, iar aplicarea unor modele colorate pe produsele ceramice este una dintre cele mai vechi forme de artă.


Procesul de dezvoltare treptată a noilor metale și materiale de către civilizație

Primul metal stăpânit de om a fost cuprul. Se pare că asta s-a întâmplat acum aproximativ 10 mii de ani. Cele mai vechi produse realizate din minereu de cupru sunt considerate în prezent a fi știfturi, pungi, burghie, margele, inele și pandantive găsite în așezările Çayonü Tepesi și Çatal Höyük, care sunt situate pe platoul Konya din Turcia. Aceste descoperiri datează din mileniul VIII-7 î.Hr. e.

Începutul erei metalului

Adevărata eră a metalelor a început în Eurasia în mileniul V î.Hr. e. Se caracterizează prin rarități descoperite în nordul Peninsulei Balcanice și în regiunea Carpaților. În arheologie, aceste teritorii sunt de obicei clasificate drept cea mai importantă provincie metalurgică balcanico-carpatică din epoca cuprului-piatră.

La începutul anilor 70 ai secolului trecut, acolo au fost descoperite monumente incredibil de bogate și expresive: necropola „de aur” din Varna și uriașa mină Aibunar, unde, conform calculelor, au fost extrase cel puțin 30 de mii de tone de minereu de cupru. În mormintele din Varna au fost găsite peste 3 mii de articole din aur și aproximativ 100 de cupru. Atentie speciala Sunt atrași de bijuteriile din aur și de obiectele decorate cu ornamente complexe, dar uneltele, uneltele și armele masive din cupru prezintă un interes nu mai puțin pentru specialiști.

Aurul și cuprul provinciei metalurgice balcanico-carpatice au pus o problemă neașteptată pentru cercetătorii metalului antic: spre ce au vizat eforturile generale ale acestei producții metalurgice? Pentru turnarea și forjarea uneltelor metalice pentru a crește productivitatea, așa cum se învață în cele mai cunoscute manuale, sau pentru altceva? Calculele arheologilor au arătat că încă de la primii pași ai producției miniere și metalurgice, ponderea covârșitoare a energiei sale a fost îndreptată spre crearea acelor produse care au servit sferelor simbolice ale vieții publice - decorațiuni, atribute ale puterii și obiecte rituale. Piesa gigantică de metal a servit ca un fel de dovadă a semnificației sociale a morților. Astfel, timp de câteva milenii, metalele au îndeplinit în primul rând o funcție socială, mai degrabă decât productivă.

În mileniul V î.Hr. e. În majoritatea părților Eurasiei, minereurile de cupru oxidate au fost extrase în mod activ, ale căror vene au ajuns la suprafață. Lucrari miniere Erau fisuri înguste care s-au format ca urmare a săpăturii filoanelor purtătoare de minereu. Dacă un miner ar întâlni o lentilă puternică de minereu, golul s-ar transforma într-o cavitate la locul minei. Cele mai vechi mine de cupru au fost descoperite în Mesopotamia, Spania și Peninsula Balcanică. În antichitate, insula Cipru a devenit unul dintre cele mai mari zăcăminte de cupru; de la numele său latin târziu „cuprum” a fost derivat numele modern pentru cuprul ca element chimic. Numele rusesc pentru metal provine de la cuvântul slav antic „smida”, care însemna metal în general. Să remarcăm că termenul „Smida” datează din acele vremuri străvechi, când strămoșii slavilor și germanilor erau încă un singur popor indo-arian. Ulterior, în limbile germanice, termenul „smida” a început să fie folosit pentru a desemna o persoană care lucrează cu metal și a fost fixat sub forma „fierar” (engleză) sau „schmidt” (germană) - „fierar”.

Dezvoltarea zăcămintelor subterane de minereu s-a dezvoltat în mileniul IV î.Hr. e. Adâncimea lucrărilor miniere a ajuns la 30 m sau mai mult. Focul, apa și pene de lemn au fost folosite pentru a zdrobi stânca. S-a aprins un foc în apropierea zonei de exploatare, roca a fost încălzită, apoi s-a răcit rapid, turnând multă apă. În crăpăturile rezultate au fost introduse pene de lemn, care au fost, de asemenea, udate cu apă. Umflat, pene despicate stâncă. Fragmentele de rocă de minereu au fost din nou încălzite în flacăra unui foc, răcite puternic și zdrobite cu ciocane și ciocane direct în mine. Minereul zdrobit era scos din mine în saci de piele sau coșuri de răchită. Apoi a fost bătută în mortare mari de piatră până când a fost de mărimea unui bob de mazăre. Metalurgiștii antici foloseau cărbunele, lemnul dens și oasele ca combustibil pentru topirea metalului.

Cea mai veche metodă de prelucrare a minereului de cupru este topirea în creuzet: minereul a fost amestecat cu combustibil și așezat în creuzete din lut amestecat cu cenușă de os. Dimensiunile creuzetelor au fost mici, înălțimea lor a fost de 12–15 cm, iar în capac au fost prevăzute găuri pentru eliberarea gazelor. În vetrele de ceramică neolitice descrise mai sus, temperaturile (până la 1100 °C) au fost atinse suficiente pentru a produce cupru care conține până la 2% în greutate. impurități naturale de arsenic, nichel, antimoniu. Ulterior, au început să fie instalate cuptoare cu groapă pentru topirea cuprului. În acest caz, un creuzet de lut cu minereu și cărbune a fost plasat într-o groapă puțin adâncă, cu un strat de cărbune. De o importanță deosebită a fost alegerea locului de topire, care trebuia să asigure un flux intens de aer în unitate pentru a avânta focul și a atinge temperatura necesară.

Cantitatea de cupru produsă în creuzete a fost mică și se ridica de obicei la câteva zeci de grame, așa că s-au trecut treptat la producerea de cupru în gropi direct din minereu. Pentru a face acest lucru, minereul de cupru amestecat cu cărbune a fost plasat în gropi de până la 30 cm adâncime, al căror fund era căptușit cu pietre. Mai mult s-a turnat puțin cărbune peste stratul de încărcare, iar deasupra au fost așezate ramuri de copaci și o cantitate mică de pământ pentru a nu împiedica fluxul de aer în interiorul grămezii. Ei au încercat să localizeze locul de topire pe versanții dealurilor pentru a profita de mișcarea naturală a aerului. Aceasta a fost prima unitate metalurgică „industrială”.

La terminarea topirii, combustibilul nears a fost îndepărtat, iar metalul rezultat a fost zdrobit în bucăți convenabile pentru utilizare. Acest lucru a fost făcut imediat după ce metalul s-a întărit, deoarece în această etapă cuprul este deosebit de fragil și poate fi ușor spart în bucăți cu un ciocan. Pentru a da cuprului brut un aspect comercial, acesta a fost supus forjării la rece. S-a descoperit foarte devreme că cuprul este un metal moale și maleabil, ușor de compactat și eliberat de incluziuni aspre cu cel mai simplu tratament mecanic.

Cu multe avantaje, cuprul, chiar și aliat natural, avea un dezavantaj foarte semnificativ: uneltele din cupru au devenit rapid tocite. Rezistența la uzură și alte proprietăți ale cuprului nu au fost atât de mari încât uneltele și uneltele din cupru le puteau înlocui complet pe cele din piatră. Prin urmare, în timpul Epocii Cupru-Piatră (mileniul IV î.Hr.), piatra a concurat cu succes cu cuprul, ceea ce se reflectă în numele epocii. Pasul decisiv în trecerea de la piatră la metal a fost făcut după inventarea bronzului.

După cum știți, principalul material din care oamenii primitivi făceau unelte era piatra. Nu degeaba sutele de mii de ani care au trecut între apariția omului pe pământ și apariția primelor civilizații se numesc Epoca de Piatră. Dar în 5-6 milenii î.Hr. e. oamenii au descoperit metalul.

Cel mai probabil, la început oamenii tratau metalul în același mod ca piatra. A găsit, de exemplu, pepite de cupru și a încercat să le prelucreze exact în același mod ca piatra, adică prin tăiere, măcinare, presare fulgi etc. Dar diferența dintre piatră și cupru a devenit foarte repede clară. Poate că, inițial, oamenii au decis că nuggetele de metal nu vor fi de nici un folos, mai ales că cuprul era destul de moale, iar uneltele care erau făcute din el au eșuat rapid. Cui i-a venit ideea de a topi cuprul? Acum nu vom ști niciodată răspunsul la această întrebare. Cel mai probabil, totul s-a întâmplat întâmplător. Un om frustrat a aruncat în foc o pietricică, care părea nepotrivită pentru a face un topor sau un vârf de săgeată, apoi a observat cu surprindere că pietricica s-a extins într-o băltoacă strălucitoare, iar după ce focul a ars, a înghețat. Apoi a fost nevoie doar de puțină gândire - și ideea de topire a fost descoperită. Pe teritoriul Serbiei moderne a fost găsită un topor de cupru, creat cu 5.500 de ani înainte de nașterea lui Hristos.

Adevărat, cuprul, desigur, era inferior în multe caracteristici chiar și pietrei. După cum am menționat mai sus, cuprul este un metal prea moale. Principalul său avantaj a fost fuzibilitatea, care a făcut posibilă realizarea unei varietăți mari de obiecte din cupru, dar în ceea ce privește rezistența și claritatea a lăsat de dorit. Desigur, înainte de descoperirea, de exemplu, a oțelului Zlatoust (articolul „Oțel damasc rusesc din Zlatoust”), mai trebuiau să treacă câteva milenii. Până la urmă, tehnologiile au fost create treptat, la început - cu pași incerti, timizi, prin încercări și nenumărate erori. Cuprul a fost înlocuit curând cu bronz, un aliaj de cupru și staniu. Adevărat, staniul, spre deosebire de cupru, nu se găsește peste tot. Nu degeaba, în antichitate, Marea Britanie a fost numită „Insulele de staniu” - multe popoare au trimis acolo expediții comerciale pentru cositor.

Cuprul și bronzul au devenit baza civilizației grecești antice. În Iliada și Odiseea citim constant că grecii și troienii erau îmbrăcați în armuri de cupru și bronz și foloseau arme de bronz. Da, în antichitate, metalurgia a servit în mare parte armata. Adesea au ara pământul la modă veche, cu un plug de lemn și, de exemplu, scurgerile puteau fi făcute din lemn sau lut, dar soldații mergeau pe câmpul de luptă cu armuri puternice de metal. Cu toate acestea, bronzul ca material pentru arme avea un dezavantaj serios: era prea greu. Prin urmare, de-a lungul timpului, omul a învățat să topească și să prelucreze oțelul.

Fierul era cunoscut în vremurile când epoca bronzului avea loc pe Pământ. Totuși, fierul brut, obținut ca urmare a prelucrării la temperatură scăzută, era prea moale. Fierul de meteorit era mai popular, dar era foarte rar și putea fi găsit doar întâmplător. Cu toate acestea, armele din fier meteoriți erau scumpe și era foarte prestigios să le ai. Egiptenii numeau pumnalele forjate din meteoriți căzuți din cer cerești.

Este general acceptat că prelucrarea fierului s-a răspândit printre hitiții care trăiau în Orientul Mijlociu. Ei sunt cei din jurul anului 1200 î.Hr. e. a învățat cum să topească oțel adevărat. Pentru o vreme, puterile din Orientul Mijlociu au devenit incredibil de puternice, hitiții au provocat Roma însăși, iar filistenii, menționați în Biblie, au controlat teritorii vaste în Peninsula Arabă modernă. Dar în curând avantajul lor tehnologic a dispărut, deoarece tehnologia de topire a oțelului, după cum sa dovedit, nu a fost atât de dificil de împrumutat. Problema principală a fost crearea de forje în care se putea ajunge la temperatura la care fierul se transforma în oțel. Când popoarele din jur au învățat să construiască astfel de cuptoare de topire, producția de oțel a început literalmente în toată Europa. Bineînțeles, multe depind de materii prime. La urma urmei, oamenii au învățat doar relativ recent să îmbogățească materiile prime cu substanțe suplimentare care conferă noi proprietăți oțelului. De exemplu, romanii i-au batjocorit pe celți pentru că multe triburi celtice aveau oțel atât de sărac încât săbiile lor s-ar îndoi în luptă, iar războinicii ar trebui să alerge în rândul din spate pentru a îndrepta lama. Dar romanii admirau produsele armerilor din India. Și unele triburi celtice aveau oțel care nu era inferior celebrului Damasc. (Articol " oțel damasc: mituri și realitate")

Dar, în orice caz, omenirea a intrat în epoca fierului și nu a mai putut fi oprită. Chiar și cea mai largă răspândire a materialelor plastice care a avut loc în secolul al XX-lea nu a putut înlocui metalul din majoritatea sferelor activității umane.

 

Ar putea fi util să citiți: