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

„Șapte metale au creat lumină în funcție de numărul celor șapte planete” - în aceste simple rime a fost încheiat unul dintre cele mai importante postulate ale alchimiei medievale. În Antichitate și în Evul Mediu, doar șapte metale erau cunoscute și la fel de multe corpuri cerești (Soarele, Luna și cinci planete, fără a număra Pământul). Conform luminilor de atunci ale științei, numai nebunii și ignoramele nu puteau vedea în aceasta cea mai profundă regularitate filosofică. O teorie alchimică armonioasă spunea că aurul este reprezentat în ceruri de Soare, argintul este o Lună tipică, cupru este, fără îndoială, legat de Venus, fierul este reprezentat de Marte, mercurul corespunde Mercurului, stanul la Jupiter, duce la Saturn. Până în secolul al XVII-lea, metalele au fost desemnate în literatură prin simbolurile corespunzătoare.

Figura 1 - Semne alchimice ale metalelor și planetelor

În prezent, sunt cunoscute peste 80 de metale, majoritatea fiind utilizate în tehnologie.

Din 1814, la sugestia chimistului suedez Berzelius, au fost folosite semne de scrisoare pentru desemnarea metalelor.

Primul metal pe care omul a învățat să îl procese a fost aurul. Cele mai vechi lucruri din acest metal au fost făcute în Egipt în urmă cu aproximativ 8 mii de ani. În Europa, acum 6 mii de ani, tracii care locuiau pe teritoriul Dunării până la Nipru au fost primii care au făcut bijuterii și arme din aur și bronz.

Istoricii disting trei etape în dezvoltarea omenirii: epoca pietrei, bronzul și fierul.

În 3 mii î.Hr. oamenii au început să folosească pe scară largă metalele în activitățile lor de afaceri. Trecerea de la uneltele de piatră la cele metalice a avut o importanță deosebită în istoria omenirii. Poate că nicio altă descoperire nu a dus la schimbări sociale atât de importante.

Primul metal care a fost utilizat pe scară largă a fost cuprul (figura 2).

Figura 2 - Harta-diagrama distribuției teritorial-cronologice a metalelor în Eurasia și Africa de Nord

Harta arată clar locația celor mai vechi descoperiri de produse metalice. Aproape toate artefactele cunoscute referitoare la perioada de la sfârșitul secolului IX până la VI mileniu î.Hr. (adică, înainte ca o cultură precum Uruk să se răspândească pe scară largă în Mesopotamia), doar trei zeci de monumente împrăștiate pe un vast teritoriu de 1 milion km 2. Din aceasta s-au extras aproximativ 230 de probe mici, iar 2/3 dintre ele aparțin a două așezări ale neoliticului pre-ceramic - Chayonyu și Ashikli.

Căutând în permanență pietrele de care au nevoie, strămoșii noștri trebuie să fi gândit, deja în antichitate, să fi acordat atenție bucăților de cupru roșu-verzui sau gri-verzui. În stâncile de pe coaste și stânci au dat peste pirită de cupru, luciu de cupru și minereu de cupru roșu (cuprita). La început, oamenii le foloseau ca niște pietre obișnuite și le prelucrau într-un mod adecvat. Curând au descoperit că atunci când se tratează cupru cu un ciocan de piatră, duritatea acestuia crește semnificativ și devine adecvat pentru fabricarea de scule. Astfel, au fost utilizate metode de prelucrare a metalelor la rece sau de forjare primitivă.


Apoi a fost făcută o altă descoperire importantă - o bucată de cupru autohton sau rocă de suprafață care conține metal, căzând în focul unui foc, a descoperit noi caracteristici care nu sunt caracteristice pietrei: de la încălzirea puternică, metalul s-a topit și, răcirea, a dobândit o nouă formă. Dacă formularul a fost făcut artificial, atunci a fost obținut produsul necesar pentru o persoană. Stăpânii antici au folosit această proprietate a cuprului mai întâi pentru bijuteria de turnare, apoi pentru producerea de scule de cupru. Astfel s-a născut metalurgia. Topirea a început să se efectueze în cuptoare speciale cu temperaturi ridicate, ceea ce a reprezentat un design ușor modificat al cuptoarelor din ceramică bine cunoscute oamenilor (figura 3).

Figura 3 - Turnarea metalelor în Egiptul Antic (explozia este alimentată de blanuri obținute din piei de animale)

În Anatolia de Sud-Est, arheologii au descoperit o așezare foarte antică a neoliticului pre-ceramic Chayonu Tepesi (figura 4), care a fost lovit de complexitatea neașteptată a arhitecturii de piatră. Oamenii de știință au găsit printre ruine aproximativ o sută de bucăți mici de cupru, precum și multe fragmente dintr-un mineral de cupru - malachit, unele dintre ele fiind prelucrate sub formă de mărgele.

Figura 4 - Așezarea Chayonu Tepesi în Anatolia de Est: mileniul IX-VIII î.Hr. Cel mai vechi metal al planetei a fost descoperit aici.

În general, cuprul este un metal moale, care este mult mai inferior în duritate la piatră. Dar instrumentele din cupru ar putea 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 scule metalice a început să crească rapid.

Oamenii au început o adevărată „vânătoare” pentru minereul de cupru. S-a dovedit că nu se găsește peste tot. În acele locuri unde s-au găsit depozite bogate de cupru, a apărut dezvoltarea lor intensă, au apărut afacerile cu minereuri și mine. După cum arată descoperirile arheologilor, deja în antichitate procesul de exploatare a minereurilor a fost pus la punct pe scară largă. De exemplu, în apropiere de Salzburg, unde mineritul de cupru a început în jurul anului 1600 î.Hr., minele au ajuns la o adâncime de 100 m, iar lungimea totală a derivelor care se extindea de la fiecare mină a fost de câțiva kilometri.

Minerii antici trebuiau să rezolve toate problemele cu care se confruntă și minerii moderni: întărirea bolților, ventilația, iluminarea, urcarea muntelui de minereu minat. Reclamații au fost consolidate cu popi din lemn. Minereul miniat a fost topit în apropiere în pereți mici de lut cu pereți groși. În alte locuri au existat centre similare de metalurgie (figurile 5.6).

Figura 5 - Minele antice

Figura 6 - Instrumente ale minerilor antici

La sfârșitul a 3 mii î.Hr. stăpânii antici au început să folosească proprietățile aliajelor, dintre care primul a fost bronzul. Descoperirea bronzului oamenilor ar fi trebuit să fie determinată de un accident, inevitabil în producerea în masă a cuprului. Unele soiuri de minereuri de cupru conțin un amestec nesemnificativ (până la 2%) de staniu. Ucigând astfel de minereu, meșterii au observat că cuprul obținut din acesta este mult mai greu decât cel obișnuit. Minereul de staniu ar putea intra în topitori dintr-un alt motiv. Oricum ar fi, observațiile proprietăților minereurilor au dus la asimilarea valorii staniu, pe care au început să o adauge cupru, formând un aliaj artificial - bronzul. Când este încălzit cu staniu, cupru s-a topit mai bine și a fost mai ușor turnat, deoarece a devenit mai fluid. Instrumentele din bronz erau mai dure decât cuprul și erau ascuțite bine și ușor. Metalurgia bronzului a permis de câteva ori creșterea productivității muncii în toate sectoarele activității umane (figura 7).

Însăși producerea de unelte a fost mult simplificată: în loc de o muncă lungă și grea pentru a bate și a măcina piatra, oamenii au umplut formularul finalizat cu metal lichid și au primit rezultate la care predecesorii lor nici nu au visat. Tehnica de turnare a fost îmbunătățită treptat. În primul rând, turnarea s-a efectuat sub formă de argilă sau nisip deschis, care erau pur și simplu o depresiune. Au fost înlocuite cu forme deschise sculptate din piatră, care puteau fi utilizate în mod repetat. Cu toate acestea, marele dezavantaj al formelor deschise a fost acela că acestea au produs numai produse plate. Nu erau potrivite pentru turnarea produselor de formă complexă. Soluția a fost găsită atunci când au fost inventate forme divizate închise. Înainte de turnare, cele două jumătăți ale matriței erau bine conectate între ele. Apoi, prin gaură s-a turnat bronz topit. Când metalul s-a răcit și s-a întărit, matrița a fost dezasamblată și produsul finit a fost obținut.

Figura 7 - Instrumente din bronz

Această metodă a permis produse de turnare de formă complexă, dar nu a fost potrivită pentru turnarea în figură. Dar această dificultate a fost depășită când s-a inventat forma închisă. Prin această metodă de turnare, un model exact al viitorului produs a fost modelat mai întâi din ceară. Apoi a fost acoperit cu lut și ars într-un cuptor.

Ceara s-a topit și s-a evaporat, iar lutul a luat turnarea exactă a modelului. Bronzul a fost turnat în golul astfel format. Când s-a răcit, forma s-a spart. Datorită tuturor acestor operațiuni, stăpânii au putut să arunce chiar și obiecte goale cu o formă foarte complexă. Treptat, au fost adăugate noi tehnici tehnice pentru lucrul cu metale, precum desenarea, nituirea, lipirea și sudarea, care completează forja și turnarea deja cunoscute (figura 8).

Figura 8 - Palaria de aur a preotului celtic

Poate cea mai mare turnare de metal a fost făcută de maeștrii japonezi. Era acum 1200 de ani. Cântărește 437 de tone și este un Buddha în stare de pace. Înălțimea sculpturii împreună cu piedestalul este de 22 m. Lungimea unui braț este de 5 m. Patru oameni puteau dansa liber în palma deschisă. Adăugăm că faimoasa statuie greacă antică - Colosul din Rhodos - cântărea 12 înălțime 36 m. A fost turnată în secolul III. BC e.

Odată cu dezvoltarea metalurgiei, produsele din bronz peste tot au început să le înlocuiască pe cele din piatră. Dar să nu credeți că acest lucru s-a întâmplat foarte repede. Minereurile din metale neferoase erau departe de pretutindeni. Mai mult decât atât, staniul era mult mai puțin obișnuit decât cuprul. Metalele trebuiau transportate pe distanțe lungi. Costul sculelor metalice a rămas ridicat. Toate acestea au împiedicat distribuirea lor largă. Bronzul nu a putut înlocui complet sculele din piatră. Doar fierul a putut să facă asta.

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

Margelele și pandantivele găsite în Asia Mică în timpul săpăturilor de la Chatal-Hyuk sunt considerate a fi cele mai vechi produse din plumb, sigilii și figuri găsite în Yarim-Tep (Mesopotamia de Nord). Aceste descoperiri datează din al VI-lea mileniu î.Hr. Primele rarități de fier, reprezentând mici strigăte găsite în Chatal-Hyuk, datează din aceeași perioadă. Cele mai vechi obiecte de argint se găsesc în Iran și Anatolia. În Iran, au fost găsite în orașul Tepe-Sialk: acestea sunt butoane care datează de la începutul mileniului al V-lea î.Hr. În Anatolia, în Beyzesultan, a fost găsit un inel de argint datând de la sfârșitul aceluiași mileniu.

În timpurile preistorice, aurul se obținea din plasare prin spălare. A ieșit sub formă de nisip și pepene. Apoi au început să aplice rafinarea aurului (îndepărtarea impurităților, separarea argintului), în a doua jumătate a mileniului II î.Hr. În secolele 13-14, au învățat să folosească acidul azotic pentru a separa aurul și argintul. Și în secolul al XIX-lea, procesul de amalgamare a fost dezvoltat (deși era cunoscut în antichitate, dar nu există nicio dovadă că a fost folosit pentru minarea aurului din nisipuri și minereuri).

Argintul a fost extras din galena, împreună cu plumb. Apoi, după secole, au început să fie topite împreună (cam la mileniul III î.e.n. în Asia Mică), iar acest lucru s-a răspândit chiar și după 1500-2000 de ani.

În jurul anului 640 î.Hr. e. a început să monteze monede în Asia Mică și aproximativ 575 î.Hr. e. - la Atena. De fapt, acesta este începutul industriei de ștampilare.

Stanul a fost odată topit cu mult timp în cuptoare simple de arbore, după care a fost curățat cu procese speciale de oxidare. Acum, în metalurgie, staniu este obținut prin prelucrarea minereurilor conform schemelor integrate complexe.

Ei bine, mercurul a fost produs prin prăjirea minereului în grămezi, în care se condensa pe obiecte reci. Apoi au apărut vasele ceramice (replicile), înlocuite cu cele din fier. Și, odată cu creșterea cererii de mercur, au început să o primească în cuptoare speciale.

Fierul a fost cunoscut în China încă din 2357 î.Hr. e. și în Egipt - în 2800 î.Hr. e., deși în 1600 î.Hr. e. priveau fierul ca pe o curiozitate. Epoca fierului în Europa a început cu aproximativ 1000 de ani î.Hr. e. când arta topirii fierului a pătruns în statele mediteraneene din regiunea sciților din Marea Neagră.

Utilizarea fierului a început mult mai devreme decât producerea sa. Uneori găseau bucăți de metal negru cenușiu, care, forjate într-un pumnal sau vârful unei sulițe, dădeau o armă mai rezistentă și plastică decât bronzul și țineau o lamă ascuțită mai mult timp. Dificultatea a fost că acest metal a fost găsit doar întâmplător. Acum putem spune că era fier de meteorit. Deoarece meteoritele de fier sunt un aliaj de fier-nichel, se poate presupune că calitatea pumnalelor unice individuale, de exemplu, ar putea concura cu bunurile de consum moderne. Totuși, aceeași unicitate a dus la faptul că astfel de arme nu se aflau pe câmpul de luptă, ci în tezaurul următorului conducător.

Instrumentele de fier au extins decisiv capacitățile practice ale omului. A devenit posibil, de exemplu, construirea de case tăiate din bușteni - până la urmă, un topor de fier a căzut un copac nu trei, ca unul de cupru, dar de 10 ori mai rapid decât unul de piatră. Extindere și construcție de scrumiere. Desigur, a fost folosit și în epoca bronzului, dar consumul ridicat de metale relativ moi și scumpe a limitat puternic astfel de experimente. Posibilitățile fermierilor s-au extins semnificativ.

Pentru prima dată, popoarele din Anatolia au învățat să proceseze fierul. Tradiția greacă antică considera poporul Khalib drept descoperitorul fierului, pentru care expresia stabilă „tată de fier” a fost folosită în literatura de specialitate, iar numele poporului provine de la cuvântul grecesc Χ? Λυβας („fier”).

Revoluția de fier a început la începutul mileniului I î.Hr. e. în Asiria. Din secolul VIII î.Hr. e. fierul sudat a început să se răspândească rapid în Europa, în secolul III î.Hr. e. s-a aglomerat bronzul în Galia, în secolul II a apărut o nouă eră în Germania, iar în secolul VI d.Hr. era deja utilizat pe scară largă în Scandinavia și în triburile care trăiesc pe teritoriul viitoarei Rusii. În Japonia, Epoca Fierului a venit abia în secolul VIII d.Hr.

Inițial, au fost primite doar mici loturi de fier și, timp de câteva secole, a costat uneori de patruzeci de ori mai mult decât argintul. Comerțul cu fier a restabilit prosperitatea Asiriei. A deschis calea către noi cuceriri (figura 9).

Figura 9 - Cuptorul pentru topirea fierului la persii antici

Muncitorii fierului au putut vedea fierul ca lichid abia în secolul al XIX-lea, cu toate acestea, chiar în zorii metalurgiei fierului - la începutul mileniului I î.Hr. - meșterii indieni au reușit să rezolve problema producerii de oțel elastic fără a topi fierul. Un astfel de oțel a fost numit oțel damasc, dar din cauza complexității de fabricație și a lipsei de materiale necesare în cea mai mare parte a lumii, acest oțel a rămas un secret indian mult timp.

Un mod mai avansat tehnologic de producere a oțelului elastic, în care nici minereu în special, nici grafit, nici cuptoare speciale nu au fost necesare, a fost găsit în China în secolul al II-lea d.Hr. Oțelul a fost transformat de nenumărate ori, de fiecare dată fiind forjat, îndoind piesa de prelucrat în jumătate, rezultând un excelent material de armă numit damasc, din care au fost făcute, în special, celebrele katanas japoneze.

După cum am indicat în capitolul precedent, meșteșugurile individuale din cupru (în principal bijuterii) au apărut foarte devreme. În prezent, arheologia nu poate indica cu exactitate unde au început să se topească minereurile sau unde a fost obținut bronzul pentru prima dată - un aliaj de cupru cu alte metale. După toate probabilitățile, oamenii au folosit mai întâi cupru de origine autohtonă, care a fost tratată ca o rasă specială de piatră cu proprietăți din plastic. Dar, când s-a descoperit că bucățile de minereu de cupru încep să se topească la încălzirea puternică, iar din nou devin solide la răcire, procesul de topire a metalelor a fost deschis. Au început să folosească noua proprietate a cuprului pentru a crea unelte cu o formă premeditată, adică s-a inventat procesul de turnare.

Odată cu dezvoltarea topirii de cupru, a crescut interesul pentru acesta ca material nou pentru fabricarea de scule și nu doar bijuterii. Cu toate acestea, cupru de origine autohtonă este rar întâlnit pe suprafața pământului. În al V-lea mileniu î.Hr. e. au început să dezvolte minereuri de cupru oxidate, ale căror vene ieșeau la suprafață. Dezvoltarea minereurilor cu sulfură datează mai târziu. Săpăturile au fost fante înguste care s-au format ca urmare a excavării venelor purtătoare de minereu. Dacă minerul a dat peste o lentilă minerală puternică, slotul s-a transformat într-o cavitate la locul de dezvoltare. În mileniul IV î.Hr. e. a început să se mute la dezvoltarea depozitelor subterane. În Peninsula Balcanică, de exemplu, lucrările minelor au atins adâncimea de 27 m. Pentru a sparge bucăți de minereu, a fost necesar mai întâi încălzirea rocii, apoi turnarea apei. Rezultatul a fost fisuri în care au fost inserate pene de lemn înmuiate în apă. La umflare, panele din lemn au rupt minereul în bucăți. În Peninsula Balcanică, în lucrările minei, s-au găsit panouri kayla realizate din corn de cerb. Se crede că minerii au extras minereul de cupru din vene.

În apropierea dezvoltării, procesul de beneficiere a minereului a avut loc. La început, metoda de beneficiere uscată a fost cunoscută: minereul miniat a fost separat de ganga și strivit cu ciocane de piatră. Ulterior au început să aplice metoda de îmbogățire umedă. Minereul zdrobit a fost introdus în tăvi de lemn cu apă. Tăvile tremurau, ca urmare, bucăți de minereu, la fel de grele, s-au așezat în partea de jos și o bandă mai ușoară plutea în sus. Era răvășită și bucăți de minereu de cupru rămăseseră în tavă. Minereurile de cupru de sulf au fost incendiate la focuri mult timp înainte de topire.

Minereul a fost, de asemenea, topit nu departe de evoluțiile în cuptoare speciale de lut. Pentru a obține o temperatură mai mare în cuptor, oamenii au suflat aer prin tuburile suflantei. În mileniul III î.Hr. e. s-au inventat blănuri de suflare de 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 al V-lea mileniu î.Hr. e. un om s-a întâlnit cu alte metale neferoase: argintul și aurul.

Primul aliaj, după cum sugerează cercetătorii, a fost bilonul - un aliaj de cupru și argint. De la el în sudul Turkmenistanului la întoarcerea mileniului V-IV î.Hr. e. bijuterii forjate (ace). Aliatul cuprului cu arsenic a devenit cunoscut în mileniul al IV-lea î.Hr. e. Aliajele de arsenic apar în Caucaz cu o mie de ani mai devreme decât bronzurile de staniu din Europa de Vest. Din III mileniu î.Hr. e. în țările Orientului Antic bronzul a fost obținut mai des dintr-un aliaj de cupru cu diverse proporții de staniu. Față de cupru, aliajele de bronz se caracterizează prin fuzibilitate, calități ridicate de turnare și rezistență ridicată. În funcție de scopul turnării, în metal s-a adăugat 1-2% până la 8-10% de staniu. Cu cât a fost adăugat mai mult staniu, cu atât produsul era mai fragil.

Dacă minereul a fost topit în imediata apropiere a amplasamentelor miniere, produsele din cupru și bronz au fost turnate în așezări. Pentru a obține un aliaj de bronz, cupru și staniu, sau cupru și arsen, prelevate în anumite proporții, au fost introduse în creuzete de lut, care au fost introduse într-un cuptor. Metalul topit din creuzete a fost turnat în forme de nisip, piatră, lemn. La început, s-au folosit formularele de casă deschise și apoi închise. Arme, unelte și instrumente diverse au fost turnate sub formă. Arta și bijuteriile au fost turnate într-un model de ceară. Modelul a fost modelat din ceară, pe care s-a aplicat argilă bine rezistentă în straturi până când peretele de lut a devenit puternic. Au fost lăsate găuri speciale sub formă de lut pentru a topi ceara și a turna în aliajul de bronz. După răcire, pentru a extrage obiectul, argila a fost spartă și pentru a obține o nouă turnare, întregul proces a trebuit să fie repetat din nou. Produsele turnate din ceară au o valoare artistică.

Minereurile din metale neferoase nu au fost ușor disponibile pentru dezvoltare; Depozitele de staniu - principala materie primă pentru aliajele de bronz - erau cunoscute în vechime la o scară destul de limitată. Metalul trebuia transportat de la locul mineritului pe distanțe foarte mari. Toate acestea au împiedicat adoptarea pe scară largă a metalelor neferoase în producție. Potrivit lui F. Engels, „... bronzul a furnizat unelte și arme adecvate, dar nu a putut înlocui unelte din piatră; numai fierul a fost capabil să o facă, dar încă nu știau să extragă fierul ”(K. Marx, F. Engels Soch., vol. 21, p. 161).

Proprietățile speciale ale noului material au fost stăpânite rapid, s-au creat instrumente și arme mai productive, ceea ce nu a putut afecta decât dezvoltarea agriculturii și a meșteșugurilor.

Ca și aurul și argintul, cupru în scoarța terestră se găsește uneori sub formă de pepene. Poate că în urmă cu aproximativ 10 mii de ani au fost făcute primele instrumente metalice de forță de muncă. Distribuția cuprului a fost facilitată de proprietățile sale, cum ar fi capacitatea sa de forjare la rece și ușurința topirii din minereuri bogate. În Cipru, deja în mileniul al III-lea î.Hr., au existat mine de cupru și topirea cuprului. De aici provine numele latin de cupru - suprum. În Rusia, mine de cupru au apărut la două milenii î.Hr. e. Rămășițele lor se găsesc în Urali, Caucaz, Siberia. În lucrările vechiului istoric grec Strabo, cuprul este numit chalcos, de la numele orașului Chalcis. Din acest cuvânt, au venit mulți termeni în geochimie și mineralogie, de exemplu - elemente calcopile, calcopirit. 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 Midia, situat pe teritoriul Iranului modern.

Substanța simplă este cuprul - un metal plastic de culoare roz auriu. În tabelul periodic se află numărul celulei 29 (simbolul Cu) cu masa atomică de 63, 55 amu


Cristal de calcopirit 4x4x4 cm. Mina Nikolaev, teritoriul Primorsky.

Conform datelor din 2016, Chile este liderul mondial în rezervele de cupru cu o pondere de 34%, Statele Unite și Peru împărtășesc locul doi și al treilea - 9% fiecare, locul patru Australia - 6%, iar al cincilea - Rusia cu o pondere de 5%. Restul țărilor sunt sub 5%.


Rezerve de minere 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, Chukamikamata (spaniolă. Chuquicamata), unde minereul de cupru a fost extras prin exploatarea cu gropi deschise încă din 1915. Cariera este situată în Andesul central 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 Chukikamata, Chile.

Cuprul este utilizat pe scară largă în inginerie electrică pentru fabricarea energiei electrice și a altor cabluri, fire și alte conductoare. 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 a 1 ton de cupru pentru 2016 nu a depășit 4700 USD.

17

favorit Favorit Favorit7

Timp de multe mii de ani, produsele din piatră au fost principalele instrumente folosite de om. Stăpânii care au lucrat piatra, ca un sculptor, au ghicit o nouă calitate în ea și, tăind excesul, au produs obiectul necesar. Cu toate acestea, omul străvechi, în esență, a reprodus doar procesele naturale, distrugând rocile.

Proiectarea produselor, care a fost stăpânită de câteva mii de ani, a necesitat dezvoltarea gândirii spațiale și dezvoltarea unor competențe fundamental noi pentru fabricarea de componente, din mai multe piese și elemente de conectare, instrumente. Dar în acest caz, înaintea ochilor stăpânului se afla materialul sursă de origine naturală. Chiar și în procesul de stăpânire a producției de ceramică, au fost imitate procesele naturale de ardere a argilei într-o flacără a focului. Fabricarea produselor din metale minere este o tehnologie revoluționară, o tehnologie care nu poate fi „spionată” în natură! Aceasta este prima tehnologie complet artificială din istoria civilizației. Cum a învățat o persoană să primească și să proceseze metale? Luați în considerare versiunea actuală a acestui proces uimitor.

Ce au în comun în viitorul apropiat scoicile și superstele obișnuite? Oamenii de știință au descoperit că baza de chitină a cochiliei, formată din carbon, hidrogen și azot, este o structură din fagure formată din cristale de polimer cu dimensiuni de ordinul unui nanometru, spațiul liber fiind umplut cu proteine. Acest lucru permite materialului să înoate simultan în apă și să aibă o rezistență mai mare decât multe grade speciale de oțel. Rămâne să studieze și să aplici tehnologia naturală în practică. Deci, o analiză a proceselor și proiectelor naturale este cheia succesului tehnologiilor inovatoare din secolul XXI. Cu toate acestea, omul a învățat să dețină această cheie în cele mai vechi timpuri, iar dezvoltarea tehnologiilor metalurgice este un bun exemplu.

Metale native

Civilizația neolitică a fost precedată de o lungă formare și o dezvoltare lentă a instrumentelor și instrumentelor umane. Istoria societății umane primitive a fost legată în mod inextricabil de piatră. Cele mai primitive produse din piatră erau pietricele obișnuite de râu, bătute de la o margine. Epoca celor mai vechi unelte din piatră datează dintr-o perioadă de aproximativ 2,5 milioane de ani. Cel mai important eveniment a fost dezvoltarea instrumentelor de flint.

În sânge, forma acestor produse fundamentale pentru progresul tehnologic precum toporul, secera, cuțitul, ciocanul a fost găsită și întruchipată. Utilizarea de metale autohtone a început cel mai probabil în epoca mezoliticului (epoca de piatră mijlocie), adică. acum câteva zeci de mii de ani. Până în acest moment, abilitatea de a căuta, extrage pietre și de a face din ele nu numai unelte, ci și bijuterii pentru oameni primitivi, deveniseră ceva obișnuit și s-a transformat într-un fel de industrie.

Omul a atras atenția asupra primelor pepene de metale, aparent de cupru, care sunt mult mai frecvente în natură decât nuggeturile de metale nobile - aur, argint, platină. Nativ (teluric, din cuvântul latin "tellus" - pământ) cupru se găsește încă în multe regiuni ale lumii: în Asia Mică, Indochina, Altai și America. Cu toate acestea, există nuci de cupru care cântăresc mai multe kilograme. Cea mai mare manifestare a cuprului autohton este considerată a fi un miez solid de cupru descoperit în Peninsula Chusinou (Lacul Superior, SUA). Masa sa este estimată la aproximativ 500 de tone.

Nu numai metalele nobile pot fi prezente sub formă nativă în condiții terestre. Este cunoscut faptul că nuggets de fier, mercur și plumb se găsesc în natură, mult mai rar - nuggets de metale și aliaje precum zinc, aluminiu, alamă, fontă. Se găsesc sub formă de frunze mici și solzi intersectate în roci, cel mai adesea în bazalt. Fierul autohton în secolul al XX-lea a fost găsit, de exemplu, pe insula Disco, lângă coasta Groenlandei, în Germania (lângă orașul Kassel), în Franța (Departamentul Auvergne), în Statele Unite (Connecticut). Conține întotdeauna o cantitate semnificativă de nichel, un amestec de cobalt, cupru și platină (de la 0,1 până la 0,5% din greutatea fiecărui element) și, de regulă, este foarte sărac în carbon. Descoperirile din fontă autohtonă sunt cunoscute, de exemplu, în Insulele Russky (în Orientul Îndepărtat) și Borneo, precum și în Golful Avaria, Noua Zeelandă, unde aliajul autohton a fost reprezentat de cohenit - carbură de nichel-fier-cobalt (Fe, Ni, Co) 3C.

Observarea schimbării formei de pește sub loviturile de pietre dure a determinat o persoană să le folosească pentru a face mici bijuterii prin forjare la rece. Forjarea este cea mai veche metodă de formare a metalelor. Dezvoltarea metodei de prelucrare a metalului autohton prin forjare s-a bazat pe abilitățile și experiența în fabricarea uneltelor de piatră prin „tapițarea” unei pietre cu un ciocan de piatră. Cuprul autohton, pe care oamenii primitivi îl considerau la început un fel de piatră, nu producea ciocnirea caracteristică unei pietre atunci când a fost lovită de un ciocan de piatră, ci și-a schimbat dimensiunea și forma fără a rupe continuitatea materialului. Această proprietate tehnologică remarcabilă a „pietrei noi” a devenit un stimulent puternic pentru căutarea și exploatarea metalului autohton și utilizarea acestuia de către om. În plus, s-a observat că forjarea crește duritatea și rezistența metalului.

Ca ciocan, s-au folosit mai întâi bucăți obișnuite de piatră tare. Meșterul primitiv, ținând o piatră în mână, i-a lovit cu o bucată de băștinaș și, ulterior, cu metal topit din minereu. Evoluția acestei metode mai simple de forjare a dus la crearea unui prototip al unui ciocan de forjare echipat cu un mâner. Cu toate acestea, prelucrarea metalelor forjate la rece a avut capacități limitate. În acest fel, a fost posibil să modelați doar obiecte de dimensiuni mici - un știft, un cârlig, un cap de săgeată, un arc. Mai târziu, tehnologia de forjare a peștilor de cupru cu preîncălzire - recoacere a fost stăpânit.

Oportunități deosebite pentru dezvoltarea primelor tehnologii de prelucrare a metalelor au fost oferite de pepenele de aur - un metal mult mai ductil decât cuprul. Aurul a jucat un rol remarcabil în dezvoltarea producției miniere și metalurgice a civilizației. Primele depozite de aur dezvoltate de om au fost aluviale. Nuggeturile de aur au fost găsite în masa nisipului și pietrișului aluviale, care au fost produsele distrugerii rocilor purtătoare de aur, care au fost îndelung expuse fluxurilor fluviale. Aparent, cele mai vechi bijuterii din aur erau nuggets prelucrate sub formă de margele prin forjare la rece. Aceste margele lustruite arătau ca niște pietre colorate unite în diferite combinații.

În timpul extragerii aurului din vene, au fost create tehnologii care au fost apoi utilizate în dezvoltarea depozitelor altor metale antice. Aurul a fost primul metal din care au învățat să arunce produse, să obțină sârmă și folie, aurul a fost rafinat. De fapt, toate tehnologiile metalurgice utilizate în epoca Lumii Antice pentru argint, cupru, plumb și staniu au fost inițial prelucrate pe aur.

Cu toate acestea, fundamentul civilizației până în mileniul III î.Hr. e. era o piatră. O trăsătură caracteristică a tehnicii neolitice timpurii a fost tranziția la unelte mari de piatră. Aspectul lor este asociat cu dezvoltarea de noi metode tehnologice de prelucrare a pietrei - găurire, tăiere, tăiere. Au fost inventate unelte compuse („căptușeală”), în care materialul de piatră era folosit doar pentru partea de lucru, iar mânerele erau din lemn, corn sau os. Treptat, reparația armelor a fost dezvoltată - corectarea lor pe măsură ce partea de lucru se uzează. Au apărut dezvoltări miniere în care focul era folosit pentru distrugerea rocilor. O realizare tehnică uimitoare a oamenilor din neolitic este extragerea pietrelor în minele cu un ax vertical de până la 10 m adâncime și drifturi scurte. Astfel, la începutul revoluției neolitice, oamenii aveau cunoștințe diverse despre substanțe și materiale naturale, despre metodele de prelucrare a acestora.

Tehnologia termică neolitică

Cea mai importantă caracteristică distinctivă a unei economii neolitice producătoare este crearea unei aprovizionări cu alimente. La rezolvarea problemei fabricării vaselor pentru depozitarea acestora, produsele ceramice sunt inventate și tehnologiile termice se dezvoltă treptat. Primele ceramice au fost coșuri de tije, acoperite cu lut și arse la rug. Apoi au fost create cuptoare speciale - cuptoare.


Cuptor neolitic natural

Reconstituirile moderne reproduc metoda neolitică de ardere a produselor ceramice după cum urmează. Cornul a fost construit pe un mal abrupt al râului, în interiorul zidurilor râurilor sau dealurilor și era format din două brațe. Mâneca orizontală servea ca un cuptor, iar cea verticală era umplută cu vase. Când cornul a fost umplut cu vase pre-uscate, acesta a fost acoperit cu crengi de ghiveci și a fost făcut un foc mic folosind lemne de foc crude. Un astfel de incendiu a fost menținut până la separarea vaporilor, după care focul a fost intensificat până la căldură roșie. Ghivecele au fost în acest foc cel puțin 6 ore, apoi vârful vatra a fost acoperit cu nisip, cuptorul a fost acoperit cu lut și agregatul a fost lăsat în această stare timp de câteva zile. După aceea, s-a făcut o gaură în cuptor și s-a mărit treptat. În cele din urmă, au deschis partea de sus a vatra și au scos vasele finite. Astfel de cuptoare de ceramică antică au fost găsite în Mesopotamia, Africa de Nord și Europa de Est. Temperatura de încălzire a produselor din ele a ajuns la 1100 ° C.

Pentru a stăpâni tehnologia metalurgică de extragere a metalului din minereu, care necesită temperaturi ridicate fiabile, a fost nevoie de un cuptor artificial. Pentru prima dată astfel de cuptoare au fost create pentru olărit. Astfel, un bărbat a făcut cunoștință cu metalul mineral în timpul arderii vaselor de lut. A existat un proces de recuperare a metalelor din substanțele depozitate pe pereții ceramicii pentru vopsire. Se știe că carbonatele de cupru - malachit și lapis lazuli, sulfura de mercur - cinabru, galben, roșu și maro ocru sunt vopsele minerale strălucitoare, iar aplicarea modelelor de culori pe ceramică este una dintre cele mai vechi forme de artă.


Procesul dezvoltării treptate de noi metale și materiale de către civilizație

Primul metal mineral stăpânit de om a fost cuprul. Acest lucru s-a întâmplat, se pare, acum aproximativ 10 mii de ani. Pini, vârfuri, burghie, margele, inele și pandantive găsite în satele Chayonu-Tepesi și Chatal-Hyuyuk, care sunt situate pe platoul Konya din Turcia, sunt considerate în prezent cele mai vechi produse din minereu de cupru. Aceste descoperiri datează din secolul 8-7 mileniu î.Hr. e.

Începutul erei metalelor

Adevarata era a metalelor a inceput in Eurasia in mileniul al V-lea i.Hr. e. Se caracterizează prin rarități găsite în nordul Peninsulei Balcanice și în regiunea carpatică. În arheologie, aceste teritorii sunt de obicei referite la cea mai importantă provincie metalurgică balcanico-carpatică din epoca pietrei de cupru.

La începutul anilor 70 ai secolului trecut au fost descoperite acolo monumente incredibil de bogate și expresive: necropola Varna „de aur” și imensa mină Aibunar, unde, conform calculelor, au fost minate cel puțin 30 de mii de tone de minereu de cupru. Peste 3 mii de aur diverse și aproximativ 100 de articole de cupru au fost găsite în înmormântările Varna. Bijuteriile din aur și obiectele decorate cu ornamente complexe atrag o atenție deosebită, dar uneltele masive de cupru, uneltele și armele provoacă nu mai puțin interes în rândul specialiștilor.

Aurul și cupru din provincia metalurgică balcanico-carpatică au reprezentat o problemă neașteptată pentru cercetătorii metalelor antice: spre ce au vizat eforturile generale ale acestei producții metalurgice? Cu privire la turnarea și forjarea uneltelor metalice pentru a crește productivitatea, așa cum este descris în cele mai cunoscute manuale sau în altceva? Calculele arheologilor au arătat că încă de la primii pași ai producției miniere și metalurgice, majoritatea copleșitoare a energiei sale a fost îndreptată spre crearea acelor produse care serveau sferele simbolice ale vieții publice - bijuterii, atribute ale puterii și obiecte rituale. Partea uriașă a metalului a servit ca un fel de dovadă a semnificației sociale a morților. Astfel, de-a lungul mai multor milenii, metalele au îndeplinit în primul rând o funcție socială decât una de producție.

În mileniul al V-lea î.Hr. e. în cea mai mare parte a Eurasiei, minereurile de cupru oxidat au fost dezvoltate activ, venele cărora au ieșit la suprafață. Mineritul a fost un decalaj restrâns, care a fost format ca urmare a săpăturii venelor purtătoare de minereu. Dacă minerul a dat peste o lentilă minerală puternică, slotul s-a transformat într-o cavitate la locul de dezvoltare. Cele mai vechi mine de cupru se găsesc în Mesopotamia, Spania și Peninsula Balcanică. În epoca antichității, insula Cipru a devenit unul dintre cele mai mari depozite de cupru, din denumirea sa latină târzie „cuprum” a venit denumirea modernă de cupru ca element chimic. Denumirea rusă a metalului provine de la cuvântul vechi slav "smida", care denota metal în general. Rețineți că termenul „smida” datează din acele timpuri străvechi când strămoșii slavilor și germanilor erau încă un popor indo-arian. Ulterior, în limbile germanice, termenul „smida” a început să fie folosit pentru a se referi la o persoană care lucrează cu metal și a fost fixat sub forma „smith” (engleză) sau „schmidt” (germană) - „fierară”.

Dezvoltarea depozitelor subterane de minereu a fost stăpânită în mileniul IV î.Hr. e. Adâncimea lucrărilor minei a atins 30 m sau mai mult. Pentru a zdrobi roca s-a folosit foc, apă și pană din lemn. S-a făcut un incendiu în apropierea locului dezvoltat, roca s-a încălzit, apoi s-a răcit rapid, udată din abundență cu apă. Pene de lemn au fost conduse în fisuri, care au fost, de asemenea, udate. Umflat, panele despică rock. Resturile de minereu au fost încălzite din nou într-o flacără, au fost răcite brusc și zdrobite cu ciocane și picături direct în mine. Minereul zdrobit a fost extras din mine în pungi de piele sau coșuri de răchită. Apoi a fost turnată în stupuri mari de piatră, la dimensiunea mazărelor. Metalurgii antici foloseau cărbune, lemn dens și oase ca combustibil pentru topirea metalelor.

Cea mai veche metodă de prelucrare a minereului de cupru este topirea creuzetului: minereul a fost amestecat cu combustibil și plasat în creuzete din lut amestecat cu cenușă osoasă. Dimensiunile creuzetelor au fost mici, înălțimea lor a fost de 12-15 cm, au fost prevăzute deschideri pentru ieșirea gazelor din capac. În centrele ceramice de mai sus din epoca neoliticului, s-a atins o temperatură (până la 1100 ° C), suficient pentru a obține cupru care conține până la 2% din masă. impurități naturale de arsen, nichel, antimoniu. Ulterior, pentru topirea cuprului a început să se aranjeze cuptoare de groapă. În acest caz, un creuzet de lut cu minereu și cărbune a fost introdus într-o groapă superficială, cu un strat de cărbune turnat deasupra acestuia. O importanță deosebită a fost alegerea locului de topire, care trebuia să asigure un flux intens de aer în unitate pentru a umfla focul și a atinge temperatura necesară.

Cantitatea de cupru produsă în creuzete a fost mică și, de regulă, s-a ridicat la câteva zeci de grame, prin urmare, a trecut treptat la producția de cupru în gropi direct din minereu. Pentru aceasta, minereul de cupru amestecat cu cărbune a fost plasat în gropi de până la 30 cm adâncime, al cărui fund era căptușit cu pietre. S-a turnat o anumită cantitate de cărbune peste stratul de încărcare și ramurile copacilor și o cantitate mică de pământ au fost așezate deasupra pentru a nu împiedica fluxul de aer în grămadă. Au încercat să plaseze locul de topire pe dealuri pentru a folosi mișcarea naturală a aerului. Aceasta a fost prima unitate metalurgică „industrială”.

După finalizarea topirii, combustibilul ars a fost îndepărtat și metalul rezultat a fost zdrobit în bucăți convenabile pentru utilizare. Acest lucru a fost făcut imediat după solidificarea metalului, deoarece în acest stadiu cuprul este deosebit de fragil și ușor rupt în bucăți cu un ciocan. Pentru a face vânzarea cuprului brut, a fost forjat la rece. S-a descoperit foarte devreme că cuprul este un metal moale și maleabil, care poate fi compactat ușor și eliberat de impuritățile grosiere în timpul procesării mecanice simple.

Cu multe avantaje, cuprul, chiar și aliatul natural, a avut un dezavantaj foarte important: uneltele de cupru au devenit rapid plictisitoare. Rezistența la uzură și alte proprietăți ale cuprului nu au fost atât de mari încât instrumentele și uneltele de cupru le-ar putea înlocui complet pe cele din piatră. Prin urmare, în perioada de cupru-piatră (mileniul al IV-lea î.e.n.), piatra a concurat cu succes cu cuprul, care a fost reflectat în numele epocii. Etapa decisivă în trecerea de la piatră la metal a fost făcută după invenția bronzului.

După cum știți, principalul material din care oamenii primitivi au făcut unelte a fost piatra. Nu este de mirare că au trecut sute de mii de ani de la apariția omului pe pământ și apariția primelor civilizații numite Epoca de Piatră. Dar în 5-6 milenii î.Hr. e. oamenii au descoperit metalul pentru ei înșiși.

Cel mai probabil, la început, un bărbat a tratat metalul la fel ca piatra. El a găsit, de exemplu, pește de cupru și a încercat să le prelucreze în același mod ca piatra, adică cu ajutorul tapițeriei, șlefuirea, stoarcerea fulgilor etc. Dar foarte repede diferența dintre piatră și cupru a devenit clară. Poate că, chiar inițial, oamenii au decis că nu va avea niciun sens în nuggeturile metalice, mai ales că cuprul era suficient de moale, iar instrumentele care au fost confecționate din acesta au eșuat rapid. Cine a inventat să topească cupru? Acum nu vom ști niciodată răspunsul la această întrebare. Cel mai probabil, totul s-a dovedit întâmplător. Un bărbat enervat a aruncat o piatră, care i se părea improprie pentru a face un topor sau un cap de săgeată, într-un foc, apoi a fost surprins observând că pietricelul s-a întins într-o baltă strălucitoare și după ce a ars focul a înghețat. Apoi a fost nevoie doar de o mică reflecție - și ideea de topire a fost deschisă. Pe teritoriul Serbiei moderne, s-a găsit un topor de cupru, creat cu 5.500 de ani înainte de nașterea lui Hristos.

Adevărat, cupru, desigur, a fost inferior în multe privințe chiar și de piatră. După cum am menționat mai sus, cupru este un metal prea moale. Principalul său avantaj a fost fuzibilitatea, ceea ce a făcut posibilă realizarea de obiecte din cupru, dar în ceea ce privește rezistența și claritatea, a lăsat mult de dorit. Desigur, înainte de descoperirea, de exemplu, a oțelului Zlatoust (articolul „Russian Damask Steel din Zlatoust”), mai multe milenii au trebuit să treacă. La urma urmei, tehnologiile au fost create treptat, la început - cu pași incerti și timizi, prin metoda de încercare și nenumărate erori. Curând, cuprul a fost înlocuit cu bronzul, un aliaj de cupru și staniu. Adevărat, staniul, spre deosebire de cupru, nu se găsește peste tot. Nu degeaba că în cele mai vechi timpuri Marea Britanie purta numele de „Insulele Tin” - multe popoare au echipat acolo expediții comerciale pentru staniu.

Cuprul și bronzul au devenit baza civilizației grecești antice. În Iliada și Odiseea am citit constant că grecii și troienii erau îmbrăcați în armuri de cupru și bronz și foloseau arme de bronz. Da, în metalurgia antichității, în multe privințe, s-a servit tocmai militarului. Arat terenul deseori în vechime, cu un plug de lemn și, de exemplu, jgheaburile puteau fi din lemn sau lut, dar pe câmpul de luptă, luptătorii au ieșit în armuri puternice de metal. Cu toate acestea, bronzul ca material pentru arme avea un dezavantaj grav: era prea greu. Prin urmare, de-a lungul timpului, o persoană a învățat să miros și să prelucreze oțelul.

Fierul era cunoscut încă pe vremea când epoca bronzului era pe Pământ. Cu toate acestea, fierul brut din fier obținut prin procesare la temperatură scăzută a fost prea moale. Fierul meteor era mai popular, dar era foarte rar, nu putea fi găsit decât întâmplător. Cu toate acestea, armele de meteorit erau scumpe, iar deținerea lor era foarte prestigios. Egiptenii au numit pumnale, forjate din meteoriți care cădeau din cer, în Ceas.

În general, se acceptă că prelucrarea fierului a fost răspândită în rândul hitiților care trăiau în Orientul Mijlociu. Sunt aproximativ 1200 g î.Hr. e. a învățat să topească oțelul real. O vreme, puterile Orientului Mijlociu au devenit incredibil de puternice, hititii au contestat Roma însăși, iar filistenii, menționați în Biblie, au deținut teritorii vaste din Peninsula Arabică modernă. Însă, în curând, avantajul lor tehnologic a ajuns la nimic, deoarece tehnologiile de topire a oțelului, așa cum s-a dovedit, nu au fost atât de greu de împrumutat. Problema principală a fost crearea de cuptoare în care a fost posibilă atingerea temperaturii la care fierul a fost transformat în oțel. Atunci când națiunile din jur au învățat să construiască astfel de topitori, producția de oțel a început literalmente în toată Europa. Desigur, multe depindeau de materiile prime. La urma urmei, oamenii au învățat doar relativ recent să îmbogățească materiile prime cu substanțe suplimentare care dau noi proprietăți. De exemplu, romanii i-au încurcat pe celți, pentru că multe triburi celtice aveau oțel atât de rău încât săbiile lor s-au aplecat în luptă, iar soldații au trebuit să alerge înapoi pentru a îndrepta lama. Însă romanii s-au înclinat la produsele armelor din India. Da, și unele triburi celtice oțelul nu era inferior faimosului Damasc. (Articolul „Oțelul Damasc: mituri și realitate”)

Dar, în orice caz, umanitatea a intrat în epoca fierului și nu mai putea fi oprită. Nici măcar cea mai largă distribuție a materialelor plastice, care a avut loc în secolul XX, nu a putut îndepărta metalul din cele mai multe domenii ale activității umane.

 

Ar putea fi util să citiți: