Занимательно о железе

Советские ученые академик А.В. Виноградов и Г.П. Вдовыкин выдвинули гипотезу о двух вариантах происхождения метеоритных алмазов: в каменных метеоритах — при соударении астероидов в космосе, а в железных — при ударе метеорита о землю.

Известный французский химик Муассан, получив сведения о метеорите “Новый Урей”, выписал из России часть его. Проведенный анализ подтверждал присутствие в нем кристалликов алмаза. Это навело его на мысль, что образование алмаза из угля может происходить при очень быстром охлаждении и при высоком давлении. В 1890 году он приступил к опытам по синтезу искусственных алмазов. Муассан решил использовать свойство чугуна при затвердевании расширяться. Расплавленный в дуговой печи чугун он насыщал углеродом, затем резко охлаждал его водой. Корка застывшего металла препятствовала расширению чугуна при отвердевании — внутри получалось огромное давление. Растворив чугун в кислоте, Муассан якобы обнаружил мелкие твердые кристаллики — искусственные алмазы. Однако его опыты никому повторить не удалось.

На объединенном заседании химического отделения и металлографической комиссии Русского технического общества 15 марта 1907 года Д.К. Чернов сделал сообщение “О кристалликах алмаза и карборунда в стали”.

Еще в первые годы своей работы на Обуховском заводе Д.К. Чернов исследовал при помощи микроскопа изломы литых стальных болванок. Тогда же он обнаружил у стенок внутренних усадочных пустот очень твердые неметаллические включения характерного кристаллического строения в форме шестиугольных тонких пластинок. Он отправил их французскому металловеду Осмонду с просьбой произвести тщательный химический анализ. В 1902 году Осмонд дал заключение, что это кристаллики карборунда.

Швейцарский ученый Франк, обнаруживший подобные включения много лет спустя после Чернова, принял их за выделения алмаза, очевидно, по аналогии с крупинками искусственных алмазов, полученных Муассаном при мгновенном затвердевании чугуна. В 1895 году Франк и Россель заявили, что как метеоритное железо, так и искусственно полученное железо и сталь содержат маленькие алмазы.

Открытие Черновым кристалликов карборунда в стальной болванке явилось весьма важным фактором для выявления взаимоотношения между углеродом и прочими компонентами стали. Работа Чернова доказывала отсутствие выделений углерода в стали в виде алмазов.

Английский металлург Норберн в опубликованной в 1939 году схеме затвердевания железоуглеродистых сплавов вновь подтвердил невозможность существования в закристаллизовавшейся стали свободного углерода в форме алмаза. Он доказал, что карбид железа, не находящийся в твердом растворе, то есть в форме свободного углерода, легко разлагается с образованием графита.

В наше время синтетические алмазы получают иначе. Еще в 1939 году ленинградский физико-химик О.И. Лейпунский выяснил, что для превращения графита в алмаз в твердой фазе необходимы давление около 6000 МПа и температура 1700–1800°С. Он указал также на возможное образование алмаза и при несколько меньших давлениях, если использовать вещество с относительно невысокой температурой плавления и достаточной растворимостью углерода. В качестве одного из таких веществ называлось железо.

Теперь из графита в условиях высоких давлений и температур в мире ежегодно получают несколько миллионов карат синтетических алмазов. Новый материал используется для изготовления абразивного инструмента, а также в виде паст и порошков для доводочных и притирочных работ.

Используют алмазы и в металле. Если на зерна алмазного порошка нанесено карбидометаллическое покрытие, они приобретают повышенную прочность. Спаянные в агрегаты зерна благодаря ветвистому строению надежно удерживаются в связке шлифующего инструмента, сообщая ему высокую стойкость и работоспособность. Металлизованные агрегированные алмазные порошки используются для получения шлифовальных кругов на органической связке.

Золотистый чугун

Имеет ли доменная печь какое-либо отношение, например, к добыче… золота? Оказывается, имеет.

Русский металлург П.П. Аносов, который разгадал тайну булата, в прошлом столетии предложил использовать доменную печь для извлечения золота. Вот история этого необычного предложения.

Будучи начальником горного округа златоустовских заводов, Аносов много занимался вопросами золотодобычи. На миасских промыслах работала золотопромывочная машина его конструкции. Исследуя существующие способы извлечения золота, он выяснил, что при промывке золотых песков добывали намного меньше золота, чем его содержалось фактически в песках.

Аносов поставил перед собой задачу — найти новые пути извлечения драгоценного металла из песков. Вскоре он предложил оригинальный метод — доменную плавку песков с высоким содержанием золота. Суть его метода заключалась в том, что при доменной плавке золото перейдет в чугун и потом его можно будет извлечь, растворяя металл в серной кислоте.

Способ был сначала проверен на плавке в небольших тиглях, а затем начали плавить пески в шахтной медеплавильной и в доменной печах. Опытные плавки дали неплохие результаты: при доменной плавке выход золота был в 28 раз больше, чем при обычной промывке золотого песка.

Свои опыты с золотом Аносов проводил в начале 1837 года. Первое сообщение о них он отправил в Петербург 20 марта. Обычно медлительная бюрократическая машина империи Николая I начала действовать в спешном порядке — ведь речь шла о золоте! Ученый Комитет Корпуса горных инженеров на специальном заседании заслушал доклад “О последствиях произведенных господином Аносовым опытов над обработкою золотосодержащих песков”.

“Сей способ, — говорил докладчик, — уже в началах и существе своем весьма важен и принадлежит к числу самых счастливых и богатейших последствиями открытий в области горнозаводского производства. Господину Аносову исключительно принадлежит честь завершить важный переворот в золотом производстве и разлить новый свет на эту отрасль промышленности. Самая простота процесса ручается за его совершенство и выгоды”.

Ученый комитет 28 апреля принял решение о продолжении опытов Аносова. О них доложили царю, и на докладной записке по этому вопросу тот не замедлил написать резолюцию: “Согласен. Мне любопытно знать подробнее сие производство. 30 апреля 1837 г.”

Министр финансов направил Аносову письмо: “Объявляю вам мою просьбу и мое приказание обратить на сие дело неусыпное ваше внимание, донося почаще об успехах ваших действий”.

Летом в Екатеринбург приехал новый начальник заводов Уральского хребта генерал В.А. Глинка. Аносов ожидал от него большой помощи, ведь Глинка был участником совещания Корпуса горных инженеров, на котором опыты получили такую высокую оценку.

Но изобретатель помощи не дождался. В Екатеринбурге среди горных офицеров нашлись недоброжелатели Аносова. Видимо, под их влиянием Глинка начал действовать против Аносова. В июле он объявил, что лично явится в Златоуст для ревизии опытов.

В большой спешке проводилась подготовка опытов. Автора изобретения фактически отстранили от дела. Состав песков для плавки предварительно не был проверен, плавка велась без контроля. Одним словом, все делалось иначе, чем при Аносове. Опыты не дали удовлетворительных результатов. Через месяц Глинка послал рапорт, где писал: “Удобства плавки чугуна на песке не подтвердились”.

Аносов отказался подписать “Журнал действий комиссий” и, несмотря на запрет Глинки, продолжал сам опыты. Ему снова удалось извлечь золото из чугуна и он послал его на Монетный двор. В декабре 1837 года директор Монетного двора сообщал, что получил от Аносова пять пакетов с золотом, извлеченным при плавке песков.

Сановный чиновник Глинка оказался сильнее горного офицера Аносова. Горный департамент решил прекратить опыты, а министр финансов на докладной записке наложил резолюцию: “Согласен”.