Металлы и человек - Михаил Васильев

Магниевые сплавы — это новые возможности еще уменьшить вес и увеличить грузоподъемность самолета, железнодорожного вагона, автомобиля, поэтому применение их все растет.

Во многих странах ведутся интенсивные поиски лучших по качеству сплавов магния. И все-таки работы в этой области еще только начаты. Еще не открыт тот лучший состав сплава, который станет классическим. Еще неизвестны ни легирующие примеси, которые войдут в его состав, ни процентное соотношение этих примесей, ибо еще не построены многие двойные и тройные диаграммы состояния сплавов магния с другими элементами.

…А он будет, обязательно будет найден — сверхпрочный магниевый сплав, против которого будет почти бессильна коррозия и который будет абсолютно негорючим! Он просто ждет еще своего открывателя.

Но магний находит себе применение и в чистом виде. Его используют для изготовления осветительных и сигнальных ракет, зажигательных снарядов и авиабомб. Та же самая яркая вспышка магния, которую применяли фотографы до изобретения блиц-ламп при фотографировании в темных помещениях или ночью, может зажигать истребляющие пожары, губить труд и жизни людей. В металлургии черных металлов магний служит в качестве легирующей добавки. С помощью магния получают и трудновосстановимые титан и ванадий, очищают от серы никель и некоторые сплавы.

Как же получают этот металл?

Снова электролиз

Советский Союз обладает огромнейшими залежами магниевых руд. Магнезит есть у нас на Среднем Урале и в Оренбургской области, доломит— в Донбассе, Московской и Ленинградской областях и т. д., кар-налит — в Соликамске (Урал), бишофит — в озерах Крыма, в Кара-Богаз-Голе и озере Эльтон. И это далеко не полный список, ибо даже простая морская вода может служить неисчерпаемым сырьем для производства магния.

Как и алюминий, металлический магний рождается в электролитической ванне. Однако, прежде чем попасть в электролитическую ванну, руды магния, помимо обычного обогащения, проходят ту или иную обработку, изменяющую их состав.

Бишофит, добываемый из соленых озер выпариванием воды, подвергают двухстадийному процессу обезвоживания. Первая стадия осуществляется прокаливанием во вращающихся цилиндрических печах (мы уже не раз встречались с печами такого типа в различных металлургических процессах). Однако при этом удается избавиться лишь от части входящей в состав молекулы бишофита воды. Если поднять температуру процесса, то начнет появляться окисел магния, что нежелательно. Поэтому окончательное обезвоживание проводят в другой вращающейся печи, обогреваемой снаружи и заполненной газообразным хлором.

Полученный полупродукт неизбежно содержит в себе некоторый процент окиси магния. Чтобы избавиться от нее, полупродукт плавят в шахтных электрических печах. Процесс ведется таким образом, чтобы нежелательная примесь ушла в шлак. Отстоявшийся чистый хлорид магния выпускают в ковш с плотно закрывающейся крышкой и направляют на электролиз.

Руды, имеющие другой химический состав, перерабатываются иными способами. Все они являются достаточно сложными. И во всех случаях в итоге получают безводное соединение хлора с магнием.

Электролиз магния, пожалуй, еще сложнее, чем электролиз алюминия. Магний легче расплава хлорида магния, из которого он был получен, поэтому он всплывает на поверхность. Одновременно с выделением магния на другом электроде ванны происходит выделение хлора. Значит, ванна должна быть постоянно закрыта. Все это вызывает дополнительные трудности.

Но вот вакуум-ковш приблизился к электролизной ванне и наполнился легким серебристым металлом. Его разлили в изложницы и получили слитки. Нет, это еще не чистый металл. Его надо подвергнуть дополнительной очистке — рафинированию.

Обычно применяются два способа такого рафинирования: первый состоит в переплавке магния с флюсами; второй, позволяющий получить магний весьма высокой чистоты, заключается в возгонке магния в вакууме.

Для рафинирования возгонкой используются специальные вакуум-аппараты — стальные цилиндрические реторты с герметически закрывающимися крышками. На дно этих реторт закладывают очищаемый магний и откачивают воздух. Затем нижнюю часть аппарата нагревают, в то время как верхняя охлаждается наружным воздухом.

В аппарате под влиянием нагрева происходит возгонка магния. Он становится газообразным, минуя жидкое состояние: ведь температура, при которой идет процесс, равна 580–600 градусам. Пары магния поднимаются в верхнюю часть аппарата и там осаждаются на его стенках. Конечно, и часть примесей проделывает этот же путь, но те из них, которые возгоняются легче магния, осаждаются в самой верхней части аппарата, а те, что возгоняются трудно, осаждаются в нижней части конденсатора. Большая часть металла — до 80 процентов — имеет чистоту не менее «четырех девяток», то есть содержит не меньше 99,99 процента магния. Эта чистота может быть еще повышена повторной возгонкой.

Так рождается этот металл — соперник и друг алюминия. Соперник— потому, что по ряду качеств превосходит он сегодняшний главный крылатый металл. Друг — потому, что содружество этих металлов позволяет получить наиболее ценные технические сплавы. Ведь в состав дюралюминия входит магний, а в состав лучших сплавов магния — алюминий.

Но и у магния и алюминия есть еще более опасный соперник на право называться крылатым металлом будущего и особенно — металлом межпланетных рейсов.

Его руду оправляют золотом

Конечно, это бериллий. Блистательный бериллий!

Он входит в состав многих самоцветов. Изумруды и хризобериллы, аквамарины и эвкилазы — ценнейшие камни, сиявшие на коронах императоров и в перстнях вельмож, ограненные и вставленные в оправу из самых дорогих металлов, вырезанных талантливейшими ювелирами, — просто руда для получения бериллия.

Много историй можно рассказать о кусочках руды бериллия, столь ценимых человеком на протяжении нескольких тысячелетий. Сколько крови, пота, сколько человеческих судеб, жизней, страстей сплеталось вокруг этих красивых, но совершенно бесполезных камешков! Но все это — отошедшее или отходящее прошлое бериллия. Будущее его представляется совсем другим.

Впервые о существовании бериллия догадался французский химик Воклэн, много лет занимавшийся изучением свойств драгоценных камней. В 1798 году он сообщил о своем открытии Французской Академии наук. Он предложил назвать новый металл глюцинием — от греческого слова «сладость», так как соли бериллия показались ему сладкими на вкус.

Бериллий. Век XIX и век XXI.

Металлический бериллий был впервые получен в 1828 году. Крохотная щепотка темно-серого порошка, загрязненного примесями, не позволила узнать как следует свойства нового металла. Только через 70 лет, на самой грани двадцатого века, получили электролизом сравнительно чистый бериллий. И началось изучение его физических свойств.

Они оказались блистательными. Только титан, вероятно, может соперничать с бериллием счастливым сочетанием крайне полезных для человека свойств.

Бериллий — твердый, серебристо-серый металл. Его удельный вес почти равен удельному весу магния—1,82 г на куб. см. Температура плавления— 1284 градуса — значительно выше, чем у магния и алюминия. И это большое преимущество, ибо авиация будущего — прежде всего авиация высоких скоростей, а значит, и высоких температур.

Да, именно так. Встречный воздух, который, когда вы быстро идете, нежной прохладой овевает ваше лицо, уже упрямо и упруго упирается в плечи и грудь велосипедиста, едущего с большой скоростью. Он, словно резиновая подушка, давит на стекло автомобиля, летящего по шоссе. Значительная часть мощности мотора уходит на это сопротивление. И он становится почти твердым, когда вы высунете руку из кабины самолета, летящего со скоростью всего 200–250 км в час.

Не пытайтесь высунуть руку из кабины сверхзвукового самолета — вы просто потеряете ее. Американский летчик, которому пришлось выпрыгнуть без защиты из терпящего аварию сверхзвукового самолета, был изломан потоком воздуха, словно прошел сквозь мясорубку. Воздух сорвал с его головы кожу, изломал конечности, грудь. Летчику много месяцев пришлось провести после этого прыжка в лечебнице. И ему еще очень повезло, ибо в аналогичных случаях летчики просто погибали.

Ударяющий с такой скоростью в корпус самолета ветер нагревает его поверхность. Уже сейчас на сверхскоростных самолетах приходится предусматривать специальное охлаждение кабины пилота. А еще больше этот нагрев у космических ракет. Печально знаменитые «Фау-2», которые фашисты применили в конце второй мировой войны для обстрела Лондона, светились в момент падения вишнево-красным цветом — так нагрело их сопротивление атмосферы. Вот поэтому-то и важна высокая сопротивляемость нагреву, высокая температура плавления у крылатых металлов будущего.