Чтение онлайн

По всей нашей стране известны имена прославленных новаторов производства: Семинского — токаря одного из киевских заводов, москвича Быкова и многих других. Выдающиеся успехи в обработке металлов, достигнутые этими замечательными людьми, стали возможны благодаря присутствию вольфрама в токарном резце. Знатный токарь одного из машиностроительных заводов Колесов разработал собственную конструкцию резцов для токарного станка, позволяющих обрабатывать детали с такой скоростью, что резец нагревается до красного каления. Можно без преувеличения сказать, что достижение успеха объясняется присутствием вольфрама в острие резца. Еще в годы первых пятилеток в нашей стране были разработаны методы получения так называемых сверхтвердых сплавов — победита, стеллита, «ВК» и др. Эти сверхтвердые сплавы используются для производства пластинок, которые припаиваются к резцу. Собственно, эта напайка и является рабочей частью режущего инструмента. Хотя название «сверхтвердые сплавы» широко распространено в технической литературе, оно не отвечает природе этих материалов. Так называемые сверхтвердые сплавы представляют собой смесь порошков карбидов, сцементированных кобальтом. К тому же получают эти «сплавы» не сплавлением, а, как уже упоминалось, спеканием. Обязательной составной частью сверхтвердых материалов являются карбиды вольфрама. Такие сплавы содержат 78–88 % вольфрама, 6–15 % кобальта и 5–6 % углерода. Допуская огромные скорости обработки металла, они не теряют твердости даже при нагревании до 1000 °C. Аналогичный «сверхтвердый сплав» называется «видиа» — от сокращенного слова: «ви диамант» — «как алмаз». В известной мере такое сравнение законно: пластинки для резцов успешно заменяют роль алмаза в коронках для бурения нефтяных и газовых скважин. По твердости «победит» приближается к алмазу, но выгодно отличается от него меньшей хрупкостью и большей дешевизной. Много вольфрама используется для получения высокопроцентного сплава вольфрама (50–80 %) с железом — ферровольфрама, расходуемого для разнообразных нужд металлургической промышленности.

В буквальном переводе название «вольфрам» означает «волчья пасть». Происхождение названия связано со следующим явлением. Если в оловянной руде находятся соединения, содержащие вольфрам, количество получаемого олова значительно уменьшается. Вольфрам «съедает» олово, как волк овцу.

Минералы, содержащие вольфрам, имеют большой вес. По этой причине один из таких минералов получил название «тунгстен» — «тяжелый камень». Во Франции и Англии этим названием обозначается и сам вольфрам.

Мировая добыча вольфрама возрастает с каждым годом.

В 1929 г. английская фирма обратилась к директору далекого сибирского завода с предложением заключить необычное торговое соглашение. Фирма просила продать ей пустую породу — отбросы производства этого завода цветных металлов, из которой, казалось, все уже полностью «выжали». Фирму не смущало расстояние. Десятки тысяч тонн «пустой» земли нужно было провозить через половину Азии и всю Европу. Повышенный интерес к отбросам заставил насторожиться. Лучшим химикам завода было дано задание произвести анализ «пустой породы» на присутствие в ней редких элементов. Анализы были произведены, и химики нашли в ней редкий металл, который всего четыре года тому назад был обнаружен германскими химиками, супругами И. и В. Ноддак. В честь реки Рейн (от латинского названия «ренус») и одноименной провинции открытый металл назвали рением.

Между прочим, известный чешский ученый И. Друце, почетный член Академии наук Чехословакии, в монографии, посвященной истории открытия, химическим свойствам и применению металлического рения, считает, что утвердившееся мнение о бесспорности приоритета в открытии рения Вальтера Ноддака и Иды Ноддак (Таке) не имеет под собой прочной основы. Дело в том, что совершенно независимо от них, открывших рений в молибдените, И. Друце совместно с Ф. Лорингом выделили рений из пиролюзита. Причем И. Друце считает, что вместе с ними честь открытия рения должны разделить также чешские ученые Я. Гейровский и В. Долейжек. Они установили наличие следов рения в неочищенных марганцевых препаратах с помощью изобретенного Я. Гейровским полярографа. В. Долейжек подтвердил наличие нового элемента рентгенографическими исследованиями. Наряду с этим И. Друце отмечает, что задолго до работ супругов Ноддак, Друце и Гейровского русские исследователи Герман (в 1846 г.) и С. Керн (в 1877 г.) установили существование нового элемента, обладавшего свойствами, которые затем были описаны у рения. Герман назвал этот элемент ильмением, а С. Керн в честь знаменитого английского химика Дэви — девием. Следует отметить то обстоятельство, что, хотя открытие русских ученых было незаслуженно забыто, качественная реакция на рений (через роданидовый комплекс), открытая С. Керном, используется в аналитической химии до настоящего времени. Несомненное существование рения было предсказано (1871 г.) Д. И. Менделеевым под именем двимарганца (от санскритского «дви» — два; экамарганцем оказался технеций).

Рений — один из самых тяжелых (плотность 21,0) и тугоплавких (3170 °C) металлов, по внешнему виду напоминающий платину. Свойства рения оказались чрезвычайно ценными для электротехнической промышленности. Так, например, при нагревании до 1500 °C он почти не соединяется с кислородом и не распыляется. На чистый рений не действуют соляная, серная и плавиковая кислоты. Даже при кипячении в этих кислотах рений не растворяется. Незаменимость металлического рения для нитей электроламп, большая долговечность по сравнению с вольфрамовыми нитями были причиной повышенного интереса английской фирмы к отвалам сибирского завода, содержащим рений. Единственное препятствие для широкого применения рения представляет трудность его получения. Достаточно указать, что в минералах, содержащих рений, например в молибденитах, самых богатых по содержанию рения, количество его не превышает нескольких граммов на тонну руды. К тому же чистый минерал молибденит почти на 80–90 % всегда разбавлен пустой породой. Вот и подсчитайте, сколько нужно переработать руды, содержащей рений, чтобы получить 1 г металла.

Производство рения особенно широко стало развертываться с 1929 г. в Германии. В 1930 г. мировое производство рения составляло всего … 3 г. А через 10 лет, в 1910 г., в Германии уже было выработано 200 кг. Правда это тоже сравнительно скромная цифра: ведь золота, например, добывают больше тысячи тонн в год. Добыча подобных распыленных элементов представляет даже при нынешнем уровне знания и при разнообразии приемов достаточно сложную задачу. Как правило, предварительная подготовка сырья состоит в обогащении методом флотации. Используя образное сравнение, процесс флотации можно описать так: в толпе зрителей (пустая порода) находится один воздухоплаватель (минерал), который должен отделиться от толпы. Роль воздушного шара для полета играет пузырек воздуха с оболочкой из масла (флотареагент). Регулятором процесса является погода (характер водного раствора), при которой происходит подъем; вещества-подавители выполняют роль мешков с песком, регулирующих скорость подъема. Канатом служат силы смачивания, которые приклеивают минерал к воздушному шару — масляному пузырьку. Множество пузырьков с крупинками минерала и есть конечный продукт флотации — концентрат.

Являясь прекрасным материалом для изготовления термопар (часть прибора для измерения температур), электродов, кончиков перьев авторучек, опорных игл компасных стрелок и других деталей, где высокая устойчивость должна сочетаться с большой твердостью и наименьшей изнашиваемостью, рений из-за высокой стоимости и ограниченности сырья для его получения используется все еще в небольших масштабах.

Приходится сожалеть, что природа так бедна рением, на долю которого приходится всего лишь несколько миллиардных долей процента (9 · 10–9) от общего числа атомов земной коры.

Попробуйте подсчитать, какой путь совершает кончик пера автоматической ручки при движении по бумаге только в пределах одной тетради в 12 листов. Пусть это будет зависеть от величины букв, манеры письма, в общем от почерка; в среднем он составляет 150–250 м. Четверть километра — путь немалый! Теперь представьте, сколько трения на этом пути выдерживает кончик пера: ведь идет непрерывная шлифовка пера о бумагу. Правда, бумага не наждак, не кварцевый песок и даже не тертый кирпич, но путь большой и нагрузка изрядная. Значит, от кончика пера требуется тоже исключительная твердость. Необходимой твердостью обладает не всякий металл и не всякий сплав. Особенно пригоден для этой цели сплав осмия с иридием.

Замечательной особенностью осмия является его вес. Осмий — самый тяжелый металл на Земле. Плотность осмия составляет 22,6, т. е. он в два раза тяжелее свинца и почти в три раза тяжелее железа.

Чистый осмий — синевато-серый, тугоплавкий (2700 °C), твердый, но хрупкий металл. Хрупкость осмия так велика, что его можно истолочь в порошок в железной ступке, причем порошок имеет сине-черный цвет, а не серовато-светлый, как у большинства металлов. Необычные свойства порошка осмия состоят также в том, что на воздухе он, хотя и медленно, но уже при обычной температуре соединяется с кислородом, причем один атом осмия присоединяет четыре атома кислорода, т. е. осмий проявляет самую высокую валентность, равную восьми, образуя четырехокись осмия.

Окисел восьмивалентного осмия плавится при 48°, а при 130 °C — кипит с образованием пара, сильно раздражающего слизистые оболочки. Пары четырехокиси осмия особенно опасные для глаз, могут вызвать слепоту. Они имеют специфический запах. Некоторые исследователи сравнивают его с запахом гнилой редьки.

За своеобразный запах четырехокиси элемент и получил свое название «осмий» от греческого слова «осмэ», что значит «запах», «пахнущий». Интересна замечательная особенность четырехокиси осмия — большая растворимость в органических жидкостях по сравнению с водой. В стакане воды растворяется всего только 14 г четырехокиси осмия при комнатной температуре; в стакане четыреххлористого углерода при тех же условиях — более 700 г.

Хотя осмий был открыт в 1803 г., он до настоящего времени не получил достаточно широкого применения. Одно время его использовали для изготовления нитей в электролампах, в медицинской практике, при подготовке микроскопических препаратов, для микроскопических исследований в тканях жировых включений.

Жировые включения, реагируя с водным раствором четырехокиси осмия, приобретают хорошо видимую черную окраску.