Редкие металлы

Инж. Ю. БОГОМОЛОВ

Периодическая система Менделеева изобиловала «белыми пятнами». Менделеев гениально предсказал многие элементы, неизвестные науке, не существовавшие для техники. Он определил их атомный вес и в знаменитой своей таблице оставил для них место.

В последние десятилетия наука уничтожала белые пятна. На их места она поставила целый ряд элементов из группы «редких земель», радий, гафний, рений, протактиний и несколько других.

От науки эти элементы перешли к технике, прочно вошли в ее обиход. Если отнять эти редкие металлы, техника современной цивилизации перестанет существовать.

Для нас в СССР проблема цветных металлов — одна из самых основных проблем третьей пятилетки.

Всего около двадцати пяти лет назад возникла новая наука —  геохимия. Она изучает химию земной коры, образование и размещение в ней химических элементов.

Представителями этой новой науки стали ученые СССР — академики А. E. Ферсман, В. И. Вернадский и другие.

Геохимия установила, что некоторые из химических элементов, например кремний, кальций, алюминий, встречаются в земной коре повсюду.

На Кольском полуострове, в Хибинах, обнаружены огромные залежи редких металлов. Немало трудностей пришлось преодолеть, прежде чем дикие горные массивы Хибин раскрыли свои металлические богатства. В отвесных склонах гор добычу спускают сверху по 20-метровой лестнице.

К тому же такие элементы очень часто образуют еще и огромные скопления в виде песков и песчаников, известняков и мела, глин и бокситов и т. д.

Другие элементы встречаются лишь в немногих местах. При этом месторождения их имеют и сравнительно небольшие запасы. Здесь не миллиарды или сотни миллионов тонн, а всего лишь сотни или тысячи.

К таким элементам и относятся редкие металлы: золото, вольфрам, молибден, платина, ванадий, олово, кобальт, тантал, ниобий... Их несколько десятков.

Есть и такие элементы, что вообще нигде не встречаются в каких-либо значительных скоплениях.

В виде ничтожных примесей их обнаруживают в некоторых рудах и минералах. В общей массе этих руд вес или объем таких примесей выражается лишь в сотых, тысячных или даже миллионных долях процента. Таковы галлий, индий, скандий, гафний и т. д. Они носят название рассеянных элементов.

Выходы металлоносных кристаллических пород имеются но многих местах нашей страны. Перед нам и схематическая карта расположения гранитных пород в европейской части СССР.

Американские ученые Кларк и Вашингтон пришли к выводу, что земная кора на глубину в 16 км состоит, главным образом, из смеси силикатов алюминия, железа, магния, кальция, натрия и калия. Из ...

Отсутствует фрагмент стр. 28

... Понятно громадное практическое значение этих выводов. Если установлено, что многие редкие металлы встречаются часто, — хотя и в замаскированном виде, хотя и в малых концентрациях, — в распространенных породах и минералах, то возможно найти и технические способы извлечения этих металлов.

Схематическое изображение разреза гранитного массива, составленное академиком А. E. Ферсманом. Гранитный массив образован огненножидкой магмой, прорвавшейся в верхние слои земной коры. Вблизи остывшей магмы, обратившейся в горные породы — гранит, сиенит, базальт, — расположились месторождения цветных и редких металлов. Как видно из схемы, такие месторождения как бы ореолом располагаются вокруг изверженных кристаллических пород. Во всех местах СССР, где обнаружены залежи цветных и редких металлов, — на Урале, Кольском полуострове, на Кавказе, Памире, Украине, — на большем или меньшем расстоянии, выходящие ли на поверхность или залегающие в глубине, обнаружены также и граниты или другие кристаллические породы.

И действительно, теперь уже удается получать в промышленных масштабах такие редкие металлы, которые содержатся в минералах лишь в ничтожных долях процента: кадмий, галлий, индий, рений, гафний, таллий, германий... Их извлекают из отходов, образующихся при переработке некоторых руд: молибденовых, медных, цинковых, ...

Отсутствует фрагмент стр.27

... месей рассеянные металлы, выросли в несколько раз. Открыты новые месторождения радиевых урановых руд; советская добыча радия увеличится почти в десять раз. Значительно увеличились и открытые за последние годы запасы тантала и ниобия, бериллия, «редких земель» и т. д.

Но страна наша велика. Шестую часть земной суши, огромную территорию в 21 миллион квадратных километров, занимает она. Только примерно на одной трети этой площади развернуты пока разведки на редкие металлы.

Во многих местах, где еще не появились партии разведчиков, туристы, краеведы, любители-геологи находят очень красивые камни с металлическими блестящими жилками или вкраплениями. Попадаются камни, очень ярко окрашенные.

Находкой любуются, но потом очень часто выбрасывают.

А между тем, вот такие-то камни, подобранные в размывах, горных осыпях или каменистых трещинах, очень часто бывают самыми верными указателями близких месторождений ценнейших руд и металлов.

Жеолда — полый внутри кусок породы с кристаллами горного хрусталя.

Случайные находки говорят о том, что на территории нашего Союза, еще не охваченной поисками и разведками, существуют настоящие сокровищницы редких металлов, пока еще не открытые.

Это относится в особенности к горным областям, где имеются многочисленные выходы так называемых изверженных кристаллических пород — гранита, кварца, базальта и т. д. А известно, как много у нас горных областей. Гораздо реже встречаются рудные месторождения в местах равнинных, в районах спокойного залегания и преимущественного развития осадочных пород.

Надо признать, что в поисках редких металлов мы еще не использовали всех возможностей. В Соединенных штатах Америки существует около десяти тысяч так называемых проспекторов. Профессия этих людей заключается в том, что они за свой страх и риск ищут драгоценные, редкие и другие полезные ископаемые. Найденные месторождения они затем перепродают крупным промышленным фирмам. У нас в СССР есть много «старателей». Но они ищут только золото. А многие редкие металлы гораздо важнее и гораздо дороже, чем золото и платина.

Иностранный капитал устремляется во все колониальные и полуколониальные страны в поисках месторождений редких металлов. Германия уже несколько лет ввозит многие промышленные отходы: шлаки, медную, свинцовую и цинковую пыль и шламы. Делается это исключительно потому, что такие отходы содержат в заметных количествах редкие металлы.

В третьей пятилетке нам нужно будет обратить особое внимание на редкие металлы.

Это не значит, конечно, что другие отрасли техники отступают на задний план. Нет, они просто не могут развиваться без редких металлов.

Нам нужны чугун и сталь, и притом высококачественные. Так вот, если прибавить к чугуну только один процент ванадия, то сопротивление чугуна изгибу увеличится на 25 процентов, сжатию — на 40 процентов. И твердость его повысится в полтора раза.

А вот что дает присадка к чугуну одного процента молибдена: сопротивление разрыву увеличивается на 60 процентов, изгибу —  на 35, удару — на 60 и сжатию —  на 30 процентов. Менее полупроцента вольфрама в чугуне достаточно для того, чтобы сопротивление изгибу выросло на 25, сжатию — на 40 процентов, а твердость увеличилась в полтора раза.

В течение почти тридцати пяти лет германский завод производил сталь с исключительно высокими мexаничeскими свойствами. Подробности производства завод держал в строгом секрете, и только недавно выяснилось, что этот завод применял препарат редкого металла стронция, который и сообщал стали ее ценные свойства.

Оказалось, что стронций обладает драгоценной способностью поглощать из стали вредные примеси — серу и фосфор. Этот редкий элемент даже в ничтожных дозах действует очень сильно. В стали, содержавшей 0,072 процента серы, после присадки стронция осталось только 0,027; а большой процент вредного фосфора (0,25) после присадки стронция снизился до ничтожной величины — 0,036. Получилась сталь исключительной чистоты и прочности, так как содержание вредных примесей уменьшилось во много раз.

Недавние исследования в СССР показали, что если к трансформаторной стали добавить всего только пять сотых процента титана, то на одну треть увеличится ее магнитная проницаемость. В такой стали магнитные потери (на гистерезис), зависящие от химической ее чистоты, уменьшились на 35 процентов. А уменьшение потерь в трансформаторной стали на 10 процентов дает нам в год миллионы рублей экономии.

Года два назад в Англии Г. Ocборг исследовал влияние редкого металла лития на свойства чугуна — белого и серого, углеродистой стали и 18-процентной хромовой стали. Всего лишь 0,04 процента лития, очень сильно повысили сопротивление разрыву, удлинение и твердость чугунов и стали.

Теперь в Англии уже производится специальная литиевая медь. Она обладает большей плотностью, повышенной электропроводимостью и значительно большей механической прочностью, чем обычная медь. А по существу в такой меди можно уловить только следы лития в сплаве с кальцием — 0,025 процента, и эта ничтожная доля лития совершенно преображает обычные свойства меди.

3,5 процента лития приближают прочность алюминиевых сплавов к прочности мягкой стали.

Такое же действие оказывает литий на магниевые сплавы. А ведь и магниевые и алюминиевые сплавы — это авиационные материалы. Понятно, как драгоценно свойство лития делать эти легкие сплавы еще и прочными.

В новейшей металлургии, черной и цветной, применяют очень много редких и рассеянных металлов. За границей огромное внимание вызывают бериллий, цирконий, тантал и ниобий.

В величайшем секрете хранятся за границей данные о цирконии. Неофициально сообщают, что присадка этого металла к стали чудовищно увеличивает и прочность ее и вязкость. Такие свойства стали прежде всего имеют колоссальное военное значение.

Так вошли в современную технику металлы, сплавленные с незначительными количествами редких металлов — так называемые легированные чугуны, легированные стали, легированные цветные сплавы. Сегодня — это последнее слово металлургии.

А машиностроение?

В автомобиле и самолете, в танке и подводной лодке, в артиллерийском орудии и в броне дредноута, в резцах станков и в нитях электроламп, в огромном количестве других машин, аппаратов и инструментов присутствуют редкие и рассеянные металлы. Без них немыслима ни современная металлургия, ни современное машиностроение. Но не только как составная часть легированного металла важны редкие и рассеянные металлы для машиностроения.

В обработке металла совершенно незаменимы так называемые твердые и сверхтвердые сплавы.

Сравнительно давно уже известны сплавы на основе карбида вольфрама (типа «видиа» или «карболой»). Они буквально произвели революцию в металлообработке. Новый режущий инструмент во много раз превзошел по стойкости и производительности прежние инструменты из углеродистой или низколегированной инструментальной стали. А в последнее время для производства режущих инструментов, кроме вольфрама, уже используются и другие редкие металлы: кобальт, молибден, ванадий, титан, тантал, ниобий, цирконий, бериллий и т. п.

Тантал уже начинает вытеснять вольфрам. Недавние испытания в США показали, что режущий инструмент из карбида вольфрама, снимая стружку толщиною в 7,5 мм со скоростью 54 м в минуту, может работать от 16 до 26 минут. А резец из карбида тантала при тех же условиях проработал свыше 40 минут. После этого на инструменте не было никаких заметных следов разрушения. Твердость танталовых карбидов по шкале Mooca равняется 9. Насколько высока эта цифра, можно понять по тому, что самый твердый из минералов — алмаз — обозначен на шкале Mooca цифрой 10. Температура плавления танталовых карбидов достигает 3800° Ц, тогда как температура плавления карбидов вольфрама — только 2900°. По последним данным, получены сплавы тантала с точкой плавления небывало высокой, лежащей на уровне 4400°.

Не меньшее значение имеют редкие металлы для так называемых «защитных покрытий». Применяются такие покрытия на ответственных деталях машин.

Дело в том, что многие редкие металлы способны очень успешно сопротивляться химическому износу, разъеданию поверхности металла, так называемой коррозии.

Тончайшие защитные пленки из редких металлов охраняют детали машин. А это значит, что развитие не только металлургии, машиностроения, авиации зависит от редких металлов. От них зависит также и химия, ибо аппараты на химических заводах более всего подвержены коррозии.

Кроме антикоррозийных покрытий, редкие металлы и их твердые сплавы применяются для защиты деталей машин и от усиленного механического износа.

Тончайшие слои твердых сплавов наносятся на детали машин, чтобы предохранить их от механического износа. Так повышается производительность машины, срок ее службы. Такие же защитные слои на уже изношенных деталях машин восстанавливают эти детали.

Электротехника — это та область промышленности, где редкие и рассеянные металлы имеют едва ли не наибольшее значение. Для магнитов нужен кобальт, вольфрам, никель. Только редкие металлы применяются в нитях электроламп, в цокольных крючках.

Вольфрамовый магнит (налево) весит 1,65 кг. Более сильный кобальтовый магнит (направо) весит только 0,69 кг.

Основные материалы в новейших аппаратах фото-телемеханики и автоматики — это цезий, рубидий, таллий, селен, теллур и т. д.

Редкие и рассеянные элементы необходимы и для получения наиболее богатых спектров киноламп и прожекторов и для регулирования ультрафиолетовых и инфракрасных лучей. Они же нужны в системе телеграфной и телефонной связи.

От редких металлов будет зависеть ход будущей войны. После всего, что сказано, это не покажется преувеличением.

Вот как пишет об этом американский журнал «Военный инженер»:

«Представьте себе задачу создать военные сооружения без никеля и хрома для производства легированных сталей, без ртути для детонаторов, без вольфрама для инструментальных сталей, без сурьмы для шрапнелей, без марганца для дезоксидации стали, без олова, платины и т. п. Без этих материалов наши огромные ресурсы угля, нефти, железа, цинка, свинца и т. п. не смогут быть использованы и окажутся бесполезными».

Характерное совпадение: к началу империалистической войны 1914 года Германия еще имела значительные запасы вольфрама; к концу же войны в этой стране, несмотря на все старания ее руководителей, было едва лишь полпроцента всей мировой добычи вольфрама. 99,5 процента добычи вольфрама поступали в руки союзников.

А в период итало-абиссинской войны ректор Эдинбургского университета в Англии опубликовал статью о том, что «минеральная санкция», то есть лишение агрессора права на закупку необходимых руд и минералов, будет серьезным фактором международной безопасности. Без редких металлов, без ввоза руд, минералов или отходов, в которых заключаются редкие металлы, невозможна ни война, ни даже серьезная оборона.

В СССР промышленность редких металлов родилась в эпоху пятилеток, до 1930 года ее не было вовсе.

В нашей советской земле очень много редких металлов. В смысле запасов мало кто может с нами потягаться. Мы не нуждаемся в импорте всяческих отходов для извлечения рассеянных элементов, как многие другие страны. Всего этого у нас достаточно.

Враги народа задержали развитие промышленности редких металлов. Они готовили нам провал на фронте народного хозяйства. Они готовили нам поражение в войне.

Врагов народа мы истребляем и истребим. В третьей пятилетке мы довершим начатое дело: наша промышленность редких металлов будет лучшей и первой в мире.