Во времена Средневековья усилиями европейских мастеров и ученых технические новшества появились не только в производстве чугуна и ковкой стали, но и в цветной металлургии. К семи металлам, известным с глубокой древности, стараниями алхимиков к началу XVII в. прибавилось еще четыре: мышьяк, сурьма, висмут и цинк (см. гл. 4, п. 4.7). Открытие этих металлов и подробное изучение их свойств незамедлительно вызвало их практическое использование, что привело к дальнейшему развитию цветной металлургии.

Опыт по разведыванию руд и добыче цветных металлов проанализировали и сопоставили в своих трудах В. Бирингуччо и Г. Агрикола (см. гл. 5, п. 5.4). Традицию издания чрезвычайно важных с практической точки зрения сочинений

по металлургии и прикладной химии в XVI в. продолжили труды менее известного немецкого ученого Лазаря Эркера. Несмотря на то что работы Л. Эркера значительно реже цитируются в современных исследованиях по истории химии, необходимо подчеркнуть, что по уровню компетентности они нисколько не уступали сочинениям В. Бирингуччо и Г. Агриколы. Наибольший интерес среди сочинений Лазаря Эркера представляет книга «Описание всех известных минеральных руд» («Beschreibung Allerfumemisten Mineralischen Ertzt»), изданная в 1574 г. В ней с особой скрупулезностью изложены не только методы получения металлов, но и способы определения их содержания в природных минералах.

Большое внимание автор уделял методикам пробирного анализа — определению степени чистоты полученных слитков золота, серебра и меди. Все это не без основания позволяет считать, что книга Лазаря Эркера является первым практическим руководством по аналитической химии в области материаловедения цветных металлов^{254}.

^{Титульный лист книги Эркера «Описание всех известных минеральных руд» («Beschreibung Allerfurnemisten Mineralischen Ertzt») (1574)} 

Говоря о книгах этого периода, нельзя не упомянуть сочинения известнейшего итальянского скульптора и ювелира эпохи Возрождения «Жизнь Бенвенуто Челлини, рассказанная им самим». Итальянский художник прославился своими скульптурами, а также изделиями из бронзы, серебра и золота, при создании которых он широко использовал технологию литья. Поэтому в книге Б. Челлини читатель мог найти не только факты из его насыщенной различными событиями жизни, но и сведения о производстве цветных металлов и методах их обработки.

В трактатах Бирингуччо, Агриколы и Эркера в деталях представлены важнейшие способы добычи цветных металлов и их соединений с древнейших времен и до середины XVI в. Невозможно уделить внимание всем методам добычи цветных металлов, описанным в этих сочинениях, остановимся только на наиболее принципиальных процессах, используемых в средневековой цветной металлургии.

^{Добыча и промывка золотоносной руды (из книги Л. Эркера «Описание всех известных минеральных руд»)}

Первые упоминания о добыче меди и серебра на европейских рудных месторождениях относятся к IX в. Задолго до открытия Америки в Венгрии, Богемии, Саксонии, Гарце, Эльзасе и Швеции средневековые рудокопы и металлурги разрабатывали богатые месторождения цветных металлов: меди, серебра, олова, золота, висмута, сурьмы и мышьяка. В XIII–XIV вв. при производстве меди широкое распространение получил процесс цементации[25], известный в Венеции еще с XII в. В XVI в. стал популярен еще один процесс — амальгамирование, с помощью которого особенно успешно извлекали серебро и золото из руды, содержащей сульфиды^{255}.

C глубокой древности золото и серебро использовали для создания ювелирных украшений. Позднее они стали выполнять функцию денег. Первоначально обращение этих драгоценных металлов осуществлялось в форме слитков, а затем и в виде монет. В период раннего Средневековья преобладала чеканка золотой монеты.

C XVI в. в странах Европы из-за недостатка золота основным металлом, предназначенным для изготовления денег, становится серебро. Первые древнерусские монеты из серебра появились в IX–X вв. Золотые и серебряные монеты обращались по действительной стоимости содержавшегося в них благородного металла, причем ценностное соотношение между этими металлами складывалось стихийно, под влиянием рыночных факторов.

В Средние века одной из центральных проблем материаловедения цветных металлов оставалось определение степени чистоты золота и серебра, используемых для чеканки монет. Важную роль в совершенствовании процесса контроля содержания драгоценных металлов в монетах сыграло применение азотной кислоты. Агрикола и Эркер уделяли большое внимание описанию различных методик пробирного искусства, в том числе методов анализа исходного сырья и выплавляемых золотых и серебряных слитков с использованием различных минеральных кислот; в их трактатах описаны специальные стационарные и переносные печи для проведения пробирного анализа. Эти устройства можно было использовать при качественном и количественном анализе содержания веществ не только в лабораторных, но и в полевых условиях, что было особенно полезно при разведке рудных месторождений^{256}.

В XIV в. с появлением в Европе пороха и распространением огнестрельного оружия резко возросла добыча медной руды. Основная доля меди расходовалась на выплавку бронзы, которая практически полностью шла на производство пушек. Как уже было отмечено ранее, средневековые металлурги восстановили утраченную в период «темных веков» технологию литья бронзовых и латунных изделий. Позднее из бронзы стали отливать посуду, другие предметы обихода и даже украшения интерьера.

^{Оборудование для выплавки латуни (из книги Л. Эркера «Описание всех известных минеральных руд»)}

Технология получения бронзы была известна и в России. Ярким доказательством этому является упоминание в летописях Пушечного двора, который занимал довольно обширную территорию в Москве на берегу р. Неглинка. В 1586 г. по приказу царя Федора Ивановича из высококачественной бронзы была отлита огромная мортира, получившая название «Царь-пушка». Имя ее создателя — литейного мастера Андрея Чохова указано на стволе[26]. Длина орудия, украшенного надписями, фигурными фризами и орнаментом, составляет 5 м 34 см, наружный диаметр ствола — 120 см, калибр — 890 мм. На краю ствола вырублено: «2400 пуд» (39312 кг) — такова масса самой большой бронзовой пушки в мире.

C глубокой древности основным поставщиком оловянной руды была территория современной Великобритании. В эпоху бронзового века в поисках этого стратегического сырья к берегам Альбиона направляли свои корабли критские и финикийские мореплаватели (см. гл. 2, п. 2.3). До VIII в. до н.э. металлурги Древнего мира еще не умели получать олово в свободном состоянии. При выплавке бронзы в качестве источника олова они использовали главным образом касситерит в смеси с древесным углем. Однако позднее ремесленники Греции и Рима овладели технологией получения чистого олова. Металлургия олова не утратила своего значения и в Средневековье: с XII в. этот металл уже добывали не только в Англии, но и из месторождений в Рудных горах, которые расположены на границе Чехии и Германии. Достаточно большое количество производимого в Европе олова шло на изготовление столовой посуды^{257}.

Месторождения цинка были известны давно, а сульфат цинка стал предметом торговли еще с XIV в. Однако интенсивная добыча цинковых руд и получение чистого металла в промышленных масштабах прослеживается лишь с XVIII в. Важнейшие месторождения ртути, необходимой для добычи благородных металлов методом амальгамирования, а также для изготовления некоторых лекарственных препаратов, находились в Испании. C конца XV в. месторождения ртути были разведаны и в Центральной Европе — на территории современной Чехии и Германии. В XVI в. испанскими конкистадорами были открыты знаменитые перуанские месторождения ртути.

^{Выплавка и «высадка» олова (из книги Л. Эркера «Описание всех известных минеральных руд»)}

Увеличению объемов добычи сурьмы в Западной Европе способствовало активное рекламирование Парацельсом в качестве эффективных лекарств многочисленных препаратов, содержащих соединения этого элемента (см. гл. 5, п. 5.2). Помимо этого сурьма служила добавкой к другим металлам при изготовлении различных сплавов, используемых, например, при отливе колоколов. C середины XVI в. стала разрабатываться технология получения висмута и его соединений. В качестве красителя был широко известен оксид висмута желтого цвета. Для получения сурьмы и висмута применяли сходные технологии. Чаще всего висмут использовали в сплаве с оловом. Технологические процессы, применявшиеся при выделении висмута, например так называемое гранулирование, использовали позднее и при получении голубого кобальтового стекла, смальт и голубых красок. Особенно ценилась смальта, которую производили в Богемии, Саксонии и Гарце (Германия). Ее использовали в качестве краски для живописи, а также для окрашивания в синий цвет стекол и керамических изделий, для получения искусственных драгоценных камней, подсинивания белья и бумаги. Основными потребителями смальты были Голландия и Франция.

Поначалу мышьяк получали на саксонских и богемских металлургических заводах как побочный продукт. Его экспортировали в Венецию, где применяли для изготовления ядов, а также в стекольном производстве (см. гл. 7, п. 7.2).

Средневековые рудокопы исследовали залежи руд не только металлов, но и некоторых неметаллов — например серы.

Сера встречается в природе в свободном (самородном) состоянии, поэтому она была известна человеку еще с глубокой древности. Это вещество привлекало к себе внимание характерной окраской, голубым цветом пламени и специфическим запахом, возникающим при горении (запах сернистого газа). Применение горящей серы для дезинфекции упоминается в знаменитых поэмах Гомера, а в Древнем Риме с помощью сернистого газа отбеливали ткани. В Библии говорится об использовании серы для очищения грешников. У человека Средневековья запах «серы» (сернистого газа) ассоциировался с преисподней, поскольку чаще всего залежи серы находили вблизи вулканов.

^{Пробирная лаборатория, в которой исследовали содержание золота и серебра в рудах (из книги Эркера «Описание всех известных минеральных руд»)}

Издавна серу использовали и в медицине — ее включали в состав различных мазей для лечения кожных заболеваний, а сернистым газом окуривали больных. Арабские, а вслед за ними и европейские алхимики полагали, что все металлы, в том числе золото и серебро, состоят из находящихся в различных соотношениях элементов-принципов: серы и ртути (см. гл. 4, п. 4.3–4.4). Поэтому и вещественная сера играла важную роль в попытках алхимиков найти «философский камень» и превратить обычные металлы в драгоценные. В XVI в. Парацельс считал серу вместе с ртутью и «солью» одним из основных «начал» природы, «душою» всех тел. Практическое значение серы резко возросло после того, как изобрели дымный порох, в состав которого сера входила как один из основных компонентов. C этого момента данный неметалл стали широко использовать для военных целей. Издавна главным поставщиком серы была Италия. Крупные месторождения неметалла находились на острове Сицилия. Лишь в XVI в. Кристоф Сандер организовал в Раммельсберге (Германия) предприятие по добыче серы из серного колчедана.

Коренные изменения в экономике, которые произошли в XVI–XVII вв. после открытия Нового Света, отразились прежде всего на производстве благородных металлов. В этот период в Европе отмечается резкое снижение производства серебра и золота, главным образом потому, что испанские конкистадоры, разгромив государства ацтеков и инков, завладели их несметными сокровищами и природными ископаемыми. Например, общий объем выплавленного серебра с 1493 по 1520 гг. в Германии и Священной Римской империи составил 980 тонн, т.е. около 75% всей мировой добычи за это время. Однако уже с 1601 по 1620 гг. в этих странах получили всего 428 т серебра, в то время как испанские колонии в Америке произвели 7800 т. Для добычи драгоценных металлов испанцы использовали рабский труд покоренных индейцев. Чтобы вывозить награбленные драгоценные металлы из новых колоний, испанские короли снарядили Золотую и Серебряную флотилии. Динамику изменения соотношения добычи драгоценных металлов с 1781 по 1800 гг. между Старым и Новым Светом иллюстрируют данные, представленные в табл. 7.2.^{258}

На добыче меди открытие новых земель практически не отражалось вплоть до конца XVIII в., поскольку знаменитые чилийские месторождения были разведаны несколько позднее. К XVIII в. выплавка меди, как и многих других металлов, значительно увеличилась. Например, в Европе в начале XVIII в. общая добыча меди составляла примерно 1000 т, а к концу века — 8000 т^{259}. На резком увеличении выплавки этого металла сказались главным образом два фактора: использование каменного угля (кокса) и пламенных печей. Такие печи для выплавки меди в Англии стали применять уже с 1698 г. Несколько позднее с помощью подобных печей начали выплавлять свинец и олово.

Таблица 7.2

Производство драгоценных металлов в мире за период с 1781 г. по 1800 г.

(Место добычи … Масса добытого золота, т)

Старый Свет (Африка и Австро-Венгрия) … 55,6

Колонии в Новом Свете (Бразилия) … 284

Старый Свет (Германия и Австро-Венгрия) … около 100

Колонии в Новом Свете (Мексика) … 16000

XVIII век оказался весьма щедрым на открытия новых металлов (табл. 7.3)^{260}. Новые элементы были обнаружены благодаря совершенствованию методов качественного анализа химических веществ.

Таблица 7.3

Металлы, открытые учеными-химиками в XVIII в.

По мнению многих ученых, платина была известна человечеству с древнейших времен. Изделия, содержащие платину, найдены при раскопках древнеегипетских гробниц. Индейцы в Латинской Америке знали платину еще задолго до путешествий X. Колумба. Первое описание платины в Европе сделал А. де Ульолоа, который принимал участие во французской экспедиции в 1736 г. с целью определения длины экватора. В его записях упоминается благородный металл «platina», найденный в колумбийских золотых рудниках. В 1741 г. южноамериканские образцы металла были доставлены в Европу, где сначала платину рассматривали как «белое золото». Примерно в середине XVIII в. была установлена элементарная природа платины. В настоящее время «белым золотом» называют сплавы золота и платины. Расплавить чистую платину удалось в 1783 г. А.Л. Лавуазье. В 1805 г. английский химик У. X. Уолластон наладил производство порошка платины из южноамериканской руды.

Необходимо отметить, что кобальт, никель, хром, уран, иттрий, титан и цирконий были сначала открыты в виде оксидов. Чистые металлы удалось выделить несколько позднее.

Анализ эволюции черной и цветной металлургии в Европе с V по XVIII вв. позволяет с определенностью утверждать, что эти отрасли прикладной химии развивались поступательно, достаточно динамично, и к концу рассматриваемого периода достигли фазы наивысшего развития. Максимальный подъем в эволюции металлургии выразился не только в увеличении объемов выплавляемых металлов, усовершенствовании технологии и повышении качества конечного продукта, но, что особенно важно, — в создании первых теоретических представлений о химических превращениях и способах функционирования технических средств, используемых в этой отрасли производства.