Металлы - дар небесных богов

Так бы и остались шеелитовые рудники непонятной загадкой, если бы (уже на стадии работы над данной книгой) мой знакомый из Санкт Петербурга, Сергей Викторович Дигонский, не прислал мне свою монографию под названием «Газофазные процессы синтеза и спекания тугоплавких веществ». Из этой монографии следует, что можно извлекать тугоплавкий вольфрам из шеелита даже… в тех примитивных печах, которые использовались еще в самых древних металлургических центрах!

Дело в том, что в вышеописанных древних металлургических процессах металл получается его восстановлением из оксидов, содержащихся в руде, а в роли восстановителя выступает окись углерода СО, получаемая из древесного угля. Однако и в руде, и даже в древесном угле неизбежно имеется какое-то количество воды. И уже при температурах 700-800^оС вода в присутствии углерода начинает разлагаться в соответствии со следующей реакцией:

H₂O + C → H₂ + CO

А водород – очень сильный восстановитель (более сильный, чем окись углерода СО), и он активно включается в химические реакции с оксидами металлов, в результате чего можно получить чистый металл по реакции:

MeO + H₂ → Me + H₂O

В такой биреакционной (то есть состоящей из двух реакций) схеме с воды процесс начинается и водой же заканчивается. Образовавшаяся в итоге вода вновь вступает в реакцию с углеродом и так далее…

Суммарно же схему условно можно представить следующей реакцией:

MeO + C → Me + CO

Любопытно, что при такой биреакционной схеме не требуется даже доводить металл до расплавленного состояния – он восстанавливается, оставаясь в твердой фазе. Все необходимое делает мобильный и подвижный водород, передвигаясь в пространстве между частичками шихты.

Но эта мобильность создает и проблему – при обычной тигельной плавке водород быстро покидает зону реакции, улетучиваясь вместе с другими газообразными продуктами. И для того, чтобы восстановление металла проходило по указанной биреакционной схеме, нужно не дать водороду улетучиться.

В опытах, представленных в монографии Дигонского, данная проблема решалась за счет того, что реакция проводилась в закрытой куполообразной печи-реакторе. И опыты дали поразительные результаты.

«…были проведены эксперименты по пирометаллургическому разделению оксидов вольфрама и кальция, связанных в шеелите. Опыты по прямому восстановлению шеелитового концентрата нефтяным коксом осуществлялись при температуре 1100-1150^оС в течение 1 часа. Этого …было недостаточно для восстановления оксида вольфрама до металла, но образовавшийся в вышеуказанных условиях спекшийся продукт состоял из двух частей, причем нижняя часть представляла собой спек нерудных оксидов, а верхняя часть была полностью представлена коричнево-бурым WO₂, восстановленным по реакции:

CaWO₄ + H₂ → WO₂ + CaO + H₂O

При увеличении длительности процесса шеелит восстанавливался до металлического вольфрама [см. Рис. 179], образующего смесь с оксидом кальция» (С.Дигонский, «Газофазные процессы синтеза и спекания тугоплавких веществ»).

Рис. 179. Порошок металлического вольфрама, полученный из шеелитового концентрата

Температура 1100-1150^оС вполне достижима в древней металлургической печи. Более того – это ее обычный температурный режим. Вместо нефтяного кокса в качестве источника углерода вполне можно использовать древесный уголь. Вода есть и в руде, и в древесном угле, но можно при необходимости ее и добавить (хотя Дигонский уверил меня, что этого и не потребуется – воды итак будет хватать для получения достаточного количества водорода).

Нужно лишь предотвратить выход водорода из зоны реакции, а для этого можно просто плотно замазать глиной горлышко керамического горшка (который выступает в роли тигля) и… перевернуть его вверх дном. Все – водород уже никуда не денется и будет оставаться в зоне реакции…

Однако нет никаких признаков того, чтобы люди были знакомы с таким простым приемом. Во-первых, на всех древних изображениях, связанных с металлургическими процессами, тигли изображены в обычном, а не в перевернутом положении. А во-вторых, если бы этот прием был известен, он в том или ином виде скорее всего сохранился бы в металлургической традиции. Между тем биреакционная схема была предложена лишь в ХХ веке.

С другой стороны, боги, которые смогли приспособиться к отсутствию сложного оборудования, используя для получения бронзы примитивные печи, вполне могли использовать те же самые печи для получения вольфрама из шеелита по биреакционной схеме. Знаний у них вполне должно было на это хватить.