Металлы и человек
Шрифт:
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.
А бериллий обладает к тому же и высокой теплостойкостью. Деталь из дюралюминия при нагреве до 400 градусов становится в 5 раз менее прочной, чем до нагрева. А бериллиевая деталь снизит свою прочность лишь наполовину.
Не уступает бериллий другим металлам и по удельной прочности. Если у нержавеющей стали удельная прочность равна 10, у сверхпрочной стали — 20, то у бериллия она превосходит 26. Каркас высотного дома, сделанный из такого же по весу количества бериллия, что и стальной каркас, будет значительно прочнее последнего. Самолет, сделанный из бериллия, только за счет разницы в весе будет иметь на 40 процентов большую дальность полета, чем такой же самолет из алюминия.