История бронзы. Ч.1, введение.

"О сколько нам открытий чудных

готовит просвещения дух..."

Неизвестный африканский поэт.

(на фото реплика микенского бронзового меча, отлитого из античной бронзы)

Достаточно регулярно в обсуждения статей на исторические темы в нашем Журнале залетают с диким воплем "кругом обман, вывсеврети, я вот инженер-сопроматчик/инженер-строитель/физик/математик/токарь/пекарь, ets и меня не проведете!" комментаторы , своим поведением напоминающие жертв незавершенных опытов вивисекторов-рептилоидов, а некоторые вообще жертв удачного позднего аборта, вроде одного местного "помощника капитана", заявившего как то мне, что "если загрузить только трюмы, то мидель судна будет высоко, и корабль может перевернуться", или вот - "потому что медный или бронзовый молоток будет и тяжелее и прочнее, по причине пластичности.".  Альтерофреникам на все 360 градусов можно конечно посочувствовать, тяжело им сидеть на собственных мозгах, но как говорится - "не наплачешься", поэтому разговор с такими короток - в сад. 

Но, иногда встречаются такие, которые просто услышав где то звон, но в силу сбитых с подросткового возраста ориентиров не разобравши с какой стороны, задают вопросы. Один из самых популярных -  про несчастное олово, ведь один из его источников - минерал касситерит, достаточно тугоплавок. Называются разные значения температуры (правда непонятно температуры чего именно, и самое главное - эти вопрошатели даже сами не понимают о чем говорят) - и 1400, и 1500 и даже 1700 градусов. А значит никакого Бронзового века поперед Железного века не существовало, "академикинамвсеврут", бо железо оказывается получить проще, чем бронзу. Ага.

При этом они совершенно не в курсе того, что рецептов бронз было минимум два, и в один из них олово качестве компонента 1000 с лишком лет не входило. Я запланировал несколько статей на тему, это будет компиляция работ известного российского археолога и специалиста по вопросу бронзового века, которые мне понравились научным и в то же время доступным подходом к вопросу. Разумеется со всеми подобающими ссылками.

А сейчас будет разобран сугубо технический вопрос - при какой температуре все таки получают олово. Не полный производственный цикл подготовки-плавки-рафинирования, а именно одного процесса, не дающего спокойно вкушать твердую пищу сетевым инженерам-альтерофреникам, - выплавка чернового олова-сырца. При какой же космической температуре его получают? Итак, поехали.

ИТС НТД 13-2016  Наилучшие доступные технологии  :

"В отечественной практике восстановительную плавку оловянных концентратов осуществляют только в электротермических печах, а за рубежом — также в отражательных, барабанных вращающихся и других печах. Электропечи для плавки оловянных концентратов имеют мощность 350– 3000 кВА при площади пода 2–11 м2 . Площадь пода отражательных печей 24–46 м2 . Восстановительную плавку оловянных концентратов в электропечах и отражательных печах ведут при 1150 °C — 1350 °C."

Итак, запомним диапазон температур  - 1150 - 1350 градусов Цельсия. Достаточно много, особенно в сравнении с температурой плавления олова всего 231,9 градусов. Запомним и эту цифру.  Электропечи отставим в сторону, бо если бы у древних металлургов они были бы, то и алюминий  бы они тогда могли делать и титан. А не делали.

Посмотрим, что такое отражательная печь:

"Для плавки оловянных концентратов наиболее распространены отражательные печи.

В отражательных печах можно плавить мелкие концентраты, использовать любое топливо (твердое, жидкое, газообразное), получать более бедные шлаки, чем в шахтных печах. Кроме того, в отражательных печах меньший унос пыли, чем в шахтных, и легко управлять составом отходящих газов и нагревом садки, которую можно и перемешивать.

Эти достоинства объясняют широкое применение отражательных печей и для выплавки олова из богатых концентратов, шлаков, съемов от рафинирования олова, пыли и др.

При отоплении углем расход его составляет 20—25% от веса садки, однако известны случаи большего расхода угля — до 30—35% и выше.

Тафель рекомендует добавлять уголь в шихту в зависимости от содержания в ней олова; при содержании в шихте 50—55% Sn—12% угля, 55—60% Sn—15%; 60—62% Sn—17,5%; 62-67% Sn—20%.

При отоплении мазутом его расход 200—250 кг/т шихты. Для подачи мазута в печь требуемое давление воздуха составляет 400—500 мм вод. ст.

Оловянный концентрат шихтуют с восстановителем и известью и тщательно перемешивают перед загрузкой в печь. Садку в печи постепенно нагревают до 900° для вытапливания восстанавливаемого олова, а затем температуру повышают до 1300—1400° для полного расплавления садки и лучшего отделения олова от шлака. Общая продолжительность плавки 6—12 час."

Итак, процесс непосредственного химико-термического восстановления олова из его окиси, в виде минерала касситерита, проходит устойчиво при температуре до 900 градусах Цельсия, и только затем повышают температуру для лучшего отделения шлака. А могут и не повышать, просто тогда в отвал пойдет значительная часть металла. 

Восстановитель - это углерод, виде антрацита, который при неполном сгорании дает окись углерода - угарный газ, который и ведет весь процесс восстановления металлического олова, отнимая у его окиси кислород. А можно антрацит заменить и древесным углем. А упомянутая  шахтная печь - это современная разновидность обычного металлургического горна. Который, в свою очередь - внук тех самых сыродутных горнов со времен Каина ....

Вот кстати еще одно исследование этого вопроса:

"Плавление шихты с флюсами (CaCO3, SiO2)

в диапазоне T = 1100–1200 °С повышает скорость

реакции, однако при этом теряется селективность

восстановления олова [6]. Эти недостатки устраняются в результате проведения процесса восстановления в расплавах солей щелочных металлов.

В нашем случае углетермическое восстановление касситерита проводят в расплаве Na2CO3–

NaNO3 (массовое соотношение 1:0,3) при T = 850–

950 °С. Исследование термических превращений

в системе SnO2–Na2CO3–NaNO3–C в интервале

температур 300–900 °С (рис. 1) показало, что взаимодействие касситерита с расплавом обеспечивает

перевод SnO2 в форму метастанната натрия

(Na2SnO3), что подтверждается данными рентгенографического анализа продукта взаимодействия.

Обладая более высокой реакционной способностью, чем SnO2, метастаннат натрия восстанавливается в жидкой фазе расплава с высокой скоростью и полнотой. На это указывает повышенное

содержание металлического олова в продукте восстановления системы SnO2–Na2CO3–NaNO3–C

уже при T = 600 °С (табл. 2)"

Здесь как раз указано, что восстановление олова нужно вести в зоне средних температур, иначе с оловом, если шихта недостаточно очищена от примесей,  может восстановится и железо. А это не всегда нужно.

На этом, уважаемые читатели, пока все. Дальше будет интереснее.