Как человек смог получить бронзу?

Вспомним теперь про другие факторы, влияющие на успех выплавки металла из руды.

Как указывалось ранее, одним из важнейших условий для получения металлов было знание древними металлургами свойств минералов и руд. И это на самом деле не так-то просто, поскольку количество разных минералов огромно. Достаточно будет сказать, что даже сейчас геологи ежегодно открывают и регистрируют десятки (!) новых минералов. А ведь все эти минералы отличаются друг от друга по внешнему виду, цвету, структуре и т.д. и т.п. Как древний человек мог ориентироваться в таком многообразии и выбрать именно нужные минералы и руды?..

Рис. 39. Небольшая частная коллекция минералов

У историков есть известный ответ на этот вопрос. Дескать, знание минералов накапливалось из поколения в поколение длительное время. А выбор руд для выплавки металлов осуществлялся в ходе экспериментирования наших предков с различными минералами.

Но тогда, если следовать обычной логике, такое экспериментирование должно было носить достаточно случайный характер. Соответственно, оно должно было также быть весьма протяженным во времени.

Оставим в стороне вопрос о том, что могло бы заставить человека столь длительное время засовывать горшки с рудой в печь с неизвестным для него заранее результатом. Обратим внимание лишь на то, что количество руд, из которых древний человек мог получить расплавленный металл, не так уж и велико. И оно буквально ничтожно по сравнению с общим количеством минералов, встречающихся на нашей планете.

Тогда – по той же обычной логике – древний человек должен был пройти через массу неудачных экспериментов. Он должен был нагреть один минерал, выбросить прокаленные камни, которые не дали металла, и взяться за другой минерал – и так много-много раз. Но где свидетельства этих неудачных экспериментов, которые неизбежно должны были остаться?.. Их нет нигде!.. И это несмотря на то, что такое экспериментирование должно было продолжаться весьма долго.

Более того, нигде нет абсолютно никаких следов того, что древний металлург взял какой-то «неправильный» минерал и добавил бы (в качестве эксперимента) к руде, из которой действительно можно было получить металл. Все образцы шлаков, которые были исследованы в ходе изучения мест древней металлургии, ограничиваются строго только тем составом, который соответствует уже правильному выбору исходных минералов. Даже те образцы, которые можно отнести к браку, вполне объяснимы лишь нарушением либо пропорций смешиваемых руд, либо температурного режима плавки. Нигде нет «лишних» минералов!..

Но если таких экспериментов не было, то как человек смог заранее определить, какие именно руды надо было взять?..

Рис. 40. Горы шлака – проблема современной металлургии

Тут мы плавно подошли к другому важному фактору – подбору правильного состава шихты. Мало подобрать правильную руду, мало ее раздробить на мелкие кусочки (для более удачной плавки) – надо еще подобрать флюсы, то есть добавки. В частности, для получения мышьяковистой бронзы нужно к медной руде добавить еще руду, содержащую мышьяк.

Дело в том, что мышьяк хоть часто и присутствует в медных рудах, но его там не так уж и много. В качестве ориентира тут можно использовать значение 0,5% – количество мышьяка в бронзе, которое рассматривается историками металлургии в качестве своеобразного рубежа между естественными и искусственными бронзами. Исследователи пришли к выводу, что до 0,5% мышьяка в выплавленной бронзе можно было получить благодаря его естественным примесям в медной руде. Для получения же содержания мышьяка в количестве 0,5% и более древний металлург должен был специально добавлять в шихту содержащую мышьяк руду – например, арсенопирит (мышьяковый колчедан) FeAsS.

Упомянутые «рубежные» полпроцента весьма показательны, поскольку даже самые древние изделия из мышьяковистой бронзы содержат мышьяка заметно больше. И это указывает на то, что еще на заре металлургии мастера целенаправленно добавляли в шихту мышьяковую руду. А следовательно, уже тогда они знали как свойства этих руд, так и последствия добавления мышьяка в состав смеси, загружаемой в тигель перед плавкой…

Но вот, что любопытно. Ранее упоминался такой недостаток мышьяковистой бронзы, как потеря мышьяка из сплава при его переплавке, что автоматически приводит к потере качества бронзы.

Легко напрашивается простейшее решение данной проблемы – при переплавке добавлять минералы, содержащие мышьяк. В таком случае можно было не только сохранить, но и даже улучшить свойства бронзы – при правильной подборке соотношения переплавляемого металла и мышьяковой руды в шихте.

Однако во всех имеющихся работах по древней металлургии отмечается данный недостаток мышьяковистой бронзы, но нигде не указывается, что древние мастера хоть где-нибудь использовали бы при переплавке указанное простейшее решение проблемы.

«…в древности люди относились к металлическим предметам чрезвычайно бережно, в виду их высокой стоимости. Поврежденные предметы отправлялись в ремонт, или на переплавку. Но особенностью мышьяка отличительной является возгонка уже при температурах около 600^oС. Именно в таких условиях и проводился смягчающий отжиг бронзовых изделий при их перековке. Таким образом, теряя часть мышьяка, металл изменял свои механические свойства в худшую сторону. Объяснить это явление древние металлурги не могли. Однако достоверно известно, что вплоть до I тысячелетия до нашей эры, изделия из медного и бронзового лома стоили дешевле, чем изделия из «первородного» металла» (П.Черноусов, В.Мапельман, О.Голубев, «Металлургия железа в истории цивилизации»).

Как же так?.. Если древние металлурги действительно знали свойства мышьяковых руд и последствия их добавления, то почему они не использовали это свое знание при переработке изделий мышьяковистой бронзы?.. Если добавка мышьяковой руды в шихту при первичной выплавке бронзы была результатом многочисленных и длительных экспериментов, то почему такие же эксперименты так и не были проведены при вторичной переплавке бронзы?..

Возникает очень серьезное противоречие, которое указывает на то, что древние металлурги лишь воспроизводили заранее выученные готовые процедуры при выплавке металла из руды. А знания сути и химических последствий этих процедур у них вовсе не было!..

Рис. 41. Арсенопирит

С составом шихты при выплавке бронзы древними мастерами связана еще одна странность. Дело в том, что в качестве полезного флюса (то есть добавки) часто используются вещества, содержащие соединения кальция, которые существенно уменьшают температуру, необходимую для выплавки металла. Вдобавок, эти вещества облегчают вывод в шлаки соединений кремния (например, того же песка – то есть оксида кремния SiO₂). На более поздних этапах в качестве такого вещества использовали доломит CaMg(CO₃)₂ – минерал из класса карбонатов. А на заре металлургии, как показывают археологические находки в местах обитания древних металлургов, вместо доломита использовались… размолотые кости домашних животных!..

Конечно, многим читателям знакома детская сказка про кашу из топора, в которой находчивый солдат хитростью выманивает у жадной хозяйки продукты для приготовления каши, обещая в итоге накормить ее сваренным топором. Но это – в сказке. А в каком таком сумасшедшем эксперименте древнему металлургу вдруг пришло бы в голову смешать в одном котелке камни и кости домашних животных и поставить все это на огонь?!.

Рис. 42. Как в «рудный суп» древнего металлурга попали кости домашних животных?..

И еще один момент. Как указывалось ранее, для успешной плавки металла из руды далеко не последним фактором оказывается правильный выбор топлива, которое способно обеспечить, с одной стороны, необходимую температуру, а с другой – восстановительную атмосферу в зоне плавки.

Спору нет – древесный уголь для решения этой задачи вполне подходит. Он способен поддерживать высокую температуру горения, а в условиях дефицита воздуха (то есть кислорода) обеспечивать в процессе горения создание окиси углерода СО, являющейся хорошим восстановителем. В условиях изобилия лесов получение древесного угля также не представляет какой-то особой проблемы.

Но представим теперь древнего «экспериментатора», который, как нас уверяют историки, пришел к идее выплавки металла, засовывая в огонь все подряд. Тогда почему среди тех камней, которые этот «экспериментатор» попробовал на взаимодействие с огнем, не оказался каменный уголь?.. Точнее – почему каменный уголь не оказался тем топливом, который использовался для выплавки металлов?..

Не обязательно каменный уголь должен был вытеснить уголь древесный, как это произошло в современной металлургии. Но он вполне мог быть использован параллельно с древесным углем. Однако среди известных древних мест металлургии нет ни одного (!), где были бы найдены признаки использования для плавки руды каменного угля – даже там, где поблизости имеются вполне доступные его залежи. Скажем, на территории современной Турции находится один из древнейших металлургических центров; каменный уголь – одно из основных полезных ископаемых, добываемых ныне в этой стране; но нет ни единой находки, которая указала бы на его использование древними металлургами.

Для версии появления металлургии в результате «случайного экспериментирования» это просто немыслимо. Однако это – факт!..

Рис. 43. Добыча каменного угля в открытом разрезе

Как можно видеть, эмпирические данные – как археологические находки, так и их отсутствие – оказываются вовсе не на стороне версии о возникновении металлургии в результате «случайного экспериментирования». И уж совсем маловероятной оказывается эта версия, если учесть, какие факторы оказывают влияние на успешность выплавки металла из руды, и сколько этих факторов.

«Яркий пример – феномен Каргалинских рудников (Южное Приуралье). Во втором тысячелетии до Р.Х. здесь был крупнейший центр добычи медных руд. После исхода (по невыясненным причинам) знатоков горного дела – сменяющие друг друга народы почти три тысячелетия не смогли овладеть металлом. В XVIII веке русские рудознатцы пытались наладить производство – тщетно, затем приглашали немцев, англичан и только за полстолетия интенсивных попыток лучших специалистов удалось выплавить каргалинскую медь. Поэтому – отнюдь «не каждый» и «не всегда» повторит то, чем владели древние» (Г.Гайко, интервью еженедельнику «Неделя-плюс»).