Минеральные
дары моря

DjVu

      Полный текст книги

      Введение
      Океаны и моря, занимающие 70,8% поверхности нашей планеты, таят в себе неисчислимые богатства.
      Велик и разнообразен их животный и растительный мир. Неисчерпаемы ресурсы минеральных солей, содержащихся в морской воде и в осадках. По образному выражению известного советского экономиста академика С. Г. Струмилина, экономика будущего — это прежде всего экономика Мирового океана.
      Богатства морей и океанов издавна привлекали к себе внимание человека. В море живет около 16 тыс. различных видов рыб; многие из них служат пищей человеку. Добыча рыбы — важнейшая отрасль народного хозяйства. Наша рыбная промышленность дает десятки миллионов центнеров рыбной продукции в год. Китобойные флотилии разных стран вылавливают огромное количество китов; из каждого кита получают от 10 до 30 т жира.
      Не менее многообразна растительность океанов и морей. Сейчас известно несколько тысяч представителей альгофлоры. Особую ценность представляют некоторые водоросли: по содержанию питательных веществ они превосходят мясо, картофель, кукурузу, многие фрукты. Имеются также водоросли, которые способны аккумулировать химические элементы, необходимые для жизнедеятельности животных организмов. Такие водоросли могут служить ценными удобрениями; со временем они станут весьма существенным дополнительным источником питания животных и птиц,
      В океанической и морской воде растворены миллиарды тонн различных солей, имеющих важное значение для развития химической промышленности и других отраслей народного хозяйства.
      С древнейших времен люди добывали поваренную соль из морской воды. Древнегреческий историк Геродот отмечал в своих трудах, что на берегу Черного моря в дельте Днепра наши предки добывали пищевую соль еще в V в. до нашей эры. Поваренная соль, калийные, магниевые и другие соли и до настоящего времени добываются в некоторых странах из морской воды. Например, в Китае из воды Японского моря получают хлористый натрий, калийные соли (карналлит КС1 MgCb 6Н2О) и хлористый магний. Калийные и другие соли добывают в больших количествах из рассолов Мертвого и Красного морей. Соляные промыслы особенно успешно развиваются в странах с сухим и жарким климатом, где для выпарки солей из морской воды используют солнечную энергию.
      Солевые отложения, образовавшиеся в различные геологические периоды в результате усыхания морских бассейнов, перерабатывают в химические продукты, стоимость которых благодаря дешевизне сырья невелика.
      Океаны и моря — грандиозные хранилища железомарганцевых конкреций, титансодержащих песков, фосфоритов, монацита, магнетита, циркона, ильменита, шеелита, касситерита, платины, золота, алмазов и других ценных химических веществ. В иловых отложениях и глубоководных красных глинах содержится значительное количество железа, марганца, свинца, цинка, кобальта и других элементов. В подводных структурах имеются огромные потенциальные запасы нефти. Многое из всего этого уже добывается, например титансодержащие, золотоносные и магнетитовые пески, нефть.
      Интенсивные работы по разведке минеральных богатств океанов и морей, по организации их добычи и использования ведутся во многих странах. При ЮНЕСКО имеется научный центр океанических исследований, который разрабатывает научный план изучения Мирового океана.
      Широкое применение современных методов извлечения элементов из морской воды, например с помощью ионообменных смол, опреснительных установок, позволит организовать рентабельное производство многих ценных веществ на основе океанической и морской воды.
      В данной книге рассматриваются солевой состав океанической и морской воды, условия кристаллизации солей при усыхании морских бассейнов и использование солей в народном хозяйстве. Значительное внимание уделено главной соли морской воды — хлористому натрию, который мы назвали «кристаллом жизни», имея в виду его важную роль в жизнедеятельности человека. В разделе «Элементы плодородия» рассказано о калийных солях
      и фосфоритах, используемых в производстве минеральных удобрений, об их применении в сельском хозяйстве для повышения плодородия почв и урожайности сельскохозяйственных культур.
      Кальцию и магнию мы дали название «строительные элементы», имея в виду, что из природных калийномагниевых солей (карбонаты и сульфаты) вырабатывают многие строительные материалы — цемент, бетон, алебастр, гипс и др. В разделе «Крылатые металлы» идет речь о магнии и алюминии, которые служат основой легких сплавов для авиационной промышленности. О роли галогенов — брома, иода и фтора — в жизни людей и об их использовании в народном хозяйстве говорится в разделах «Вездесущие элементы» и «Самый активный».
     
      МИНЕРАЛЬНЫЕ БОГАТСТВА МОРЕЙ И ОКЕАНОВ
      Океаны и моря покрывают свыше 2/3 поверхности нашей планеты. Из 510 млн. км2 суша занимает лишь 149 млн. км2, т. е. 29%. Потому некоторые ученые считают, что нашу планету следует называть океаном.
      Средняя глубина океанов около 3795 м. Общий объем воды в них равен 2 млрд. км3; все воды континентов составляют не более 2,7% объема воды океанов.
      Советский Союз — великая морская держава, его берега омываются тремя океанами (Северным Ледовитым, Великим, или Тихим, и Атлантическим) и четырнадцатью морями (Балтийским, Черным, Азовским, Каспийским, Аральским, Баренцевым, Белым, Карским, Лаптевых, Восточно-Сибирским, Чукотским, Беринговым, Охотским и Японским), занимающими значительную часть территории страны.
      Все эти моря, за исключением Аральского и Каспийского, сообщаются с океанами и являются их составной частью. Аральское и Каспийское моря представляют собою огромные по площади замкнутые бассейны, но раньше они тоже имели связь с океаном.
      Вода — хороший растворитель, поэтому в природе нет воды, в которой бы не содержалось то или иное количе-
      ство минеральных и других растворенных веществ. По общепринятой классификации все природные воды разделяют на пресные (концентрация растворенных веществ не выше 0,1%), солоноватые (концентрация 0,1 — 3,5%) и соленые (концентрация выше 3,5%).
      В океанической воде содержится около 3,5% минеральных солей.
      В воде морей, в которые впадают реки, солей гораздо меньше: например, в воде Каспийского моря — 1,2%, Аральского — 1,6%, Черного — 1,7%. Однако в воде некоторых морей, расположенных в местах с жарким и сухим климатом, например в воде Мертвого моря, концентрация солей превышает 24%.
      В воде океанов и морей растворено около 48 млн. км3 различных солей. Если бы испарить всю эту воду, то дно океанов покрылось бы слоем солей толщиной около 60 ж, а вся поверхность Земли была бы покрыта 42-метровым соляным слоем.
      Огромное количество природных солей сосредоточено также в недрах Земли — до 2 млн. км3, или 3 500000 г. Эти соли образовались в разные геологические периоды жизни нашей планеты, в результате усыхания морских бассейнов, существовавших в то время.
      В океанической и морской воде обнаружены почти все известные в настоящее время химические элементы. Главными компонентами солевого состава (99,9 масс.%) являются соли натрия, калия, магния, стронция в виде хлоридов, сульфатов и карбонатов. Много в морской воде также брома, фтора и бора. На долю остальных химических элементов и их соединений приходится всего 0,1%. В таблице приведены количества каждого из 60 элементов, содержащихся в морской воде.
      Все соли, растворенные в морской воде, находятся там в виде ионов. Важнейшие из них — катионы Na1+, К1+, Mg2+, Са2+, Sr2+ и анионы Cl1", S042~, НСОз1" С032”, Вг1-. Ниже приведены данные (в масс. %) о содержании в воде некоторых солей щелочных и щелочноземельных металлов.
      Морская вода — важнейший источник сырья для производства минеральных удобрений, кислот, щелочей и других химических продуктов. Именно поэтому многие исследователи — химики разных стран издавна занимаются изучением процессов кристаллизации солей из морской и океанической воды при ее испарении или вымораживании. Многочисленные исследования в этом направлении проведены выдающимся советским химиком академиком Н. С. Курнаковым и его учениками — В. И. Николаевым, А. В. Николаевым, А. Г. Бергманом, Н. П. Лужной, И. Н. Лепешковым, М. И. Равичем, О. К. Янатьевой,
      С. 3. Макаровым, И. Г. Дружининым и др. Велики заслуги также итальянского ученого Узилио, немецких химиков Вант-Гоффа, Мейергофера, Д’Анса и др.
      Когда морская вода начинает испаряться при 20 — 35° С, то вначале из нее выделяются наименее растворимые соли — карбонаты кальция, магния и сульфат кальция, затем выпадают сульфаты натрия и магния, хлориды натрия, калия и магния и после них — сульфаты калия и магния. Последним кристаллизуется хлористый магний в виде бишофита MgCb 6Н2О. Последовательность выпадания всех этих солей приведена ниже. (Здесь следует отметить, что порядок кристаллизации солей и их состав могут изменяться в зависимости от температуры и других условий, при которых происходит испарение и охлаждение рассолов.)
      Кальцит СаС03
      Магнезит MgC03 Доломит СаС03 MgC03 Нексвегонит MgC03 ЗН20 Гипс CaS04 2Н20 Ангидрит CaSOj Глауберит CaS04 Na2S04
      Тенардит Na2SO Мирабилит Na2S04 ЮН20
      Астраханит Na2S04 MgSOj. 4Н20
      Хлористый натрий NaCl Хлористый калий KG1 Карналлит KG1 MgCl2 6Н20 Эпсомит MgS04 7Н20 Гексагидрит MgS04 . 6Н20 и другие гидраты сульфата магния
      Каинит КС] MgS04 ЗН20 Бишофит MgCl2 6Н20
      После выпадения этих солей в конечных, так называемых эвтонических, рассолах происходит накопление брома, иода, лития, бора, рубидия, цезия и других элементов. Некоторые из этих элементов частично соосаж-даются с ранее выделившимися из раствора солями. Например, рубидий выделяется в виде рубидиевого карналлита (RbCl MgCl2 6N20) с калийномагниевым карналлитом. Из концентрированных рассолов могут выпадать бораты: бура Na2B407, боронатрокальцит СаО Na20
      ЗВ2О3 6Н20, гидроборацит Na20 2СаО 5В203 и др.
      Если морская вода и рассолы находятся в длительном взаимодействии с поверхностными (континентальными)
      или грунтовыми водами, то могут образоваться и другие соли, которые встречаются в соляных отложениях морского типа, например полигалит K2SO4 MgS04 2CaS04
      2Н20.
      На рис. 1 показаны кристаллы наиболее распространенных солей морского типа.
      Под действием грунтовых вод и изменения температуры, а нередко и по другим причинам из первичных солей получаются вторичные солевые минералы: лангбейнит K2SO4 2MgS04, леонит K2SO4 MgSCU 4Н20, левеит MgS04 Na2S04 2,5Н20, кизерит MgS04 Н20, лабильная соль 2Na2S04 CaS04 2Н20, гидромагнезит 4MgC03
      Mg (ОН) 2 4Н20 и т. д.
      В соляных озерах континентального происхождения возможно появление карбонатов натрия, в первую очередь соды (Ка2СОз IOH2O) и троны (Ка2СОз NaHC03 2Н20). Иногда им сопутствует беркеит (2Na2S04 Ка2СОз).
     
      РОЖДЕННЫЕ В ПУСТЫНЕ
      Океаны и моря образуют многочисленные заливы. Иногда такие заливы длительное время остаются связанными с морем через проливы, нередко же они совсем отшнуровы-ваются и превращаются в замкнутые водоемы, или озера (рис. 2). И в том и в другом случае морская вода минерализуется вследствие испарения и накопления солей морского типа. В озера поступают также поверхностные и глубинные воды, которые вымывают соли из встречающихся им на пути горных пород и почв и несут их в озера.
      При взаимодействии рассолов морского типа и континентальных вод происходит метаморфизация соляных озер и по своему солевому составу озера переходят из класса I (коэффициент метаморфизации К = MgSCVMgCX)) в класс II (К0).
      В нашей стране имеются тысячи соляных озер, образовавшихся в результате усыхания Черного, Каспийского и Аральского морей. Много у нас и озер континентального происхождения. Больше всего соляных озер расположено в южных, юго-восточных и юго-западных районах страны с жарким и сухим климатом. Зона так называемого соляного пояса (рис. 3) на территории Советского Союза простирается от Черного и Азовского морей к юго-востоку, в районы Прикаспия; Приаралья, Средней Азии, Западной Сибири, южной части Красноярского края и Тувы. Наиболее крупные из озер по площади и запасам рассолов и солевых отложений перечислены ниже.
      Сивашские, Перекопские (Крым)
      Кучук, Эбейты, Петуховские
      Астраханские (Нижнее Поволжье)
      Анж-Булат, Михайловские
      Индер, Арал-Сор (Западный Казахстан)
      Баскунчак, Эльтон (Среднее Поволжье)
      Тениз-Куль и др. (Западная Сибирь)
      Денгиз-Куль (УзбССР)
      Джаксы-Клыч и др. (Приаралье)
      Куули (ТуркмССР)
      На побережье Каспийского моря имеются пересохшие русла рек со значительными отложениями солей, например в Западной Туркмении — русло реки Узбой, где отложения хлористого натрия, сульфатов натрия и магния и других солей достигают 20 — 30 м. С давних пор известен уникальный соляной бассейн Кара-Богаз-Гол, занимающий площадь до 18 тыс. км2, с огромными запасами солей в рассолах и донных отложениях. Залив связан с Каспийским морем проливом, через который морская вода постоянно поступает в залив, пополняя его запасы солей.
      Наряду с рассолами, концентрация солей в которых доходит до 24%, во многих соляных озерах встречаются отложения солей мощностью в несколько метров. Некоторые соляные озера, как, например, Баскунчак, Эльтон, Индер, расположены на поверхности мощных солевых отложений, так называемых соляных куполов. Толщина пластов соли, подстилающих озеро, достигает нескольких сот и даже тысяч метров.
      Согласно классификации Н. С. Курнакова, все соляные озера по химическому составу рассолов и характеру донных отложений можно отнести к четырем основным классам: I классу, II классу, III классу (содовосульфатные) и IV классу (хлоркалиевые). Большинство соляных озер Прикаспия, Приаралья, Поволжья, Азово-Черноморского побережья — озера I класса. В рассолах этих озер содержатся наряду с хлоридами сульфаты магния и натрия (CaS04, MgS04, Na2S04, NaCl, MgCl2).
      Соляные озера II класса иначе называют хлоркальцие-выми. В составе их рассолов нет сернокислых солей маг-
      ния и натрия, но зато много солей кальция и хлоридов магния (CaS04, СаС12, NaCl, MgCl2). Эти озера образовались из озер I класса вследствие метаморфизации рассолов под действием континентальных вод, обогащенных бикарбонатом кальция. В процессе метаморфизации рассолов бикарбонат кальция взаимодействует с хлоридом и сульфатом магния
      2Са(НС03)2 + MgS04 = CaMg(C03)2 + CaS04 + 2С02+2Н20, 2Са(НС03)2 + MgCl2 = CaMg(C03)2 + СаС12 + 2G02 + 2Н20
      и в результате в рассолах накапливаются хлориды и сульфаты кальция. Озера II класса встречаются в Крыму, Казахстане, Узбекистане и других соленосных зонах нашей страны.
      Содовые и сульфатосодовые озера расположены главным образом в районах Западной и Восточной Сибири, Северного Казахстана, Красноярского края и Тувы. В рассолах этих континентальных озер содержится значительное количество карбонатов и сульфатов натрия. В донных отложениях имеются сода Na2C03 IOH2O и трона Na2C03 NaHC03 2Н20.
      Осенью и зимой при сравнительно низкой температуре рассолов ( — 10° С и ниже) из них выкристаллизовывается мирабилит, или глауберова соль. Летом может происходить обратный процесс — растворение мирабилита.
      Для IV класса — хлоркалиевых соляных озер — характерно повышенное содержание калия, вносимого водами подземных источников. Эти воды размывают богатые калием соляные пласты, подстилающие озеро или залегающие в соседних зонах. Для хлоркалиевых озер коэффициент метаморфизации
      К подобным озерам относятся, например, Индер, Пекине (Западный Казахстан), Денгиз-Куль (УзбССР) и др. В районах этих озер имеются залежи калийных солей. Из рассолов и солевых отложений многих наиболее крупных соляных озер добывают Сульфат натрия (Кучук, соляные-озера Приаралья), поваренную соль (Баскунчак, Джаксы-Клыч, некоторые соляные озера Западной Си-
      Рис. 4. Соляное озеро
      бири и Астраханской области), бром и хлористый магний (соляные озера Крыма), соду (Петуховские и Михайлов ские озера Западной Сибири).
      На рис. 4 показано соляное озеро, расположенное у подножия соляной горы Чапчачи.
      Богатства многих соляных озер пока не разрабатываются и еще только ждут промышленного использования.
     
      КЛАДОВЫЕ ДРЕВНИХ МОРЕЙ
      В разных концах нашей родины — в Прикамье, Южном Приуралье, Западном Казахстане, Поволжье, Прикарпатье, Белоруссии, Красноярском крае — имеются отложения солей морского типа, образовавшиеся в результате усыхания древних морей. Наиболее мощные залежи солей появились в нашей стране и в других странах (Германия, Иран, США) еще в пермский период. Много солей накапливалось также при усыхании морей девонского и третичного периодов.
      Древнее Пермское море покрывало огромную территорию европейской части нашей страны — от Северного Ледовитого океана до Каспийского моря (рис. 5). При усыхании Пермского моря образовалось два огромных бассейна: северный Соликамский и южный Волго-Эмбен-ский. Соликамский бассейн занимал площадь свыше 6 тыс. км2 на территории Верхне-Камского района. Мощность солевых отложений этого бассейна, преимущественно залежей хлористого натрия и калийномагниевых солей (сильвина КС1 и карналлита КС1 MgCl2 6Н2О), достигает 450 — 500 м.
      Второй, южный, бассейн занимал обширную территорию в Южном Приуралье и простирался на юго-запад в Западный Казахстан и Поволжье к Волгограду и южнее.
      Солевые отложения этого бассейна гораздо разнообразнее по химическому и минералогическому составу. Кроме хлоридов натрия, калия и магния имеются сернокислые соли: полигалит K2SO4 MgSC4 2CaSC4 2Н20, гипс CaSC4
      2Н20, ангидрит CaS04, кизерит MgSC4 Н20, каинит КС1 MgSC4 ЗН20. В соляных отложениях Волгоградской области обнаружены мощные залежи шестиводного хлористого магния — бишофита MgCl2 6Н20.
      Процесс образования северного и южного соляных бассейнов схематически представлен на рис. 6. Отшнурова-ние этих бассейнов от моря явилось результатом усыхания, а возможно, и тектонических сдвигов.
      Зарождение в древних морях соляных отложений происходило следующим образом. Сначала на всем пространстве отшнуровавшегося бассейна из рассола выкристаллизовывались карбонаты кальция и магния, на дне оседали кальцит, доломит, магнезит, гипс и ангидрит. После садки этих солей из рассолов выпадали хлористый натрий и калий, а также карналлит; их отложения встречаются в северном и южном бассейнах. Позже эти бассейны отделились друг от друга. Рассолы, оставшиеся после выделения карналлита, в результате тектонических явлений попали в южный бассейн, который, по-видимому, был больше связан с морем. Из его рассолов, обогащенных сернокислыми и другими солями, продолжалась кристаллизация солей. Судя по тому, что в отложениях южного .бассейна имеются мощные залежи полигалита, можно предполагать, что в этот бассейн поступали кроме морской воды и континентальные воды, обогащенные солями кальция.
      Как мы уже отмечали, в соляных отложениях южного бассейна имеются залежи и других сернокислых солей: каинита, кизерита, глауберита, а также борнокислых солей в виде гидроборацита, боронатрокальцита и других боратов.
      Изучая химический и минералогический состав солевых отложений южного бассейна, обнаруженных в Башкирской АССР, Западном Казахстане, Саратовской и Волгоградской областях, ученые выявили некоторые важные закономерности в распространении солей. Для соляных отложений северо-восточной зоны (Башкирская АССР, Оренбургская и Актюбинская области) характерны более мощные залежи полигалита и карналлита. В юго-западной же зоне южного бассейна (Западно-Казахстанская, Саратовская, Волгоградская области) встречаются мощные отложения кизерита, каинита, бишофита, а также борнокислых солей. Эти соли, как известно, кристаллизуются из более концентрированных рассолов. Можно предполагать, что в юго-западной зоне южного бассейна накапливались более концентрированные рассолы, которые как бы перемещались с северо-запада на юго-восток.
      На возможность подобного формирования северного и южного бассейнов и перемещения рассолов указывают известные ученые-геологи — А. А. Борисяк, А. Н. Косыгин и др. Борисяк в своей книге «Историческая геология» отмечает, что «вследствие горообразовательных движений
      в области Урала происходило формирование складчатости, что вызывало перемещение границ моря... Во вторую половину нижне-пермской эпохи Русский бассейн теряет связь с открытым мореми делается замкнутым».
      Интересны также высказывания Косыгина об образовании в верхнепермское время так называемого Хобдин-ского мыса, своеобразного барьера между нынешними территориями Оренбургской и Актюбинской областей. Ученый считает, что в нижнепермское время существовало два самостоятельных прогибавшихся участка, разделенных широкой полосой относительного поднятия. Эта полоса названа Хобдинским мысом. К северу от него пермские терригенные породы содержат иные минеральные ассоциации, чем южные породы.
      В южной зоне Пермского моря сосредоточены мощные солевые отложения. При бурении глубоких скважин для обнаружения нефти, газа, а также калийных солей было прослежено залегание солевых отложений на глубину 2 — 4 км. Обычно солевые отложения бывают покрыты толстым слоем (50 — -200 м) других пород, но в некоторых районах соляные купола выходят на поверхность. Купола образуются из первичных пластовых отложений под влиянием тектонических сдвигов и давления накопившихся надсолевых пород. На обширной территории южного бассейна Пермского моря уже обнаружено свыше 1500 соляных куполов.
      Многие скважины, пробуренные в центре куполов на 4 глубину 3 — 5 км, не достигают подошвы соли. О морском происхождении куполов свидетельствует то, что обычно в прогибах между ними имеются скопления нефти и газа, которые образуются в результате гниения остатков животных и растений, заселявших моря и океаны.
      При формировании куполов солевые пласты благодаря своей пластичности выжимаются вверх, нарушая первичные горизонтальные отложения. При этом наблюдается разрыв сплошности пластов соли и образование отдельных линз неодинакового объема (рис. 7).
      Пласты калийных и других солей часто залегают вертикально. При бурении некоторых соляных куполов вблизи Волгограда были обнаружены линзы солей в виде кашеобразной полужидкой массы. Исследование образцов солей из этих линз показало, что кашеобразной массой является бишофит — ценное сырье для получения металлического магния и хлора.
      В соляных отложениях Башкирской АССР, Оренбургской и Актюбинской областей на глубине 200 — 2000 м
      найдены залежи полигалитовой соли; мощность пластов доходит до нескольких сот метров. Эта соль — эффективное минеральное удобрение, содержащее ценные питательные элементы — калий и магний — в форме сернокислых солей.
      В перспективном плане развития народного хозяйства пашей страны предусматривается промышленное освоение солей южной зоны Пермского моря и получение из них сернокислых калийных и магниевых солей, соды, едкого натра, хлора, металлического магния, поваренной соли, минеральных кислот и других химических продуктов. В том же районе (Каратау, Южный Казахстан, Ак-тюбинская область) имеются мощные залежи фосфоритов, природный газ и нефть. На основе этого сырья и природных солей можно организовать производство сложных удобрений, содержащих азот, фосфор, калий и магний.
     
      СОЛОНКА «ЧЕРНОЙ ПАСТИ»
      Среди песков Западной Туркмении на площади свыше 18 тыс. км2 раскинулся уникальный соляной бассейн — залив Каспийского моря — Кара-Богаз-Гол (рис. 8), что в переводе означает «Черная пасть». Залив соединен с морем проливом (рис. 9) длиной 10 км и шириной от 100 до 250 м; котловина залива ниже уровня моря на
      3,5 м. Через пролив в залив ежегодно поступает до 10 кмъ морской воды, содержащей около 135 млн. т солей. За время существования залива в его рассолах и донных отложениях накопились миллиарды тонн солей, и его по праву можно назвать огромной природной солонкой, которая непрерывно пополняется солями.
      В мире нет подобного соляного бассейна. Здесь в условиях постоянной связи с морем происходят удивительные природные явления, связанные с формированием соляных месторождений морского типа. Жаркий и сухой климат способствует усиленному испарению воды, накоплению солей в рассолах залива и их кристаллизации. В различное время года при разной температуре воздуха и рассолов из последних выделяются и различные соли.
      Первооткрывателями залива были русские мореплаватели Бекович-Черкасский, Карелин, Жеребцов, Гримм и др. (экспедиции 1715 — 1874 гг.). Первое географическое описание залива сделано в 1715 г. экспедицией Бековича-Черкасского. На составленной им первой карте Каспийского моря, опубликованной в 1720 г., был указан и Ка-рабогазский залив.
      На рис. 10 приведена современная схематическая карта залива Кара-Богаз-Гол.
      Гидрохимическое исследование залива начато в 1897 г. экспедицией с участием геолога Андрусова, гидролога Шпиндлера, химика Лебединцева, зоолога Остроумова и других специалистов. Во время 40-дневного плавания они отобрали в разных зонах залива большое количество проб рассолов и солей.
      В донных отложениях залива была обнаружена глауберова соль, или мирабилит, которая в обезвоженном виде нашла широкое применение в стекольной, текстильной, хлопчатобумажной и других отраслях промышленности.
      Собранные экспедицией данные о солевых богатствах залива привлекли внимание исследователей. В 1909 г. выдающийся химик Н. С. Курнаков организовал совместно со своими учениками (Подкопаев и др.) научную экспедицию в залив на парусных лодках. Экспедиция хотела определить запасы мирабилита и других солей и изучить гидрохимический режим залива. Для этого были сделаны промеры глубины рассолов в разных зонах залива, выяснены условия выделения мирабилита из рассолов осенью и зимой и его обратное растворение весной и летом, начиная с апреля.
      Было замечено, что кристаллы мирабилита в таких больших количествах выбрасываются волнами на берег, что можно организовать промышленную добычу этого ценного сырья. Однако до Великой Октябрьской революции солевые богатства залива не использовались, если не считать добычи мирабилита в количестве нескольких десятков тонн частными предпринимателями.
      Уже в первые годы Советской власти В. И. Ленин обратил внимание на необходимость промышленного освоения солевых богатств залива.
      Выступая в апреле 1918 г. на заседании ВЦИК по вопросу развития народного хозяйства страны, Ленин указал на ту важную роль, которую могут сыграть солевые ресурсы Кара-Богаза в развитии химической промышленности. В своей работе «Очередные задачи Совет-
      Рис. 9. Пролив, соединяющий залив Кара-Богаз-Гол с Каспийским морем
      ской власти» 1 он отмечал, что разработка отечественных богатств, и в том числе сырья для химической промышленности, приемами новейшей техники #даст основу для невиданного прогресса производительных сил страны.
      Для наиболее полного изучения и промышленного освоения солевых богатств залива в 1918 г. при ВСНХ был учрежден Карабогазский комитет, а позднее организован трест «Карабогазсульфат», который занялся разработкой сокровищ Кара-Богаз-Гола.
      Начиная с 1918 г. советские ученые — химики, га-лурги и особенно представители научной школы физикохимического анализа, созданной Н. С. Курнаковым, много сделали для изучения гидрохимического режима залива и научного обоснования методов и путей комплексного использования его рассолов и солей.
      С 1921 по 1934 г. сотрудники Института физикохимического анализа АН СССР, а с 1935 г. и по настоящее время — Института общей и неорганической химии им. Н. С. Курнакова (ИОНХ) ведут наблюдения за изменением состава рассолов, кристаллизацией солей в разных зонах залива, разрабатывают методы комплексной переработки рассолов и солей.1 Исследованиями гидрохимии залива и его богатств занималась также Соляная лаборатория АН СССР (СОЛАБ), а с 1934 г. — Всесоюзный научно-исследовательский институт галургии. В последние годы в этих исследованиях участвуют Институт химии АН ТуркмССР и другие организации.
      Уже многое выяснено об условиях накопления и распространения солей в заливе (рис. 11) и годичных циклах изменения состава рассолов в различных зонах. В весенне-летний период, когда испарение воды в заливе проходит весьма интенсивно и температура рассола достигает 30 — 35° С, скорость кристаллизации солей заметно возрастает. В осенне-зимний период при температуре рассолов 5° С и ниже выпадают мирабилит и бигидрат натрия.
      В отдельных зонах залива существуют различные по концентрации и составу рассолы. Наиболее разбавленные рассолы находятся в зоне I, прилегающей к проливу, через который поступает морская вода. Это так называемая зона смешения морской воды и рассолов залива. В донных отложениях скапливаются менее растворимые соли — карбонаты и сульфаты кальция и магния, преимущественно кальцит, магнезит, доломит, гипс и глауберит.
      В центральной зоне II преобладают эпсомит, астраха-нит и хлористый натрий.
      В прибрежных зонах III и IV, наиболее удаленных от пролива и зоны смешения, где глубина рассола незначительна (0,5 м и меньше), в летний период происходит наиболее интенсивное испарение и концентрирование рассолов, из которых выделяются калийномагниевые соли — хлористый калий, карналлит, каинит, бишофит. В настоящее время обнаружено около 15 солевых минералов в донных отложениях залива.
      Научными сотрудниками ИОНХ АН СССР разработана схема комплексного использования рассолов залива, предусматривающая получение сульфата натрия, брома, хлоридов и сульфатов магния, сернокислого калия, а также некоторых редких элементов. На комбинате «Карабогаз-сульфат» уже организовано производство сульфата натрия, сернокислого магния и хлористого магния.
      При получении безводного сульфата натрия используют солнечную энергию. Осенью рассолы залива накачивают насосами по рапопроводу в естественные котлованы. Зимой же из охлаждающихся рассолов выкристаллизовывается мирабилит в виде плотной стеклообразной массы. Весной и летом под влиянием лучей
      Рис. 12. Добыча сульфата натрия в зоне залива Кара-Богаз-Гол
      т т»тт
      солнца и теплого воздуха верхний слой мирабилитового пласта обезвоживается и образуется белый порошок безводного сульфата натрия. Машины сгребают его и насыпают в мешки (рис. 12). Карабогазский сульфДт грузят на суда и отправляют по Каспийскому морю в порты, а оттуда по железной дороге — в разные концы Советского Союза на предприятия стекольной, хлопчатобумажной, текстильной промышленности.
      Комплексная схема переработки рассолов предусматривает получение сернокислых калийномагниевых солей в виде сульфата калия и шенита. Эти виды бесхлорных удобрений крайне нужны в Средней Азии, в особенности для повышения урожайности хлопчатника на почвах, засоленных хлоридами натрия.
     
      КРИСТАЛЛЫ ЖИЗНИ
      Многие столетия поваренная соль играла большую роль в хозяйственной и политической жизни народов. Соль — один из необходимых пищевых продуктов — была предметом обмена, торговли, источником пополнения государственной казны. Из-за соли велись кровопролитные войны, происходили народные волнения и бунты. Римским историком Тацитом описано сражение в 58 г. между хаттами и германдурами из-за соли, окончившееся почти полным истреблением одной из враждующих сторон. Первые римские властители вели постоянные войны с соседними племенами — латинянами, этрусками, сабинянами — за обладание соляными бассейнами в устье реки Тибра.
      Непомерно высокие налоги на соль, введенные еще в глубокой древности в Риме, Китае, Японии, вызывали недовольство народных масс.
      В XIV в. Франция вела длительную, изнурительную войну с Англией. Чтобы покрыть все увеличивающиеся военные расходы, король повысил налог на соль. В разных местах Французского королевства в ответ на указ короля вспыхнули кровопролитные бунты. В Аррасе разъяренные толпы крестьян врывались в дома сборщиков соляного налога, вытаскивали их на улицу и волокли на
      расправу па городскую площадь. Спустя двести лет, в XVI в., население крупного французского порта Ла-Рошель в ответ на увеличение солевого налога королем Франциском I вооружилось и прогнало королевских сборщиков; для усмирения бунтовщиков в Ла-Рошель были посланы войска.
      В Китае, где налог на соль был введен еще в VII в. до нашей эры, возмущение соляными поборами вызвало в средние века восстание крестьян, которое продолжалось девять лет. Оно началось в северных районах Китая — Шаньдуне и Хебее, а затем армия восставших, насчитывавшая несколько сот тысяч человек и возглавлявшаяся мелким торговцем соли Хуан Чо, захватила ряд провинций и продвинулась в Центральный Китай. На седьмом году успешных действий повстанцев Хуан Чо провозгласил себя императором и... отменил налог на соль. Однако царствовать «соляному благодетелю» пришлось недолго. Армия Хуан Чо была разбита императором Танской династии с помощью варварских орд, и в Китае был снова введен соляной налог; взимание его производилось вплоть до крушения богдыхановского правления в XX в.
      Как в Европе и Азии, так и на Руси введение налогов на соль вызывало возмущение народа.
      Еще в XII в. взимался соляной налог с варниц, вываривавших на Севере соль. В старинной уставной грамоте князя Святослава, выданной Софийскому новгородскому собору на право сбора в его пользу налога с солеваров, говорилось: «На мори от чрена и от салги (большой котел) по пузу (единица веса — четверик)». Облагалась пошлинами и соль, поступавшая на рынок: мыт (с воза или судна, груженного солью); мостовщина (за переправу на лодке или на пароме, за переезд через мост); явка (за привоз соли на торг); гостиное (за хранение соли в «гостином дворе»); тамга (пошлина, взимавшаяся при начале торговли солью). При продаже соли брали еще «плошку», «противень» и «контарную» за измерение и взвешивание соли. В XVI в. вместо всех этих мелких пошлин был введен единый налог на соль — по две гривны с пуда, что удваивало стоимость соли. Весной 1648 г. в Москве разразился бунт из-за нового налога на соль, введенного царем Алексеем Михайловичем. Бунт москвичей поддержали другие города — Сольвычегодск, Устюг Великий, Соликамск. Правительство, напуганное размахом мятежей, вынуждено было отменить непосильный налог на соль.
      Во многих районах Центральной Африки соль с незапамятных времен служила основной единицей обмена в торговом обороте. В Эфиопии еще в XIX в. были в ходу соляные деньги — стандартные бруски каменной соли. Венецианский путешественник Марко Поло, побывавший в Китае в 1286 г., описывает приготовление китайцами соляных монет, на которые ставилось клеймо богдыхана.
      Соль у древнегерманских племен называлась «галль». От этого слова произошло название города Галле, в окрестностях которого издавна добывали каменную соль, а также мелкой монеты «геллер». Немецкая пословица: «Он проел свой последний геллер» — в те времена понималась буквально, так как эта монета «чеканилась» из соли.
      Солью вместо денег уплачивали торговые сборы в средние века в некоторых европейских странах. Нередко крестоносцам платили жалованье вместо звонкой монеты солью. Еще ранее так платили римским воинам. Возможно, что с этим связано происхождение французского слова «салер» (жалованье) и итальянского «сольди» (мелкая монета).
      Важное значение соли в жизни человека нашло отражение в языке почти всех народов, в многочисленных поговорках и пословицах: «Соли нет, так и слова нет»; «В этом вся соль»; «Чтобы узнать человека, надо с ним пуд соли съесть». Если каждый из нас съедает ежедневно 20 — 25 г соли, то выходит, что вдвоем можно пуд соли съесть за год. Оказывается, не так уж много времени требуется, чтобы распознать характер своего соседа. Выражение «соль земли» стало символом самого главного, самого существенного, самого мудрого. Хлебом да солью народ встречал всегда дорогих гостей, любимых героев, знаменитых людей.
      Без соли невозможна нормальная жизнедеятельность организма животного и человека. Поваренная соль входит в состав крови, служит источником образования в желудочном соке соляной кислоты. Больше всего соли содержится в плазме крови, тогда как в красных кровяных шариках и в тканях организма соли значительно меньше. Уменьшение содержания соли в плазме приводит к нарушению обмена веществ в организме, так как падает осмотическое давление на границе раздела клетка — плазма. Поваренная соль способствует связыванию бедками воды, что также имеет первостепенное значение для нормальной работы организма.
      Соляное голодание гибельно для животных и человека. Опыты показывают, что если животное не кормить, то оно умрет через некоторое время от истощения организма. Если же, не давая соли, кормить его вволю, то оно умрет еще скорее, потому чтц в желудке не будет нужного количества соляной кислоты и хлористый натрий животное будет черпать из собственной крови и тканей.
      Поистине белые, столь хорошо нам знакомые кристаллики соли — кристаллы жизни.
     
      Из глубин океана
      Познакомившись с солью еще в незапамятные времена, человек не умел добывать ее. Заметив, что некоторые растения имеют соленый вкус, первобытные люди стали сжигать их и золой приправлять пищу. В бронзовом веке люди поливали соленой водой горящие поленья костра и ели золу, смешанную с солью.
      Жители южных прибрежных стран — Китая, Индии — заметили, что при испарении морской воды на берегу остается белый налет соли. В морскую воду стали опускать бревна, сушить их на солнце и снимать с них тонкий слой соли. Но уже за две тысячи лет до нашей эры китайцы научились добывать соль из морской воды более совершенным способом. Неподалеку от моря, на небольшом участке земли (500 — 600 м2) разрыхляли почву и выкапывали канавы. Получалось разграфленное канавами поле, наподобие шахматной доски. В погожие весенние и осенние дни (лето там дождливое) на поле ведрами разливали морскую воду. Вода постепенно стекала в канавы, из канав ее вычерпывали и снова разливали по квадратам соляного поля. Так делали несколько раз, пока вода не испарялась. Спустя пять-шесть дней с поля собирали слой земли, пропитанной солью, толщиной примерно 4 — 5 см. Эту землю промывали морской водой. Получался насыщенный солью рассол, им наполняли открытые сковороды и вываривали из него соль. Промытую водой землю разбрасывали по соляному полю.
      В странах античного мира — Индии, Греции, Риме, где лето сухое и жаркое, на берегу выкапывали неглубокие ямы (бассейны) и наполняли их морской водой. Вода постепенно испарялась, и на дне ям плотным слоем оседала соль.
      Позднее так стали добывать морскую соль во Франции и Испании, в Крыму и Америке.
      Сейчас для промышленного получения морской соли обычно используется целая система располагаемых ниже уровня моря садочных бассейнов трех типов. Питание бассейнов морской водой производится через канавы или протоки. Сначала морская вода поступает в подготовительные бассейны, где она под лучами горячего южного солнца сгущается до плотности 1,19 — 1,21 г/см3 и рассол отстаивается от механических примесей (песок, глина). Здесь же происходит выделение извести, углекислых солей железа и большей части гипса.
      Из подготовительных бассейнов рассол перекачивается в запасные, где хранится с осени до следующей весны. В мае — июне он поступает в садочные бассейны, где сгущается до плотности 1,23 — 1,25 г/см3; там же происходит садка поваренной соли. Вначале высота слоя рассола не превышает 15 см, а к концу садки (в августе-сентябре) достигает 20 — 25 см. По мере испарения рассола садочные бассейны пополняются новыми порциями; доливку производят несколько раз за лето в зависимости от быстроты испарения рассола.
      Когда толщина пласта соли, выкристаллизовавшейся на дне садочного бассейна, достигнет 5 — 6 см, начинают ломку соли. Последнюю сначала складывают в кучи на дно бассейна, а затем вывозят на берег. Здесь соль складывают в бугры, имеющие форму трапеции, высотой 3 — 4 м.
      Бассейный способ извлечения соли применяют и на некоторых соляных озерах.
      Морскую соль добывают не только жители Юга, но и северяне, хотя на Севере лето короткое и летней жары недостаточно для того, чтобы морская вода испарилась на воздухе и превратилась в насыщенный соляной рассол. Получение соли из морской воды на Севере связано с большими затратами тепла, так как в морской воде содержание поваренной соли почти в десять раз меньше, чем в насыщенном рассоле. Однако уже давно замечено, что при замерзании морской воды лед получается несоленым, а вода становится гораздо солонее. Это объясняется тем, что температура замерзания чистой воды выше, чем раствора солей.
      Имеются сведения, что на Белом море уже в XII в. жители прибрежных сел выпаривали соль из морской воды и солили ею рыбу. Морскую соль на Севере называли морянкой. В Архангельской губернии и на Беломорском побережье в течение нескольких столетий почти единственным источником получения соли была морская вода. Лишь немного соли (не более 20%) добывали из соляных ключей при помощи колодцев. Такую соль, в отличие от морянки, на Севере называли ключевкой. Более 20 крупных усолий насчитывалось в XVI — XVII вв. на южном и восточном побережьях Белого моря — Золотиц-кое, Лямецкое, Нюхотское, Куйское, Куперецкое и др. Добывали соль из морской воды и в соляных угодьях на Кольском полуострове — в Варзуге, Порьей губе.
      Соляные варницы устраивались преимущественно в районе морских губ. Соль вываривали главным образом зимой из подледной воды, так как добываемый из-под льда рассол был более концентрированным, или, как тогда говорили, более «добр».
      «Начинается солеварение, — читаем в докладе Архангельской соляной конторы, — как скоро зимний лед установится, оканчивается, как скоро оный решится; в летнее время варить соль не можно, потому что все поморские варницы находятся при отмелистых морских берегах и при малейшем ветре морская вода мутнится и соответственно на варение становится не удобною».
      Техника выварки соли из морской воды ничем не отличалась от выварки ее из подземных рассолов.
      Морская вода поступала по деревянным трубам в вырытые в земле колодцы. Из этих колодцев рассол переливали черпаками с длинной ручкой в ушаты или носили его в варницу. Варница — четырехстенный бревенчатый сарай с пристеном (сенями, где складывали дрова) — топилась «по-черному», без труб; в кровле было пробито несколько отверстий для выхода дыма. Посередине избы в земляном полу имелась яма, которая служила «печью». Края ямы обкладывали серым камнем или кирпичом и обмазывали глиной. Из одного бока ямы под полом прй-стена шла труба наружу — поддувало. Наружный конец трубы прикрывали особого рода ящиком; открывая и закрывая его, можно было усилить или ослабить тягу.
      Над печью на толстых жердях и железных крючках (дугах), прикрепленных к балкам сарая, подвешивали четырехугольные железные чаны — жаровни, называемые цыренами или дренами (теперь чрены). Соленую воду заливали в чрены и кипятили 24 — 30 часов, а иногда и более. Обычная продолжительность «вари» не превышала полутора суток.
      Вываркой соли руководил опытный варничный мастер, или повар, которому помогали подварок и несколько рабочих. Повар сам затапливал печь, кладя дрова к устью печи кучкой, а подварок в это время «напущал» в чрен рассол, который рабочие носили ведрами из ларя или который самотеком поступал по лоткам.
      Когда рассол начинал закипать, повар с подварком менялись местами. Варничный мастер становился у чрена и внимательно следил за тем, как шел «кипеж» рассола, высматривая момент, когда в нем начнет «родиться» соль. При появлении первых кристаллов соли в чрен добавляли свежую порцию рассола, доводя смесь до начального уровня. Так поступали несколько раз, пока не получался густой «засол», т. е. весь рассол не становился насыщенным. Чем крепче был первоначальный рассол, тем меньше требовалось добавок и тем короче была «варя».
      По окончании варки рабочие сгребали соль лопатами к бортам чрена и выбрасывали ее на полати — деревянный помост, устроенный над чреном. На полатях соль сушили в течение суток и затем ссыпали в мешки, которые относили в соляной амбар. После двух-трех десятков варей начинался так называемый сгреб — выварку соли надолго прекращали и занимались ремонтом и чисткой печей, ларей, чренов.
      Такой способ получения соли с небольшими изменениями просуществовал почти до конца XIX в. Беломорская соль славилась по всей Руси. Почти три столетия морянкой торговали на всем протяжении Северной Двины, в Вологде, Костроме. Новгородские купцы еще в XIV в. обменивали железные изделия на морянку и привозили ее в Новгород. В XV — XVI вв. беломорская соль продавалась в Твери, Ростове, Угличе, Кимрах, Торжке, Каргополе. Наибольшего расцвета беломорский соляной промысел достиг в первой половине XVII в., ежегодно около 700 тыс. пудов соли вываривалось в Беломорье.
      В начале нашего века выварка соли в Беломорье полностью прекратилась. Морянка исчезла с рынков не только центральных русских городов, но и Беломорского края. Ее вытеснила более дешевая соль Поволжья и Приуралья.
      Иногда на Севере соль получали из морской воды вымораживанием в бассейнах. Когда вода замерзала, лед скалывали и выбрасывали. Наиболее сгущенный рассол получался при больших морозах — 20 — 25° С. Когда начиналась кристаллизация соли, рассол переносили в варницу и подвергали выварке.
     
      Из недр земли
      В северных районах, удаленных от моря, соль вываривали из подземных соляных источников в таких же варницах, как и в Беломорье. В XIV — XV вв. соль добывали из соляных ключей Старой Руссы, Соли Переяславской, Соли Галицкой, Тотьмы.
      В 1430 г. появляются крупные солевары в Пермском крае. Новгородские купцы братья Калинниковы строят варницы на реке Усолке близ впадения ее в Каму. Неподалеку от калинниковских варниц позднее возникло село Соль-Камская — будущий Соликамск.
      В дальнейшем, с освоением новых земель добыча соли в Прикамье начинает бурно развиваться. Наличие крепких соляных рассолов и огромных лесных массивов способствует быстрому росту числа соляных варниц. Немаловажную роль в развитии соляного промысла в этом пустынном и еще не обжитом крае сыграли представители потомственной соляной династии — Строгановы.
      Село Соль-Камская становится крупным солеваренным центром. В 70 — 80-х годах XVII в. двести варниц у Соли-Камской вываривали до 7 млн. пудов соли в год. Между тем самые крупные солеварни Севера — Соловецкий монастырь и Сереговский промысел купца Ивана Данилова Панкратова — поставляли на рынок не более 500 тыс. пудов ежегодно.
      В 1670 г. в Прикамье был основан частный Дедюхин-ский солеваренный завод, перешедший спустя столетие в казну. В конце XVIII в. он считался самым большим в России и одним из крупнейших в Европе.
      Пермская соль, или пермянка, как ее часто называли, все сильнее теснила на рынках Московского государства соль, поступавшую из Беломорья, Сольвычегодска, Балахны. Этому во многом способствовало наличие в недрах пермской земли более крепких соляных рассолов. На выварку из них соли шло гораздо меньше дров, чем на выварку соли на слабых рассолов Севера или подледной воды Белого моря.
      Подземные рассолы добывали с помощью скважин глубиной до 150 — 180 м. Чем глубже скважины, тем более концентрированным был рассол. Почти до 30-х годов XVIII в. рассол выкачивали только ручными насосами; позднее на крупных солеварнях на смену ручным пришли конные насосы.
      В начале XIX в. выдающийся русский изобретатель-самоучка И. П. Кулибин усовершенствовал добычу рассолов из скважин, сконструировав оригинальную «соляную машину». Горизонтальное колесо он заменил большим вертикальным колесом, которое поворачивалось лошадьми. Движение колеса ускорялось тем, что тяжесть лошадей была направлена перпендикулярно к центру колеса. Соляная машина Кулибина оказалась значительно производительнее старых конных насосов.
      В дальнейшем техника добычи рассола и выварки из него соли все совершенствовалась. На смену ручным и конным насосам пришли мощные насосы с паровым и электрическим приводом. В середине XIX в. на пермских солепромыслах работало уже пять паровых машин, выкачивавших рассол со значительно больших глубин, чем в прошлые столетия. Дымные, чадные «черные» варницы уступили место каменным светлым цехам.
      В конце XIX в. выварка пермской соли, несмотря на сильную конкуренцию озерной самосадочной соли, значительно увеличилась, достигнув почти 20 млн. пудов в год. Этот уровень с небольшими колебаниями удерживался вплоть до 1917 г. После Октябрьской революции пермянка была уже не в силах противостоять крымской и баскунчакской соли. Выварка пермянки стала неуклонно снижаться, однако и поныне на одном из солеваренных заводов Пермской области вываривается около миллиона пудов в год соли.
      Выварочную соль в настоящее время получают на солеваренных заводах во многих городах Советского Союза, в частности в Славянске и Усолье-Сибирском.
      Производство выварочной соли почти полностью механизировано. На современных солеваренных заводах выварка производится преимущественно не в чренах, а в выпарных аппаратах — больших закрытых котлах. Насосы выкачивают из них воздух, благодаря чему над соляным рассолом создается вакуум. Вываривание соли под вакуумом происходит быстрее, чем в чренах, благодаря более полному использованию тепла пара, обогревающего выпарные аппараты. Такая выпарка требует меньше дров или угля и меньших затрат труда. Неизмеримо выше качество соли, вывариваемой в вакуум-аппаратах. Она чище, белее, равномернее по размеру частиц.
      Однако при использовании вакуум-аппаратов создаются и некоторые трудности. Из кипящего рассола быстро кристаллизуется соль, и на поверхности греющих трубок образуется «шуба», или плотная корка кристалликов соли. К тому же на греющих поверхностях оседают выпадающие в осадок нерастворимые кальциевые и кремнекислые соли. Такая накипь уменьшает теплопередачу, увеличивает расход топлива, загрязняет аппараты; два раза в день их приходится промывать водой, а раз в 7 — 10 дней подвергать основательной химической и механической очистке.
      Образование накипи в выпарных аппаратах можно предотвратить, очищая рассолы от нежелательных примесей с помощью соды, извести или сульфата натрия, которые добавляют в рассолы перед выпаркой. При переработке неочищенных рассолов на некоторых заводах применяют выпарные аппараты с мешалками, оснащенными щетками или скребками.
      Для выварки соли из рассолов как в старину, так и в наше время требуется затрата топлива. Однако в последние годы разработаны новые способы извлечения поваренной соли из концентрированных рассолов, вовсе не требующие нагрева. Оказывается, при смешении насыщенного раствора хлористого натрия с раствором хлористого магния или хлористого кальция из рассола выделяется большая часть соли. Осадок отделяют от жидкости, а затем рассолом сырой поваренной соли вымывают из него маточник.
      Другой способ, не требующий затрат топлива и применения дорогостоящей аппаратуры, основан на использовании вместо тепла холода. При охлаждении насыщенных рассолов поваренной соли ниже нуля из них выпадают кристаллы бигидрата хлористого натрия (NaCb2H20); при этом чем ниже температура охлаждаемого рассола, тем быстрее идет кристаллизация бигидрата. При — 21,2° С рассол замерзает нацело, образуя смесь льда и бигидрата хлористого натрия. Последний извлекают из смеси, и при температуре воздуха +5° С он выветривается и разлагается на воду и поваренную соль. Если вымораживать рассол, содержащий 22,4% соли, при — 21,2° С, выход соли достигает 20% исходного содержания в рассоле.
      В Пермской области находятся богатейшие месторождения минерала сильвинита. При переработке его на ценное удобрение — хлористый калий — в виде отходов накапливается большое количество загрязненной примесями поваренной соли. Путем простой промывки отходов можно получать техническую поваренную соль, содержащую 98% NaCl. Более чистую пищевую соль получают, растворяя отходы и подвергая их химической очистке и выпарке в вакуум-аппаратах.
      Еще более выгодным способом извлечения поваренной соли из сильвинитовых отвалов является флотация, которая не требует расхода пара на выпарку рассолов и обеспечивает получение 99,8%-ной соли.
      Однако все эти способы имеют ограниченное применение в соляной промышленности — главным поставщиком поваренной соли продолжают быть соляные озера.
     
      Озеро первой величины
      На необъятной территории Советского Союза имеются тысячи мелких и крупных соляных озер. Особенно много — свыше семисот — находится в Нижнем Поволжье, Волгоградской и Астраханской областях. Самые большие из озер — Эльтон (205 км2) и Баскунчак (115 км2).
      В книге «Большой чертеж», посвященной географическому описанию Московского государства в XVI — XVII вв., имеется такая запись: «А ниже Балыклей за Волгою озеро соленое (Эльтонское) вдоль 90 верст, а около того озера кладези пресные... От Золотой Орды, от реки Ахтубы против песков Нарынских, лежит озеро Ускончак или Утончак (Баскунчак), а в озере том ломают соль, чиста, как лед... От Астрахани вниз Волгою рекою до ближния соли 70, а до дальния соли 100 верст». Далее перечисляется ряд мелких астраханских соляных озер.
      Добыча соли в Нижнем Поволжье началась, по-видимому, еще в древнейшие времена. Соляные озера, разбросанные в степях Прикаспийской низменности, особенно те из них, которые близко расположены к судоходным рекам и рыболовным местам, были хорошо известны всем народам, ранее обитавшим в этом обширном крае.
      В период владычества татарских ханов — Батыя и его потомков — добыча самосадочной соли в озерах Нижнего Поволжья достигла довольно больших размеров. Пользуясь бесплатным трудом рабов и пленников, захваченных в военных походах и разбойничьих набегах, татары извлекали значительные доходы из разработки соляных богатств Нижнего Поволжья и торговли солью. В 70-х годах XVII в., после перехода калмыцких улусов в русское подданство, на астраханских озерах начинается систематическая добыча соли. Первое время выволочкой соли из озер занимались почти исключительно татары, которые продавали соль русским. Однако по мере заселения Астраханского края русскими они и сами начинают эксплуатировать соляные богатства края.
      Московское правительство на первых порах не стесняло солепромышленников, разрешая добывать на астраханских озерах соль любому из них с уплатой небольшой попудной платы. Развитие рыбного промысла в эту эпоху способствовало бурному росту добычи соли. Астраханская соль вывозилась в верховые волжские города и даже в дальние губернии.
      К концу XVII в. правительство увеличило налог на соль и ввело ряд стеснительных для соляного промысла мер (например, установило твердые продажные цены). Это в самом скором времени привело к резкому сокращению добычи озерной соли и вывоза ее во внутренние губернии.
      С 1747 г. была начата добыча соли на самом крупном озере Нижнего Поволжья — озере Эльтон. Калмыки называли это озеро «Алтаннор», т. е. золотое озеро, за золотистый отлив его вод. В необычной окраске озера повинны некоторые соленосные растения, имеющие корень красновато-малинового цвета. Ветер и речки, впадающие в озеро, приносят в него мельчайшие частички таких корней, окрашивая рапу и соль-новосадку. Красноватая поверхность озера от преломления солнечных лучей кажется золотистой.
      Организованная казной в 40-х годах XVIII в. добыча соли на озере Эльтон стала быстро расти. Уже спустя несколько лет там добывалось до 4 млн. пудов соли в год. В результате резко сократилась вывозка соли с южноастраханских озер; астраханская соль стала употребляться лишь на посол местной рыбы и на продовольствие населения края.
      Эльтонская соль приносила правительству огромные доходы. За 134 года казенного заведования добычей соли с Эльтонского озера вывезено свыше 513 млн. пудов соли. Пуд соли обходился казне от 6 до 7 копеек, продавалась же соль по 25 — 28 копеек за пуд.
      В 1865 г. правительство отказалось от казенной разработки соляных богатств Нижнего Поволжья, и добыча соли снова перешла в частные руки. Однако, вводя вольную добычу и продажу соли, правительство и не думало отказываться от огромных доходов: соль была обложена довольно высоким акцизом — 30 копеек за пуд. Переход солеразработок на соляных озерах Нижнего Поволжья в частные руки привел к падению добычи соли на озере Эльтон и увеличению выработки на южноастраханских озерах.
      В соляном созвездии появляется новая крупная звезда — озеро Баскунчак, которому суждено было со временем затмить всех своих соперников.
      В 1885 г. была построена Баскунчакская железная дорога. Удобный транспорт окончательно решил судьбу Эльтона. Постепенный упадок добычи соли вскоре привел к полному ее прекращению.
      Успешно эксплуатируя почти 150 лет озеро Эльтон, правительство интересовалось его соляными ресурсами. Еще в 1805 г. была сделана попытка обследовать донную толщу озера, чтобы подсчитать запасы соли, но попытка эта не увенчалась сколько-нибудь положительным результатом.
      В прошлом веке не раз делали подсчет количества образующейся в озере новосадки. Одни называли цифру 600 млн. пудов, другие — 800 млн. пудов, третьи — более миллиарда пудов. Все эти расчеты, однако, весьма неточны и отражают лишь приблизительную картину накопления соли в озере. Лишь в 1946 г. геологоразведочной партией Всесоюзного научно-исследовательского института галургии под руководством Г. А. Васильева было проведено детальное изучение донных отложений озера Эльтон. Бурение показало, что донная толща состоит из двух мощных пластов соли, разделенных толстым слоем глины. Толщина первого слоя, выстилающего дно озера, — 18,25 м. Верхний слой первого горизонта простирается на 155 км2. Максимальная толщина прослойки глины — 2,44 м. Нижний, или второй, горизонт имеет толщину 14,4 м (соль) и глинисто-песчаную прослойку — 7,5 м. Запасы соли только в первом горизонте оцениваются в 1,5 млрд. т.
      В царское время соль на соляных озерах добывалась только вручную, самым примитивным способом. В зной и непогоду, по колено, а иногда и по пояс в рапе, босые и полуголые рабочие собирали лопатами новосадку или ломами выламывали пласты соли. Соль сгребали и насыпали в тачки, затем грузили в телеги, запряженные лошадьми или верблюдами, и свозили на берег. На берегу ее складывали в кучи. При погрузке в фуры или железнодорожные вагоны эти кучи приходилось дробить ломами и пилить пилами.
      На Эльтонском озере, которое, в отличие от других астраханских озер, славилось обилием рапы и имело топкие берега, выволочка соли производилась не верблюдами или волами в фурах, а на плоскодонных лодках-дощаниках. При высоком уровне рапы в дощаник нагружали 100 — 115 пудов и делали в день 10 — 12 концов. Для подвоза соли к площадкам на прибрежных местах, где она ссыпалась в бугры, в озере проводились специальные каналы, стенки которых обшивали тесом во избежание осыпания и засорения. При сильном ветре рапу нередко угоняло к противоположному берегу, и выволочка соли из озера на дощаниках временно прекращалась.
      Нелегко жилось и возчикам соли, которые до постройки железнодорожных веток на озера Эльтон и Баскунчак были основными доставщиками озерной соли к пристаням на Волге, а также в Саратов, Камышин и другие нижневолжские города. Перевозкой соли занимались почти исключительно саратовские жители и украинские крестьяне — чумаки. Саратовцы возили соль в казенные склады своего родного города, а украинцы — в камышинские соляные магазины.
     
      Всесоюзная солонка
      Однажды в знойный июльский день по степи скакал на взмыленном коне татарин. За конем, тяжело дыша, с высунутым языком бежала собака. В застывшем мареве синего неба отражалась зеркальная гладь озера. Татарин подъехал к воде. Пес, изнывавший от жажды, стремительно бросился в озеро... и захлебнулся в соленой воде. Долгое время тело собаки плавало на поверхности озера. Собачья голова покрылась белоснежной соляной коркой и застыла, словно ледяная статуя, над водой. Долго дивились этому изваянию проезжавшие мимо соляного озера татары. «Баскун-чак» — собачья голова — говорили они.
      О происхождении названия этого озера существуют и другие легенды. По казахскому преданию, в давние времена на берегах озера кочевал бедный пастух. На всю степь славился он добротой и гостеприимством. Каждый путник, будь он богатый бай или простой чабан, был у него желанным гостем. Молва о его радушии и мудрых советах шла по всей степи. «Бакунак» — главный гость — прозвали соплеменники то место у озера, где жил гостеприимный пастух. Впоследствии этим именем стали называть озеро.
      Баскунчак — очень мелководное озеро. Его максимальная глубина даже в январе не превышает 35 см. Весной испарение рапы происходит быстрее, чем поступление новых порций соленой воды из балок и речек, впадающих в озеро. Летом оно почти полностью высыхает, и вся поверхность озера покрывается толстым слоем белоснежной соли, которая ослепительно блестит в лучах солнца. Весной же и поздней осенью, особенно после обильных дождей, озеро покрыто неглубоким слоем рапы.
      Академик С. Г. Гмелин, современник Ломоносова, посетивший это озеро около 200 лет назад, записал в своем дневнике: «Чтобы достичь противоположного берега, здесь не следует заботиться о средствах переправы; достаточно пожелать, и вы пройдете по его гладкой, словно лед, поверхности в любом угодном для вас направлении, лишь слегка замочив ноги в местах скопления выступившей на поверхность рапы».
      Подобную характеристику озера мы находим и у многих других путешественников и исследователей. Профессор Г. П. Федченко, посетивший озеро в 60-х годах прошлого века, писал: «Окраины западного берега круты, и только местами его рассекают балки, озеро огибает самую крутизну, и рапа, которой вообще бедно Баскунчак-ское озеро, собирается у этого края и образует синюю полосу, составляющую контраст с общим характером Баскунчакского месторождения, покрытого солью, как ледяной корой».
      За последние несколько десятилетий геологическое строение озера Баскунчак детально изучено русскими и советскими учеными. Их исследования показали, что берега озера сложены главным образом различными осадочными породами. Наиболее древние отложения, встречающиеся в окрестностях озера, — красно-бурые пески и глины, известняки и гипсы пермского возраста.
      Характер пород, из которых сложены берега озера, окрестные холмы, гора Богдо и сама степь, указывает на то, что много миллионов лет назад вся эта местность была неоднократно покрываема морем. Почти 240 млн. лет назад, когда древнее Пермское море покрывало большую часть европейской части СССР, здесь был большой залив этого моря.
      Котловина Баскунчакского озера заполнена мощными пластами соли, между которыми залегают два слоя пластической глины. Один из них, примерно на глубине 6,4 — 8,5 м, имеет толщину до 10 — 13 м, другой, на глубине 19 — 23 м, — до 13 м. Возраст верхнего пласта, отложившегося в самую последнюю геологическую эпоху, примерно 900 — 950 лет. Нижний же пласт — самая мощная соляная толща — имеет от роду много миллионов лет.
      Баскунчакский соляной массив покрыт сверху рыхлым слоем соли-новосадки. Под ней находится довольно толстый слой так называемой корневой соли. Кристаллы этой соли загрязнены примесями песка и глины и несут на себе следы процесса растворения: слой корневой соли, ноздреватый и пористый. Следующий, все уплотняющийся книзу слой соли называют чугункой и иногда железняком. В этом слое прочно сцементированы кристаллы соли различной крупности и разного цвета. Разрез чугунки несколько напоминает слоеный пирог — темные слои перемежаются со светлыми.
      Под чугункой залегает крупнокристаллическая соль, называемая гранаткой (раньше ее часто именовали глазками). Кристаллы этой соли плохо сцементированы друг с другом, и пустоты между ними заполнены илом. Гранатка бывает мелкой и крупной. Кристаллы гранатки могут быть серыми, розовыми, голубыми.
      Соляные богатства Баскунчака давно привлекали внимание правящих кругов. Еще при Петре Первом, в 1708 г., было предпринято обследование озера. Окружность его определили в 26 верст и признали озеро таким же важным источником соли, как и Эльтонское озеро. В докладной записке, представленной обследователями из Берг-коллегии, говорилось: «Соли в нем больше, чем в других озерах, и она многим сильнее».
      И тем не менее прошло 120 лет, прежде чем началась широкая промышленная эксплуатация неисчислимых соляных залежей Баскунчака, которых хватило бы для снабжения всей Европы солью в течение 150 лет. В настоящее время запасы соли только в верхнем современном слое оцениваются в 100 млрд. пудов, или в 1,6 млрд. т.
      Добыча соли казной была начата на озере Баскунчак в 1747 г. одновременно с разработкой эльтонских соляных богатств, но уже через семь лет была прекращена будто бы из-за дороговизны, на самом же деле из-за желания камер-коллегии усилить промысел на Эльтоне. Спустя 30 лет, в 1785 г., добыча соли на озере Баскунчак была возобновлена, и 23 года (до 1808 г.) ее добывали здесь в среднем по миллиону пудов ежегодно. И снова более полувека торжествуют победу саратовские чиновники и их петербургские покровители — соляной промысел на Баскунчаке пребывает в запустении.
      Лишь в 1861 г. после многочисленных попыток Астраханскому соляному правлению удается получить разрешение правительства на организацию казенной добычи соли на озере Баскунчак. Проходит еще несколько лет, и озеро Баскунчак становится крупнейшим поставщиком соли в России.
      Неузнаваемо изменился соляной промысел на озере после Великого Октября. В вечность канули дедовские примитивные методы добычи самосадочной соли. Навсегда исчезли ломщики и возчики соли. Их заменили машины. Нет нужды теперь и в каталях, возивших тяжелые тачки с солью, — их с успехом заменяют транспортеры и конвейеры.
      Еще в первые годы Советской власти инженер солепромысла Ю. Л. Макаров изобрел машину, которая ломает пласт соли, промывает ее рапой, обезвоживает и грузит в железнодорожные вагоны. Этот солесос, который часто называют соляным комбайном, обслуживают всего три-четыре человека.
      Более 10 лет потребовалось изобретателю, чтобы сделать свой соляной комбайн высокопроизводительным и рентабельным. Глубина разработки пласта у первых солесосов не превышала 1,8 м, а производительность — 8 — 10 т/час соли; современный же солекомбайн разрабатывает пласт соли на глубину до 8 м и добывает 150 — 160 т/час соли.
      По соляному пласту в разных направлениях уложены рельсы. По ним самостоятельно ходит солекомбайн, смонтированный на четырехосной платформе. Двигатель внутреннего сгорания мощностью 100 л. с. приводит в действие все его механизмы. Из корпуса комбайна, словно хобот гигантского слона, опущена в озеро длинная толстая труба. В конце трубы укреплена головка рыхлителя, усеянная стальными шипами (фрезами). Врезаясь в соляный пласт, фрезы дробят его. Мощный насос засасывает в трубу соль вместе с рассолом, затем соль обезвоживается, дробится на валках дробилки, промывается и вторично обезвоживается. Рассол через специальные отверстия выливается в озеро, а соль поступает в ковши элеватора, который грузит ее в стоящие рядом с комбайном железнодорожные вагоны. Нагруженный состав идет на Владимирскую пристань на Волге.
      Из вагонов соль по трубам и на подвесных ленточных траспортерах подается на солемельницу, откуда другим транспортером ссыпается в трюмы барж. Раньше, чтобы нагрузить баржу солью, требовалось несколько часов, теперь же достаточно 9 — 12 минут. Один солесос заменяет 6 — 7 тыс. рабочих. Он добывает 250 — 300 тыс. т соли за сезон.
      Соляные комбайны не только облегчили труд рабочих и повысили производительность солепромыслов — они дали возможность добывать соль из более глубоких пластов, которые невозможно разрабатывать вручную; соль в таких пластах имеет более высокое качество.
      Раньше на соляных озерах работали только летом. Теперь жизнь там не замирает и зимой — ремонтируют оборудование, мелют соль на солемельницах и отправляют ее потребителю. На солепромыслах возникли благоустроенные рабочие поселки.
      Наша страна особенно богата каменной солью. На Украине, Кавказе, в Донбассе, Средней Азии, Сибири в недрах земли скрыты мощные пласты «прозрачного золота».
      Раньше всего каменную соль стали добывать в Илец-кой защите в Оренбургской области. Запасы соли там огромны. Соляной купол тянется на 2 км в длину и на i км ъ ширину, уходит в глубину более чем на 1 км. В XVIII в. соль добывали прямо с поверхности или из неглубоких ям. В 70-х годах прошлого века в Илецкой защите для добычи соли был устроен большой карьер — котлован длиной около 300 м и шириной 200 м.
      В 1889 г. в Илецкой защите построена первая соляная шахта, так как соль из карьера получалась не очень чистой: в открытый котлован попадала дождевая вода и снег, стекали грунтовые воды.
      В 70-х годах XIX в. были открыты мощные залежи каменной соли в Бахмуте (ныне Артемовен) на Украине. Запасы соли на этом месторождении исчисляются миллиардами тонн.
      За годы Советской власти в Соль-Илецке и Артемовске построены новые шахты, добыча соли в них механизирована. Илецкая шахта заложена теперь на глубине 300 м — почти на 200 м глубже старой.
      Далеко за пределами Закарпатской области славится белоснежная столовая соль, добываемая в копях соляного города Солотвино, который снабжает солью не только свою страну, но и Венгрию, Чехословакию, Румынию.
      На глубине 240 м вырублены галереи, огромные залы — соляные выработки. Их высота (44 м) равна высоте десятиэтажного дома. Мириады кристаллов устилают пол, покрывают потолок, образуют стены этого подземного соляного дворца, отливая хрусталем и серебром в свете ярких электрических огней.
      Более 60 лет добывают здесь соль. Сотни тысяч тонн чистейшей каменной соли извлечено из этих соляных камер. Выбрав соль из одной камеры, начинают разрабатывать следующую. Чтобы не произошло обвала, между каждой выработкой оставляют прослойку каменной соли толщиною 50 м. Такие прослойки называются целиками.
      Вместо прежней кирки в соляной слой врезаются врубовые машины, подрезая пласты соли. Другие машины сверлят шпуры для закладки зарядов взрывчатого вещества. После взрыва образуется гора дробленой соли; ее грузят в вагонетки с помощью небольших экскаваторов. Мощные электровозы тянут вагонетки с солью по подземным коридорам к стволу шахты. Соль поднимают наверх и дробят на мелкие куски на механических дробилках, а затем на мельницах размалывают в тонкую столовую соль.
      За годы пятилеток наша соляная промышленность обогатилась новыми предприятиями, значительно увеличилось число вновь открытых месторождений каменной соли. Советские геологи обнаружили в степях и предгорьях Средней Азии более тысячи соляных куполов. Одни из них выступают в виде небольших холмов, другие глубоко погребены под землей. Самый высокий соляный купол находится в Кулябском районе — около 900 м над уровнем моря.
      В 30-х годах геологическая экспедиция обнаружила на берегу одной из бухт моря Лаптевых мощные пласты каменной соли, залегающие на небольшой глубине. Новые месторождения каменной соли найдены в долине реки Кемпендяй в Якутской АССР. Среди якутских крупных месторождений, открытых в годы пятилеток, числятся Кызыл-Туе и Олекминское. Эти огромные залежи каменной соли в недалеком будущем позволят снабжать Сибирь и Дальний Восток дешевой солью высокого качества. Ведь до сих пор туда приходится возить соль из Казахской ССР, с Баскунчакского озера, Илецкой защиты, Сибирского Усолья.
      Многие тысячелетия поваренная соль употреблялась почти исключительно в пищу, для предохранения продуктов от порчи, для засолки овощей. Небольшие количества использовались для выработки кож. Для получения сыромятной кожи разрыхленные шкуры обрабатывают смесью квасцов и поваренной соли; соль усиливает дубящее действие квасцов и обезвоживает волокна кожи, тем самым препятствуя их склеиванию при высушивании. С давних пор красильщики пользовались поваренной солью для приготовления протрав, а мыловары — для высаливания мыла.
      Так продолжалось почти до конца XVIII в., до тех пор пока развитие ткацкого и прядильного дела, выработка из хлопка дешевых тканей не потребовали соды и хлора. Наиболее подходящим сырьем для получения этих продуктов оказалась поваренная соль. Кроме того, как установили ученые, ее можно было использовать при приготовлении глауберовой соли и соляной кислоты, щелочей, красок и многих сот других химических продуктов. Например, консервирование кож тоже не обходится без применения поваренной соли: промытые шкуры опускают в концентрированный раствор соли для предохранения от гниения.
      Как и с поваренной солью, люди познакомились с содой в глубокой древности. Египетские мастера широко пользовались содой для изготовления стекла и обезжиривания шерсти, применяли ее в медицине.
      До начала XIX в. соду добывали из содовых озер Египта и некоторых других стран, а также из золы растений, содержащих в своих тканях соли натрия. В средние века и позднее славилась испанская сода «барилла», которую извлекали из специально разводимого растения салсола. Во Франции источником получения растительной соды служило растение селикор, в Шотландии ее добывали из золы водорослей. В 40-х годах XVIII в. французский химик Дюамель де Монсо сделал важное открытие: он доказал, что поваренная соль и сода имеют одну и ту же основу — натрий. В то время натрий еще не был получен в свободном виде, и ученые думали, что сода — не химическое соединение, а элемент, подобно сере или фосфору.
      Открытие Дюамеля натолкнуло ученых на мысль использовать поваренную соль для получения соды. Ведь если природа превращает соль, содержащуюся в почве, в соду натронных растений, то почему же человек не сможет осуществить подобную метаморфозу в лаборатории?
      В 1775 г. Французская академия наук объявила премию в 12 000 франков за лучший способ получения искусственной соды. Предлагались многие методы получения соды, но все они были дороги, нерентабельны, и химики продолжали изыскивать новые способы производства искусственной соды.
      В 1789 г. под ударами победоносной революции во Франции рухнула абсолютистская монархия. Уже с первых дней рождения нового строя французскому народу пришлось с оружием в руках защищать завоевания революции. Окруженная кольцом враждебных государств, молодая республика остро нуждалась в боеприпасах. Основой черного пороха, которым тогда пользовались, была селитра; для производства ее был нужен поташ.
      В 1794 г. в парижских газетах появилось правительственное сообщение: «Республика нуждается в поташе для фабрикации селитры, и сода могла бы во многих случаях заменить поташ; природа дает нам в неизмеримых количествах поваренную соль, из которой можно извлекать соду». На этот призыв откликнулись многие известные французские химики — поступило более 30 предложений. Самым лучшим был единогласно признан способ Леблана.
      Смесь глауберовой соли, известняка (или мела) и угля нагревается в больших кирпичных печах. Масса плавится при тщательном перемешивании железными цочергами или скребками. На поверхности расплавленной массы появляются синие огоньки, и, когда они исчезают, сплав вынимают из печи.
      Так в результате реакции между составными частями смеси рождалась сода
      N a2S04 + СаС03 + 2С = Na2C03 + CaS + 2С02.
      Глауберову соль получали, разлагая поваренную соль серной кислотой
      2NaCl + H2S04 = Na2S04 + 2НС1.
      Изобретение Леблана освободило Францию от иностранной зависимости, однако судьба самого ученого была весьма трагичной: в 1806 г., находясь в глубокой нищете, он покончил жизнь самоубийством. Талантливый изобретатель и ученый не смог преодолеть бездушие и алчность капиталистического общества.
      Только спустя некоторое время после смерти Леблана производство серы по его методу начало бурно развиваться. Во многих странах Европы появились содовые заводы, вырабатывавшие сотни тысяч тонн соды и других химических продуктов. Однако в способе Леблана было много недостатков. Самый существенный из них — это обилие отходов в виде хлористого водорода и сернистого кальция.
      В 30-х годах прошлого столетия был найден новый, более простой и выгодный, способ получения соды из поваренной соли, но прошло почти 60 лет, прежде чем он получил широкое распространение. Способ заключается в следующем. Концентрированный раствор поваренной соли насыщают аммиаком, а затем под давлением пропускают через рассол углекислый газ — продукт обжига известняка в печах. Аммиак взаимодействует с углекислым газом и водой с обрааованием двууглекислого аммония
      NH3 + С02 + Н20 = NH4HC03.
      Последний вступает в реакцию обменного разложения с хлористым натрием
      NH4HC03 + NaCI = NaHC03 + NH4C1,
      и образующаяся двууглекислая сода выпадает в осадок, который отфильтровывают и прокаливают. В результате получаются кальцинированная сода, углекислый газ и вода
      2NaHC03 = Na2C03 + Н20 + С02.
      Газ снова используется для насыщения соляного рассола. Из раствора, содержащего хлористый аммоний, выделяют аммиак путем нагревания раствора с известью, получаемой при обжиге известняка
      2NH4G1 + Са(ОН)2 = СаС12 + 2Н20 + 2NH3.
      Аммиак тоже возвращают в производственный цикл.
      Таким образом, при аммиачном способе производства соды количество отходов гораздо меньше, чем при способе Леблана. Отходом является только хлористый кальций, который находит некоторое промышленное применение: растворами хлористого кальция поливают дороги для уничтожения пыли, его вводят в состав охладительных смесей, им пользуются при осушке газов, обезвоживании эфира и других органических жидкостей, его применяют в медицине.
      В России масштабы содового производства начинают расширяться лишь с 80-х годов прошлого века, хотя уже в 60-х годах появились небольшие содовые заводы. В 1864 г. М. П. Пранг построил содовый завод в Барнауле; на заводе по методу Леблана получали соду из природной глауберовой соли. Последнюю добывали из Мармышанских озер, расположенных в Кулундинской степи в 200 км от Барнаула.
      Проблема получения соды искусственным путем интересовала русских ученых еще в XVIII в. Академик Кирилл Лаксман в 1764 г., на 11 лет раньше Малерба и на 27 лет раньше Леблана, получил соду из природной глауберовой соли. Он же первым предложил заменить в производстве стекла этой солью соду и поташ.
      Одновременно ученые России изучали возможность промышленного использования поваренной соли. Многие из них — Киреевский, Крупский, Менделеев и другие — горячо ратовали за создание отечественного производства соды. Тем более что уже тогда с ней было связано производство многих важнейших химических продуктов: серной и соляной кислот, сульфата натрия, бертолетовой соли, хлора. Менделеев писал, что «ныне нельзя себе представить развитие промышленности без потребления соды». Появление на рынке отечественной соды, по его мнению, оказало бы услугу и сельскому хозяйству. Замена содой поташа во многих производствах способствовала бы сохранению лесов.
      Однако успешному развитию производства соды в России мешал высокий акциз на поваренную соль. Несмотря на настойчивые требования ученых и промышленников, царское правительство долгое время не желало снять акциз на соль. Только в 1881 г. были разорваны путы, сковывавшие возникновение крупного содового производства, и результаты не замедлили сказаться. Уже два года
      спустя был пущен первый большой содовый завод на Северном Урале в Березниках, построенный купцом Любимовым совместно с бельгийской фирмой «Сольве». За 35 лет со дня основания этого завода до Великого Октября на Березниковском заводе было выработано 878 тыс. т кальцинированной соды.
      За годы Советской власти Березниковский завод реконструирован и расширен, производство соды увеличилось по сравнению с дореволюционным в несколько раз. Совсем недавно на заводе соду, как и в царское время, получали из естественного соляного рассола, выкачиваемого из земных недр. Теперь же ее вырабатывают из искусственного рассола, получаемого путем растворения отходов калийного производства. Это значительно снизило себестоимость соды.
      В наше время в Советском Союзе работает ряд крупных содовых заводов.
      Применение соды в народном хозяйстве необычайно расширилось. Сода нужна уже не только мыловарам, стекловарам и текстильщикам, но и металлургам (разделение и очистка цветных металлов, удаление серы из чугуна), красильщикам, меховщикам и пищевикам (изготовление кондитерских изделий и минеральных вод, осветление растительных масел). Много соды расходуется на смягчение воды, используемой на фабриках и заводах, в паровых котлах паровозов и электростанций. Сода служит сырьем для получения многих химических продуктов (магнезия, сульфит натрия, фтористый натрий и др.).
      Если всю поваренную соль, перерабатываемую за год во всем мире на соду, погрузить в товарные вагоны, то железнодорожный состав протянулся бы от Москвы до Владивостока.
      Большая часть поваренной соли, потребляемой химической промышленностью, идет на выработку соды, едкого натра (каустическая сода) и хлора. Еще в 1883 г. русские ученые Лидов и Тихомиров разработали промышленный способ получения каустической соды из поваренной соли путем электролиза ее водных растворов. При этом наряду с едким натром получается и хлор. Оба эти продукта очень нужны многим отраслям народного хозяйства.
      За последние годы соль не только стала источником получения химикатов, лекарств, удобрений, взрывчатых веществ, но и приобрела некоторые новые «профессии». Она успешно применяется для тушения горящей сажи, для закалки стальных изделий. Ею пользуются для ускорения таяния льда, для приготовления охладительных смесей, применяемых в холодильниках. Соль нужна для осветления скипидара и канифоли, в производстве высших сортов перчаточной лайки. В табачной промышленности солью обрабатывают некоторые сорта табака для улучшения его качества.
      При постройке искусственных водоемов обычно стенки и дно водоемов защищают глиной, облицовывают бетоном или асфальтом. Однако глина не полностью удерживает воду, а бетон и асфальт слишком дороги. Нужно было найти какой-то дешевый и в то же время достаточно водонепроницаемый материал. Этой проблемой заинтересовался несколько лет назад академик А. Н. Соколовский. Изучая свойства почв, он заметил, что почва, пропитанная солью, не пропускает воду. Соль заполняет поры почвы, делает ее водонепроницаемой. Такие почвы называют солончаками, часто их поверхность покрыта тонким белоснежным налетом соли.
      В степях Казахстана и Крыма, в Прикаспии и Приднепровье на солончаках ранней весной образуются небольшие озера, которые иногда не высыхают до конца лета. В лаборатории Соколовского сделали такое искусственное «озеро». На тонкое сито, вставленное в воронку, насыпали почву и промывали ее раствором поваренной соли; образовывался искусственный солончак. Но ведь в природных условиях солончак поливают дожди, промывают талые вешние воды. Поэтому через воронку лили пресную воду. Сперва она просачивалась довольно быстро — около 30 — 50 капель в минуту, но постепенно капли падали все реже, и наконец их не стало. Вода не просачивается через тонкий слой земли — всего лишь в 3 — 4 мм, превратившийся в солонец.
      Следовательно, если покрыть стенки и дно какого-либо водоема тонким слоем земли, пропитанной солью, утечки не будет. Проведенные Соколовским опыты по осолонцеванию оросительных каналов в некоторых колхозах Поволжья оказались успешными — утечка воды полностью прекратилась.
      Осолонцевание водоемов начинает широко применяться на Украине, в Нижнем Поволжье, Узбекистане. Соль
      с успехом заменяет асфальт и бетон. К тому же обработка почв раствором соли обходится гораздо дешевле, чем покрытие асфальтом или бетоном. Ведь для осолонцевания можно брать грязную, непищевую соль, отходы некоторых химических заводов.
      Неоценимые услуги оказывает соль строителям. Например, зимою при постройке Братской гидроэлектростанции глинистая почва смерзалась и превращалась в твердый камень. С мерзлым грунтом не справлялись даже экскаваторы и бульдозеры. В Ленинградском инженерностроительном институте разработали способ предохранения глинистого грунта от смерзания. Участки земли, на которых зимой надо копать канавы или котлованы, осенью густо посыпают поваренной солью, и тогда даже в самые большие морозы земля остается мягкой.
      Соль — вещество неисчерпаемых возможностей. Уже теперь насчитывается более тысячи разных путей ее применения. А сколько их, и каких неожиданных, появится в наш атомный век!..
     
      ЭЛЕМЕНТЫ ПЛОДОРОДИЯ
      Свыше 60 химических элементов периодической системы необходимы для жизнедеятельности растительных организмов. Однако наиболее важную роль в питании растений играют три «кита» плодородия: азот, калий и фосфор. Сейчас опытами ученых убедительно показано, что четвертым «китом» можно считать магний. Источниками калия и магния являются соли океанической и морской воды. Происхождение фосфора также в значительной мере связано с морем и океаном.
      Красные кристаллы
      Природные калийные соли обычно окрашены в красный цвет из-за присутствия в них мелкодисперсных примесей окислов железа. Правда, сильвин бывает совершенно бесцветным, а карналлит — темно-коричневым; по-лигалитовая соль окрашена в разные тона — серый, желтый и розовый.
      Калий играет важную роль в образовании белков из аминокислот, способствует повышению содержания сахаров в растительном организме, в результате чего повышается стойкость растений, и в частности уменьшается полегание зерновых культур. Калий помогает передвижению полупродуктов фотосинтеза из листьев в стебли и корни.
      Известный немецкий химик Юстус Либих, изучавший роль химических веществ в жизни растений, считал, что без калия и фосфора не может быть плодородия. Однако, в отличие от азота, в атмосфере нет калия и фосфора, и пополнять их содержание в почве возможно лишь путем внесения удобрений.
      В земной коре имеется около 2,5% калия. Он входит в состав более ста минералов. В зависимости от типа почвы содержание калия в ней колеблется от 0,2 до 2,5%; например, в мощном черноземе 2 — 2,5%, в подзолистых суглинистых 1,7 — 2,2%, в подзолистых супесчаных 0,6 — 0,8%, в торфянистых 0,02 — 0,05%.
      Почти 99% соединений калия, содержащихся в почве, представляют собой труднорастворимые в воде алюмоси-ликатные минералы, и, следовательно, они малопригодны для питания растений. Некоторое количество воднорастворимых соединений калия вносится в почву дождевыми водами, которые вымывают калий из отмерших растений и микроорганизмов.
      С развитием сельского хозяйства происходит постепенное истощение почвы, так как калий и фосфор уходят из нее в растения, а затем с зерном и плодами увозятся с поля. Пополнение почвы этими питательными элементами за счет минеральных удобрений покрывает вынос фосфора лишь на 60, а калия — на 20%.
      Установлено, что при внесении в почву 1 кг калия урожай зерна повышается на 6 — 8 кг, сахарной свеклы — на 50 — 60 кг, льна — на 10 — 12 кг.
      На бедных кислых почвах нечерноземной зоны применение калийных удобрений повышает урожай картофеля в среднем на 28 ц!га.
      Геологи затратили немало сил на поиски солей плодородия. В середине XIX в. были обнаружены мощные залежи калийных солей морского типа в Германии, и там сразу же начали добывать и перерабатывать их на калийные удобрения. Калийные соли были найдены затем
      во Франции, в США, Испании и других странах, и везде организовано производство калийных солей.
      До Октябрьской революции у нас не было разведанных залежей калийных солей; калийные удобрения привозились из Германии (если не считать поташа, который выщелачивали из золы растений). Первооткрывателем калийных солей в нашей стране был академик Н. С. Кур-наков. Исследуя в начале XX в. рассолы, получаемые при выпарке поваренной соли, добываемой из глубоких скважин в районе Соликамска, он обнаружил в них большое содержание калия. По мнению Курнакова, обогащение рассолов калием происходит за счет размывания имеющихся в этом районе залежей калийных солей. Чтобы проверить эту гипотезу, надо было провести большие геологоразведочные и буровые работы, и уже в первые годы Советской власти при BGHX был создан комитет, который должен был возглавить поисковые работы. Осуществлению этого замысла помешала гражданская война. Разведка залежей калийных солей была закончена только в 1925 г. под руководством известного геолога П. И. Преображенского.
      Были обнаружены мощные залежи калийных солей в виде сильвинита и карналлита. Площадь распространения калийных отложений Верхне-камского месторождения оказалась равной 2000 км2, глубина залегания калийных солей — 90 — 220 м. В пересчете на К2О запасы калийных солей составляют 24 млрд. т. Это одно из крупнейших месторождений мира.
      В 1927 г. в Соликамске начал разрабатываться первый в стране калийный рудник, при котором был создан химический комбинат по выработке минеральных удобрений; позже вступил в строй такой же комбинат в Березниках. На обоих предприятиях кроме калийных удобрений получают магний, щелочи, хлор и другие химические продукты.
      В 1948 г. крупное месторождение калийных солей, имеющих тот же состав, что и Соликамские соли, открыто в Белоруссии; площадь распространения равна 250 км, запасы превышают 10 млрд. т. На базе этого месторождения созданы три комбината по производству калийных удобрений.
      Значительные запасы калийных солей хлоридного и сульфатного типа имеются в Западной Украине.
      На их базе работают стебниковский и два калушских химических комбината по производству сернокислых калийных удобрений.
      Мощные залежи калийных и других солей в виде хлоридов (сильвинит, карналлит) и сульфатов (каинит, по-лигалит, кизерит) обнаружены на обширных территориях Южного Приуралья (Башкирская АССР, Оренбургская, Актюбинская, Гурьевская области) и Поволжья (Саратовская, Волгоградская области). Солевые отложения залегают в виде соляных куполов мощностью до нескольких километров. Эти соли пока еще не используются.
      Намечается добыча калийных солей в районе Актюбинска, где обнаружены большие запасы полигалитовой соли. Измельченная в тонкий порошок, она служит прекрасным удобрением, особенно па засоленных почвах Средней Азии и Казахстана. Эта же соль может служить сырьем для получения сульфата калия и других калийных и магниевых бесхлорных удобрений.
      Недавно разведаны месторождения сильвинита и карналлита в Средней Азии на юго-западных отрогах Гис-сарского хребта. Это Тюбе-Гатанское (УзбССР), Гаур-дакское и Карлюкское (ТуркмССР) месторождения.
      Все это свидетельствует о том, что в нашей стране имеются большие потенциальные возможности для увеличения производства калийных удобрений. В настоящее время наши заводы уже вырабатывают несколько видов таких удобрений: хлористый калий с 58 — 60 или 30 — 40%-ным содержанием К2О; сильвинитовую руду (10 — 12% К2О); сульфат калия (40 — 52% К2О); калимагнезию (двойная соль сульфата калия и магния, содержащая 22% К2О и 18% MgO). Кроме того, калийным удобрением может служить природная каинитолангбейнитовая соль (10 — 12% калия и 46% хлора), а также цементная пыль, образующаяся при получении цемента (20 — 35% К20 и 10% СаО).
      Хлористый калий получают двумя способами: хими-ческрш, основанным на неодинаковой растворимости хлоридов калия и натрия, и флотационным, использующим различную степень смачиваемости поверхности минералов водой.
      В первом случае природную сильвинитовую руду обрабатывают горячим (110 — 115° С) щелоком, содержащим 110 — 130 г/л хлорида калия и 240 г/л хлорида натрия. После такой обработки содержание RG1 в щелоке повышается до 265 г/л; оставшийся нерастворенным хлористый натрий отделяется и идет в отвал. Осветленный горячий щелок, насыщенный хлоридами калия и натрия, охлаждают в кристаллизаторах (до 25°С), и из раствора выкристаллизовывается хлористый калий. Маточный раствор употребляют на выщелачивание новой порции сильвинитовой руды. Затем при флотации сильвинито-вую руду измельчают (величина зерен 0,75 мм) и превращают в пульпу, через которую продувают пузырьки воздуха. При этом частицы плохо смачиваемого хлористого калия прилипают к пузырькам и всплывают на поверхность, образуя минеральную пену, а хорошо смачиваемые водой частицы хлористого натрия опускаются на дно. Пену периодически удаляют с поверхности пульпы. Для регулирования процесса к пульпе добавляют специальные флотационные реагенты, которые избирательно увеличивают или уменьшают смачиваемость хлоридов.
     
      Фосфор и земледелие
      В живом организме имеется до 1% фосфора. Он имеет особое значение для работы мозта и костных клеток человека и животных, поэтому его нередко называют элементом жизни и мысли. Кроме того, фосфор — необходимая составная часть гормонов (ферментов, играющих важную роль в живом организме).
      Не менее нужен фосфор растениям. Соединения фосфора входят в состав особых белков — нуклеопротеидов, которые сосредоточены в ядрах клеток; нуклеопротеиды способствуют накоплению и использованию химической энергии клеток.
      В зерне и соломе фосфора гораздо больше, чем калия.
      До 1 кг фосфорной кислоты содержится в 100 кг зерна, 200 кг сена, 300 кг соломы, 1200 кг зеленых кормов и 1500 кг картофеля. Содержание фосфорной кислоты в 1000 кг почвы — 1 — 5 кг.
      Потери фосфора почвой превышают потери калия, так как плоды (зерно, например) не возвращаются в почву, тогда как отходы (солома), используемые на корм и подстилку животным, поступают обратно в почву. Кроме того, почва сама по себе богаче калием, чем фос-
      фором. Все это обусловливает то, что нужда в фосфорных удобрениях больше, чем в калийных.
      При внесении в почву фосфорных удобрений урожай сельскохозяйственных культур заметно возрастает. Обычно на 1 га посевной площади требуется до 45 — 90 кг (в пересчете на Р2О5) фосфорных удобрений. На каждый килограмм внесенного фосфорного ангидрида прибавка урожая с 1 га составляет: для хлопка — 5 — 6 кг, сахарной свеклы — 40 — 60 кг, картофеля — 40 кг, зерна
      3 — 7 кг.
      Производство фосфатных удобрений имеет почти 130-летнюю историю, и практика их применения хорошо освоена. В наше время ежегодное мировое производство этих удобрений превышает 40 млн. т. Основным сырьем для их получения служат апатиты, в состав которых входит фторапатит [ЗСаз(Р04)г CaF2] с примесью других минералов (нефелин, эгирин, титаномагнетит и др.), и фосфориты, состоящие из трикальцийфосфата [Саз(Р04)2] с примесью песка, глины, глауконита, лимонита, колчедана. Апатиты, имеющие крупнокристаллическую структуру, являются изверженными породами. Образование фосфоритов осадочного происхождения связано с океанами и морями.
      Обычно фосфориты залегают в виде желваков (размер зерен 7 — 11 см и более) разной формы или пластов. Почти вся масса фосфоритов (до 97%) добывается из осадочных пород. Образование и отложение фосфоритов происходило (и происходит) в придонных зонах и в иле за счет накопления мертвых животных организмов (рыбы, плеченогие, морские губки и т. д.). Фосфатные скелеты, скапливаясь на дне, перемешиваются с песком и образуют сцементированные песчаники.
      В нашей стране наиболее крупное месторождение фосфоритов осадочного происхождения — это Каратау (Южный Казахстан), открытое в 1936 г. Запасы фосфоритов Каратау составляют свыше 1 млрд. г, т. е. 12% всех запасов страны. Содержание Р2О5 в фосфоритах Каратау колеблется от 14 до 35%.
      Вместе с хибинскими апатитами, открытыми в 1926 г., количество фосфатных руд в СССР равно 35% всех мировых запасов. Залежи осадочных фосфоритов имеются также в Московской, Кировской, Актюбинской, Курской, Волгоградской и других областях.
      Фосфориты плохо растворяются в воде, поэтому непосредственное внесение их в почву малоэффективно. В молотом виде фосфориты (фосфоритная мука) вносят в кислые почвы. Для превращения фосфоритов в растворимое в воде удобрение их обрабатывают серной кислотой, в результате чего получается кислый фосфат, или суперфосфат [СагРОг]. В кислом фосфате содержится 21% Р2О5 и мало балластного сульфата кальция.
      При обработке фосфорита фосфорной кислотой получается двойной суперфосфат, более богатый фосфором (Р2О5 53%) и совсем не содержащий примесей сульфата кальция.
     
      Четвертый «кит» плодородия
      Магний входит в состав хлорофилла и принимает непосредственное участие в фотосинтезе. В виде магниевокальциевой соли фитиновой кислоты он содержится в фитине. Магний оказывает большое влияние на образование углеводов в растениях и, следовательно, на плодообразование. В зерновых культурах магния больше в зерне, чем в соломе, а в кукурузе и гречихе — наоборот.
      Одним из характерных признаков магниевого голодания растений является белесая пятнистость листьев. Появляясь на краю листьев, она распространяется между жилками листа к центру. При недостатке магния замедляются рост и вегетация растений, а при остром дефиците этого элемента в почве растение не вступает в фазу плодоношения.
      Потребность в магнии неодинакова для разных сельскохозяйственных культур и почв. Много магния потребляют картофель, сахарная и кормовая свекла, табак, бобовые травы. Так, при урожае около 400 ц/га сахарная свекла извлекает из почвы до 70 кг окиси магния. При внесении калимагнезии в количестве 40 кг!га урожай картофеля на супесчаных дерново-подзолистых почвах возрастает до 76 ц/га. В 1 кг песчаных и супесчаных почв дерново-подзолистой зоны имеется 5 — 25 мг подвижного магния. Значительно больше (до 45 — 93 мг) магния содержится в суглинистых почвах той же зоны.
      Запасы магниевых солей в нашей стране неисчерпаемы. Они слагаются из природных калийномагниевых и магниевокальциевых солей, из карбонатов и сульфатов магния морского типа. К последним относятся полигалит, каинит, карналлит, лангбейнит, эпсомит, кизерит, магнезит и доломит. Содержание в этих слоях окиси магния составляет — 45%.
      Типы магниевых удобрений весьма разнообразны. Магниевые соли вносят в почву самостоятельно и в смеси с другими видами удобрений. Измельченный доломит (доломитовая мука) вносится в количестве 360 — 400 мг!га (в пересчете на MgO). Доломитовая мука одновременно и средство для известкования почв; ее часто добавляют к суперфосфату, сульфату аммония, аммиачной селитре. В качестве сульфатной формы калийномагниевого удобрения может служить природная, отмытая от хлористого натрия каинитолангбейнитовая соль, называемая кали-магом. Примерный состав калимага (в %): MgS04 — 51,0, K2SO4 — 34,2, CaS04 — 3,9, NaCl — 2,5, водонерастворимый остаток 7,0, НгО — 2,4 (MgO — 16,8, К2О — 18,4).
      Каинитолангбейнитовая соль встречается в соляных отложениях Западной Украины (месторождение Стеб-ник). Ее добыча и обогащение производится на Стебни-ковском химическом комбинате (Львовская область).
      Магниевыми удобрениями могут быть щелока — отходы, образующиеся при обработке серной кислотой природных магниевых боратов (ашарита MgO В2О3 Н2О). Из указанных щелоков выкристаллизовывается эпсомит с примесью борнокислых солей; последние являются хорошим микроудобрением, и их вместе с сульфатом магния добавляют к основным видам удобрений.
      Конечно, дозы магниевых удобрений различны для разных почв и растений. Обычно магнийсодержащие соли вносят из расчета 20 — 60 кг MgO на 1 га: для зерновых, льна, трав — 20 — 25 кг; для картофеля, свеклы — 40 — 50 кг; для овощных и плодовых — 50 — 60 кг. Повышение урожайности от прибавки магния достигает (в %): для кукурузы — 142, проса — 61, ржи — 40, подсолнечника — 31, гречихи — 16.
      Недостаток магния — довольно частое явление, особенно в легких песчаных, супесчаных, подзолистых и дерново-подзолистых почвах. Магниевые удобрения действуют обычно весьма эффективно, так как при недостатке или отсутствии магния почва становится менее плодородной даже тогда, когда в нее внесены азот, фосфор и калий.
      По подсчетам агрохимика М. И. Мазаевой для всей
      посевной площади легкой дерново-подзолистой зоны требуется 200 тыс. т магния в пересчете на MgO. Максимально допустимое содержание подвижного магния в легких почвах составляет 7 — 8 мг MgO на 100 г почвы.
     
      Микроудобрения
      Кроме «китов» плодородия растениям нужны и многие другие элементы, правда в гораздо меньших дозах. Поэтому их и называют микроудобрениями и микроэлементами.
      Главнейшие из микроэлементов — бор, марганец, медь, молибден, цинк, иод, железо, кобальт. Все они содержатся в морской воде в следующих количествах (в мг/л): В-4,6, J — 0,06, Fe — 0,01, Mo-0,01, Zn-0,01, Си -0,003, Мп - 0,002, Со - 0,0005.
      Бор — рассеянный элемент, но он широко распространен в природе и содержится во многих горных породах, в водах морей, рек, озер, в почвах, входит в состав растительных и животных организмов. Содержание бора в растениях — 2 — 100 мг/кг сухого веса. В почвах имеется 0,1 — 2,5 мг/кг бора, при этом количество водорастворимого бора составляет 3 — 10% общего количества. Меньше всего бора в почвах тундры, дерново-подзолистых и торфяных почвах, которые занимают половину территории страны.
      Многочисленными опытами и наблюдениями показано, что многие сельскохозяйственные растения (свекла, лен, клевер, люцерна, конопля, подсолнечник, табак, горох, хлопчатник) не могут нормально развиваться при отсутствии бора. Наибольшее количество бора выносят из почвы свекла, картофель, кормовые корнеплоды (70 — 270 г/га). Для злаков, клевера, льна требуется в 3 — 7 раз меньше бора.
      При борном голодании задерживается развитие цветов и семян; у свеклы происходит отмирание листьев; у яблонь и груш — «опробкование» внутри плодов. Для усвоения бобовыми азота из воздуха необходим бор. Борное питание оказывает влияние на накопление в растениях хлорофилла.
      При внесении в почву до 3 кг/га бора (в пересчете на борную кислоту) урожай свеклы увеличивается до 150, льна — до 4, семян клевера — до 2 ц/га.
      Борное удобрение, растворимое в воде, промышленность выпускает в виде рассыпчатого порошка серого цвета; в нем содержится до 6 — 7% борной кислоты и 70 — 80% сульфата магния. Последний получают из щелоков, являющихся отходом производства магниевых боратов.
      Медь, так же как и бор, встречается в горных породах, почвах, соленых и пресных водах, но содержание ее весьма незначительно. В почвах, например, имеется от
      1,5 до 100 мг/кг меди; в красноземах ее больше, до 50 — 100 мг/кг; в торфяных почвах меньше, до 8 мг/кг. В растениях содержание меди составляет 3 — 15 мг/кг сухого веса.
      Зерновые злаки выносят из почвы 15 — 30 г меди с 1 га при урожае 12,5 — 25 ц/га, а корнеплоды — до 40 — 80 г/га.
      Медь входит в состав окислительных ферментов и играет важную роль в процессах окисления, протекающих в растениях; она действует благоприятно на углеводный обмен и образование хлорофилла. При недостатке меди содержание хлорофилла снижается, и происходит пожелтение листьев.
      Наиболее эффективно медные удобрения влияют на урожай пшеницы, ячменя, овса, проса, сахарной свеклы, корнеплодов. Эти же удобрения менее эффективны при внесении под рожь, картофель, капусту.
      Наиболее распространенным медным удобрением является медный купорос (CuS045H20) в виде пиритного огарка, представляющего собой отход сернокислотного производства. В огарке содержится 0,3 — 0,8% меди; его вносят в почву один раз в 4 — 5 лет из расчета 5 — 7 ц/га. Кроме меди в огарке имеется большое количество железа и немного цинка, кобальта, молибдена и других микроэлементов.
      Марганец. Содержание этого элемента в земной коре равно 0,09%. Больше всего марганца в красноземных почвах (до 1110 мг/га), меньше — в черноземных (48 — 326 мг/га). В щелочных и нейтральных почвах соединения марганца растворяются плохо, поэтому в эти почвы надо вносить больше марганца, чем в кислые.
      Марганец способствует усвоению растениями азота, а также накоплению хлорофилла. При недостатке марганца листья буреют и отваливаются.
     
      Марганцевые удобрения используют главным образом в виде марганцевого шламма, получающегося при переработке марганцевых руд. В шламме содержится до 10 — 17% марганца, 25 — 28% магния, 17 — 20% кальция, окись алюминия, окись железа, пятиокись фосфора. Его вносят в почву в количестве 0,5 — 2 ц/га. Иногда употребляют хорошо растворимые сернокислые и хлористые соли марганца — до 20 — 45 кг на 1 га.
      Цинка в земной коре не много — около 0,02%. В почвах содержание цинка составляет 20 — 120 мг/кг; больше всего цинка в почвах гумусового горизонта. В растениях концентрация цинка колеблется от 20 до 240 мг/кг сухого веса.
      Если в почве ощущается недостаток цинка, плодовые деревья заболевают розеточной болезнью: на концах ветвей образуются розетки из мелких листьев, и через несколько лет такие ветви отмирают. Это явление связано с замедленным образованием хлорофилла.
      Цинковые удобрения — это отходы переработки цинковых руд, а также хлориды, сульфаты и нитраты цинка. Их вносят в количестве 5 — 10 кг/га (в пересчете на элементарный цинк).
      Кобальт встречается главным образом в известковых породах. Его содержание в земной коре равно 0,002%, в почвах — 1 — 15 мг/кг (меньше в дерново-подзолистых почвах и красноземах), в растениях — 0,01 — 0,6 мг на 1 кг сухого вещества.
      Роль кобальта в процессах развития растений еще точно не выяснена, однако имеются наблюдения, что он повышает урожайность сельскохозяйственных культур. Недостаток кобальта в растительном корме животных (менее 0,07 мг/кг сухого веса) вызывает заболевание, именуемое сухоткой. Это заболевание влечет за собой снижение содержания гемоглобина в крови животного, общую слабость, потерю аппетита; у коров сокращаются удои молока, прекращается прирост живого веса. По-видимому, все это объясняется тем, что, являясь составной частью витамина В12, кобальт заметно влияет на процесс образования гемоглобина.
      Молибден. Содержание молибдена в почве равно 1,5 — 12, в золе растений — до 10 мг/кг. В песчаных почвах молибдена мало, в плодородных и щелочных — гораздо больше. В 1 г сухого вещества семян зерновых культур обычно имеется 0,2 — 1 мг молибдена, а семян бобовых — 0,9 — 18 мг.
      Молибден активно участвует в процессе связывания атмосферного азота азотобактериями; при его недостатке нарушается синтез белковых веществ — продуктов восстановления нитратного азота.
      Молибденовое голодание начинается тогда, когда его содержание в организме растения падает ниже 0,1 мг/кг. Наиболее чувствительны к недостатку молибдена бобовые травы (клевер, люцерна), а также капуста, салат, томаты, горох, люпин, свекла, хлопчатник. Например, при подкормке молибденом посева травосмеси из клевера и тимофеевки (150 г/га) количество сена увеличивается на 22%.
      Молибденовым удобрением служат молибдаты аммония и натрия. В сухом виде их примешивают к суперфосфату, растворы употребляют для внекорневой подкормки или для смачивания семян при предпосевной обработке. В последнем случае для обработки гектарной нормы семян требуется 50 г молибденовокислого аммония, растворенного в 2 л воды. Обычная доза внесения молибдена — 50 — 75 г/га.
      Железо — один из самых распространенных элементов в земной коре. В почвах его содержание — 1 — 11%, в морской воде — 0,01 мг/л.
      Железо необходимо для образования хлорофилла в растениях; оно входит в состав дыхательных ферментов и влияет на интенсивность дыхания растений. В организме человека оно является составной частью гемоглобина крови. Железо распределяется в растениях неодинаково: обычно его больше в листьях и ботве, чем в клубнях и зерне. С урожаем сельскохозяйственных культур из почв выносится 0,6 — 9 кг/га железа.
      Недостаток железа в почве особенно сказывается на плодовых деревьях: они заболевают хлорозом, признаком которого является неестественная окраска листьев — вначале бледно-зеленая, а затем светло-желтая. Для борьбы с хлорозом деревья опрыскивают 0,5%-ным раствором железного купороса. В почву железо вносят в виде железного купороса вместе с компостом и торфом — 1 — 3 кг на 100 кг компоста.
      Иод, как и железо, имеет большое значение для организма человека и животных. Он входит в состав гормона щитовидной железы, и, если его мало, может начаться болезнь щитовидной железы. Суточная потребность чело-века в иоде составляет ОД мг.
      Чтобы избегнуть йодного голодания человека или животных, к пищевым и кормовым продуктам добавляют иод; для подкормки растений йодистые соли вводят в удобрения или производят внекорневую подкормку растворами иода.
      Распределение иода в почве и природных водах неравномерно и зависит от географического расположения районов. Например, в водах европейской части страны иода в несколько раз больше, чем в водах горных и пустынных районов Средней Азии, Карелии и Бурят-Монголии. Соответственно неодинаково содержание иода в растениях этих районов.
      Количество иода в почвах колеблется в широких пределах: 0,2 — 40 мг/кг. Особенно бедны иодом песчаные и супесчаные почвы.
      Иод поступает в почву из океанической и морской воды через атмосферу, следовательно, воздух приморских районов обогащен иодом. В воздухе над океаном содержание иода равно 0,01, а над континентом — 0,005 мг/м3. За год вместе с осадками на землю выпадает 9 — 50 г/га иода — тем больше, чем ближе к океану или морю расположен район.
     
      КРЫЛАТЫЕ МЕТАЛЛЫ
      «Серебро» из глины
      В 1855 г. на Всемирной выставке в Париже рядом с изделиями Севрской фарфоровой фабрики лежало несколько небольших слитков и тонких полос серебристобелого металла. Это были куски первого алюминия, который тогда называли «серебром из глины». Ценился он наравне с золотом и платиной. Император Франции Наполеон III и вся королевская семья пользовались за обедом алюминиевыми ложками.
      Название металлу дал немецкий химик Велер, разработавший способ получения этого металла в виде малень-
      ких гранул или зерен. Слово «алюминий» происходит от греческого «алюмен», что означает «вяжущий» или «квасцы». По свидетельству древнегреческого историка Геродота, еще в V в. до нашей эры (а возможно, и раньше) при крашении шерстяных тканей применяли в качестве протравы какой-то минерал, который назывался алюме-ном. Квасцы были знакомы и русским ремесленникам, которые в XIII — XIX вв. пользовались ими для крашения тканей и выделки сафьяна. Квасцовой землей в XVIII в. русские химики называли глинозем.
      Алюминий — самый распространенный металл. По содержанию в земной коре (7,45%) он занимает третье место среди всех химических элементов. Насчитывается свыше 250 минералов, в состав которых входит алюминий. Большая часть алюминиевых минералов, слагающих горные породы, — алюмосиликаты, т. е. соединения алюминия с кислородом и кремнием.
      Алюмосиликатам было суждено сыграть исключительно важную роль в развитии цивилизации, но еще более важным материалом оказались продукты выветривания алюмосиликатов — глины. Им обязаны своим происхождением гончарные изделия древних, современный художественный и технический фарфор, главный строительный материал — кирпич.
      Драгоценные камни — это тоже содержащие некоторые примеси соединения алюминия. Основа рубина, или окиси алюминия, — корунд с незначительной примесью хрома. Сапфир — это тот же корунд, только вместо хрома в нем имеется титан. Голубовато-зеленые аквамарины обязаны своим происхождением алюмосиликату бериллия. Бирюза — алюмосиликат меди; темно-красные гранаты — кристаллы железистого алюминия; нежные лейкосап-фиры — прозрачные кристаллы безводной окиси алюминия.
      Из многочисленных алюминиевых минералов, встречающихся в природе, лишь немногие могут быть использованы для промышленного производства алюминия. Основным сырьем для его получения служит глинозем (окись алюминия), входящий в состав минералов (бе-мит, диаспор, гидраргилит), глин, слюды, полевых шпатов, бокситов. Последние получили свое название от деревни Бокс на юге Франции, где в 1821 г. были открыты крупные залежи породы буровато-красного цвета, по внешнему виду похожей на глину, но не обладающей пластичностью. Анализ породы показал, что в ней содержится до 60% глинозема с примесью окислов железа и кремния и других веществ.
      Первые изделия из алюминия, появившиеся во Франции в середине 60-х годов прошлого века, ценились так дорого, что почти не находили потребителя. Стоимость 1 кг алюминия превышала 1000 золотых рублей. Но уже к концу 60-х годов, после того как французский химик Девиль организовал производство металлического алюминия из хлористого алюминия, она уменьшилась почти в 10 раз.
      Однако способ Девиля, основанный на вытеснении алюминия расплавленным «металлическим» натрием, был дорог, сложен и не давал возможности получать чистый металл. Поиски более совершенных методов производства алюминия натолкнули ученых на мысль использовать в качестве сырья гренландский криолит, который начиная с 1854 г. стали ввозить в Европу в больших количествах. Поскольку минерал представляет собой двойную соль (фторид алюминия и натрия), можно было надеяться получить металлический алюминий, восстанавливая криолит, а также и хлорид алюминия металлическим натрием.
      Наиболее эффективный метод получения алюминия из криолита предложил русский ученый Н. Н. Бекетов, тогда профессор Харьковского университета. Спустя два года после сообщения Бекетова по его способу стали работать алюминиевые заводы во Франции и Германии.
      Советский Союз располагает богатейшими месторождениями бокситов на Урале, в Башкирской АССР, Казахстане. Еще в 1882 г. А. Е. Бренн обнаружил залежи бокситов в районе реки Воложбы, неподалеку от города Тихвина (ныне Ленинградская область). Царские чиновники не обратили внимания на сообщение Бренна, и алюминий продолжали ввозить из-за границы. Лишь в 1915 г. в связи с резко возросшим спросом на алюминий для военных целей были начаты усиленные поиски алюминиевых руд в стране. Военное ведомство объявило даже крупную денежную премию (50 тыс. рублей) тому, «кто укажет местонарождение бокситов».
      На призыв правительства откликнулись геологи, краеведы, старатели. Спустя год инженер П. Н. Тимофеев установил наличие в Тихвинском районе значительного месторождения бокситов, которое в советские годы стало основной рудной базой алюминиевой промышленности. В 1931 г. в районе города Серова на Северном Урале были найдены бокситы еще лучше тихвинских, а несколько позднее были открыты крупные месторождения богатых глиноземом бокситов в других районах Урала.
      В конце 1916 г. В. А. Аршинов предложил использовать для производства алюминия нефелиновые руды, которыми так безмерно богата наша страна. Наиболее крупные нефелиновые месторождения находятся в Хибинском массиве (Кольский полуостров), в Красноярском крае и Кемеровской области.
      Первая выдача алюминия из нефелиновой руды состоялась на Хибинском месторождении, разведанном в 1921 г. геологической экспедицией под руководством академика А. Е. Ферсмана. Производство было организовано следующим образом. В гранатовые тигли насыпали 21 кг измельченного в порошок «ледяного камня» и 3 кг чистого магния. Тигли плотно закрывали и помещали в коксовую печь, где они нагревались до белого каления. Спустя полтора часа тигли вынимали из печи и охлаждали. Кусочки алюминия, выделившиеся из затвердевшей массы, переплавляли в слитки в небольшом графитовом тигле.
      Изучая процессы вытеснения металлов из их солей, Бекетов заметил, что алюминий полностью вытесняется из криолита металлическим магнием. «Глиний (алюминий. — Авт.) восстанавливается магнием, — писал он в своей докторской диссертации, — из своего фтористого соединения (из криолита, искусственно мною приготов-ленного); в чем я убедился особенным опытом».
      Эти наблюдения послужили основой для создания промышленного способа получения алюминия, и этот способ использовался в Европе более 25 лет. Только в 90-х годах прошлого века, после того как в Петербурге на Тентелевском химическом заводе (теперь «Красный химик») К. И. Байер предложил получать алюминий из более дешевого глинозема, бекетовский метод утратил свое промышленное значение.
      Разрабатывая способ получения чистого гидрата окиси алюминия для протравы ситцевых тканей, Байер сделал
      два важных открытия, которые затем и легли в основу его метода производства алюминия. Он заметил, что раствор алюмината натрия в присутствии затравки свежеоса-жденного гидрата глинозема самопроизвольно разлагается с выделением окиси алюминия и что глинозем можно извлекать из бокситов путем обработки их щелочью под давлением. Байеровский способ получения чистого глинозема применяется до сих пор (рис. 13).
      Спустя пять лет после опубликования Байером своих патентов инженер Д. А. Пеняков запатентовал другой способ производства глинозема из бокситов. Дорогостоящие щелочи — кальцинированную соду и едкий натр — он заменил глауберовой солью. Смесь мелкоизмельченного боксита, глауберовой соли и угля подвергалась спеканию в трубчатой вращающейся печи при 1200° С. Алюминат натрия выщелачивали из спека водой, затем алюминат-ный раствор карбонизировали (продувая через него окись углерода), в результате чего гидроокись алюминия выпадала в осадок, а в растворе оставалась сода. Сернистый газ, выделявшийся при спекании смеси, использовался для получения из поваренной соли новых порций глауберовой соли и соляной кислоты.
      Способ Пенякова не нашел применения в России, но был немедленно использован за границей. В Бельгии построили глиноземный завод, который работал до 1914 г.т пока не был разрушен немецкими войсками, оккупировавшими страну.
      Особо ценный вклад в развитие производства алюминия внесли русские ученые В. П. Ильинский и П. П. Фе-дотьев, создавшие теорию электрометаллургии алюминия, теорию процессов, происходящих при извлечении этого металла из руд с помощью электрического тока. В 1912 г. вышла в свет книга Федотьева «Экспериментальное исследование по электрометаллургии алюминия», которая сразу же была переведена на многие иностранные языки и стала настольной книгой металлургов всего мира.
      Разработанные русскими учеными промышленные способы производства алюминия не смогли найти практического приложения в царской России, хотя правительство с самого начала первой мировой войны всячески поощряло разведку алюминиевых руд и пыталось организовать алюминиевую промышленность. Но этому препятствовало отсутствие нужного количества электроэнер-
      гии — основы электрометаллургии алюминия. Мешали этому начинанию и иностранные концерны, продававшие алюминий России и не желавшие терять свои барыши.
      Лишь при Советской власти были созданы предпосылки для развития отечественной алюминиевой промышленности. Решающую роль здесь сыграл разработанный В. И. Лениным план электрификации страны (ГОЭЛРО). В 1925 г. первенец этого плана — Волховская ГЭС — дал ток и спустя несколько лет стал энергетической базой Волховского алюминиевого завода. Прошло еще семь лет, и Днепрогэс стал снабжать электроэнергией второй алюминиевый завод в Союзе — Днепровский. В конце 1934 г. началось строительство крупного алюминиевого комбината на Урале.
      В 1940 г. было принято решение об усиленном развитии алюминиевой промышленности, намечена постройка глиноземных и алюминиевых заводов на Урале, в Кузбассе, Закавказье, Мурманской области, Карелии.
      Алюминиевый завод совсем непохож на обычные металлургические предприятия, где из железной руды добывают чугун и переплавляют его в сталь. Сердце алюминиевого завода — электролизный цех. Вдоль широких пролетов в несколько рядов установлены па каменном фундаменте большие железные ящики — электролизные ванны (рис. 14). Они выложены внутри графитом или угольными плитами, которые служат катодами. Сверху в ванны спущены массивные угольные пластины — аноды. Электролизные ванны наполняют окисью алюминия с добавкой небольшого количества криолита, который снижает температуру плавления. При включении тока криолит начинает плавиться и растворяет окись алюминия.
      Электролиз ведется при температуре около 1000° С. На аноде выделяется кислород, который окисляет уголь в окись углерода. На дне ванны, на катоде, собирается расплавленный алюминий. Несколько сот килограммов металла дает в сутки каждая ванна.
      В 60-х годах советские металлурги одержали выдающуюся победу: на Волховском алюминиевом комбинате впервые стали получать алюминий из нефелинов. А совсем недавно вступил в строй крупнейший в мире Ачинский комбинат, построенный на базе Килшалтырского нефелинового месторождения.
      Отходы, получающиеся при флотации апатитовых руд и переработке их на удобрения, называют нефелиновыми хвостами. Прежде чем получить из хвостов алюминий, их надо обогатить, получить концентрат, содержащий не менее 30% глинозема. Из нефелинового концентрата можно получить в два раза больше алюминия, чем из бокситов, но извлечь металл из концентрата гораздо труднее, чем из бокситов. Здесь на помощь металлургам пришли высокая температура и химические реакции.
      Нефелиновый концентрат дробят на мелкие кусочки и смешивают с раздробленным известняком. Смесь, смоченную водой, размалывают на мельницах и полученную кашицу, пульпу, загружают во вращающуюся печь — длинный (60 — 180 м) железный барабан. Пульпа поступает в барабан с холодного конца, а навстречу ей с другого конца движется струя мелкоизмельченного горящего угля, температура которого достигает 1300 — 1500° С. Сначала испаряется вода, затем известняк разлагается на окись кальция и углекислый газ; последний отсасывается из печи.
      Молекулы извести вступают в реакцию с молекулами нефелина и разрушают их. Образуется спек — плотная масса, состоящая главным образом из силиката кальция и алюминатов натрия и калия. Они жадно соединяются € молекулами кремнезема. Одновременно окись алюминия реагирует с окислами калия и натрия и превращается в алюминаты этих металлов.
      Спек охлаждают до 100° С и размалывают на мельницах в порошок, который затем засыпают в большие чаны и заливают раствором соды. Алюминаты натрия и калия растворяются в соде, а силикат кальция остается на дне чана. Алюминатные растворы отделяют от осадка в специальных аппаратах. Осадок промывают и направляют в цех, где из него приготовляют цемент.
      Очищенные растворы алюминатов перекачивают в ап-параты-карбонизаторы и обрабатывают углекислым газом. В осадок выпадает гидрат окиси алюминия — белый пушистый порошок, а в растворе остаются поташ и сода. Гидрат окиси алюминия прокаливают во вращающихся печах, где он, теряя воду, превращается в глинозем. Соду и поташ снова используют для растворения соединений алюминия, содержащихся в нефелине.
      Извлечение окиси алюминия из нефелиновых хвостов расширяет сырьевую базу производства металла. У нас в стране запасы нефелиновых руд во много раз больше запасов бокситов.
     
      Убедительные факты
      Немногим более ста лет назад килограмм алюминия стоил свыше тысячи рублей. В 1899 г. английские ученые подарили Д. И. Менделееву весы, изготовленные из золота и алюминия. Теперь ще килограмм этого металла стоит меньше рубля. За первую половину нашего века мировое производство алюминия возросло более чем
      в 250 раз, достигнув в настоящее время почти 5 млн. т; по объему производство алюминия занимает второе место после производства железа.
      Алюминий в 2,5 раза легче железа, в 3 раза — меди, в 4 раза — серебра. При обычной температуре алюминий не ржавеет в воде, не корродирует на воздухе, хорошо противостоит действию азота, серы, углерода; поверхность металла покрывается тончайшей окисной защитной пленкой. Реагирует с галогенами, едкими щелочами, серной и соляной кислотами, образуя соли. Устойчив в растворах уксусной и фосфорной кислот, но разрушается аммиачной водой. Кусок алюминия, опущенный в концентрированную азотную кислоту, становится устойчивым к действию химических агрессивных сред.
      Голубовато-белый металл, плавящийся при 660° С, хорошо вытягивается в проволоку (катушка проволоки длиной 10 000 м весит всего 270 г и может уместиться в спичечной коробке) и легко прокатывается в листы самой различной толщины.
      Сплавление с небольшим количеством других металлов (а он образует сплавы почти со всеми металлами) значительно повышает прочность алюминия. Известно более 200 различных сплавов, и число их с каждым годом увеличивается, а качество улучшается. Наибольшее применение находит дюралюминий, в котором кроме алюминия содержится около 5% меди, магния и железа. Широкой известностью пользуются в промышленности также силумин (4 — 12% кремния), лауталь (4% меди, 2% титана), склерон — сплав алюминия с медью, никелем, марганцем, кремнием и литием.
      Алюминий и его сплавы помогли человеку покорить воздушную стихию, построить легкие и прочные железнодорожные вагоны и морские корабли. Недаром алюминий часто называют крылатым металлом. Крылья и фюзеляжи самолетов, детали автомашин, каркасы стандартных домов, кресла, кровати, столы и тысячи других изделий изготовляют из алюминия и его сплавов. В одной только Англии в послевоенные годы было построено свыше 70 тыс. сборных алюминиевых коттеджей. Из алюминия строят там также здания для школ. Величественные здания из алюминия (и пластмасс) построены в Москве — Дворец съездов в Кремле и Дворец пионеров на Ленинских горах.
      Алюминий нужен электрикам, красильщикам. Хотя его электропроводность по сравнению с медью почти наполовину меньше, алюминиевые провода успешно заменяют медные. При ширине, обеспечивающей одинаковую электропроводность, они в 2 раза легче медных. Измельченный в порошок алюминий входит в состав многих красок.
      При сильном нагреве тонкого листочка алюминиевой фольги (толщиной до 3 — 7 мк) она вспыхивает ярким, ослепительно белым пламенем, выделяя огромное количество тепла. На этом свойстве основано применение алюминия в фотографии для бездымной вспышки (при вспышке магния всегда образуется густой белый дымок). Для удобства фотографов выпускаются специальные лампы с кусочками алюминиевой фольги и тонкой легко воспламеняющейся проволокой. При включении тока проволочка поджигает фольгу.
      Мелкоизмельченный алюминий, смешанный с окислом какого-либо другого металла (железо, хром, кальций), отбирает у него кислород, восстанавливая металл. Смесь алюминия с магнитной окисью железа (БезС) называется термитом. Температура горения этой смеси очень высока, в связи с чем термит применяют для сварки рельс, стальных и железных изделий. Им наполняют зажигательные бомбы и артиллерийские снаряды.
      Способность алюминия выделять большое количество тепла при соединении с кислородом послужила основой нового весьма эффективного процесса выплавки металла — алюминотермии.
      Процессы алюминотермии были открыты и научно обоснованы Н. Н. Бекетовым почти сто лет назад. С тех пор они получили широкое распространение во всех странах мира. В современной металлургии алюминотермией пользуются не только для выплавки железа, но и для восстановления из руд тугоплавких металлов — ванадия, молибдена, марганца.
      С каждым годом ширится ассортимент изделий из алюминия и его сплавов, расширяются области их использования, растут масштабы применения. Трудно переоценить роль этого металла, извлекаемого из минералов, многие из которых имеют морское происхождение: в морских осадках на долю глин приходится 20%.
      Соликамское месторождение калийномагниевых солей, предсказанное академиком Н. С. Курнаковым и обнаруженное советскими геологами под руководством П. И. Преображенского в 1925 г., оказалось крупнейшим в мире. Карналлит стал основным сырьем производства советского магния.
      По образному выражению Н. С. Курнакова, Соликамск родился дважды: в первый раз — свыше пятисот лет назад как крупнейший центр добычи соли на Руси, второй раз — после Великого Октября как крупнейший поставщик калиевых и магниевых солей.
      По содержанию в земной коре магний среди металлов занимает шестое место (2,1%). Из 200 минералов, в составе которых имеется магний, источниками промышленного получения металла служат кроме карналлита также магнезит и доломит. Самые крупные месторождения магнезита в СССР — Саткинское на Среднем Урале и Халиловское в Оренбургской области; доломит наиболее распространен в Донбассе, Московской и Ленинградской областях.
      В 1915 г. была сделана первая попытка получить металлический магний из расплавленного карналлита. Объектом исследования при этом послужил искусственный карналлит, приготовленный из смеси хлористого калия и шестиводного хлорида магния, поскольку природного карналлита тогда в России еще не получали. Эти исследования, проведенные Н. Н. Ворониным под руководством П. П. Федотьева, заложили основы разработанного уже в советские годы (1929) промышленного способа производства магния электролитическим путем.
      В 30-х годах в Свердловске в Уральском научно-исследовательском химическом институте в лаборатории И. Г. Щербакова были изучены условия электролиза Соликамского карналлита, а в марте 1931 г. пущен Ленинградский опытный магниевый завод. Сотрудники Всесоюзного алюминиево-магниевого института уточнили технологические параметры процесса получения магния из карналлита, и вскоре этот процесс нашел применение на первых крупных магниевых заводах — Днепровском и Соликамском.
      При электролизе расплава карналлита или хлористого магния электрический ток разрывает молекулы соли. Хлор собирается на аноде и постепенно удаляется по трубке из электролизной ванны. На катоде собирается жидкий металл. Его вычерпывают и заливают в изложницы, где он застывает серебристо-белой массой.
      Хлористый магний добывают также из воды соляных озер и лиманов. В такой воде его содержится в несколько раз больше, чем в морской или океанской. В Советском Союзе много озер, богатых магниевыми солями, — Эльтон в Нижнем Поволжье, Сакское и Сасык-Сиваш в Крыму, Денгиз-Куль в Узбекистане. Исключительно богаты магниевыми солями воды Сиваша и Кара-Богаз-Гола.
      В морской и океанской воде имеется до 1,3 кг/м? магния. Такой концентрации оказалось вполне достаточно для того, чтобы использовать океанскую воду в качестве источника сырья для производства металлического магния. Уже более 30 лет в США и Англии получают большие количества «морского» магния, и его запасы в Мировом океане практически неисчерпаемы — около 2 200 000 млрд. г.
      Магний извлекают из морской воды довольно просто. Мощные насосы накачивают воду на фильтры, откуда она стекает в большие чаны или резервуары, в которые подсыпают гашеную известь. Последняя взаимодействует с солями магния, растворенными в морской воде, с образованием тонкой взвеси гидрата окиси магния. Вода со взвешенными частицами гидроокиси магния поступает в отстойники, где частицы оседают на дно. Воду сливают, а осадок сушат на фильтрах, нейтрализуют соляной кислотой, выпаривают в испарителях и окончательно обезвоживают в сушилках. Полученный хлористый магний подвергают электролизу. Из металлического магния отливают небольшие болванки весом 7 — 8 кг.
      Электролитический метод получения магния из расплавленных солей связан с большим расходом электроэнергии. В этом отношении он не может конкурировать с методом термического восстановления магния из доломита и магнезита.
      Магний, полученный любым способом, подвергают рафинированию путем переплавки с флюсами или возгонки в вакууме. Возгонку проводят в специальных стальных цилиндрах-ретортах. Металл помещают на дно реторты, которую затем герметически закрывают и выкачивают из нее воздух. Нижнюю часть реторты нагревают, а верхняя все время охлаждается наружным воздухом. Лежащий внизу магний возгоняется. Пары его поднимаются вверх и, соприкасаясь с холодными стенками реторты, конденсируются на них в виде металлической изморози. Так получают металл 99,999%-ной чистоты.
      Магний принадлежит к числу «молодых» металлов. В чистом виде он был получен Фарадеем в 1833 г., но на промышленную арену вышел лишь в конце столетия; в начале нашего века его производство исчислялось всего несколькими десятками тонн. Применялся тогда магний в виде порошка или тонкой фольги преимущественно для пиротехники. Нагретый на воздухе до 550° С магний вспыхивает и сгорает ярким ослепительным пламенем. В атмосфере хлора он сгорает даже при комнатной температуре, выделяя много тепла и ультрафиолетовых лучей. Чтобы нагреть стакан воды до кипения, достаточно сжечь всего 4 г металлического магния. Благодаря высокой теплотворной способности он является отличным ракетным топливом.
      Интерес к этому мягкому, непрочному, но чрезвычайно легкому металлу (в 5 раз легче меди, в 4,5 раза — железа, в 2,6 раза — титана, в 1,5 раза — алюминия) значительно возрос в 30-х годах, когда появился сплав «электрон» (80% магния, остальное — алюминий, медь, цинк, олово, марганец) — прекрасный конструкционный материал. Успех применения «электрона» стимулировал работы по созданию многочисленных магниевых сплавов с присадками лития, бериллия, кобальта, церия, кадмия, титана. Они оказались прочными и жаростойкими. Особенно широкое признание завоевали литиево-магниевые сплавы, содержащие 13 — 15% лития. Это самые легкие конструкционные материалы: в 2 раза легче алюминиевых сплавов и на 25% легче самого магния. Из литиево-магниевых сплавов строят сверхзвуковые самолеты, ракеты и космические корабли.
      За рубежом и у нас магниевые сплавы используют в производстве автомобильных двигателей, колес автомашин, силовых передач, тормозных устройств. Свыше 15 деталей двигателя в автомобиле «Запорожец» изготовлены из магниевых сплавов, что уменьшило его вес на 12 кг.
      Из магниевых сплавов делают корпуса и детали фото-и киноаппаратов, биноклей и дальномеров, пищущих и счетных машин. Они заменили цинковые сплавы в полиграфии (клише), в хлебопекарном деле (формы для выпечки хлеба и пекарные лопатки). В ближайшем будущем из магниевых сплавов станут делать кабины грузовиков, внутреннюю обшивку автобусов, пылесосы, детские коляски и десятки бытовых приборов.
      Широкие перспективы открывает применение магниевых сплавов в железнодорожном и подземном транспорте, машиностроении (машины для дорожного строительства, переносные пилы для валки леса, машины для стрижки газонов, уборки снега и т. д.). Использование новых сплавов для защиты от коррозии подземных газо- и нефтепроводов дало возможность удлинить срок их службы в 2 — 2,5 раза. Большую экономию дает применение магниевых протекторов для защиты от коррозии морских судов. Немалые услуги оказывает магний металлургическому производству, где он служит восстановителем при получении хрома, титана, ванадия, циркония. Небольшие добавки магния к расплавленному чугуну улучшают его структуру и механические свойства; отливки из такого чугуна с успехом заменяют стальные поковки.
      Во время второй мировой войны большие количества магния шли на изготовление осветительных зажигательных снарядов и бомб. Ведь при сгорании 1 кг магния выделяется более 10 000 ккал тепла, причем развивается температура до 2500 — 3000° С. Большой расход магния на военные нужды способствовал бурному развитию его производства; в 1943 г. в капиталистических странах вырабатывалось 243 000 т магния. В 1946 г. производство магния за рубежом резко сократилось — до 10 000 г, но с 50-х годов стало неуклонно расти, достигнув в 1970 г. 500 000 т.
      Промышленное производство магния у нас, начатое в середине 30-х годов, сейчас развилось в крупную отрасль промышленности, обеспечивающую нужды нашей страны, а также всех стран социалистического содружества.
      Из соединений магния наиболее широкое использование находят хлорид, окись, карбонат и сульфат магния. Из хлорида магния изготавливают цемент Сореля и другие строительные материалы (ксилолит, фибролит), мельничные жернова. Из окиси магния (жженая магнезия), имеющей высокую температуру плавления, делают огнеупорные трубы, тигли, кирпичи для футеровки печей. Различные сорта окиси, различающиеся по объемному весу, пористости и дисперсности, применяют в резиновой промышленности в качестве наполнителя и усилителя резиновых смесей, для изготовления высококачественных теплоизоляционных материалов. В медицине окись служит средством против изжоги, повышенной кислотности, отравления кислотами. Сульфат магния используют в текстильной и бумажной промышленности как протраву при крашении тканей и отбелке бумаги, в медицине — как слабительное, а также для внутривенных или внутримышечных вливаний (уменьшает спазмы сосудов). Иногда сульфат магния применяется как удобрение. В производстве строительных материалов из сульфата магния изготовляют цемент, более водостойкий, чем цемент на основе хлористого магния.
     
      СТРОИТЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ
      От пирамид к высотным зданиям
      Самая высокая пирамида, построенная по приказу фараона Хуфу (Хеопса), сложена из 2,5 млн. известковых плит. Высота ее достигает 146 м. Строительство пирамиды продолжалось более 40 лет; на ее постройке было занято свыше 100 тыс. человек.
      Пирамиды строили из огромных глыб известняков, которые доставляли с правого берега Нила, из Туррских каменоломен. На скалах вычерчивали квадраты, пробивали в них отверстия, в которые затем вбивали деревянные брусья и поливали их водой. Дерево впитывало влагу и разбухало. Разбухшие деревянные клинья разрывали известняк, скала трескалась. Тяжелые глыбы (некоторые из них весили 2 — 3 т) обтесывали, тащили к берегу, грузили в лодки и перевозили на другую сторону реки. Отсюда их волокли на полозьях к месту стройки пирамид.
      Известковым камнем с давних пор пользовались в разных странах для строительства зданий. Много домок в городах нашего Черноморья (Одесса, Ялта, Севастополь) построено из известняка. В одном только Севастополе из окрестных скал выломано столько известняка, что образовались огромные залы.
      Из известняковых плит делали ступени лестниц в жилых домах, школах, больницах. Плитами мостили панели в городах, из них сооружали мосты и полотна железных дорог.
      Известняк издавна ценился и как высококачественный облицовочный материал. Старинным названием «белокаменная» Москва обязана белому подмосковному известняку. В течение столетий им облицовывали каменные здания Москвы.
      Продолжая славные традиции классической русской архитектуры, советские зодчие широко используют известняк в бурно развивающемся строительстве новых зданий Москвы. На Ленинских горах высится величественное здание Московского университета. Увенчанное ажурной стрельчатой башней со звездой, оно почти на 100 м (238,5 м) выше самой высокой египетской пирамиды Хуфу. Одних только известковых плит на его облицовку пошло около 2,5 млн. штук.
      На основе натурального известкового камня создан искусственный каменный материал. Известняк, мел и доломит измельчают, смешивают с кварцевым песком и плавят в специальных печах при высокой температуре. Из расплавленной массы отливают облицовочные плитки,
      Рис. 15. Одноквартирный домик И8 гипса и улица городка, построенного ив гипса (Гурьевская обл. КазССР)
      барельефы, архитектурные детали. Изделия из каменного литья, внешне похожего на фарфор, очень прочны. Из них выложен надцокольный поясок на зданиях Московского университета длиной 2500 м.
      Задолго до нашей эры в окрестностях древнеегипетского города Алебастрон были найдены залежи белого, довольно плотного камня. По внешнему виду он немного похож на мрамор, но, в отличие от него, мягок и легка поддается обработке. Из этого камня, названного позднее алебастровым, египтяне делали художественные изделия — статуэтки, барельефы. Гипсом для строительства пользовались в Древнем Риме и в средневековой Европе. В России гипсовый камень начали употреблять в XVIII в. «для делания небольших домов и стен, служащих оградою в селах».
      Особенно широкое применение гипс нашел в наше время. Из него изготовляют разнообразные строительные детали (блоки, карнизы, плиты), строят жилые дома и общественные здания.
      Во время войны из гипсовых блоков в Стерлитамаке, например, было построено свыше ста жилых домов и общественных зданий, а в 50-х годах на полуострове около Гурьева из них был построен целый городок для нефтяников и рыбаков (рис. 15). Гипсовые постройки обходятся намного дешевле кирпичных и могут быть возведены гораздо быстрее.
      На основе гипса создан ценный материал — сухая штукатурка. Замена мокрой штукатурки гипсовыми плитами в 6 — 8 раз ускоряет отделку зданий и благодаря уменьшению толщины стен на 20 — 40% сокращает расход кирпича.
      Строительные детали из гипса все больше вытесняют дерево, цемент, металл при возведении многих ответственных частей зданий — междуэтажных перекрытий, комнатных перегородок, кровли. Гипс успешно заменяет даже мрамор. Сухой порошок гипса смешивают с минеральными красителями и затворяют на клеевой воде. Этим раствором покрывают стену, потолок или колонну. Когда он «схватится», поверхность шлифуют и полируют оселком. По внешнему виду искусственный мрамор трудно отличить от природного. Серый, желтый, розовый фон расцвечен коричневыми, синими или золотистыми прожилками.
      Искусственным мрамором отделывают фойе клубов и театров, Дворцы культуры и монументальные общественные здания.
     
      Минеральный клей
      Первые каменные сооружения, воздвигнутые в глубокой древности, складывались из больших неотесанных каменных глыб или отесанных камней, которые плотно пригонялись друг к другу и держались собственной тяжестью. Иногда пытались связывать камни между собой железными скобами. Однако такими способами невозможно было строить прочные монументальные здания.
      С течением времени для упрочнения каменной кладки стали пользоваться сначала глиной, а позднее известью и гипсом. Уже 5 тыс. лет назад египтяне готовили из смеси извести и гипса строительные растворы, в Древнем Египте употреблялся и раствор извести без гипса. Известковым раствором широко пользовались в Древнем Китае. Башни Великой китайской стены, постройка которых началась за 300 лет до нашей эры, были сложены на известковом растворе.
      На Руси производство извести, как это доказано археологическими раскопками, существовало уже в X в. К этому времени относится постройка одного из замечательных памятников древнерусского зодчества — Десятинной церкви в Киеве.
      В последующие столетия русские мастера создали несколько типов водоустойчивых известковых растворов. Они добавляли к извести толченый кирпич, черепки глиняной посуды, песок. В этих добавках содержатся кремнезем и глинозем, которые, вступая с известью в реакцию, образуют сложные химические соединения (гидросиликаты и гидроалюминаты), более водостойкие, чем известь.
      В начале XVIII в. в России уже в промышленном масштабе готовили из смеси сухой пушонки с мелкоиз-мельченным кирпичным боем водостойкое вяжущее вещество; его называли тогда цементом или симентом.
      В наше время цемент приготовляют так. В огромных вращающихся печах обжигают смесь мелкоизмельченного известняка (или мела) с размолотой глиной. Спекшуюся твердую зернистую массу (клинкер) на специальных мельницах чугунными шарами истирают в мелкий порошок. Для улучшения качества и удешевления стоимости цемента при размоле клинкера к нему добавляют до 3% гипса и до 15% гидравлических добавок — диатомита, трепела, опоки, вулканического пепла и т. п.
      За годы Советской власти наши заводы стали не только изготовлять миллионы тонн цемента, но и освоили производство новых его видов. Одни из них быстро твердеют, другие дают более прочный бетон, третьи не боятся мороза, четвертые не имеют усадки.
      В 40-х годах группой научных сотрудников и инженеров под руководством академика П. П. Будникова был создан быстро твердеющий цемент АГ (ангидритово-глиноземистый) . Его изготовляют, добавляя к молотому природному ангидриту или обожженному при 600 — 700° С гипсовому камню мелкоизмельченный глиноземистый кликер или доменный шлак; иногда все эти вещества размалывают вместе. Цемент АГ широко используют для изготовления крупных бетонных и железобетонных конструкций для жилищного строительства, для возведения мостовых устоев, бетонных фундаментов под мощные прокатные станы и блюминги, мартеновские и доменные печи. Выделение тепла при схватывании этого цемента без потери его прочности позволяет производить бетонирование даже в очень сильные морозы.
      Прочный цемент можно получить и из природного двуводного гипса, или ангидрита, если размолоть его в порошок совместно с некоторыми добавками: известью, доломитом, доменным шлаком, портланд-цементом и др.
      Количество добавляемых примесей составляет 5 — 10 % веса гипса.
      Гипсовый цемент обладает повышенной прочностью благодаря тому, что мельчайшие частички сернокислого кальция, полученные при превращениях гипса в порошок, лучше растворяются в воде, образуя пересыщенные растворы. При затвердевании гипсового теста происходит перекристаллизация гипса, и мелкие кристаллики его сращиваются в твердый сросток. Из этого материала можно изготовлять архитектурные детали, пустотелые стеновые блоки и дырчатый кирпич, пригодные для строительства небольших домов и дач.
      Еще более прочный цемент получается, если обожженный при 600 — 750УС гипсовый камень или природным ангидрит размалываются вместе с известью, глауберовой солью, доломитом или доменным шлаком. Такой цемент называют ангидритовым. Прочность гипсовых цементов во многом зависит от природы добавок, чистоты гипсового камня и тонкости помола.
      Вначале ангидритовый цемент использовался на стройках только для оштукатуривания деревянных и кирпичных стен. Теперь же из него изготовляют бетон и бетонные блоки, растворы, употребляемые при кладке стен из кирпича и камня. Этот цемент стоит значительно дешевле портланд-цемента из извести.
      Уже более 100 лет строители пользуются цементом разных сортов, однако все известные до сих пор сорта, а следовательно растворы и бетоны, из них приготовленные, при схватывании и твердении уменьшаются в объеме, т. е. дают усадку. Усадка цементов приносит много неприятностей: в штукатурке появляются мелкие трещины, бетон становится проницаемым для воды. Для борьбы с усадкой цемента устраивают специальные швы в сводах, арках, крупных конструкциях. В некоторых случаях, например для заполнения швов тюбингов метрополитена, а также для сборных железобетонных конструкций, требуется цемент, который не только не уменьшается в объеме, а, наоборот, может расширяться.
      Советские химики создали водонепроницаемые, безусадочные и расширяющиеся цементы из глиноземистого цемента и высокопрочного гипса или извести.
      Подводные сооружения, стены и фундаменты в сырах местах часто строят из известково-пуццоланового це-
      мента. Он состоит из молотой негашеной или гашеной извести (20 — 30%) и вулканической породы (70 — 80%); иногда добавляют 5% гипса. Свое название цемент получил от итальянского местечка Пуццуоли на берегу Неаполитанского залива, где издавна известны вулканический туф и пепел, которые в технике называют пуццоланами.
      Из специальных видов цемента большой популярностью пользуется у нефтяников тампонажный цемент, идущий на цементирование буровых нефтяных скважин.
      Так кальций в составе разных цементов «трудится» в самых разнообразных отраслях народного хозяйства. Не отстает от него и магний. Все шире применяется в промышленности магнезиальный портланд-цемент. Он отличается от обычного большим содержанием окиси магния (до 10%) в клинкере. Магнезиальный цемент производят в таких же печах, смесителях, дробилках, как и портланд-цемент. Единственное, пожалуй, отличие — очень тщательная дозировка компонентов сырьевой смеси и более быстрое охлаждение клинкера.
      Подобно обычному цементу, магнезиальный портландцемент применяется для изготовления бетонных и железобетонных конструкций. Получают его, измельчая клинкер, который в свою очередь готовится обжигом искусственной смеси известково-магнезиальных и глинистых пород. При помоле добавляют немного гипса для регулирования сроков схватывания.
      Магнезиальные цементы типа Сореля приготовляют из окиси магния, которую получают обжигом природного магнезита (при 750 — 850° С) или доломита (при 650 — 800°С). Во время обжига магнезит разлагается на MgO и СОг.
      Окись магния более высокого качества получают из морской воды или рапы соляных озер (потому она и называется рапной). За рубежом есть много таких заводов; у нас окись магния из морской воды получают, например, на Оиваше. Морскую воду или рапу обрабатывают известковым молоком; выпадающая в осадок гидроокись магния прокаливается при невысокой температуре.
      Окись магния в воде малорастворима, и, если готовить магнезиальный цемент на чистой воде, процесс гидратации протекает очень медленно. Поэтому для затворения обычно используют водные растворы хлористого или сернокислого магния и других солей. Чаще всего, однако, употребляют раствор MgCb.
      В цехах промышленных предприятий можно нередко увидеть бесшовные, или ксилолитовые, полы (от греч. «ксилос» — дерево, «литое» — камень). Еловые или сосновые опилки смешивают с окисью магния, добавляют асбест, тальк, трепел, иногда кварцевый песок и затворяют водным раствором MgC. Полученную массу наносят на деревянное, бетонное или каменное основание. Эти полы могут быть окрашены в любой цвет. Краситель вводится в массу при подготовке смеси. Ксилолитовые полы плохо проводят тепло, мало истираются, гигиеничны, негорючи и долговечны. Из подобной же массы изготовляют облицовочные плитки, ступени.
      Магнезиальный цемент успешно применяется в производстве фибролита — ценного теплоизоляционного материала. Окись магния, затворенную водным раствором MgCl2, смешивают с древесной шерстью, кострой, кенафом или другим волокнистым материалом, нагружают в деревянные или металлические формы и прессуют. Отпрессованные плиты или блоки сушат 6 — 7 часов при 60 — 70° С и еще 8 часов при 80 — 90° С и усиленной вентиляции.
      Фибролитовыми плитами утепляют стены и заполняют перекрытия и полы, обшивают стены и потолки под штукатурку. Пористые и пустотелые теплоизоляционные материалы (пено- и газомагнезиты) изготовляют, добавляя в процессе затворения к магнезиальному цементу пенообразователи (стоярный клей, канифоль и др.)
     
      Соперники кирпича и камня
      Глина издавна пользуется вниманием строителей. Благодаря хорошей пластичности глины из нее готовили строительные растворы, ею обмазывали кровли, штукатурили стены. Глина, замешанная с водой и наполнителями (мелко нарезанная солома, мякина, остатки шерсти), образовывала прочное тесто, из которого формировали сырцовые кирпичи; их не обжигали в печи, а только сушили на солнце или на воздухе. Сырцовый кирпич стоит дешевле красного строительного, но сырцовые кирпичи боятся сырости: при длительном пребывании в воде они размокают.
      Повысить водостойкость сырцового кирпича удалось не так давно. Здесь помогли известь и пар. Глину смешивают с известковым тестом или молотую известь гасят в смеси с глиной. К смеси добавляют стружку, опилки, торф, резаную солому. Из массы формуют большие блоки, которые пропаривают сутки при 70 — 80° С, а затем выдерживают около двух недель при обыкновенной температуре. Блоки применяют при кладке стен одно- и двухэтажных домов, для заполнения каркасных стен в более крупных зданиях.
      Соперником кирпича из обожженной глины стал теперь и силикатный кирпич, состоящий из песка с небольшой добавкой извести (5 — 8%). Известково-песчаную смесь формуют в кирпичи на прессах под большим давлением — свыше 150 атм и запаривают в автоклавах. Обработка паром продолжается восемь часов под давлением 8 атм при 170 — 175° С, При высокой температуре в присутствии водяного пара между частицами извести и зернами песка происходит химическая реакция. Образуется новое химическое соединение — гидросиликат кальция, которое надежно склеивает зерна песка в монолитный, прочный камень.
      Из смеси извести и песка теперь делают не только строительный кирпич, но и различные штучные строительные детали. Для их изготовления используют смеси, содержащие значительное количество извести (до 20%). Из известково-песчаных смесей создан прочный строительный материал, успешно заменяющий железобетон, — армированный силикакальцит. Из него делают плиты для перекрытий, перемычки и балки (длиной до 4,5 м), архитектурные детали.
      За последние годы список строительных материалов пополнился дешевыми и прочными искусственными камнями — шлакобетонами. Их готовят из смеси размолотых на бегунах топливных шлаков и воздушной извести или цемента. Шлакобетон потребляется производством крупных стеновых блоков и пустотелых блоков (вкладыши, стандартные стеновые камни, плиты для перегородок). Те и другие успешно заменяют изделия из традиционных материалов — кирпича, камня, дерева, металла, и при этом экономится много миллионов рублей.
      Заслуженным признанием пользуется крупнопористый бетон. В отличие от обычного бетона, в нем нет песка и цемента. Заполнителями служат щебень и гравий, которые имеют в десятки раз меньшую поверхность, чем песок. (Суммарная поверхность песка в 1 мг бетона составляет несколько тысяч квадратных метров.) Это делает крупнопористый бетон более газонепроницаемым, и при обработке смеси щебня, гравия, молотой негашеной извести и пушонки углекислым газом последний легко и быстро карбонизирует известковые пленки на кусочках гравия. Кубометр нового бетона стоит на 40% дешевле кубометра кирпичной кладки.
      Жилые дома, общественные и промышленные здания со стенами из крупнопористого бетона можно встретить в Сочи и под Москвой, в Грузии и на Крайнем Севере, в Крыму и на Дальнем Востоке.
     
      Каменная пена
      Из извести и песка делают пустотелый искусственный камень. Сотканный из мельчайших каменных ячеек, он — словно застывшая каменная пена. Легкий, пронизанный порами камень, похожий на пемзу, называют пеносиликатом.
      При его изготовлении тонкомолотую известь смешивают с измельченным песком или другими кремнеземистыми веществами (диатомит, трепел, доменный шлак) и заливают водой, к которой добавлены пенообразователи — - канифольное мыло, сапонин. При взбалтывании известково-песчаной смеси с водой и пенообразователями, так же как и при флотации руды, образуется пена с прилипшими к ней мельчайшими частицами. Эта каменная пена затвердевает и превращается в пеносиликат.
      Пеносиликат плохо проводит тепло, не боится мороза и хорошо переносит резкие атмосферные воздействия. Из него изготавливают стеновые блоки, плиты для междуэтажных перекрытий.
      Если смешать цементное тесто с раствором заранее приготовленной пены, то получится похожая на сметану подвижная масса. Застывая, она превращается в камень, напоминающий по внешнему виду пчелиные соты. Почти 90% его объема занимают наполненные воздухом ячейки.
      Этот искусственный камень называют ячеистым бетоном или пенобетоном. Ячеистый бетон делают и другим способом. К цементному порошку добавляют вещества (например, соду или алюминиевый порошок), которые, разлагаясь, выделяют какое-либо газообразное вещество. При взаимодействии с известковым раствором эти газы вспучивают цементное или известковое тесто.
      Пенобетоны, как и газобетоны, хорошо заглушают звук, плохо проводят тепло. Благодаря заполнению ячеек воздухом теплопроводность этих бетонов в 48 раз ниже, чем кирпича, и в 2500 раз ниже, чем стали.
      В 90-х годах американец Сенфорд нашел способ превращать гипс в легковесный пористый материал. К гипсовому тесту он добавлял немного двууглекислой соды, которая, вступая в химическое взаимодействие с гипсом, выделяла углекислый газ, вспучивавший массу. Изобретение Сенфорда нашло подражателей. За рубежом и у нас предлагались многие способы приготовления газо-гипса с разными добавками — кислотами, содой, мелом, квасцами, минеральными солями.
      Еще большей известностью у строителей пользуется пеногипс, приготовляемый смешиванием гипсового теста с пеной. Пенообразователем чаще всего служат мыльный корень или канифольное мыло. Пористые гипсы применяются как заполнители в крупнопанельных конструкциях и междуэтажных перекрытиях, для утепления облегченных кирпичных стен и покрытий. Из них изготовляют панели перегородок, межкомнатные перегородочные плиты, а также архитектурные украшения для внутренней отделки зданий — карнизы, розетки.
      Ячеистые бетоны все шире применяются на наших стройках. Из них возводят стены зданий, изготовляют перекрытия и перегородки, они используются в строительстве холодильников и заводов искусственного льда, употребляются для изоляции сушилок, паровых камер и другого оборудования.
      Легкость организации производства строительных деталей из ячеистых материалов — пено- и газосиликатов, бетонов и гипсов — и их высокие эксплуатационные качества открывают перед ними широкие области использования в строительстве. В недалеком будущем из таких материалов будут строиться целые здания и даже города.
      В 1593 г. по велению царя Федора Иоанновича в 130 км от Курска, на правом берегу Северного Донца был заложен новый город. Назвали его Белгородом, потому что близ него возвышалась большая меловая гора.
      Меловые горы встречаются и в других районах Советского Союза — Святые горы недалеко от города Изюма, Дивные горы у станции Лиски. Крупные месторождения мела имеются на Волыни, в Поволжье, на Южном Урале, в Крыму, Сибири.
      Каково же происхождение этих гор? Оказывается, это кладбище останков бесчисленного множества моллюсков, рачков, микроскопических живых существ — корненожек, которые строили из углекислого кальция свои красивые и прочные домики. Скелеты морских животных, скорлупки и раковины отмерших обитателей морских глубин оседали на дно, смешивались с илом и в течение тысячелетий покрывали морское дно толстым слоем — несколько сот метров. Под мощным давлением воды они спрессовывались и превращались в камень.
      Таково происхождение и большинства обыкновенных плотных известняков, встречающихся почти повсеместно, и более мягких известняков — ракушечников, которыми столь богато наше Причерноморье.
      В теплых морях можно встретить рифы, скалы и даже целые острова, сложенные известняками, которые образовались в результате труда крошечных живых организмов. Корненожки, кораллы, а также моллюски, морские ежи, звезды выискивают нужный им для построек кальций, где только могут. Они находят его не только в воде, но даже в пыли. Однако, чтобы собрать рассеянный в воде или в пыли кальций, живым организмам приходится производить огромную работу. Вычислено, например, что устрица для построения своей раковины должна прогнать через свое тело такое количество воды, которое в несколько тысяч раз превышает ее собственный вес. Скорость этого процесса еще более велика у простейших организмов, потому что они очень быстро размножаются. Например, в 1 г морского песка насчитывается более 50 тыс. корненожек.
      Эта грандиозная работа непрерывно идет во всех реках и озерах, морях и океанах. Подсчитано, что в морях ежегодно накапливается около 148 т углекислого кальция. Откуда же берется там столь огромное количество кальция, которое морские животные превращают в углекальциевую соль и строят из нее свои скелеты и скорлупки? Основная масса углекислой извести приносится в моря и океаны реками. В реки же она поступает из грунтовых вод, размывающих пласты известняков.
      Так совершается в природе непрерывный круговорот кальция. Важную роль в нем играют крохотные живые существа, создающие мощные толщи известняков и огромные меловые горы.
      Кроме того, в природе существуют известняки, образовавшиеся без участия живых организмов. Они «родились» в процессах химических превращений первичных горных пород или в те далекие геологические эпохи, когда еще только формировалась наша планета.
      Подобно известнякам и мелу, гипс залегает мощными пластами, иногда образуя целые горные кряжи. Он встречается во многих областях и краях нашей страны. Нередко пласты гипса перемешаны с глиной, песком, известняком, доломитом. Мощные залежи гипсового камня, обнаруживаемые ныне в верхних слоях Земли, возникли много миллионов лет назад, когда древние моря отступали или высыхали.
      Но гипс не только продукт испарения соленой воды в морских лагунах и самосадочных озерах — его кристаллы иногда являются результатом сложных химических реакций. В Средней Азии в горах Туркестанского хребта с древних времен известна пещера Кон-И-Гута, что по-арабски означает «рудник погибели». Некогда арабы добывали в пещере свинец и серебро. Разработка этих рудничных жил велась несколько веков, но впоследствии рудник был заброшен. В 1920 г. пещеру обследовала специальная экспедиция, обнаружившая остатки рудничной крепи и гроты с гипсовыми натеками.
      Через трещины в горе в пещеру проникала вода, которая размывала сернистую руду. При взаимодействии воды с рудой образовывалась серная кислота, разъедавшая известковые стены пещеры. Вода, содержавшая серную кислоту, растворяла углекислый кальций, и он превращался в гипс. Вода, насыщенная гипсом, просачивалась в гроты, с течением времени испарялась, и в гротах вырастали гипсовые натеки.
      Точно так Же в природе образовывались и некоторые крупные залежи гипса. Если по соседству с массивами известняка имелись месторождения серного колчедана, свинцового блеска, цинковой обманки и других сернистых руд, то сернокислые воды, проникая в известняки, превращали их в гипс. «Рождение» гипсового камня возможно и при воздействии на известняк серной кислоты, содержащейся в парах вулканических извержений.
      Н. С. Курнаков показал, что рассолы озер могут реагировать с известняками, образуя гипс.
      Гипсовые отложения могут быть и продуктами воздействия на известняки сероводорода, выделяющегося при гниении белковых веществ или содержащегося в вулканических газах и минеральных водах. Наконец, в образовании гипса из известняков принимают участие сернистый газ и водяной пар — компоненты вулканических выделений.
     
      ИЗ МОРСКОЙ ВОДЫ И ЖЕРЛ ВУЛКАНОВ
      Мы говорили уже о боре как о микроудобрении, но он нужен не только земледельцам. Раныне их достоинства бора признали металлурги и керамики. Сотни тысяч тонн буры и других борных соединений потребляются в качестве плавня при плавке металла, чтобы повысить плавкость шлаков. Много борной кислоты и буры расходуется в производстве эмали для железа, глазури для фарфора, огнеупорных красок. Настоятельно требуют борные соединения текстильщики, изготовляющие не боящиеся огня ткани; электротехники — для сплавления проволоки и изготовления деталей высокой электропроводности; работники стекольных заводов — для производства специального сорта оптического стекла — флинтгласа. Не могут обойтись без соединений бора в резиновой, лакокрасочной и фармацевтической промышленности. В нашей стране долгое время борные соединения ввозились из-за границы; миллионы рублей золотом уходили за рубеж. Иностранные монополисты получили крупные барыши на поставках борных минералов в Россию.
      Ученые-геологи еще в царское время усиленно искали борные минералы в Крыму и на Кавказе, в Средней Азии и на Урале. Но шли годы, а месторождения этих минералов не обнаруживались.
      Лишь в 1902 г. В. И. Вернадским и С. Т. Поповым была найдена бура на востоке Крыма, около города Керчи. В 6 — 7 км от древнего города, насчитывающего почти 30 веков, тянется с севера на юг большая котловина. На дне и склонах ее имеется ряд действующих и потухших сопок. Во время извержений сопки выбрасывают из своих кратеров потоки грязи, и за тысячелетия вокруг сопок скопились огромные количества грязи, заполнившей котловину плотным слоем; толщина слоя достигает нескольких десятков метров.
      В поисках бора Вернадский и Попов решили сделать анализ сопочных грязей, поскольку уже давно было известно, что в извержениях и газах вулканов содержатся пары борной кислоты. Надежды ученых оправдались: в сопочной грязи была обнаружена бура, правда в количестве, не превышающем 0,5%. Чтобы получить 1 т буры или борной кислоты, нужно было промыть водой сотни тонн грязи. Затем водный раствор извлеченной из грязи буры требовалось выпарить досуха и отделить полученные кристаллы от примесей.
      Получение буры и борной кислоты таким способом было громоздким, требовало много времени и стоило дорого, однако, несмотря на это, в 20-х годах был построен завод, вырабатывавший сотни тонн буры в год.
      После Великого Октября, по мере становления советской промышленности спрос на борные соединения возрос и поиски их усилились. За несколько лет были обнаружены борные соли на Каме, в березниковских рассолах, в Средней Азии — в солончаках и соляных отложениях рек Чу, Камкалы-Куль и Айкансансор, на Кавказе — в сопочных грязях у горы Каработка. Но все это не утоляло борного голода, так как слишком мало бора было в месторождениях и слишком дорого стоило его получение. Поиски борных соединений продолжались в разных районах страны. Одновременно велись работы по разведке калийных солей, крупные залежи которых были открыты в 1925 г. в Соликамске.
      На ровных беспредельных степях Западного Казахстана высятся крутые холмы с ущельями и глубокими расщелинами. Сложенные из гипсов, песчаников, конгломератов, они местами образуют группы и цепи. Их называют Индерскими горами. С севера и северо-востока они окаймляют берега большого соляного озера Индер. Летом вся поверхность озера покрыта плотным слоем соли, и оно, словно огромное ледяное поле, ослепительно сверкает в лучах солнца.
      Индерское озеро издавна привлекало к себе внимание ученых. Первым посетил и описал его в XVIII в. известный путешественник и географ академик Паласе. Спустя 60 лет здесь побывал другой русский путешественник — Гебель. Он исследовал не только окрестности озера, но и состав его воды. Наряду с поваренной солью и другими солями в ней было обнаружено много калия. Однако в те времена никто не придал этому значения, так как представление о пользе калийных солей для удобрения полей было тогда весьма смутным.
      Спустя полвека анализ соленых вод Индерского озера сделал Шредер, тоже отметивший необычайно высокое содержание в них хлористого калия. Однако и после этого никто не задумался над возможностью использования богатств Индерского озера на полях нашей страны, хотя калийные удобрения, привозимые из Германии, уже начали применяться.
      Шли годы. Нужда в калийных удобрениях все возрастала, и все настоятельнее требовалось наладить добычу отечественных калийных солей. Особенно остро сказалась зависимость от заграницы во время первой империалистической войны, когда ввоз калийных солей из Германии был прекращен.
      В 1916 г. Н. С. Курнаков высказал предположение, что в связи с повышенным содержанием калия в воде Индерского озера вокруг него должны быть большие отложения калийных солей. Для проверки своей гипотезы он просил послать в Индерские горы геологическую экспедицию, однако царское правительство не сочло возможным уважить просьбу академика.
      По-иному отнеслись к предложению Н. С. Курнакова при Советской власти. В 1927 г. в район озера Индер Геологическим комитетом была послана небольшая поисковая партия под руководством А. Н. Волкова. Геологи облазили Индерские горы, внимательно изучая гипсовые толщи. Однажды на склоне одного из холмов они заметили небольшие выходы какого-то белого крепкого минерала. Кое-где пласты минерала были прикрыты тонкими, просвечивающимися шелковистыми кристалликами белого цвета. Местами кристаллики располагались в виде красивых небольших звездочек. При рассмотрении в лупу куски минерала казались опутанными волокнистой массой и напоминали плотно спрессованную вату.
      Геологи отобрали наиболее характерные образцы минерала и отвезли их в Ленинград в Центральный научно-исследовательский геологоразведочный институт, где Т. Б. Поленова сделала анализ кусков минерала. Оказалось, что по химическому составу минерал тождествен борному минералу — гидроборациту.
      Кристаллооптическое определение подтвердило заключение химиков.
      Теперь ни у кого не оставалось сомнений, что найдено месторождение борных минералов, в которых так нуждалась страна. Оставалось только выяснить, насколько велики залежи гидроборацита и пригодны ли они для промышленной эксплуатации.
      В Индерские горы была послана новая поисковая партия, в составе которой кроме геологов были и химики. Уже в первые два месяца работы геологи нашли девять выходов гидроборацита на земную поверхность, подсчитали запасы залежей и выяснили возможности постройки рудника для добычи борных минералов. В дальнейшем разведка была продолжена и найдено свыше сорока новых месторождений борных минералов. Среди них кроме гидроборацита оказались ашарит и индерит.
      Так исполнились мечты ученых о создании отечественной базы борного сырья. Советский Союз больше не нущдался в заграничных борных соединениях; запасы борных минералов в Индероких горах так велики, что их хватит на тысячи лет.
      Индерские борные минералы идут на металлургические заводы, в стекловаренные печи, их используют как удобрение на полях.
      Глыбы белого камня — гидроборацита — сначала измельчают на дробилках, а затем на мельницах размалывают в тонкий порошок, напоминающий муку-крупчатку. Точно так же приготовляют и ашаритовую муку. Крупинки борного порошка, попадая в почву, легко растворяются в воде. Растения корнями всасывают из почвы
      растворы борных солей и насыщают свои клетки и ткани их живительными молекулами.
      Откуда же взялись в пустынных местах столь обширные месторождения борных минералов? Ведь давно установлено, что источниками отложений борных солей служат вулканы или морская вода. При испарении воды лучами солнца сначала в осадок выпадает сернокислый кальций, затем поваренная соль и другие соли; борные соли «садятся» последними.
      В отличие от крупных залежей боратов за рубежом (в Калифорнии, Чили, Малой Азии), Индерские месторождения борных минералов не имеют никаких признаков вулканической деятельности в далеком прошлом и никаких следов древних вулканов. Выходит, что борные «камни» родились в море, которое несколько сот миллионов лет назад покрывало Индерский район.
      Чтобы проверить это предположение, советские ученые поставили опыты по испарению воды озера Индер. Можно было бы испарять и морскую воду, но в ней содержится так мало бора (0,0002%), что такой опыт был бы очень громоздким и длительным.
      Однако испарять соленую воду при обычном давлении довольно трудно, так как по мере ее кипения при определенной температуре падает упругость пара раствора и испарение все больше замедляется. Потому советские химики разработали особый способ испарения — при пониженном давлении и без откачки воздуха. В небольшую стеклянную колбу, соединенную с двумя водопоглощающими склянками, наливают соленую воду (500 — 600 мл), которую нагревают до 25° С. (Эта небольшая температура выбрана во избежание потерь борной кислоты при испарении.) Колбу через поглотительные склянки соединяют с двухступенчатым масляным насосом. Спустя 2 — 3 минуты в рассоле появляется множество пузырьков воздуха, и через 7 — 10 минут он закипает. После 12 — 15-минутной откачки насос отсоединяют от колбы, в которой кипение рассола продолжается еще в течение суток. При этом в колбе выпадает осадок солей; его время от времени удаляют и подвергают анализу.
      Эти опыты блестяще доказали, что индерские борные минералы действительно рождены морем.
      Каждый город бывает чем-нибудь знаменит. Небольшой французский городок Монпелье с давних пор славился морской солью и старейшим во Франции университетом. Университет в этом городе был основан в XII в., а соль из морской воды стали добывать еще раньше: в бассейнах по мере испарения воды плотной белой пеленой выкристаллизовывалась соль; ее выгребали, а маточные рассолы сбрасывали в море.
      В 1825 г. Балар, молодой преподаватель химии местного коллежа, заинтересовался соляными маточниками. Обрабатывая их различными химическими реактивами, Балар однажды пропустил через рассол струю хлора. Жидкость сразу же окрасилась в красно-бурый цвет, а при добавлении крахмального раствора разделилась на два слоя. Верхний слой окрасился в желтый цвет, а нижний в ярко-синий. Балар насытил маточный раствор хлором и перегнал его. При этом из раствора выделились красно-бурые пары, которые Балар сконденсировал с помощью хлористого кальция. Определив удельный вес красно-бурой жидкости, температуру кипения, важнейшие химические свойства, Балар уже не сомневался, что имеет дело с новым элементом. Поскольку это вещество было извлечено из соляных маточников, он назвал его муридом, потому что хлор раньше называли мурием.
      30 ноября 1825 г. он послал в Парижскую академию наук подробное описание своего открытия, а позже сделал там устное сообщение. Комиссия в составе трех крупнейших французских химиков — Вокелена, Тенара и Гей-Люссака, назначенная для проверки опытов Балара, признала их правильными и предложила переименовать мурид в бром, что по-гречески означает «зловонный»: уж очень резок и неприятен был запах нового элемента.
      Когда об открытии Балара узнал маститый немецкий химик Либих, тоже занимавшийся изучением состава соляных маточников, он с досадой сказал: «Не Балар открыл бром, а бром открыл Балара».
      Открытие иода тоже было случайным. В начале прошлого века порох готовили из угля, серы и селитры (черный порох). Последняя представляла собой природную калиевую селитру, которую привозили из Индии.
      В период наполеоновских войн пороха требовалось так много, что небольшие залежи селитры в Индии вскоре иссякли. Тогда вспомнили о Южной Америке, где в Чили, в пустыне Атакама, к тому времени уже были открыты огромные скопления натриевой селитры. Она, как и калиевая селитра, была пригодна для изготовления черного пороха, но обладала большим недостатком — гигроскопичностью. Порох, изготовленный из натриевой селитры, быстро отсыревает и не загорается. Чтобы повысить качество пороха, химикам пришлось искать способ превращения натриевой селитры в калиевую.
      При изучении состава золы разных растений было замечено, что в ней содержатся соли калия. Особенно много калиевых солей обнаружили в золе морских водорослей. В 1809 г. один испанский химик обработал чилийскую селитру золой морских водорослей, в результате чего калий заместил в селитре натрий и получилась калийная селитра. Способ был прост, не требовал больших затрат и специальных знаний.
      Приготовление искусственной селитры стало выгодным делом, и люди разных профессий начали заниматься ее производством. В предместье Парижа небольшой селитряный завод построил фармацевт Куртуа. Кипятя в медных котлах растворы чилийской селитры с золой, Куртуа скоро заметил, что котлы разъедаются. Он стал доискиваться причин этого явления и обнаружил, что в маточном растворе после выпадения кристаллов селитры остаются какие-то соли. Они-то и разъедали медь.
      Чтобы установить природу этих солей, их обрабатывали различными веществами. Когда к кристалликам солей прилили немного серной кислоты и двуокиси марганца, стали выделяться фиолетовые пары. Они быстро сгущались на воздухе в твердые кристаллы темного цвета, отливающие металлическим блеском. При легком нагреве они снова превращались в фиолетовые пары. Из-за цвета этих паров ученые назвали открытое Куртуа вещество иодом — от греческого слово «иодос» — фиолетовый. (Существует и другая версия открытия иода, но она больше походит на анекдот. Как-то Куртуа обедал в помещении, где приготовляли селитру. У него на плече сидела кошка. Вдруг она прыгнула и столкнула банку с серной кислотой.
      Банка разбилась, серная кислота пролилась на соль. Произошла реакция, и стали выделяться фиолетовые пары.)
      Так в истории науки развитие производства селитры дало толчок двум важнейшим открытиям. Первое — открытие Лебланом способа получения соды из NaCi, второе — открытие Куртуа иода. Это лишний раз подтверждает справедливость слов Энгельса, что «если у общества появляется техническая потребность, то она продвигает науку вперед больше, чем десяток университетов»
      Бром и иод принадлежат к числу рассеянных элементов земной коры. В ничтожных количествах их разнообразные соли содержатся в морской воде, в рапе соляных озер, в буровых водах нефтеносных земель, в отложениях ископаемых солей, в кристаллических горных породах и некоторых минералах. В миллионных долях грамма йодистые и бромистые соли обнаруживаются в плодородных почвах и песках пустыни, в глинистых сланцах и известняках, в вулканическом пепле и атмосферном воздухе. В атмосфере прибрежных районов, куда соединения брома и иода попадают вместе с брызгами морской воды, содержание этих галогенов примерно в 10 раз больше, чем в атмосфере континентов.
      В виде сложных органических соединений бром и иод содержатся в пресноводных и морских растениях, в организме животных и человека. Особенно много брома в стручках гороха, чечевицы, фасоли. У человека и животных бром обнаружен в гипофизе крови, в мозговой жидкости, почках, печени. Больше всего брома в мозгу. При нервных заболеваниях брома в крови и мозгу становится меньше; именно поэтому нервнобольным прописывают растворы бромистого калия и натрия.
      Многие живые организмы обладают способностью накапливать йодистые соединения. В телах некоторых губок содержание иода достигает 8,5%. На дне морей и океанов растут целые леса водорослей. Все они накапливают в своих тканях много иода. Особенно богаты иодом морская капуста, фукусы и красная филофора. В 1 г морской воды имеется всего лишь 20 — 30 мг иода, в таком же количестве высушенной морской капусты — 1,5 — 2 кг, т. е. в 75 — 100 тысяч раз больше. В красной филофоре и в гигантской водоросли макроцистис концентрация иода еще выше. Наибольшее количество брома (из 1016 т в земной коре) содержится в рассеянном состоянии в кристаллических горных породах, а также в немногочисленных бромных минералах — аргерите (AgBr), эмболите (AgClBr), иодобромиде (AgBrI). В хлористом аммонии, получаемом из аммиачной воды, обнаружена ничтожная примесь бромистых солей, что свидетельствует о его присутствии в каменном угле.
      Довольно много иода содержат калича — селитроносная земля (0,02 — 0,17%) и сырая селитра (ОД — 0,2%); встречается иод в месторождениях карналлита и сильвина (5 — 20 мг/кг). Ничтожная часть общего количества иода (в земной коре около 1015 т) сосредоточена в йодных минералах, встречающихся к тому же крайне редко; в иод-аргерите (Agl), иод-эмболите (AgBr, I, Cl), купроиод-аргерите (AgCul) и лаутарите (СагОб).
      Ниже приведены данные (в %) о распределении брома и иода в природе.
      Бром, как и хлор, накапливается преимущественно в морских и океанских водах. В накоплении брома важную роль играет испарение морской воды, в результате которого увеличивается концентрация брома в жидкой и твердой фазах. Больше всего брома обнаруживают в соляных маточниках, остающихся после выпадения в осадок гипса и соли при испарении морской воды.
      Мощными концентраторами брома являются зеленые части растений, особенно органические остатки после их отмирания. В растениях этого галогена нередко в десятки раз больше, чем в окружающей среде — почве, воде, воздухе. Накапливаясь в клетках растений, бром образует иные соединения. Неорганические соли, обычно встречающиеся в воде и почве, преобразуются в сложные органические соединения.
      Накопление иода в природе еще более тесно связано с живым веществом. Живые организмы, поглощая йодистые соединения и соли из почвы, вод и воздуха, снова возвращают его в круговорот при своем отмирании.
      В отличие от брома, иод не образует скоплений ни в жидкой, ни в твердой фазе при испарении морской воды. Более того, концентрация его в морской воде более чем в 100 раз ниже, чем брома, что обусловлено различием их физико-химических свойств. Иод накапливается в клетках и тканях растений преимущественно в виде солей иодистоводородной и йодноватой кислот, тогда как бром — чаще всего в форме органических комплексов.
      Бромистые соединения в растениях настолько прочно связаны с растительными тканями, что при отмираний растений остаются в органических остатках, обогащая бромом воды и почвы. Йодистые же соединения частично разлагаются еще при жизни растений, выделяя в атмосферу свободный иод (особенно из водорослей).
      Для обоих галогенов характерно стремление к рассеянию, но более сильно это проявляется у иода, что также связано с различием физико-химических свойств, в частности с величиной радиуса атома. Атомы химических элементов, у которых размер радиуса резко отклоняется от средних величин, обычно встречаются в земной коре в значительно меньших количествах, чем атомы других элементов, и склонны к рассеянию. Особенно характерна такая зависимость для ионов больших размеров.
      Исследования кристаллических решеток элементов показывают, что наиболее устойчивые решетки образуют ионы со средними величинами радиуса. Ионы же с маленькими или большими радиусами обычно не склонны к скоплению и находятся, в рассеянном состоянии.
      Различны пути накопления брома и иода, различны и пути их рассеяния. Тем не менее они оба вездесущи, оба пронизывают всю живую и неживую природу.
     
      На службе медицины
      Вскоре после открытия брома новым элементом заинтересовались не только химики, но и медики. С тех пор как врач Парацельс в XVI в. стал применять для лечения болезней различные соли, каждый вновь открытый элемент ученые пытались использовать в медицине.
      Первые лекарства на основе бромистых соединений изготовлены в 1835 г., а начиная с 1850 г. они стали широко применяться при лечении нервных болезней. Позднее бромистые препараты стали использовать при лечении эпилепсии, гипертонии, при спазмах сердечных сосудов и т. д.
      Бурное развитие синтетической химии привело к созданию большего числа ценных броморганических соединений, которые теперь употребляются для приготовления разнообразных фармацевтических и медицинских препаратов. В любой аптеке можно купить успокаивающие средства — брометон, бромалин, бромурал. Прекрасными антисептиками служат четырехзамещенные бромиды аммония и ксероформ — соединение висмута с трибром-фенолом.
      Ранее наркотическим средством при сложных операциях служил обычно хлороформ — сейчас созданы более эффективные и удобные анестезирующие средства, и среди них большую популярность завоевал флуотан (га-лотан) — продукт бромирования дихлорэтилена. Галотан (тяжелая жидкость, кипящая при 49 — 51°С), в отличие от других анестезирующих препаратов, не разлагается при длительном хранении, не взрывается при взаимодействии с кислородом и, что самое главное, не вызывает никаких побочных эффектов. Широко известны этилбромид — эффективное анестезирующее средство и наркотик, а также бромистая камфора и бромоформ, поддерживающие сердечную деятельность. Значительное распространенйе получил бромтетрациклин, применяемый в качестве антибиотика при лечении многих болезней.
      Недавним соперником аспирина стал бромаспирин, которому приписывается еще более действенное жаропонижающее свойство. Для лечения очень распространенной в тропических и южных странах болезни — малярии — долгое время пользовались только хинином, извлекаемым из коры хинных деревьев. В 1932 г. советские ученые синтезировали еще более сильное средство против малярии — акрихин. Совсем недавно появился бромистый сульфамидный препарат — бромурал, который со временем, может быть, вытеснит и хинин, и акрихин.
      Подобно соединениям брома, йодистые соли и его органические соединения — надежные исцелители многих болезней. Йодистым калием, иодформином, иодолом, сайодином пользуются для лечения ревматизма, склероза, болезней, связанных с повышенным обменом веществ. Они нужны в хирургии, при лечении кожных болезней. Растворы йодистых солей калия, натрия, кальция прописывают внутрь при отравлении ртутью и свинцом. Йодная настойка останавливает кровь, обеззараживает раны, убивает бактерии.
      Жители многих горных районов и долин некоторых рек часто страдали воспалением щитовидной железы, ведущим к образованию зоба. Долгое время никто не знал истинной причины возникновения зобной болезни. Из-за широкой распространенности этой болезни некоторые полагали, что она является заразной, другие считали ее результатом влияния атмосферного воздуха, луны или воздушного электричества. Только в наш век выяснена причина заболевания зобом. Оказалось, что в растительной и животной пище, а также в воде и почве районов, жители которых болеют зобом, содержится очень мало иода, тогда как для нормальной жизнедеятельности организма необходимо поглощать вместе с пищей не менее 200 гаммов (0,001 мг) иода в сутки.
      Средством против заболевания зобом стала иодированная соль — обыкновенная поваренная соль, в 100 г которой содержится 1 мг йодистого калия.
      При недостатке йодистых солей зобная болезнь поражает и животных. Их лечат иодированными кормами, выращиваемыми на почве, в которую вместе с обычными удобрениями вносят немного йодистого калия или натрия.
      Содержание иода в растениях увеличивается при этом в 10 — 40 раз. Так, в 1 кг обычный сухой кукурузы содержится всего лишь 0,03 мг иода, тогда как в кукурузе, выращенной с применением йодистого удобрения, — 0,92 мг, т. е. в 30 раз больше.
      Растения с повышенной концентрацией иода не только вылечивают зобную болезнь, но и увеличивают жирность коровьего молока, яйценосность кур. При внесении в корм для кур всего пяти зернышек иодированной кукурузы яйценосность возрастает на 60% и куры несутся даже зимой.
     
      Применение в фотографии
      Среди знаменательных дат в истории науки и техники 19 августа 1839 г. занимает видное место. В этот день известный французский ученый Араго сделал в Парижской академии наук сообщение об изобретении фотографии Дагерром и Ньепсом. На другой же день в газетах были напечатаны обстоятельные статьи, посвященные новому изобретению, а вскоре на площадях и в парках Парижа появились первые фотолюбители с громоздкими аппаратами.
      Весть о новом изобретении быстро распространилась по всему свету. С каждым месяцем росло число энтузиастов нового способа получения изображений, стали появляться и фотографы-профессионалы. Желающих сниматься было так много, что у фотоателье выстраивались длинные очереди.
      Фотограф вставлял в аппарат полированную серебряную или медную посеребренную пластинку, предварительно подвергнутую воздействию паров иода: иод вступал в реакцию, и поверхность пластинки покрывалась тонким бледно-красным слоем йодистого серебра. После съемки пластинку проявляли в особом приборе парами ртути. В тех местах, куда попал свет, ртуть соединялась с металлом и давала светлую амальгаму. В теневых же частях изображения оставалось неизмененное йодистое серебро. Его смывали раствором серноватистокислого натрия. Под йодистым серебром обнажалась поверхность металла. Эти места на снимке казались темными. Такие снимки в честь Дагерра называли дагерротипами.
      Рассматривать дагерротипный портрет можно было только под известным углом, так как пластинка отливала зеркальным блеском. Кроме того, портреты быстро портились: они темнели. Но самым большим недостатком дагерротипной съемки была невозможность размножать снимки: чтобы приготовить несколько отпечатков, нужно было столько же раз снимать.
      Вое это побудило изобретателей и ученых искать другие, более удобные и продуктивные, способы фотографирования. Не прошло и двух лет, как англичанин Тальбот приготовил бумажные фотопластинки, покрытые йодистым серебром и галловой кислотой. При попадании на такую пластинку света получалось изображение, у которого темные места становились светлыми, а светлые — темными, т. е. негатив.
      Это был уже значительный шаг вперед. С бумажных негативов можно было изготовлять сколько угодно фотокопий — позитивов. Но и это изобретение ненадолго удовлетворило фотографов: при снятии с негатива оттисков на позитиве вместе с изображением появлялась и копия структуры бумаги. В 1851 г. бумажный негатив заменили стеклянным. Пластинку обливали смесью растворов йодистого калия и коллодия, затем погружали при желтом свете в раствор азотнокислого серебра. Йодистый калий вступал с серебром в реакцию обменного разложения, и на пластинке получался светочувствительный слой йодистого серебра и коллодия. Фотосъемку на пластинках надо было производить немедленно: высохшая пластинка теряла светочувствительность.
      Пластинки проявляли пирогалловой кислотой или железным проявителем. Чистые и прозрачные негативы закрепляли в растворах гипосульфита или цианистого калия. Этот способ фотографирования назвали микро-коллодионным.
      Применение стеклянных пластинок повысило качество фотокопий, позволило значительно сократить выдержку при съемке — вместо 10 — 15 минут до 10 — 15 секунд. Но возникли новые неудобства. Ателье фотографа стало одновременно и лабораторией, где все делали в присутствии заказчика. Сразу же после съемки пластинку проявляли, промывали, закрепляли изображение. Воздух был насыщен вредными испарениями кислот и жидкостей. Пробыв даже несколько минут в такой атмосфере, клиент начинал чихать и кашлять. Еще хуже было фотографам, которые начали страдать профессиональными заболеваниями.
      Все это направило мысль изобретателей на создание сухих фотопластинок, не портящихся при хранении. Изучая свойства галоидных солей серебра, ученые заметили, что из них самое светочувствительное — бромистое серебро, получаемое при смешении растворов бромистого калия и азотнокислого серебра. Приготовленное не в воде, а в растворе желатины, бромистое серебро не выпадает в осадок, а распределяется в виде мельчайших крупинок по всей массе желатины. Получается фотоэмульсия; в 1 см2 тонкого слоя эмульсии содержится 350 млн. мельчайших частичек соли. Фотоэмульсией стали покрывать стеклянные пластинки, целлулоидную пленку, фотобумагу.
      Бромистое серебро произвело революцию в фотографии. Отпала необходимость в немедленном проявлении и обработке пластинок, их стали хранить в кассетах. Но самое главное — в десятки раз сократилась выдержка при съемке. Даже у первых броможелатиновых пластинок она не превышала секунды. В дальнейшем светочувствительность броможелатиновой эмульсии удалось еще больше увеличить. В наше время научились приготовлять фотоэмульсию с такой чувствительностью, что достаточно выдержки 0,0001 секунды.
      Для повышения светочувствительности эмульсию некоторое время прогревают, а затем добавляют к ней аммиак и сенсибилизаторы; они увеличивают чувствительность фотоэмульсии к свету почти в 100 раз.
      При освещении фотопленки или фотопластинки некоторая часть бромистого серебра под действием света распадается с образованием мельчайших кристалликов металлического серебра. Последние служат зародышами: на них располагаются более крупные кристаллики бромистого серебра. Так создается в фотопленке «скрытое» фотографическое изображение. При попадании на фотопленку света электроны освобождаются и начинают двигаться внутри эмульсионного зерна. Захват электронов происходит только в определенных точках — центрах чувствительности, и именно там выделяются атомы серебра и получается скрытое изображение. Это первая стадия фотографического, или, вернее, фотохимического, процесса. Вторая стадия — проявление. Проявитель - обычно органическое вещество — разлагает, т. е. восстанавливает, бромистое серебро до металлического лишь после действия на него света хотя бы в течение доли секунды. Характерно, что реакция восстановления бромистого серебра быстрее всего протекает именно в тех кристаллах, где уже имеются кристаллики — зародыши металлического серебра. Это объясняется тем, что на этих кристаллах адсорбируется проявитель.
      Когда на фотопластинке проступает достаточно четкое изображение, проявление заканчивается. Однако в фотослое пластинки остается еще много кристалликов бромистого серебра, которые не были восстановлены, так как не содержали зародышей серебра. Их необходимо удалить, иначе фотопластинка при попадании света будет темнеть и изображение исказится. Для этого пользуются раствором гипосульфита, в который на некоторое время опускают фотопластинку. Бромистое серебро при этом процессе фиксирования превращается в водорастворимое соединение, которое благодаря диффузии переходит из фотослоя в раствор. Ионы серебра соединяются с ионами тиосульфата, образуя комплексные ионы.
     
      Другие применения
      Если в прошлом веке главными потребителями бромистых соединений были медицина и фотография, то теперь, с развитием химии брома, ему нашли еще много других применений.
      Не так давно появились установки, которые очищают воздух от пыли и вредных испарений и поддерживают зимой и летом одинаковую температуру. В таких установках для кондиционирования воздуха пользуются бромистым или хлористым литием. Они очень гигроскопичны и легко поглощают влагу. Кроме того, бромистый литий предупреждает коррозию в холодильных установках, обезвоживает минеральные масла, служит растворителем целлюлозы.
      Все более высокие требования, предъявляемые к оптическим приборам, заставляют конструкторов искать новые материалы. Высокая прозрачность кристаллов бромистого калия, широко применяемого в фотографии для замедления процесса проявления, по отношению к инфракрасным лучам позволяет изготовлять из него специальные линзы и призмы. А недавно обаружено еще одно ценное свойство этого соединения — оно предохраняет от порчи фрукты и овощи при хранении. Для этого достаточно тщательно промыть их разведенным раствором бромистого калия.
      Многие бромистые соли применяют теперь в качестве катализаторов органического синтеза — бромистый алюминий, бериллий, магний. NaBr при добавке в дубильные растворы повышает твердость дубленой кожи.
      Введение атомов брома в молекулы некоторых органических веществ позволяет получать яркие, невыгорающие краски. Например, бромируя флуоросцеин, приготовляют красную краску для шелка — эозин. Широкую популярность в текстильной промышленности завоевал краситель броминдиго. Это вещество дает целую гамму ярких и чистых цветов — от синего до красного. Один из видов этого красителя сходен с античным пурпуром, которым в древности красили тоги римских императоров и мантии персидских царей.
      Многие органические бромистые соединения являются сильными отравляющими веществами. В начале 1916 г. немецкие войска применяли на фронте некоторые препараты брома.
      Вскоре после окончания первой мировой войны брому нашли еще одно важное применение: его стали вводить в состав антидетонаторов для бензина. В двигателях автомобилей и самолетов при сгорании горючей смеси, т. е. паров бензина и воздуха, возможно накопление нестойких кислородных соединений (перекисей). Они ускоряют горение, однако, когда их концентрация достигает определенного предела, несгоревшая часть газа бурно воспламеняется и сгорает со взрывом. Это явление, называемое детонацией, нарушает нормальную работу двигателя и даже может вызвать аварию. Для борьбы с детонацией к бензину добавляют некоторые вещества — антидетонаторы, препятствующие накоплению перекисей.
      Лучший антидетонатор — тетраэтилсвинец — имеет ряд существенных недостатков. Он образует с продуктами горения осадок, отлагающийся на стенках цилиндров двигателя. Кроме того, тетраэтилсвинец ядовит. Добавка к нему брома устраняет многие недостатки тетраэтилсвинца. Бром реагирует со свинцом, образуя летучее соединение, которое уносится через выхлопную трубу,
      Пользуясь некоторыми броморганическими соединениями, удалось получить ценные огнестойкие полимеры, в частности эпоксидные смолы. Большой интерес представляют лигнин и древесина, обработанные бромистыми соединениями. Они стойки к атмосферным воздействиям, солнечному свету, морской воде, а также к грибковым заболеваниям. Во время второй мировой войны в Германии был предложен эффективный огнетушитель — бром-хлорметан, более действенный, чем четыреххлористый углерод, и менее ядовитый, чем бромистый метил. Особенно пригоден этот препарат для тушения пламени, возникающего от электрической искры, когда огнетушитель не должен проводить электрический ток.
      Подобно брому и другим галогенам, иод образует многочисленные иодорганические соединения. Некоторые из них входят в состав светостойких и прочных красителей (эритрозин, цианин и др.).
      Кто ездил ночью в автомобиле, тот знает, как ослепляет яркий свет фар встречной машины. Но если вместо ветрового стекла вставить пластинку целлулоида, в которую введены кристаллики солей иода, то световое сияние приближающейся машины уже не мешает водителю. Кристаллики эти распределены в целлулоиде таким образом, что через их слой могут проходить лишь те световые волны, колебания которых имеют определенное направление. Получается своеобразный фильтр; такие фильтры называют поляроидами.
      Комбинируя несколько поляроидов, в кино достигают необыкновенно красочных эффектов; вращая поляроиды, можно быстро менять цвета. Теперь уже не нужно строить сложные и капризные поляризационные микроскопы: небольшие лупы с поляроидами заменяют эти дорогие оптические приборы. Такие лупы очень удобны для полевых изысканий в геологических экспедициях.
      Получены иодорганические соединения, совсем не пропускающие рентгеновы лучи. При впрыскивании их в ткани организма получаются исключительно четкие рентгеновские снимки отдельных участков тканей.
     
      Получение брома и иода
      Все расширяющееся применение брома и его органических и неорганических соединений способствовало бурному развитию производства этого элемента. Бром стали получать из природных солей, содержащихся в водах нефтяных месторождений, в озерной рапе, морской и океанской воде, из маточных растворов, остающихся после извлечения хлористого калия из сильвинита и карналлита. Самым распространенным методом получения брома стало выдувание его воздухом. Этим методом бром можно извлекать непосредственно из морской воды, хотя в ней содержание элемента в десятки раз меньше, чем в рапе соляных озер.
      На бромном заводе (рис. 16) морскую воду или озерную рапу концентрируют, подкисляют серной кислотой и хлорируют. Хлор, вытесняя бром из солей, переводит его в свободное состояние
      MgBr2 + Cl2- MgCl2 + Вг2.
      Обработанный таким образом раствор поступает в высокую кирпичную или деревянную башню, выложенную изнутри кислотоупорными плитками. Башня заполнена насадкой — небольшими керамиковыми кольцами. Раствор стекает по насадке, а навстречу ему идет Мощный поток воздуха, который извлекает бром из жидкости. Одновременно увлекается небольшое количество хлора (около 5%), в связи с чем бромвоздушную смесь пропускают еще через одну башню с насадкой, орошаемой тем же хлорированным раствором.
      Очищенная от хлора смесь воздуха и брома поступает в поглотительную башню, где элементарный бром взаимодействует с железной стружкой и превращается в бромистое железо. Раствор бромистого железа слегка упаривают в чугунных котлах и разливают в железные барабаны; в них он застывает в темно-бурую кристаллическую массу. Из бромистого железа получают в промышленности чистый бром и различные бромистые соли.
      На некоторых бромных заводах бром из предварительно хлорированной рапы отгоняется паром в специальных колоннах. Рапа поступает в колонну сверху, предварительно пройдя трубчатый теплообменник, где нагревается до 70 — 75° С. Водяной пар и хлор поступают в нижнюю часть колонны навстречу рапе, стекающей вниз по насадкам башни.
      Можно извлекать бром из рапы с помощью электрического тока. Чаще всего электролизу подвергают бромистый магний. Электролиз производится в керамиковой ванне с угольными электродами. Однако этот способ пока не нашел широкого применения.
      Во многих морях на тысячи километров простираются заросли водорослей. На Дальнем Востоке они тянутся сплошной полосой вдоль берегов Тихого океана — от Кореи до Северного моря. Значительные площади, занятые водорослями, имеются в Черном и Белом морях.
      Японцы и китайцы с давних пор употребляли морскую капусту в пищу. В Европе уже в XVIII в. водорослям нашли промышленное применение: из их золы стали добывать поташ. Позднее из золы водорослей стали извлекать иод. В 30-х годах прошлого века йодные заводы работали во Франции, Шотландии и Испании.
      Водоросли сушат и пережигают на золу. Сначала для сжигания водорослей пользовались ямами, вырытыми в песке и обмазанными глиной, затем создали специальные печи, в которых водоросли сжигаются при ограниченном доступе воздуха.
      Полученную золу обрабатывают водой в аппаратах, представляющих собой несколько небольших железных или деревянных ящиков, соединенных трубами. В ящиках на некотором расстоянии от дна имеются решетки, на которые накладывают фильтровальную ткань. На ткань насыпают золу и пропускают через нее воду. Вода, перетекая из чана в чан, насыщается солями, вымываемыми
      из золы. Чем медленнее перетекает вода, тем концентрированнее становится раствор, в котором кроме йодистых солей содержатся и другие ценные вещества: хлористый калий, хлористый натрий и др. В связи с этим раствор предварительно выпаривают и выделяют соли кристаллизацией. Свободный иод извлекают из раствора с помощью двуокиси марганца, хлора, бертолетовой соли. В результате реакции между этими веществами и иодистыми солями на дно чана выпадают в осадок мелкие кристаллики чистого иода. Вместе с маточным раствором их выливают из чана на фильтр, промывают водой для удаления остатков солей и прессуют. Готовый иод упаковывают в деревянные бочки.
      До 70-х годов прошлого столетия водоросли были единственным источником промышленного получения иода. В 1868 г. в Чили иод стали извлекать из отходов селитряного производства. Бесплатное сырье и простой способ извлечения иода обеспечили чилийскому иоду широкое распространение во всем мире. Производство иода из водорослей прекратилось, так как оно не могло конкурировать с производством дешевого чилийского иода.
      Однако во время первой мировой войны, когда германские подводные лодки блокировали международные морские пути, поступление чилийского иода в Европу прекратилось, и промышленники были вынуждены вспомнить о водорослях. Во Франции, Англии, Испании возобновилась добыча иода из водорослей, было организовано йодное производство в Японии и России.
      В 1915 г. в Екатеринославе (ныне Днепропетровске) появился небольшой йодный завод, перерабатывавший черноморские водоросли — филофору. За все годы первой мировой войны на заводе было добыто всего 200 кг иода. Во время гражданской войны завод был разрушен.
      Почти одновременно с началом использования черноморских водорослей ученые занялись исследованием водорослей Белого моря и Тихого океана. По предложению В. Е. Тищенко в Архангельске был построен йодный завод с проектной мощностью до 6 тыс. кг/год иода. Однако из-за плохо организованного сбора водорослей завод не выпускал более нескольких десятков килограммов иода в год. Не лучше обстояло дело и на Дальнем Востоке. Продукция йодного завода во Владивостоке исчислялась лишь десятками килограммов.
      Только после Великой Октябрьской социалистической революции добыча иода из беломорских и дальневосточных водорослей резко возросла. Иод стали получать не килограммами, а десятками тонн.
      Однако прошло немного лет, и у водорослей появился опасный соперник. При добыче нефти из скважин выливается большое количество соленых вод, сопутствующих нефти. Эти воды, представляющие собой бесплатное бросовое сырье, стали в руках химиков ценным промышленным источником получения иода.
      Основная трудность создания выгодного промышленного способа извлечения иода из соленых вод заключалась в его низком содержании — в сто раз меньшем, чем в маточных растворах селитряной земли и в щелоках, получаемых из золы водорослей.
      Надо было устраивать большие бассейны и испарять в них летом нефтяные воды для получения более концентрированных растворов йодистых солей. Но это требовало огромных площадей, больших затрат на сооружение водохранилищ. Кроме того, под действием кислорода воздуха йодистые соли разлагаются, и иод улетучивается в атмосферу. Требовалось искать другие пути.
      В конце XVIII в. русский академик Т. Е. Ловиц впервые в мире обратил внимание на способность древесного угля поглощать растворенные вещества. Он с успехом применил уголь для очистки гнилой воды, водки и обесцвечивания некоторых растворов. Открытие Ловица еще при жизни ученого получило широкое распространение во всем мире. В нашем веке по инициативе другого русского академика — Н. Д. Зелинского — древесным углем стали поглощать ядовитые газы, пары летучих жидкостей. В мельчайших порах угля, как крупинки меда в сотах, накапливаются молекулы поглощаемых веществ. Поглотительная способность угля тем выше, чем больше пор на его поверхности. Чтобы увеличить пористость угля, его стали прокаливать в специальных печах при 700 — 1000° С или пропускать через него струю водяного пара; такой уголь называется активированным. Общая поверхность пор в 1 а такого угля доходит до 1000 м2.
      Разработанный инженером Б. П. Денисовичем в 1930 г. угольный метод извлечения иода из нефтяных вод стал вскоре основой советского йодного производства. Метод дал возможность получать дешевый иод из отбросов, полностью освободил промышленность от импорта иода. Сейчас по этому методу работают все советские йодные заводы.
      Нефтяная вода, поступающая на йодный завод, сперва отстаивается в специальных бассейнах от механических примесей (рис. 17), а затем подается насосом в деревянные напорные баки, установленные на высокой эстакаде. Отсюда вода самотеком поступает в небольшой деревянный чан-смеситель, где к ней прибавляют немного серной кислоты и азотистокислого натрия или пропускают через поток воды струю хлора. Эти окислители реагируют с иодистыми солями, находящимися в нефтяной воде, и окисляют ионы иода в свободный иод:
      2 J" + 2NO- + 4Н+ = J2 + 2NO + 2Н20.
      Из смесителя вода, содержащая свободный иод, по деревянным желобам перетекает в высокие цилиндрические резервуары, на 75 — 80% объема заполненные активированным углем. Уголь по мере протекания через него воды постепенно насыщается иодом, который затем отмывают от угля в железных резервуарах с помощью раствора щелочи. Атомы иода претерпевают новую метаморфозу, из них образуются йодистые соли
      3J2 + 6NaOH = 5NaJ + Na J03 + 3H20.
      Раствору йодистых солей дают некоторое время отстояться в небольших резервуарах-отстойниках для очистки от примесей (частицы угля, гипса и т. п.). Затем его пропускают через фильтр в чаны-кристаллизаторы, где происходит окончательное выделение свободного иода. Снова ион иода — уже в последний раз — превращается в молекулярный иод. Эта метаморфоза осуществляется путем добавки к раствору какого-нибудь окислителя — бертолетовой соли, хромпика и др.
      6 J" + СЮ- + 6Н+ = 3 J2 + Cl- + 3H20.
      На дно чана выпадают кристаллы иода, которые вместе с маточным раствором поступают на фильтр, промываются водой и прессуются в бумажных или суконных салфетках на прессах. Отпрессованный иод упаковывают в деревянные бочки.
      Иод может быть извлечен из йодистых солей, содержащихся в водах нефтяных месторождений, электролизом с применением медндго или угольного катода, выдуванием воздуха (подобно брому), осаждением в виде солей меди и серебра. Однако эти методы пока не нашли промышленного применения.
     
      САМЫЙ АКТИВНЫЙ
      Еще в древности люди заметили, что металлические руды никогда не бывают чистыми, всегда содержат некоторые примеси. Чтобы отделить от плавящегося металла вредные примеси, к руде стали добавлять минералы — известняк, кварц, плавиковый шпат. Добавки эти — плавни, или, как их называют металлурги, флюсы, делают примеси легкоплавкими, и они всплывают над жидким металлом в виде шлака.
      Плавиковый шпат с давних пор применяют при выплавке чугуна, стали и цветных металлов (свинец, медь, цинк). Этот минерал, называемый также флюоритом, представляет собой соединение фтора с кальцием. Он довольно широко распространен в природе. За разнообразие окрасок флюорит иногда называют рудным цветком: он может быть бесцветным, белым, розовым, голубым, зеленым, красным, фиолетовым.
      Сейчас уже выяснено, как образовались в земной коре большие скопления этого ценного минерала, как формировались огромные прозрачные, как родниковая вода, кристаллы бесцветного флюорита. Несколько миллиардов лет назад поверхность Земли была покрыта огромными озерами клокочущей огненно-жидкой магмы. Постепенно магма стала остывать и твердеть. В ней появились трещины и пустоты, в которые проникали вулканические газы или растворы. Соединяясь с химическими элементами, находящимися в составе магмы, газы и жидкости заполняли пустоты новыми минералами и горными породами. Если в магме содержался кальций, а в составе вулканических газов или растворов — фтор, то в пустотах возникали скопления фтористого кальция.
      Более 140 лет назад неподалеку от Москвы, в Ратов-ском овраге Верейского уезда, нашли новый минерал. По месту нахождения его назвали ратовкитом. Словно в слоеном пироге, его темно-фиолетовые пропластки перемежались с серыми массивами известняков. Позднее на берегах притоков Волги — Осуги и Вазулы — обнаружили красивые фиолетовые кубики этого минерала.
      Долгое время происхождение ратовкита оставалось загадкой; некоторые ученые даже смешивали его с другим минералом, содержащим фтор, — апатитом.
      В начале 20-х годов нашего столетия А. Е. Ферсман, преподававший тогда в первом Народном университете в Москве, предложил своим студентам изучать минералы, встречающиеся в Московской области. Молодежь энергично взялась за дело: устраивали экскурсии в окрестности города, собирали обломки горных пород, куски минералов. Особое внимание привлекли к себе кристаллы ратовкита. Анализ этого камня показал, что он представляет собой чистый фтористый кальций — флюорит.
      Однако природный флюорит образуется не так, как плавиковый шпат. Флюорит — осадочная порода. В воды древних источников и морей, насыщенные фтористым кальцием, проникали вулканические газы, содержащие фтор. Накопление слабо растворимого в воде фтористого кальция вело к тому, что он в виде ратовкита осаждался на дно, увлекая за собой частицы глины и известняка. В образовании скоплений ратовкита принимали участие и живые организмы — моллюски, населявшие древние моря. Они собирали в своих клетках и особенно в раковинках мельчайшие кристаллики фтористого кальция. Отмирая, они образовывали огромные толщи известняка, в которые были вкраплены прослойки ратовкита.
      С недавних пор внимание ученых привлекла еще одна разновидность флюорита. В 1928 г. таджикский мальчик-пастух нашел на крутом обрыве у горного озера обломок прозрачного минерала. Находка заинтересовала геологов. Была послана экспедиция, обнаружившая в этом районе крупные месторождения ценного оптического флюорита.
      Кристаллы «белого камня», как его называют таджики, представляют собой почти чистый фтористый кальций, тогда как обычный плавиковый шпат содержит много кремнезема, углекислого кальция, глины. Поэтому, в отличие от плавикового шпата, кристаллы оптического флюрита не только прозрачны, как стекло, но и очень хрупки. Достаточно слабого толчка или удара, чтобы они потеряли свое ценное оптическое свойство — исключительную прозрачность. Еще более чувствителен оптический флюорит к резким колебаниям температуры. При перемене температуры в кристаллах появляются мелкие трещины, покрывающие, словно сеткой морщин, поверхность минерала.
      Находка таджикского мальчика оказала неоценимую услугу оптической промышленности. Советские оптики изготовляют из прозрачных кристаллов оптического флюорита тончайшие, замечательные по своей чистоте линзы и делают лучшие в мире оптические приборы.
      Плавиковый шпат необходим не только металлургам и оптикам. В стекольном производстве его применяют при варке молочного стекла, в керамической промышленности — для изготовления непрозрачных эмалей.
      На химических заводах из него изготовляют плавиковую кислоту. Куски минерала измельчают на дробилках и размалывают в тонкий порошок на шаровых мельницах. Мягкий, как мука, порошок засыпают в чугунный котел, куда налита крепкая серная кислота. Затем включают мешалку, тщательно перемешивают смесь, пока она не станет похожей на сметану, и пропускают ее через большой вращающийся железный барабан, замурованный в кирпичной кладке. Это печь, где при нагревании до 200°С протекает первая фаза превращения плавикового шпата в плавиковую кислоту — образование фтористого водорода, очень ядовитого бесцветного газа с рез-
      ким запахом. Серная кислота вступает с плавиковым шпатом в реакцию обмена. Кальций соединяется с кислотным остатком, превращаясь в сернокислый кальций, а водород, вытесняемый из серной кислоты кальцием, соединяется с освобождающимся фтором
      CaF2 + H2S04 = CaS04 + 2HF.
      По мере протекания реакции сметаноподобная смесь загустевает, становится твердой рассыпчатой массой. Ее удаляют из барабана по наклонному желобу в отвал.
      Во фтористом водороде содержится некоторое количество паров воды и серной кислоты. Для очистки от серной кислоты газ пропускают через высокую свинцовую колонну, заполненную кусками древесного угля и кокса. Очищенный газ проходит еще ряд свинцовых башен, также заполненных кусками кокса. Навстречу пропускается вода, орошающая башни. Газ растворяется в воде, в результате чего образуется бесцветная подвижная жидкость — плавиковая кислота.
      По многим свойствам плавиковая кислота похожа на соляную и бромистоводородную. Однако она резко отличается от них, так же как и от всех других кислот, своей агрессивностью по отношению к стеклу. Вступая во взаимодействие с окислом кремния, входящим в состав стекла, она разрушает его. Образуется бесцветный газ с резким запахом — SiF4, который при сильном охлаждении сразу превращается в твердое вещество
      4HF + Si02 = SiF4 + 2Н20.
      Реакция на этом не заканчивается. Четырехфтористый кремний взаимодействует с водой с образованием кислот — кремниевой и фторокремниевой.
      Плавиковая кислота очень ядовита. При попадании на кожу капель кислоты появляются медленно заживающие язвы. Ее пары сильно действуют на слизистую оболочку и дыхательные пути.
      И фтористый водород, и плавиковая кислота находят теперь широкое применение. Первый служит катализатором многих реакций полимеризации и гидролиза, в частности процесса получения авиационного топлива высшего сорта. Плавиковая кислота (в технической кислоте содержится 40% HF) используется для уничтожения бактерий в пищевых производствах, для получения некоторых фторидов, для усиления дрожжевого брожения, для удаления ржавых пятен с тканей. Но больше всего кислоты расходуется на травление стекла — нанесение рисунков и надписей на стеклянные изделия.
      Почти двести лет назад неподалеку от города Владимира возник старейший русский стекольный завод. По преданию, кузнец Мальцев построил на берегу реки Гуся, притока Оки, небольшой сарай, где стал варить стекло. На воротах сарая предприимчивый кузнец повесил гуся, сделанного из хрусталя. С той поры селение, а впоследствии и город, разросшийся вокруг стекольного завода, стал называться Гусь-Хрустальный.
      Далеко за пределами нашей Родины известны изумительные по красоте хрустальные изделия, созданные русскими мастерами-стекловарами и умельцами художниками в Гусь-Хрустальном. Из рода в род передавались секреты художественной росписи стекла. Поколения мастеров создали высокую культуру обработки стекла.
      Поверхность вазы или бокала покрывается слоем парафина или воска. Специальным инструментом художник наносит на этот слой тонкими линиями узоры, снимает скальпелем в нужных местах слой парафина. На стекле возникает изящный рисунок. Затем изделия ставят в специальные печи, обложенные изнутри свинцовыми листами. В печь пропускают пары плавиковой кислоты, разъедающие те места стекла, которые не защищены парафином. Через некоторый промежуток времени изделия вынимают из печи и снимают с них парафин, расплавляя его в горячей воде. На стекле появляется рисунок, вытравленный парами фтористоводородной кислоты. На этом работа не заканчивается: рисунок необходимо подчистить, углубить некоторые линии. Это осуществляется с помощью алмазных резцов.
      Много труда и времени требовалось, чтобы остро заточенным кусочком агата нарисовать замысловатый узор на золотом ободке фарфорового изделия. Недавно заводские новаторы разработали новый способ декорирования фарфора, значительно ускоряющий и облегчающий работу художников. Узоры на золотом ободке фарфоровой вазы или тарелки вытравляет плавиковая кислота. Она помогает и при полировке стекла. Много часов должен был затратить мастер на ручную полировку всех извилин и выступов сложного орнамента большой хрустальной вазы. Химическая полировка требует не много времени и придает изделиям лучший блеск. Кроме того, можно полировать сразу несколько изделий.
      В народном хозяйстве широко применяются и многие соли плавиковой кислоты.
      В середине прошлого века на западном побережье Гренландии у поселка Ивигтут стали добывать ценный минерал — криолит. За внешнее сходство со льдом его часто называют «ледяной камень». По химическому составу — это двойная, натриевая и алюминиевая, соль фтористоводородной кислоты (NasAlFe). Страна вечных льдов Гренландия — родина мощных скоплений «ледяного камня». Таких крупных залежей криолита не встречается больше нигде.
      Судьба криолита неразрывно связана с судьбой алюминия — без него нельзя извлечь алюминий из руд. До сих пор в технике нет других способов производства этого замечательного металла.
      Природный криолит не химически чистое вещество, в нем имеются примеси свинца, цинка, железа. После их отделения получается тонкий белый порошок; в ящиках его отправляют на алюминиевые заводы.
      В небольших количествах криолит используют в стекольном (для изготовления молочного стекла) и керамическом (для приготовления эмалей) производстве. Криолит является хорошим плавнем при выплавке меди.
      Алюминиевая промышленность развивается столь быстрыми темпами, что гренландского «ледяного камня» давно стало не хватать, и химики занялись разработкой способов получения криолита искусственным путем.
      В свинцовый котел наливают плавиковую кислоту, которую с помощью пара нагревают до 50 — 70° С, и добавляют белый пушистый порошок — гидроокись алюминия А1(ОН)3. Содержимое котла тщательно перемешивают до полного растворения окиси алюминия, после чего в котел вводят соду. Реакция с содой протекает очень бурно: на поверхность вырываются мириады пузырьков углекислого газа, а на дне осаждаются кристаллы криолита.
      Этот процесс слагается из нескольких стадий. Сперва гидроокись алюминия реагирует с плавиковой кислотой
      А1(ОН)3 + 6HF = H3A1F6 + ЗН20,
      в результате чего образуется фторалюминиевая кислота и выделяется вода. Кислота взаимодействует с содой
      2H3A1F6 + 3Na2COo = 2NasAlF6 + 3H20 + 3C02
      с образованием криолита, воды и углекислого газа.
      Кристаллы отстоявшегося криолита промывают горячей водой на фильтре и сушат в железных вращающихся барабанах.
      Академик Н. П. Сажин предложил приготовлять криолит не из плавиковой кислоты, а непосредственно из плавикового шпата, сплавляя минерал с песком и содой. Этот способ имеет ряд преимуществ: не нужны дорогостоящие свинцовые аппараты, можно использовать низкосортный плавиковый шпат, воздух цеха не загрязняется.
      Из других фтористых солей следует упомянуть кремнефтористый натрий (Na2SiF4) и кремнефтористый барий (BaSiF4), занимающие почетное место в арсенале инсектицидов — химических средств борьбы с вредителями. Обработка древесины растворами фтористого и кремнефтористого натрия является прекрасной защитой от жучка. Фтористый натрий предохраняет дерево и от гниения. Его растворами пропитывают телеграфные столбы, железнодорожные шпалы, строительные детали. Срок службы шпал, пропитанных раствором этой соли, увеличивается в десять раз. Не менее важно его применение в жилищном строительстве. Только в одной Москве за последние годы была произведена пропитка деревянных деталей в новых жилых домах на площади свыше 1 млн. м2, что намного повысило их долговечность.
      Вместе с криолитом и фтористым алюминием фтористый натрий применяется в производстве алюминия. Им пользуются также для приготовления клеев и замазок. Некоторые фтористые соли необходимы в производстве ценных металлов — бериллия и магния.
      Из раствора фтористого калия во фтористом водороде получают элементарный фтор электролизом. Электролизер напоминает аппарат, применяемый для получения хлора; аноды изготовляют из угля, катоды — из стали. Выход фтора по току обычно составляет 95% при напряжении 9 — 10 кв.
      Элементарный фтор является сильным окислителем, благодаря чему его используют для получения топливных смесей с высокой теплопроизводительностыо. Так, с noмощью фтора можно получить удельную тягу, равную 375 кг-сек/кг (кислород — 280, азотная кислота — 240). Кроме того, фтор находит применение в производстве высших фторидов серебра, церия, платины, урана.
      Многие фториды (например, фториды мышьяка и осмия) обладают необычно высокой летучестью.
      Атомный век принес фторидам новые «профессии». Гексафторидом вольфрама покрывают графитовые сопла реактивных двигателей. Восстанавливая этот фторид водородом при высокой температуре (650°С), можно очень быстро нанести на поверхность сопла слой вольфрама.
      Академик И. Л. Кнунянц и его сотрудники, а также ряд зарубежных ученых синтезировали много фторорганических соединений, обладающих весьма ценными для техники свойствами. Их используют для борьбы с вредителями в сельском хозяйстве, применяют для защиты металлов от коррозии, для электроизоляции, из них изготовляют негорючую «вечную» смазку.
      На основе фторорганических соединений получают нестареющую резину. Введение атомов фтора в молекулы красителей дает возможность приготовлять яркие, погодоустойчивые краски. Широкое распространение получили фторорганические хладагенты — фреоны.
      В 1933 г. американский ученый Лайнус Полинг на основе чисто теоретических рассуждений пришел к выводу, что ксенон должен вступать в реакцию со фтором. Почти одновременно два его ученика — Дональд Пост и Альберт Кае — попытались синтезировать фтористый ксенон в сконструированном ими весьма остроумном приборе. Однако, несмотря на настойчивость, им не удалось заставить фтор реагировать с ксеноном, так как, по-ви-димому, еще невысока была техника эксперимента.
      Лишь в 1962 г. появляются первые соединения фтора с ксеноном — XeF2, XeF4, XeF6, после чего было начато планомерное изучение соединений благородных газов с фтором. За последние 5 — 6 лет советскими и зарубежными учеными получены сотни простых и комплексных соединений ксенона, криптона и радона. Пока лишь некоторые из них применяются в качестве реагентов в лабораторной практике, но недалек тот день, когда все они найдут заслуженное место среди других фтористых соединений.

|||||||||||||||||||||||||||||||||
Распознавание текста книги с изображений (OCR) — творческая студия БК-МТГК.