Для легирования стали марганец обычно вводят вместе с хромом, кремнием, вольфрамом. Однако есть сталь, в состав которой, кроме железа, марганца и углерода, ничего не входит. Это сталь Гадфилда, содержащая 1–1,5 % углерода и 11–15 % марганца, опа обладает огромной износостойкостью и твердостью. Ее применяют для изготовления дробилок, деталей экскаваторов и бульдозеров. Твердость этой стали такова, что она не поддается механической обработке, детали из нее можно только отливать.
Сплавы марганца с медью обладают высокой прочностью и коррозионной стойкостью. Из этих сплавов делают лопатки турбин, а из марганцовистых бронз — винты самолетов и другие авиадетали.
Относительно недавно стало известно о новом потенциальном источнике марганца. Это железомарганцевые конкреции — овальные комки, лежащие на дне океанов. Еще в 1969 г. при глубоководном погружении подводной лодки была добыта со дна гигантская конкреция массой около 90 кг. Ее состав, считая только главные компоненты: по 25 % марганца и кристаллизационной воды, 15 % железа. Предполагается, что запасы железомарганцевых конкреций на дне Тихого океана составляют около 2 млрд т, а поскольку конкреции образуются путем коагуляции и осаждения минеральных веществ из морской воды, их запасы растут в среднем на 90 млн т в год.
Конкреции содержат также кобальт, никель и медь. Но добыча и переработка их крайне трудны. Сбор конкреций на дне океана требует создания принципиально новых добычных устройств. Даже извлеченные на сушу, они долго сохраняют свою влажность. Раздробить их в обычных дробилках невозможно, они просто сминаются в блинообразные комки. Так что пока этот перспективный источник марганца еще не освоен.
Металлическая основа Земли
Рано или поздно алюминий заменит собою дерево, а может быть, и камень.
Рубины и сапфиры
Масса земной коры на 8,8 % состоит из алюминия. В основном он содержится в трехокиси алюминия Аl2О3 и, алюмосиликатах (также в виде трехокиси). Этот элемент в значительных количествах входит в состав глин, каолинов, полевых шпатов, слюд и многих других минералов — всего их известно свыше 250. Трехокись алюминия — необычайно прочное и устойчивое соединение, так, глинозем плавится только при 2000 °C.
Сродство алюминия к кислороду настолько велико, что сгорание металлического алюминия в кислороде является одной из самых сильных экзотермических реакций. Идея использования этой реакции в ракетах впервые была высказана Ф. А. Цандером — одним из основателей Группы изучения ракетного движения (ГИРД), старшего сподвижника С. П. Королева. Алюминиевый порошок используется как присадка к ракетному топливу.
Основным сырьем для производства алюминия является боксит — глинистая порода, состоящая в основном из гидроокисей алюминия. Впервые такая порода была найдена во Франции, близ деревни Бо. Мировая добыча бокситов составляет сейчас десятки миллионов тонн в год. Содержание глинозема (Аl2О3) в бокситах колеблется от 28 до 60 %. Бокситы используются для производства не только металлического алюминия, по и красок, сорбентов, цементов, огнеупоров, а также искусственных корундов.
В отличие от глиноподобных мягких бокситов корунды, имеющие почти ту же химическую формулу — Аl2О3, уступают по твердости лишь алмазу. Корунды широко используются в качестве абразивов, а два минерала группы корунда — рубин и сапфир — известны как драгоценные камни.
Яркий блеск красного рубина и синие переливы сапфира восхитительны. Замечательно, что один и тот же минерал благодаря ничтожному количеству различных примесей славится различными великолепными цветами. Существуют желтые камни, обладающие наибольшей твердостью, блестящие, почти бесцветные камни, правда, уступающие алмазу по игре, камни, обладающие другой, менее привлекательной окраской — лиловой, желтоватой, голубоватой и зеленой. При внимательном рассмотрении оказывается, что лиловые камни состоят из чередующихся синих и красных слоев; обычны желто-синие пятнистые камни. Благодаря особенностям кристаллической структуры в некоторых камнях, ограненных в виде округлого тела (кабошона), как бы высвечивается яркая звезда.
Термин «корунд» применяется для обозначения непрозрачных камней, которые измельчаются в порошок и используются как абразив. Такой «корунд» является относительно чистым материалом, чем отличается от «наждака», также представляющего собой измельченный корунд, но в смеси с магнетитом и другими тяжелыми минералами, имеющими более низкую твердость. Словом «сапфир» ювелиры обозначают все разновидности корунда, за исключением красного рубина. Сапфир в зависимости от примесей в структуре корунда бывает белым, желтым, зеленым, сипим и даже розовым.
Слово «рубин» происходит от латинского ruber — красный. В средние века, когда о природе драгоценных камней знали немного, это слово широко использовалось для обозначения всех красных камней, но в конце концов стало прилагаться лишь к наиболее твердому из них — красной разновидности корунда.
Чистый корунд бесцветен. Чудные цвета, прославившие этот минерал, обязаны своим происхождением ничтожнейшим примесям других элементов. Так, рубин своей окраской обязан хрому. Окись хрома изоморфна с глиноземом, и поэтому хром гармонично входит в кристаллическую структуру глинозема, замещая алюминий. Но ионы хрома превышают по размерам ионы алюминия, деформируя кристаллическую структуру, из-за чего видимый свет сдвигается в красную область спектра. В опытах по синтезу рубина окись хрома добавляется в качестве окрашивающего агента.
Синий цвет сапфира обусловлен присутствием в нем титана; разработан синтез сапфиров с применением этого элемента в качестве окрашивающего материала. Желтая окраска корунда связана с присутствием окиси железа.
Помимо украшений, драгоценный корунд благодаря высокой твердости применяется в качестве подшипников для движущихся частей в часах и других высокоточных приборах. В этой области синтетический корунд вытеснил натуральные камни — не столько из-за его меньшей стоимости, сколько из-за того, что ориентировку кристалла, которая является важным фактором, легче установить на выращенном кристалле.
Несмотря на успешный синтез рубина, сапфира и других разновидностей корунда, такие материалы не обладают какой-либо коммерческой ценностью. Естественные камни уникальны и поэтому стоят дорого. Крупные рубины, встречающиеся сравнительно редко, являются одними из самых драгоценных камней. Крупные сапфиры встречаются чаще и стоят дешевле. Желтые и другие разновидности корунда пользуются небольшим спросом, и цены на них низкие.
Почти вся мировая добыча красивых рубинов осуществляется в знаменитых рубиновых копях, расположенных в Бирме на высоте около 1200 м над уровнем моря.
До 1885 г. разработка копей являлась монополией бирманских владык и велась только по выдаваемым королем лицензиям. Копи были известны еще в глубокой древности, но их ранняя история окутана тайной. Говорят, что некий хитрый король в 1597 г. выменял бесполезную якобы территорию у соседних китайских владык на небольшой и не имевший значения город на реке Иравади. Копи разрабатывались получившими лицензии рудокопами — «пожирателями руды», как их называли на языке этой страны, которые должны были не только платить за полученную привилегию, но и отдавать королю все камни массой свыше некоторой определенной величины. Королевские чиновники постоянно подозревали горняков в том, что они нарушают закон и разбивают наиболее крупные камни.
После 1887 г. копи разрабатывались английской компанией «Бёрма руби майнз». По мере истощения богатых площадей и с усилением конкуренции синтетических рубинов возникли финансовые трудности, так что в 1931 г. фирма прекратила свое существование. Контроль за этой отраслью промышленности взяло на себя правительство Бирмы, и вскоре оно стало выдавать лицензии, предусматривающие использование механизмов и взрывчатых веществ, хотя все еще были широко распространены примитивные методы добычи. Японское вторжение во время второй мировой войны положило конец работам вплоть до 1945 г.