РАЗВИТИЕ МЕТАЛЛУРГИИ В XIV–XVI ВВ
РАЗВИТИЕ МЕТАЛЛУРГИИ В XIV–XVI ВВ
В средние века техника производства металлов прогрессировала довольно медленно. В европейских и азиатских странах железо получали древним кричным методом в небольших горнах. Лишь к XIV в. относится появление первых небольших «домниц» с применением дутья.
О способах производства меди и других цветных металлов сохранилось мало сведений. Однако известно, что уже в X в. началась разработка медных рудников в восточной Германии (Саксония), Венгрии и Швеции, а также оловянных рудников в Англии. К XIII–XIV вв. относится введение в металлургию меди процесса цементации — выделения меди из рудничных вод, содержащих медный купорос, железом. О других способах производства меди в начале эпохи Возрождения можно судить лишь по позднейшим описаниям.
Серебро в XIII в. в Европе (Испания, Саксония и др.) получали из полиметаллических руд малоэффективным методом зейгерования, основанным на способности свинца извлекать из расплавов серебро. Помимо перечисленных металлов, в небольших количествах получали золото, свинец, олово, висмут, сурьму, мышьяк.
Широкое развитие получили приемы обработки металлов. Производство оружия, рыцарских доспехов, а с XIV в. литье пушек и изготовление легкого огнестрельного оружия, а также различных орудий труда, механизмов (часов) и ювелирное искусство получили в эпоху Возрождения широкое развитие во всех крупных городах Европы. В отличие от мастеров-ремесленников средневековья металлурги и мастера по обработке металлов стояли на более высокой ступени. Некоторые из них получили не только хорошую практическую подготовку на рудниках и в мастерских-мануфактурах, но и теоретическую в горных школах.
В результате развития в эпоху Возрождения горного дела, металлургии и приемов обработки металлов уже в XV и особенно в XVI в. появилось несколько сочинений, содержащих достаточно подробное описание технологических процессов.
Первым крупным технологом эпохи Возрождения был итальянец Ванноччо Бирингуччо (3) (1480–1539), оставивший большое сочинение под заглавием «Пиротехния» [14] («Руrоtechnia»), вышедшее в 1540 г. В молодости Бирингуччо объездил многие страны Европы, изучил металлургию и литейное дело и сделался известным мастером-литейщиком. В 1529 г. во Флоренции он отлил огромную пушку весом свыше 6 т и длиной 6,7 м. Бирингуччо приобрел известность и как архитектор. В последние годы жизни он был главным литейщиком Ватикана.
Сочинение Бирингуччо «Пиротехния» свидетельствует о его широкой образованности как техника-металлурга, специалиста по выплавке и обработке металлов. Весьма характерно, что, описывая различные металлургические процессы и операции, Бирингуччо привлекает химические данные, указывает на свойства и пути применения многих химикалий. Несомненно, что большинство приводимых им сведений заимствовано не у алхимиков, а у практиков-ремесленников.
«Пиротехния» состоит из 10 книг, или глав. В начале сочинения Бирингуччо излагает взгляды Аристотеля на образование в земле металлов и минералов, а также описывает различные металлы и их руды. Далее речь идет о добыче и свойствах руд, купоросов, серы, квасцов, окислов и сульфидов мышьяка, поваренной соли и других природных материалов. Здесь же описываются процессы обработки руд в специальных печах, производство стекла и т. д. Третья книга посвящена описанию приемов «распознавания и опробования» руд и литейному производству. В четвертой и пятой книгах описаны способы добычи золота, разделение золота и серебра и выделение золота из сплавов с другими металлами. В частности, здесь описывается техника амальгамирования — новый для того времени прием выделения золота из руд. Тут же излагается способ приготовления «крепкой водки» (азотной кислоты).
В своем сочинении Бирингуччо приводит множество практически важных сведений о технике обработки металлов, литейном деле, монетном деле, приемах пробирного анализа, об изготовлении металлических зеркал и т. д. В седьмой книге он описывает плавильные печи, разнообразные механизмы, приемы и операции, применяемые при изготовлении крупных отливок — пушек, колоколов и т. п. Здесь же описаны воздуходувные меха. Десятая книга посвящена собственно пиротехнике — приготовлению пороха и разнообразных пиротехнических составов.
Бирингуччо, живший в эпоху чрезвычайно широкого увлечения алхимическими идеями, уделяет им в своей книге определенное место (книга девятая). Однако в своих взглядах он прочно стоит на почве практики и отрицательно отзывается об алхимиках, называя их шарлатанами.
Бирингуччо был одним из первых, кто заметил увеличение веса металлов при их обжиге на воздухе (кальцинация, т. е. — превращение в «известь»). Однако наблюдаемое увлечение веса металлов он объясняет своеобразно. «Я не хочу обойти молчанием, — пишет он, — интересное и в высшей степени примечательное явление, происходящее при прокаливании свинца в пламени. Свинец действительно увеличивается в весе и становится на 8–10 % тяжелее, чем до прокаливания. Это кажется удивительным, если вспомнить свойство огня разрушать все тела с потерей вещества. Поэтому вес свинца должен был бы уменьшиться, тогда как в действительности он увеличивается. При продолжительном нахождении в огне должна была бы уничтожиться большая часть его, в то время как наступает обратное. Причину этого, может быть, следует искать в том, что природа элемента-огня соответствует тому основному положению, согласно которому все тяжелое стремится к середине, и что все тела тем тяжелее, чем они плотнее. Огонь, таким образом, вытесняет все водные и воздухоподобные части из смеси, образующей свинец, так как последний представляет собой плохо смешанный металл и закрывает поэтому все естественные его поры, где заключается воздух, который, вследствие своей природной силы, поддерживал свинец с известной легкостью в пространстве, а потому вся масса падает как мертвая и свинец от этого тяжелеет. Нечто подобное замечается у трупов животных, которые весят значительно больше, чем живые животные. Ведь когда улетучиваются «духи жизни», которые можно представить себе лишь в виде воздухоподобных веществ, тело теряет ту силу, которая влечет его к небу, и тем самым делает его более тяжелым, причем одновременно возрастает сила притяжения тяжелых составных частей к центру земли. Этим рассуждением можно разрешить эту загадку» (4).
Заметим, что правильное объяснение увеличения веса металлов при прокаливании на воздухе было дано лишь через 200 лет после того, как были написаны эти строки; в течение же этих двух столетий увеличение веса металлов при кальцинации объяснялось даже видными учеными не менее фантастически.
В сочинении Бирингуччо все описания разнообразных веществ и технологических процессов сделаны на основании его собственного практического опыта. В этом отношении «Пиротехния» показывает, каких успехов достигла техника и техническая химия в начале XVI в. по сравнению с алхимией.
Современником и отчасти последователем Бирингуччо в описании горнорудной и металлургической техники был немецкий ученый и врач Георгий (Бауэр) Агрикола (5) (1494–1555). Он был родом из Саксонии, учился в Лейпцигском и итальянских университетах и получил диплом врача. Однако Агрикола почти не занимался врачебной практикой и не принимал никакого участия в движении за реформу медицины. Главным его занятием было горное дело и металлургия. Глубоко изучив минералогию, горнорудное дело и металлургию, в последние годы жизни он написал сочинение «12 книг о металлах» («De re metallica libri XII»), увидевшее свет через год после его смерти.
Это произведение Агриколы замечательно во многих отношениях. Прежде всего в своей книге Агрикола использовал личный богатый практический опыт и результаты глубокого изучения горнорудного дела в Саксонии (Хемниц) и Иоахимстале. При описании разнообразных руд, технологических процессов их добычи и переработки он использовал различные литературные источники, начиная с книг Плиния-старшего «Естественная история» и Бирингуччо «Пиротехния». В сочинении Агриколы обобщен многовековый опыт в области горнорудного дела и металлургии, в особенности опыт, накопленный в Саксонии, где разработка рудников началась в 922 г.
Сочинение Агриколы написано вполне ясным языком и в отношении совершенно отличается от алхимических трактатов, в изобилии выходивших в то время. Все главные процессы в книге, как производственные, так и лабораторные, иллюстрированы прекрасно выполненными рисунками (всего в книге иx 275), изображающими соответствующие операции. Поэтому сочинение Агриколы имеет большое историческое значение, так как дает возможность хорошо представить всю технику добычи и переработки руд в XVI в. Не удивительно поэтому, что это сочинение служило одним их главных пособий для горняков и металлургов в течение более двух столетий.
Первая книга сочинения Агриколы посвящена общим вопросам металлургии, доказательствам важности этой области в жизни людей и некоторым проблемам горнорудного дела. Во второй и третьей книгах излагаются способы разведки рудных месторождений, рассматриваются особенности залегания руд, даются сведения о рудных жилах и т. д. Четвертая, пятая и шестая книги посвящены вопросам горной техники. В седьмой книге описаны способы химического исследования и оценки руд. Восьмая и девятая книги излагают технику предварительной обработки добытых руд и процессы выплавки металлов. Кроме того, в девятой книге, а также в десятой описываются способы добычи золота и серебра, способы отделения золота от серебра и выделения серебра из серебряно-свинцовых расплавов. В одиннадцатой книге излагаются приемы отделения серебра от меди. Наконец, книга двенадцатая посвящена добыче поваренной соли, селитры, купоросов, квасцов, серы и других минеральных природных материалов, а также производству стекла.
«12 книг о металлах», так же как и другие сочинения Агриколы, характеризуют автора как выдающегося технолога-металлурга, хорошо знакомого с химической стороной многих процессов опробования и обработки руд и выплавки металлов. В книге Агриколы приведены важные и ценные с исторической точки зрения сведения по металлургической химии и химии минералов, а также, по пробирному искусству. Эта книга явилась, по существу, первым серьезным руководством по аналитической химии металлов и минералов. Характерно, что автор при изложении различных операций и приемов опробования почти не касается распространенных в его время теорий и фантастических представлений о рудах и металлах. В предисловии к своему труду («Послание светлейшим и могущественнейшим герцогам…») он осуждает алхимиков. Упоминая об алхимических сочинениях и перечисляя виднейших алхимиков, Агрикола пишет: «Много имеется и других книг об этом, но все они темны, так как сии писатели называют вещи чужими, не собственными именами, и притом одни пользуются для их обозначения одними, ими же придуманными названиями, другие — другими, между тем как сами-то вещи являются одними и теми же. Эти учителя передают своим ученикам сведения, какими способами разрушать и приводить как-то обратно к первоначальной материи малоценные металлы…, чтобы этим путем добывать из них драгоценные металлы… Могут ли они это в действительности делать или не могут, я не берусь решать… Однако…, хотя повсюду имелось и имеется так много этих химиков и все они денно и нощно напрягают все свои силы, чтобы получить возможность накопить великие груды золота и серебра, утверждения эти, естественно, вызывают сомнения… Ибо, если бы они действительно усвоили таковые (т. е. способы получения золота и серебра. — Ф.), то, будучи столь многочисленными как в прежние, так и в нынешние времена, они давно наполнили бы города золотом и серебром. Их суесловие изобличают также их книги, которые они надписывают именами Платона, Аристотеля и других философов, чтобы эти славные имена в заголовках их книг придавали последним в глазах простых людей видимость учености» (7).
Однако Агрикола не затрагивает никаких алхимических вопросов в своем сочинении, указывая в том же «Послании»: «… О химическом искусстве, если только оно является искусством, я скажу больше в другом месте» (8). Вообще он выступает как практик, стремясь сообщать только вполне достоверные и проверенные сведения. Он пишет: «…Я разрешил себе благоразумно обойти молчанием все то, чего я сам не видел и не читал, или не узнал от людей, заслуживающих доверия. Мною, таким образом, указано лишь то, что я сам видел и что, прочитав или услыхав, сам осмыслил»(9).
Не будем касаться здесь различных специальных технических приемов химического опробования руд, операций пробирного анализа и техники переработки минеральных ископаемых, описанных в книге Агриколы. Однако укажем, что само по себе приложение химии для контроля производства и для анализа металлов и руд, и вообще для совершенствования технологии обработки руд и выплавки металлов следует признать передовым и прогрессивным, в высшей степени содействовавшим дальнейшему развитию химии.
Как химик Агрикола принадлежал к числу наиболее передовых ученых-практиков своего времени. Тем не менее он не смог до конца освободиться от алхимических верований. В последние годы жизни он занимался поисками путей трансмутации металлов, не прибегая, однако, к фантастическим преувеличениям, свойственным его современникам.
Сочинения Агриколы вызвали появление в XVI в. книг, посвященных горному делу, металлургии, пробирному искусству, монетному делу, производству солей и т. п., и оказали большое влияние на развитие прикладной химии и, в частности, пробирного анализа.