Средневековая металлотермия

Все эти технологии базировались на едином принципе. На первом этапе обработки сурьма образовывала устойчивые соединения с золотом (или серебром), в то время как другие металлы оставались в виде сульфидов, на втором этапе выделенные стибниты золота подвергались воздействию струи горячего воздуха – сурьма окислялась и улетучивалась в виде оксидов и получалось чистое золото.

Вот как описывает металлотермическое применение сурьмы Агрикола:

• обработка золотоносной породы: «1 фунт измельченной золотой руды смешивают с 1/2 фунта также измельчённой сурьмы и кладут в тигель вместе с половиной унции медных стружек, нагревают смесь, пока она не расплавится, а затем в этот же тигель кладут 1/6 часть зернистого свинца. Как только смесь начнет издавать запах, к ней добавляют железные стружки или железную окалину. Расплав выливают из глиняного тигля и охлаждают. Затем его плавят в капели до тех пор, пока не испарится сурьма, и далее, пока не отделится свинец. Таким же способом плавят измельчённые колчеданы, содержащие золото, причем берут одинаковое по массе количество их и сурьмы»;
• отделение золота от серебра: «в нагретый глиняный тигель кладут золото, содержащее примеси серебра. Как только золото расплавится... добавляют помногу сурьму так, чтобы она не разбрызгивалась. Закрывают тигель крышкой и нагревают смесь в течение необходимого времени. Затем смесь выливают в железный тигель, расширяющийся кверху и сужающийся книзу, помещенный в железную или деревянную колоду. Сильным встряхиванием золото заставляют осесть на дно, а когда тигель остынет, золото из него выбивают и еще четыре раза переплавляют указанным образом. При этом каждый раз к золоту добавляют все меньше сурьмы... Слиток золота плавят в капели, а сурьму (содержащую золото и серебро) три или четыре раза переплавляют в глиняном тигле. Каждый раз образуется слиток золота, а всего получается три или четыре слитка, которые сплавляют вместе в капели.

К 2 1/2 фунта такой сурьмы добавляют 2 фунта винного камня и 1 фунт стеклянной пены и плавят эту смесь в глиняном тигле. Образующийся слиток переплавляют в капели. Напоследок сурьму плавят в капели с добавлением небольшого количества свинца, причем остается только серебро, а все остальное пожирается огнем. Если сурьму до плавки её в капели не плавят в глиняном тигле с добавлением винного камня и стеклянной пены, то часть серебра поглощается золой и порошком, из которого приготовлена капель. Тигель, в котором плавится сплав золота и серебра с сурьмой, так же как и капель, ставят в воздушную или золотокузнечную печь».

Воздушная и золотокузнечная печи: А – печь, в которую воздух входит через отверстия; В – золотокузнечная печь; С – глиняный тигель; D – железный тигель; Е – колода. Гравюра из труда Г. Агриколы «12 книг о металлах»

«Отделение серебра от железа (железной руды) производится следующим образом. Равные части железных опилок и сурьмы бросают в глиняный тигель. Его прикрывают покрышкой, обмазывают и ставят в самодувную печь. После их расплавления и охлаждения сплава тигель следует разломать, извлечь осевший на его дно королек, растереть последний в порошок и вновь расплавить с добавлением к нему такого же количества свинца в другом глиняном тигле. И, наконец, королек опускают в купель, в которой и производится отделение свинца от серебра».

Купеляционная печь:
а – основные элементы конструкции (А – прямоугольные камни; В – круглая плита; С – отверстия (отдушины); D – внутренние стены; Е – колпак; F – тигель; G – кольца; Н – стержни; I – отверстия в колпаке; К – крышка колпака; L – кольца; М – трубы; N – клапаны; О – цепи);
б – работа печи (А – печь; В – дрова; С – серебряный глет; D – железный лист; Е – мастер ест масло, для того чтобы яд, выделяющийся из горна, не причинил ему вреда, так как масло служит противоядием). Гравюра из труда Г. Агриколы «12 книг о металлах»

Описанные Агриколой технологии просуществовали до XVIII в. Вскоре после изобретения книгопечатания сурьма превратилась в постоянный компонент типографских сплавов. Агрикола писал по этому поводу: «Если путём сплавления определённая порция сурьмы прибавляется к олову, получается типографский сплав (гарт), из которого изготовляется шрифт, применяемый теми, кто печатает книги». Содержание сурьмы в типографских сплавах в зависимости от их назначения колеблется от 3 до 25 %. Она придаёт сплавам твёрдость, понижает температуру плавления и усадку при переходе из жидкого состояния в твёрдое.

Расплавленная сурьма, в отличие от других металлов (кроме висмута и галлия), при затвердевании увеличивается в объёме. Поэтому при отливке шрифта типографский сплав, содержащий сурьму, застывая в литейной матрице, расширяется, благодаря чему плотно её заполняет, и, следовательно, очень точно воспроизводит зеркальное изображение буквы, цифры или какого-либо иного знака, который затем, при печати, должен быть перенесен на бумагу. Помимо этого, сурьма придаёт типографскому сплаву твердость и износостойкость – весьма важные свойства, если учесть, что каждая литера выполняет свои функции десятки тысяч раз.