ГОРНОЕ ДЕЛО, МЕТАЛЛУРГИЯ И МЕТАЛЛООБРАБОТКА
Техника горного дела
Переход от средиземноморской к океанической торговле, интенсивная колониальная политика Испании, Португалии, Франции, Нидерландов и Англии, лихорадочная разработка американских серебряных и золотых рудников, колоссальный рост военной промышленности европейских государств, образование крупных компаний и акционерных обществ — все эти разнообразные моменты хозяйственного переворота XVI в. привели к мощному подъему горного дела в Европе. Для добывающей промышленности этого времени характерно проникновение в нее ростовщического капитала и концентрация больших сырьевых баз в руках отдельных капиталистов. Так, напр., знаменитый банкирский дом Фуггеров в Аугсбурге, начав предпринимательскую деятельность в горной промышленности в последней трети XV в., в течение следующего столетия захватывает в свои руки разработку медных и серебряных рудников в Венгрии, Тироле и Каринтии и ртутных рудников в Испании (Альмаден). Мелкие владельцы горных разработок (так наз. «четвертей») быстро теряют здесь свою самостоятельность и превращаются в наемных или полунаемных рабочих: рудокопов, штейгеров и т. д. Подобным же образом сдавались государством на откуп оловянные рудники в Саксонии и Богемии и железные рудники в Штирии и Верхней Австрии. Наоборот, в северном районе горного дела — в Швеции — добыча руды организована была преимущественно в форме мелкого кустарного производства. Слабо развиты были капиталистические отношения в центральных районах горного дела: Вестфалии, Силе-зии, Рейнской области. Наконец, в третьем по важности горнозаводском поясе Европы — России — с середины XVII в. «рудное дело» попадает в руки иностранных капиталистов, получающих от правительства льготы и привилегии на эксплоатацию природных богатств в районе Тулы и Каширии и на территории Олонецкой губернии. Со второй четверти XVIII в. центром русского горного дела становится Урал, покрывающийся сетью казенных и частновладельческих (преимущественно дворянских) предприятий, применяющих почти исключительно крепостные формы труда. Разработка руд во Франции являлась королевской привилегией, и отдельные участки сдавались в эксплоатацию за уплату казне так наз. десятинной пошлины (т. е. десятой части доходов).
Быстрые успехи горного дела в XVI в. находят свое выражение в появлении специальной литературы, освещающей вопросы техники добычи угля. Наиболее ценными в этом отношении являются два сочинения: 1) «Pirotechnia» итальянского металлурга Вануччио Бирингуччио, изд. в 1540 г., и 2) «De Re Metallica» немецкого металлурга А гр и колы, изд. в 1556 г.
На основании этих работ мы можем представить себе картину состояния техники горного дела в мануфактурный период, так как последующие столетия не вносят сюда ничего принципиально нового.
Наиболее важными областями горных разработок являлись железные, медные, свинцовые, серебряные и, с XVIII в., каменноугольные рудники и шахты. Из них ведущее место в сырьевой базе металлургической промышленности принадлежало железной руде. Последняя добывалась обычно: 1) в болотах, 2) в земле, 3) в горных породах. Самые обширные местонахождения руды имеются в этой третьей области разработок, где и совершается, в сущности говоря, весь технический прогресс горнодобывающего производства.
Основные сооружения горного дела, рудники и шахты, как мы уже видели, дополнились в XIII—XIV вв. устройством.
в Богемии, а затем в Венгрии, штолен, т. е. горизонтальных или слегка поднимающихся в гору выходов, служащих для отвода почвенной воды и доставки воздуха к месту разработок. Решающие сдвиги в методах добычи руды происходят в конце ремесленного периода в результате появления механизмов для откачки воды из шахт, обусловивших возможность прорытия шахт на значительные глубины (до 100 м) и устранивших быстрое истощение рудоносных пластов, — черта, характерная для старых горных разработок с их хищнически-экстенсивной добычей руды.
До этого времени удаление воды производилось ручным способом: рабочие, расставленные на различных ступеньках рудника, передавали — каждый нижестоящий вышестоящему — ведра с зачерпанной в них водой. С XVI в. в употребление начинают входить различные водоподъемные сооружения; из них наиболее важными являются: 1) горизонтальный топчак, передвигаемый ногами двух рабочих и при помощи зубчатого круга и шестерни вращающий ворот, на который наматывается канат с бадьей; 2) подъемные машины с конным приводом, барабанным валом, зубчатой передачей и тормозными приспособлениями. Устройство последних обусловливалось необходимостью производить время от времени перепряжку лошадей; 3) водяные колеса с ковшами и цепью, аналогичные описанным римским архитектором I в. до н. э. Витрувием; 4) различной системы насосы, приводимые в действие ручными рычагами или водяным колесом. Наиболее сложный аппарат такого рода строился на основе включения в сферу эксплоатации одного двигателя нескольких насосов. Оригинальный тип трехнасосной установки имеется у Агриколы. Насосы не могли однако явиться основным механизмом для подъема воды в шахтах, во-первых, вследствие своей недостаточной мощи и, во-вторых, потому, что способны были поднимать водяной столб лишь на высоту около 10 м. В виду этого первенствующая роль среди механических водоподъемных приспособлений принадлежит— нориям. 5) Нории представляли собой черпальные шары большого водоизмещения, поднимаемые при помощи цепной передачи. Агрикола различает следующие их разновидности: а) обыкновенная нория с верхнебойным водяным колесом (см. рис. 11, стр. 395), б) нория, могущая поднимать воду на высоту до 70 м, приводимая в движение конным приводом, в) нория с ручным приводом, применяющаяся при высоте подъема до 14 м, г) большая водоподъемная машина. Как видно на рис. 15, она состоит из барабана с цепью, тормозного барабана и огромного верхнебойного колеса (10 м в диаметре) реверсивного действия. Рабочий, находящийся в будке, поднимает по очереди одну из двух клапанных затворок в водяном баке, благодаря чему вода льется попеременно на лопатки то левого, то правого ряда,чем и достигается возвратное движение колеса. Как легко убедиться, эта конструкция аналогична той, которая была осуществлена в 80-х годах XVIII в. русским гидротехником Фроловым.
Механизация операций по откачке воды из шахт привела к тому, что применение новых транспортирующих аппаратов распространилось и на область подъема руды. Мануфактурный период не создает здесь ничего принципиально нового по сравнению с типами водоподъемных механизмов. Наиболее элементарной формой рудоподъемной машины является ворот с простой и крестообразной рукоятками, к концам стержней которой приделаны металлические опары (рис. 16). Для больших грузов употреблялись барабанные установки с конным приводом и гидравлические машины.
В области вентиляции шахт и рудников горное дело в XVI в. также делает значительные успехи. На ряду с древним способом вентилирования, описанным еще Плинием (см. стр. 286) получают распространение более или менее механизированные вентиляционные аппараты. Одним из наиболее простых аппаратов является бочка, поворачиваемая при помощи ветряного флюгера вокруг неподвижной оси и вбирающая струю воздуха, который направляется потом по трубе и длинному каналу внутрь шахты. Другой тип вентиляторов имеет форму закрытого барабана или четырехугольного футляра, внутри которого помещается вал с крыльями и в стенках которого сделаны два отверстия — всасывающее и нагнетающее (см. рис. 6, стр. 387). Когда рабочий начинает вращать рукоятку вала, крылья, сделанные из дощечек различного вида (сообразно длине и ширине барабана), приводятся в движение и всасывают воздух из одного отверстия, направляя его потом в другое, к которому примыкает шахтный канал. Наибольшее употребление в шахтах получают однако воздуходувные мехи, сделанные из дерева и кожи. Они служат как для вдувания в шахту свежего воздуха, так и для высасывания из нее нечистого воздуха и подземных газов. Мехи приводятся в движение при помощи человеческой, лошадиной и гидравлической силы. В первом случае человек либо нажимает на ручной рычаг, либо наступает по очереди на крышки трех мехов, соединенных с сетью всасывающих труб, благодаря чему оказывалось возможным удалять воздух из шахты на расстояние в несколько сот метров. Мускульная сила животных использовалась через посредство конного привода или топчака. Во всех этих случаях роль двигателя заключалась в поднятии крышки мехов, которая затем опускалась под действием положенного на них камня.
Серебряная и золотая руда, добытая из недр земли, прежде чем быть отправленной на металлургические заводы, на месте добычи подвергалась обогащению, выражавшемуся вГа) промывке, б) просеивании и в) толчении. Для толчения руды в XVI в. появляются особые аппараты — толчеи, действующие по принципу удара и раздробления предмета труда пестами. Руда толклась либо в сухом, либо в мокром виде. Толчея последнего типа показана на рис. 17. Несколько пестов,
представляющих собою деревянные балки с железной головкой, имеют сбоку палец, который поднимается кулаком деревянного вала. При соскальзывании кулака поднятый пест под собственной тяжестью падает и раздробляет головкой положенную в корыто руду. Мелко-истолченная руда вместе с водой вытекает в нижний резервуар. Вал толчеи приводится в действие водяным колесом.
Другим аппаратом для измельчения руды является жерновая мельница (рис. 18). Здесь жернов можно устанавливать выше или ниже при помощи подъемных брусьев. Материал засыпается в подвешенную над жерновом воронку и время от времени размешивается рабочим палкой.
Из золотопромывальных устройств наиболее употребительным являлся так наз. вашгерд — установленное наклонно корыто, по которому стекала вода, смывавшая с руды грязь и посторонние примеси. В усовершенствованном ее типе имеется ступенчатая лестница с решеткой в каждой ступени, благодаря чему достигалось постепенное просеивание все более и более мелких камешков руды. Для устранения утечки вместе с водой мелких зерен золота применялись разные методы. Оригинальный способ был придуман упоминавшимся выше русским техником Фроловым: он пережигал кварцевые породы, в которых находилось золото, в результате чего слипшиеся в зерна золотые блестки ?оседали, как более тяжелые, на дне корыта.
В технике добычи серебра в середине XVI в. происходит настоящая революция благодаря изобретению испанцем Барто-ломе де-Медина способа амальгамации — выделения серебра из руды при помощи ртути. Способ этот был подготовлен и вызван к жизни широкой эксплоатацией европейскими колонизаторами американских серебряных рудников в первой половине XVI в. Плавка серебряной руды в горнах, применявшаяся раньше, теперь была затруднена в виду отсутствия древесного топлива в безлесных гористых местностях Южной Америки. Отсюда—назревшая потребность в переходе к холодному методу обработки серебряной руды. Процесс амальгамации заключался в засыпании руды, измельченной в ступах или жерновах мельниц, в вымощенный каменными плитами амальгамационный чан и примешивании к руде повареной соли, смеси серного и медного колчеданов и ртути. Под действием этих реактивов образуется серебряная амальгама, легко отделяемая от руды простой промывкой. Наконец, способом дестилляции достигается отделение серебра от ртути. Огромные преимущества нового способа заключались в простоте технологического процесса, дешевизне амальгамационной установки и отсутствии нагрева. К числу его недостатков следует отнести продолжительность рабочего периода производства (3—б недель) и потребление большого количества ртути. Введение холодного процесса добычи серебра, понизив стоимость последнего, увеличило во много раз ввоз его из Америки в Европу и расширило эксплоатационные возможности европейских рудников. Способствуя ограблению и экспроприации коренного населения Америки, новое изобретение в технике, тем самым, ускорило наступление «революции цен» (огромное вздорожание промышленных и сельскохозяйственных товаров вследствие обесценения золота и серебра), о котором мы говорили уже в первой главе (см. стр. 348—349). С другой стороны, широкое внедрение способа амальгамации вызвало значительный рост ртутных рудников и техническую реорганизацию этой области горного дела. Наиболее богатые залежи ртути находились в Альмаденских рудниках в Испании. Разработка этих рудников начата была еще римлянами, продолжалась затем в эпоху феодализма арабами и испанцами, но до XVI в. носила весьма поверхностный характер.
Около 1525 г. рудники были сданы на откуп знаменитому торговому дому Фуггеров, в обеспечение той ссуды, которую эти последние дали испанскому императору Карлу V перед, вступлением его на престол. С этого времени эксплоатация рудников начинает вестись в широком масштабе. Сама добыча руды производилась довольно примитивным методом. В породе прорубался, при помощи молота и долота, жолоб, в который вбивались клинья, выламывавшие глыбы руды. На поверхность земли руда доставлялась ручным способом. Значительно большие трудности возникали в связи с необходимостью сооружать, опорные крепления при закладке штолен, так как от этого-зависела возможность глубоких разработок. Для откачки воды Фуггерами были введены огромные водоподъемные машины. Добытая руда разбивалась на куски величиной в орех, смешивалась с золой и засыпалась в сводчатые глиняные тигли, имевшие высоту человеческого роста. При нагревании тиглей, примерно в течение 12 часов, ртутные пары поднимались в оставленное под сводом пустое пространство и затем каплями осаждались на слое золы. По окончании процесса ртуть снималась с золы железными ложками и промывалась. Организована была работа в штольнях и при плавке ртути на основе применения наемного труда и сдачи мелких участков арендаторам, обязанным уплачивать Фуггерам определенные отчисления.
Из достижений горной техники мануфактурного периода следует особо выделить механизацию путей сообщения в шахтах и между рудниками и близлежащими металлургическими заводами. Как указывает Агрикола в пятой и шестой книгах своего труда, для доставки руды на поверхность земли в Германии в середине XVI в. употреблялись особые тележки, так наз.. «собаки», двигавшиеся на колесах по деревянным колеям. В конце
XVII в. одноколейный путь получает широкое развитие в английских каменноугольных копях близ Ньюкестля. Деревянные
рельсы обиваются теперь порою железом. Начиная с 30-х годов
XVIII в., в горных разработках Англии появляются чугунные рельсы, которые в середине века распространяются и на
континенте Европы. Тачки первоначально (XVI в.) возятся человеком, который толкает их от себя, а затем в качестве двигательной силы начинает использоваться лошадь. Последняя,
по словам автора одного английского сочинения 1696 г., может
вывезти за один рейс около 4 тонн угля. Принцип искусственной
колеи переносится в XVII в. из горного дела на область строи-
тельной техники, где деревянные рельсы начинают употреблять
для транспортировки земли при сооружении крепостного вала.