Рений — 75-й элемент периодической таблицы Менделеева. Химический символ Re (лат. Rhenium) — серебристо-белый металл, близкий по свойствам к вольфраму и молибдену. Известны два изотопа рения: 185Re и 187Re. Тяжелого изотопа почти вдвое больше и он, в отличие от легкого, радиоактивен. Испуская β-лучи, Рений-187 в течение миллиарда лет превращается в осмий. Рений-185 выделен в чистом виде в 1925 году немецкими химиками супругами Ноддак. Он стал последним открытым нерадиоактивным элементом.

Геология

Этот редкоземельный элемент находят в молибденовых и медных рудах. Очень богатые залежи в Чили, США и России. Если сохранится ежегодный уровень потребления рения 40−50 тонн, человечеству хватит мировых запасов на 250−300 лет, без учета вторичного использования этого металла. В зависимости от чистоты, цена 1 кг рения может колебаться от 1000 до 10.000 долларов.

Спрос

На протяжении десятилетий потребность в рении оставалась стабильной. Основным потребителем была электротехническая промышленность. В основном рений шёл на изготовление термопар и нитей накаливания вакуумных приборов. Потребность в рении стала расти во второй половине прошлого века, когда нефтехимическая отрасль начала использовать рениево-платиновых катализаторов. Такие катализаторы позволили производить более дешёвый высокооктановый бензин. По сравнению со старыми платиновыми катализаторами рениевые были на 50% эффективнее и служили в 4 раза дольше. Если ранее значительная часть рения шла на легирование жаропрочных сплавов, то с последней четверти ХХ века 75% рения стало использоваться на производство катализаторов. Сегодня этот металл актуален не только в металлургии и электротехнике, но и в нефтехимии.

Физические свойства

Это тугоплавкий и тяжёлый металл, по свойствам похожий на молибден и вольфрам. По температуре плавления (3170°C) рений уступает лишь вольфраму. Один кубический сантиметр рения весит 21 грамм, тяжелее его — только осмий, иридий и платина. Чистый рений намного пластичнее вольфрама. Его можно прокатывать и вытягивать в тончайшую проволоку при обычных условиях. Был обнаружен и «рениевый эффект»: оказалось, что этот металл повышает одновременно и прочность, и пластичность молибдена и вольфрама. В силу высокого модуля упругости твердость рения после обработки значительно возрастает из-за наклепа. Чтобы восстановить пластичность, его отжигают в водороде, вакууме или инертном газе. До 1200 °C прочность его выше, чем у вольфрама, и намного выше прочности молибдена. Рений выдерживает многократные охлаждения и нагревы без утраты прочности. По электросопротивлению он в четыре раза превосходит вольфрам и молибден.

Химические свойства

Рений более устойчив к окислению, чем вольфрам, с годами не тускнеет на воздухе, сохраняя первозданный блеск, почти не растворим в соляной и плавиковой кислотах, слабо реагирует с Н 2 SO 4 даже при нагревании, но легко растворим в азотной кислоте, а в растворе Н 2 О 2 образует рениевую кислоту. С ртутью рений образует амальгаму.

Производство

Его добывают из молибденовой и медной сульфидной руды с мизерным содержанием солей рения, используя пирометаллургические методы (конвертирование, плавку, окислительный обжиг). При обжиге оксид рения возгоняется и потом улавливается специальными фильтрами. Часть рения обычно сохраняется в огарке, откуда переходит в содовые или аммиачные растворы, из которых позже металл восстанавливают водородом. При плавке медных концентратов с дымом обычно уносится 50−60% Re. При обработке медных концентратов серная промывная кислота становится главным источником для получения этого металла.

Применение

Использование рения определяют высокие показатели электрического сопротивления и жаропрочности, устойчивость к агрессивным химическим факторам, высокая каталитическая активность (близкая к платиноидам). Современная ядерная энергетика не может обойтись без сплавов, содержащих рений. Еще на заре атомной эры начали использовать сплав вольфрама с 26% рения для оболочек тепловыделяющих элементов и др. деталей, работающих в реакторах при t° 1600−3000°C. Все более прочные позиции рений и его сплавы занимают в авиации и космической технике. В частности, сплав тантала с 2,5% рения и 8% вольфрама незаменим для теплозащитных экранов модулей, возвращающихся из космоса на Землю. Высокие физические и химические достоинства (и плюс хорошая свариваемость) определяют интерес к рению крупнобюджетных отраслей, которым по плечу большие расходы. 2/3 рения уходит на легирование жаропрочных сталей и покрытие других металлов. Чистый рений служит основой самых ответственных деталей. Отечественные сплавы на основе вольфрама содержат 5, 20, до 27% Re (ВР-5, ВР-20, ВР-27ВП), на основе молибдена — 8, 20 до 47% рения. Также используются вольфрам-молибден-рениевые сплавы — ковкие, высокотехнологичные, легко свариваемые. Они работают в самых сложных условиях: выдерживают высокую температуру, ударные нагрузки, вибрацию, контакт с агрессивными веществами.

Поставка

Поставляем сертифицированный прокат из сплавов рения. В спецификацию включены данные по процентному составу и механическим качествам продукции. У нас легко купить оптом любые полуфабрикаты для масштабных производств. Мы также сотрудничаем с розничными покупателями. Высокий уровень сервиса и оперативность обслуживания являются лицом нашей компании.

Купить по выгодной цене

На сайте ООО «Электровек-сталь» отражена самая оперативная информация по приобретению проката из редких и тугоплавких металлов на сегодняшний день. Наши лучшие менеджеры, готовы предоставить высококвалифицированную консультативную помощь по любым текущим вопросам. Реализуем полуфабрикаты из редких и цветных по конкурентной цене. Продукция изготовлена на самом современном оборудовании и отвечает требованиям качества российского Госстандарта и международным стандартам качества. Постоянным клиентам предоставляется система дисконтных скидок.

Содержание статьи

РЕНИЙ –(Rhenium) – элемент 7-й (VIIb) группы периодической системы, атомный номер 75, атомная масса 186,21. Известно 34 изотопа рения от 160 Re до 193 Re. Природный рений состоит из двух изотопов – 185 Re (37,40%) и 187 Re (62,60%). Единственный устойчивый изотоп – 185 Re, изотоп 187 Re радиоактивен, но период полураспада огромен – 43,5 миллиарда лет. Рений в своих соединениях склонен проявлять высшую степень окисления +7.

Рений был открыт последним из элементов периодической системы со стабильными изотопами. Д.И.Менделеев на основании Периодического закона предсказал два аналога элемента № 25 (Mn) – экамарганца и двимарганца, которые должны были быть открыты занять пустые места, которые он оставил при составлении таблицы элементов. Его предсказания существования скандия (Нильсон, 1875), галлия (Лекок де Буабодран, 1879) и германия (Винклер, 1886) послужили толчком для новых и новых исследований. В отличие от экабора (Sc), экаалюминия (Ga) и экасилиция (Ge), физико-химические свойства которых были довольно точно описаны Менделеевым, предсказаний, характеризующих поведение экамарганца и двимарганца не было.

В 1877 русский химик С.Керн сообщил об открытии нового элемента в отходах платиновой руды. Он назвал его дэвием (Da) в честь выдающегося английского химика сэра Гемфри Дэви . Сообщалось и об открытии новой качественной реакции – образования роданистого комплекса дэвия. Керн предположил, что дэвий должен занять место двимарганца, так как определенная им атомная масса оказалась равной 154. Открытие Керна не получило признания, поскольку не удалось повторить его опыты и сегодня остается только верить, что открытая им качественная реакция действительно идентична ныне широко известной сегодня реакции образования роданистого комплекса рения.

Впоследствии было много сообщений, претендующих на открытие эка- и двимарганца. Из них элементу № 75 могли соответствовать, вероятно, следующие: уралий (Гияр, 1869) и плюраний (Осанн, 1928). Они не получили подтверждения в дальнейшем и остались лишь частью истории науки.

Со времени открытия гафния (1923) в периодической системе (последним в ней был элемент под номером 86 – радон) оставалось четыре «пробела» на местах элементов с порядковыми номерами 43 (Tc), 61 (Pm), 75 (Re) и 85 (At). Наибольший интерес у исследователей вызывали эка- и двимарганец, поскольку из этой подгруппы был известен только один представитель – марганец. Поиски недостающих элементов возобновились с новой силой после открытия Мозли , который показал, что для каждого элемента можно установить атомный номер, исходя из частоты главной линии его рентгеновского спектра. Теперь появился мощный инструмент идентификации химических элементов – рентгеноспектральный анализ, который позволял определять малые количества (порядка 0,1%) вещества в образце.

В июне 1925 на заседании Прусской академии наук профессор Вальтер Ноддак (Noddack) (1893–1960) с сотрудниками Идой Такке (Tacke) (1896–1978) и Отто Бергом сделали первое сообщение о том, что ими открыты элементы 43 и 75, из которых первый назван мазурием в честь Мазурской области – родины Ноддака, а второй рением в честь Рейнской области – родины Такке.

Физические свойства элементов № 43 и № 75 были определены интерполяцией свойств элементов, между которыми они расположены в периодической системе, т.е. для № 43 – молибдена и рутения, а для 75 – вольфрама и осмия. Расчеты Ноддаков для двимарганца:

Труднее было предсказать химические свойства. Можно было предположить, что оба элемента имеют определенное сходство с марганцем, что гептаоксид экамарганца устойчивее, чем Mn 2 O 7 , и что гептаоксид двимарганца стабильнее такового для элемента № 43 в соответствии с общей закономерностью, наблюдающейся в периодической системе.

Неудачи предшественников, связанные с поиском элементов № 43 и № 75, навели Ноддаков на мысль о том, что эти элементы чрезвычайно редки и не могут быть непосредственно обнаружены в образцах по характеристическим рентгеновским спектрам. Требовалось предварительное обогащение, по меньшей мере до 0,1%. Они предположили, что эка- и двимарганец не образуют собственных минералов. Уже давно было подмечено, что химически аналогичные вещества способны к совместной кристаллизации. Как показал Гольдшмидт, только такие вещества способны взаимно заменять друг друга в кристаллах в заметных количествах, которые помимо химической аналогии, одновременно обладают также близко совпадающими ионными радиусами. В соответствии с законом распределения элементов в земной коре, в качестве подходящих минералов были взяты платиновая руда и колумбит.

Как первый объект была исследована уральская платиновая руда, 80 грамм которой Ноддак получил из России. После длительного отделения платиноидов, в результате возгонки было обнаружено небольшое количество желтоватых игольчатых кристалликов, обративших на себя особое внимание. Химические свойства этого вещества, собранного в количестве 1 мг, не были идентичны со свойствами ни одного из соединений известных элементов.

Вторым объектом исследования был колумбит, так как от платиновой руды пришлось отказаться вследствие ее дороговизны. В результате переработки около тысячи трехсот образцов после обогащения было получено около 1 г сульфидов металлов, где, по предварительным подсчетам, должно было содержаться 1 мг эка- и двимарганца. Из-за преобладания в образце оксидов ниобия и тантала, не удалось выделить соединения рения в чистом виде. Новый элемент можно было идентифицировать лишь при помощи рентгеноспектрального анализа. По результатам этих исследований Ноддак заявил об открытии элементов № 43 и № 75.

Опубликованное сообщение об открытии новых элементов вызвало оживленную дискуссию. Сотрудники Платинового института Академии наук СССР из многих килограммов платиновой руды по методике, описанной Ноддаком, получили тринадцать образцов, ни в одном из которых не было обнаружено новых элементов ни химическими, ни спектроскопическими, ни рентгенографическими методами.

Через несколько месяцев после сообщения Ноддака чешский химик И.Друце и англичанин Ф.Лоринг заявили об открытии элемента № 75 в пиролюзите. Кроме того Друце считал, что честь открытия рения вместе с ним должны разделить Я.Гейровский и В.Долейжек, заявившие о полярографическом обнаружении рения в коммерческих препаратах хлорида и сульфата марганца.

Дискуссия, однако, прекратилась, когда Ноддаку с сотрудниками в 1927 удалось получить 120 мг рения. Вопрос о приоритете в открытии рения до сих пор не снят, но факт получения Ноддаком первого образца редчайшего металла, да и само название элемента №75, свидетельствуют о признании мировым научным сообществом решающих заслуг группы Ноддака.

Рений в природе, его промышленное получение и рынок.

Рений – редчайший и сильно рассеянный элемент, по современным оценкам его кларк (среднее содержание в природе) в земной коре равен 7·10 –8 вес.%, что меньше кларка любого металла из группы платиноидов или лантаноидов. Если не принимать во внимание кларки инертных газов в земной коре (которых, однако, значительно больше в атмосфере), то можно назвать рений самым редким из элементов со стабильными изотопами.

Рений (за редкими исключениями) не образует собственных минералов, а лишь сопутствует минералам молибдена, вольфрама, свинца , платины, тантала, ниобия и др. Минералы рения (к примеру, джезказганит, Pb 4 Re 3 Mo 3 S 16) настолько редки, что представляют не промышленный, а скорее научный интерес.

Наиболее характерное свойство рения – его ярко выраженное геохимическое сходство с молибденом. Оба элемента проявляют одинаково высокое сродство к сере. Высшие галогениды молибдена и рения обладают повышенной летучестью и близкой реакционной способностью. Ионные радиусы четырехзарядных ионов Re 4+ и Mo 4+ практически одинаковы. Ноддаки установили, что дисульфиды рения и молибдена могут образовывать непрерывный ряд твердых растворов – они получили несколько образцов искусственного молибденита с содержанием рения от 0,5 до 10%. Поэтому неудивительно, что значительная часть рения в земной коре встречается в виде примеси в молибдените. Крупные месторождения молибденита есть в США, Армении, Узбекистане, Китае, Норвегии, Чили, Германии. Известно, что наиболее благоприятными условиями для создания повышенной концентрации рения в молибдените являются низкая температура кристаллизации минерала и небольшая глубина формирования месторождения.

Молибденит – не единственный минерал, содержащий рений, довольно велико содержание рения в минералах гранитных пегматитов (альвите, гадолините, цирконе, колумбите, танталите и др.). В них рений находится в виде тонко рассеянных сульфидов. Рений обнаружен и в минералах платины и вольфрама. Относительно велико содержание рения в метеоритном железе – 0,01 г/т, что значительно превышает кларк рения в земной коре. Причиной отсутствия рения в минералах марганца является, скорее всего, заметное различие и радиусах ионов Mn 2+ , Mn 3+ и Re 4+ . Большие количества элемента № 75 сосредоточены в медистых песчаниках, примером которых является группа месторождений Джезказганского региона в Казахстане. Отмечается накопление рения, наряду с другими тяжелыми металлами, в битуминозных остатках. Например, Мансфельдское месторождение (Германия) медистых сланцев служило основным источником производства рения до Второй мировой войны.

С распадом СССР проблема добычи рения встала перед Россией, поскольку его сырьевая база осталась, в основном, в Казахстане, Узбекистане и Армении. В 1990-х в высокотемпературных возгонах вулкана Кудрявый на острове Итуруп Курильской гряды была сделана уникальная геологическая находка: обнаружен собственный минерал рения – ReS 2 , предварительно названный ренитом. До этого момента в мире не было такого месторождения, промышленную ценность которого определял бы только рений. Уникальность Кудрявого заключается в том, что вулканические газы в местах выхода (в так называемых фумарольных, вулканических, полях) имеют необычайно высокую температуру (500–940° С). Только в таких условиях возможно образование минерала рения. Газы, выходящие на поверхность из других вулканов, намного холоднее. На протяжении столетий в местах выхода вулканических газов в рудных корках происходило концентрирование рения (в 10 9 раз). Содержание рения в этих корках, по разным оценкам, от четырех до нескольких десятков тонн. Ежегодно вулканом выбрасывается несколько тонн рения в виде газо-пылевой смеси. Кудрявый – вулкан гавайского типа, он не извергает потоки раскаленной лавы, а лишь «тлеет», что значительно упрощает извлечение ренита. Подсчитано, что за 100 лет в атмосферу вылетело и рассеялось по планете около 2000 тонн рения. Сейчас разрабатываются и внедряются промышленные установки по улавливанию дисульфида рения из вулканических выбросов. Годовая потребность России в рении составляет около 5 тонн, поэтому с внедрением эффективной технологии его извлечения можно не только полностью удовлетворить внутренние потребности страны, но и экспортировать металл.

Первый грамм довольно чистого рения был получен в 1929 Ноддаками в результате сложной химической переработки 660 кг норвежского молибденита. В 1930 мировое производство рения составило три грамма. В начале 1930-х было организовано первое промышленное производство рения. В 1940 было произведено 200 кг рения – более чем скромная цифра, если сравнить ее хотя бы с мировым производством золота (около 1000 тонн). В 1943 производство рения в США составило 4,5 кг.

Основными промышленными источниками получения рения являются медно-молибденовые, медные, свинцовые и полиметаллические руды, а также горючие сланцы. Мировая практика дешевого производства рения базируется на попутном извлечении элемента № 75 из молибденовых концентратов. Поскольку рений не является главной целью переработки таких концентратов, естественно, что технология его извлечения «привязана» к получению молибденового сырья. Все это выливается в громадные потери редчайшего металла. По данным американских ученых в 1965 было извлечено только 6% от всего содержащегося в молибдените рения. Молибденовые концентраты перерабатываются по традиционным схемам. Первая стадия – окислительный обжиг в печах с псевдоожиженным слоем при 550–650° С. Практически весь рений переходит в летучий при таких температурах гептаоксид, значительную часть которого уловить не удается, и он вылетает в трубу вместе с отходящими газами. Вторая стадия – перевод соединений рения после газопылеулавливания в раствор. Третья стадия – адсорбционное или экстракционное извлечение рения и перевод его в товарную соль – перренат аммония. Все стадии осуществляются параллельно с извлечением молибдена. Далее перренат аммония восстанавливают в трубчатых печах водородом при 800° С и получают рениевый порошок.

Помимо получения рения из пыли от обжига молибденитовых концентратов, есть еще несколько промышленных способов извлечения элемента № 75, связанных с использованием другого сырья. Рений извлекают из пыли медеплавильных заводов, из медных концентратов до их плавки, из налетов сажи, образующихся при шахтной плавке медистых сланцев, из свинцово-цинковой пыли шахтной плавки медистых сланцев.

Первое место по запасам рения занимают США (4,5 тысячи тонн, 62% мировых запасов), второе – Казахстан. Сейчас мировым лидером в производстве металлического рения является чилийская фирма Molybdenos Y Metales SA (Molyment). Рений выделяют как побочный продукт при обжиге молибденита. Чилийский экспорт рения составляет примерно 58% от первичных мировых поставок, объем которых составляет 35 т в год. Производство рения в США составляет около 11% от первичных мировых поставок. Второе место по объемам производства рения занимает Казахстан (Джезказганский медный рудник и Балхаш). В стране ежегодно производится 8,5 тонн рения (24% от мирового производства) в виде перрената аммония; при этом ресурсы Джезказганского рудника задействованы не на полную мощность. Производство рения в России в настоящее время, вследствие отсутствия сырьевой базы, находится на низком уровне и составляет несколько сот килограммов в год.

Главным импортером рения являются США. Цены на рений в основном диктуются экспортерами и официально не публикуются. Можно сказать лишь, что цена на чистый рений довольно высока и за последние двадцать лет колеблется в пределах 1000–2000 долларов за килограмм. В 2002 в США средняя цена на рений составляла 1060 долл/кг. Высокочистый рений, применяемый в электронике, значительно дороже; цены на него доходят до 900 долл/г.

Характеристика простого вещества.

Компактный рений – серебристый тяжелый металл, похожий на платину. В порошкообразном состоянии он имеет темно-серый (почти черный) цвет. Плотность его (при 20° С) равна 2102 кг/м 3 . Температура плавления 3170° С, температура кипения 5600° С. Реакционная способность металлического рения зависит от степени его измельченности и чистоты. Порошкообразный металлический рений может быть превращен в компактный металл путем спекания (металлокерамический процесс), плавления в электрической дуге или сфокусированном пучке электронов. Порошковая металлургия позволяет получить рений в виде слитков. При этом порошкообразный металлический рений прессуют в стальных матрицах на гидравлическом прессе. Спрессованные слитки затем спекают в два этапа. В компактном состоянии рений обладает относительной химической инертностью: не окисляется кислородом воздуха до 350° С, не взаимодействует с водой, галогеноводородными кислотами и разбавленной серной кислотой. Порошкообразный рений окисляется во влажном воздухе до рениевой кислоты:

4Re + 7O 2 + 2H 2 O = 4HReO 4 .

При нагревании металлический рений взаимодействует с фтором, хлором, бромом, серой, селеном:

Re + 3F 2 = ReF 6 ; 2Re + 5Cl 2 = 2ReCl 5 ;

Re + 2S = ReS 2 .

Даже при повышенной температуре рений не реагирует с оксидом углерода(II), метаном и углеродом.

Металлический рений легко растворяется в концентрированной и разбавленной азотной кислоте, концентрированной серной кислоте, пергидроле. Во всех случаях образуется рениевая кислота:

3Re + 7HNO 3 = 3HReO 4 + 7NO + 2H 2 O

2Re + 7H 2 SO 4 = 2HReO 4 + 7SO 2 + 6H 2 O

2Re + 7H 2 O 2 = 2HReO 4 + 6H 2 O.

В присутствии кислорода рений растворяется в расплавленных щелочах с образованием метаперренатов.

Металлический рений получают:

1) при восстановлении водородом перренатов щелочных металлов и аммония (промышленный способ). Перренат аммония предпочтительнее, поскольку из него получается чистый металл:

2NH 4 ReO 4 + 7H 2 = 2Re + 2NH 3 + 8H 2 O ;

2) при восстановлении водородом оксидов, оксигалогенидов и сульфидов рения:

Re 2 O 7 + 7H 2 = 2Re + 7H 2 O

ReS 2 + 2H 2 = Re + 2H 2 S ;

3) электролизом раствора перрената калия в присутствии серной кислоты:

4KReO 4 + 2H 2 SO 4 = 4ReЇ + 2K 2 SO 4 + 7O 2 +2H 2 O.

Важнейшие соединения рения.

Известно относительно небольшое число соединений одно, двух, трех, пяти и шестивалентного рения, все они малоустойчивы. Наиболее устойчивы соединения четырех- и семивалентного рения.

Диоксид рения, ReO 2, нелетучий коричнево-черный кристаллический порошок с металлическим типом проводимости, устойчивый на воздухе при комнатной температуре. При нагревании в кислороде, переходит в гептаоксид. Растворяется в концентрированной соляной кислоте с образованием комплексного соединения – гексахлорорениевой кислоты, H 2 зелено-коричневого цвета. Диоксид рения может быть получен частичным восстановлением Re 2 O 7 водородом при 300° С, восстановительным пиролизом перрената аммония в присутствии водорода или металлического рения. Является промежуточным продуктом при получении рения.

Дисульфид рения, ReS 2, черные мягкие кристаллы. Получают нагреванием порошкообразного металлического рения с избытком серы в атмосфере сероводорода. Является компонентом катализаторов в нефтехимических производствах.

Триоксид рения, ReO 3, кристаллы темно-красного цвета с металлическим блеском. Наиболее простой способ получения – разложение комплекса Re 2 O 7 с диоксаном, Re 2 O 7 ·2C 4 H 8 O 2 ·2H 2 O.

Оксид рения (VII ), Re 2O 7, рениевый ангидрид, светло-желтые, сильно гигроскопичные кристаллы. Может быть получен из элементов или окислением низших оксидов рения. Промежуточный продукт в производстве рения. Хорошо растворяется в воде, спирте, ацетоне. При растворении в воде дает бесцветный раствор рениевой кислоты. HReO 4 – сильная кислота, в свободном виде не выделена.

Перренат аммония, NH 4 ReO 4 , бесцветные кристаллы, растворимые в воде. Промежуточный продукт в производстве рения.

Применение металлического рения.

В учебнике неорганической химии Г.Реми 1961 можно найти следующие строки: «Рений оказался весьма подходящим при изготовлении наконечников перьев для авторучек; небольшие количества его придают высокую прочность и коррозионную устойчивость по отношению к подсыхающим чернилам…». Понятно, что это не самое удачное применение такого редкого металла. Действительно, за период с 1925 по 1967 мировая промышленность израсходовала всего 4,5 тонны рения. В начале 1930-х грамм рения стоил целое состояние – 40 000 немецких марок. В 1960-х он стоил намного больше платины и золота. Высокие цены объяснялись низкой эффективностью производства, улучшение которого, в свою очередь, лимитировалось маленьким спросом. В начале 1980-х мировое потребление рения составляло не более тонны в год. В 1990 в Советском Союзе было использовано 10 т рения. Сейчас потребность одних только США составляет 30 тонн ежегодно, и эта цифра будет продолжать расти.

Сейчас наиболее масштабными областями потребления рения являются производства тугоплавких специальных сплавов (50%) и катализаторов для нефтеперерабатывающей промышленности (40%). Рений – металл стратегического значения. Сплавы на основе рения применяются в авиационной, атомной и космической промышленности. В частности, из них изготавливаются лопатки для газотурбинных двигателей, сопла ракет и самолетов. Без рения невозможно создание авиационных двигателей ближайшего будущего. В некоторых моделях дорогих машин (например, Rolls-Royce Trent 500) все чаще используются рениевые сплавы. Сплавы вольфрама с рением в атомной энергетике служат оболочками тепловыделяющих элементов, работающих при температурах от 1650–3000° С. Из сплава Ta-W-Re изготавливают теплозащитные экраны аппаратов, возвращающихся из космоса на Землю.

Рений – незаменимый материал при изготовлении высокотемпературных электродов и термопар. Вольфрамовые нити накаливания электроламп под действием примеси кислорода и паров воды быстро разрушаются. Однако если их покрыть тонким слоем рения, срок службы лампочек значительно увеличивается. Тончайшие рениевые покрытия – один из наиболее эффективных методов защиты металлов от коррозии.

В конце 1960-х – начале 1970-х мировая нефтехимическая промышленность начала освоение платино-рениевых катализаторов риформинга нефтяных фракций, что позволило значительно улучшить качество автомобильных бензинов. Использование таких катализаторов увеличило пропускную способность установок риформинга на 40%, кроме того срок их службы увеличивается почти в 4 раза.

Все это позволяет назвать рений металлом высоких технологий.

Юрий Крутяков

На курильском острове Итуруп летом начнет работать самый инновационный газово-металлургический завод, аналогов которому нет в мире. Об этом "РГ" рассказали в минвостокразвития.

Российские ученые смогли создать технологию, позволяющую добывать один из самых редких, дефицитных и драгоценных химических элементов на нашей планете - рений.

Рений (Re) - 75-й элемент в периодической таблице Менделеева, тяжелый серебристый металл с высокой тугоплавкостью. Его температура плавления чрезвычайно высока и составляет более 3000 градусов по Цельсию. Такие свойства делают этот металл поистине стратегическим: его используют в ракетостроении, в строительстве реактивных двигателей, носовых обтекателей сверхзвуковой авиации, камер сгорания, для производства военной техники. Стратегическую ценность этого драгоценного для высокотехнологичных отраслей экономики металла усиливает еще и тот факт, что рений является и одним из самых редких элементов на планете, его мировые запасы оцениваются всего в 13 тысяч тонн. Цена килограмма рения доходит до 1400 долларов.

До недавнего времени считалось, что месторождений этого металла в природе не существует. Но еще в 90-х годах российские ученые обнаружили месторождение рения в жерле бодрствующего итурупского вулкана Кудрявый. Изначально здесь были обнаружены залежи этого минерала в 10-15 тонн, но позже выяснилось, что ежегодно вулкан выбрасывает в атмосферу 20 тонн металла.

В 2015 году ВНИИ химической технологии (ВНИИХТ) совместно с Институтом вулканологии и геодинамики (ИВиГ) разработали укрупненную установку для получения Re-концентрата. Оборудование по улавливанию рения из вулканических газовых испарений может работать при температурах от 250 до 300 градусов по Цельсию. Это сооружение представляет собой комплекс специальных куполов - уловителей газа, из которого с помощью катализаторов будут извлекать драгоценный рений.

После его испытаний в жерле Кудрявого выяснилось, что извлеченный концентрат содержит также селен, теллур, индий и германий, цветные металлы. Как рассказали "РГ" в минвостокразвития, на Курильских островах имеются месторождения и проявления черных, цветных, благородных (включая разрабатываемые в настоящее время на острове Уруп месторождения золота) и редких металлов, самородной серы, поделочных камней, парогидротерм (гремучих ключей), а также многочисленные источники термальных и минеральных вод.

Разработка месторождения рения и его добыча предусмотрена федеральной целевой программой "Социально-экономическое развитие Курильских островов (Сахалинская область) на 2016-2025 годы". В итоге из вулкана Кудрявый будут добывать не только рений, но и германиевый (германий необходим для производства оптики и радиоэлектроники, а также в ядерной физике в качестве материала для детекторов гамма-излучения) и индиевый (индий используется в микроэлектронике) концентраты. Как рассказал "Российской газете" академик Генрих Штейнберг, чьей энергии проект обязан своей реализации, рений на Кудрявом был открыт в сложные времена для отечественного хозяйства, в 1992 году. "Тогда основная наша задача заключалась в том, чтобы прогнозировать извержения вулканов и вулканическую активность, - рассказал ученый. - Ведущий метод контроля при этом - анализ состава газа, испускаемого вулканом. Во время замера мы заметили, что в глубине рыхлой породы, в шлак-песке, есть что-то блестящее. Мы этот обломок вытащили, и через пару часов, когда он остыл и его можно было взять в руки, стало ясно, что этот кусок является рудным минералом, похожим на молибденит. Через несколько месяцев было определено, что этот минерал содержит в себе рений".

Весной 1993 года в РАН узнали о том, что в нашей стране существует единственный в мире рениевый минерал. Летом того же года правительство дало поручение председателю геологического комитета (аналог минприроды) и правительственному комитету по науке и технике разобраться в этом вопросе. В итоге до 1998 года ежегодно выделялось денег примерно по 10 процентов от того, что было необходимо для реализации проекта.

По словам Генриха Штейнберга, в 90-е годы "в основном на энтузиазме все делалось". Дефолт 1998 года нанес сильный удар по всем работам. "В 2000-е годы, наконец, нашелся инвестор, неизвестный широкой публике, но известный в нефтяных кругах, который дал денег, на них мы работали до 2007 года. В 2007 году вышли два поручения правительства о выделении бюджетных средств. Но живых денег наш проект и сотрудники так и не увидели", - сетует ученый.

Однако в 2014 году появился новый инвестор, чьи ресурсы позволили создать опытную установку для получения Re-концентрата. Полномасштабные успешные испытания этого оборудования состоялись в 2015 году. "В июле - сентябре нынешнего года промышленная установка по извлечению Re-концентрата будет готова и задействована. Для того, чтобы эта технология пошла в серию, установка должна проработать в опытно-промышленном режиме хотя бы год", - говорит Генрих Штейнберг.

Одним из самых востребованных редчайших металлов в мире. И это неудивительно, ведь сегодня цена грамма рения на мировом рынке составляет в среднем около 9 долларов или 514 рублей.

Чтобы понимать, с чем связана такое востребованное применение рения и, соответственно, его цена, рассмотрим более подробно физико-химические свойства и сферы применения металла.

История происхождения

Еще в конце 19 века Д. Менделеев выдвинул предположение о существовании нового элемента, который был аналогичен марганцу, при этом атомный вес составлял около 190. Поэтому известный химик и дал такое название новому гипотетическому металлу, как три марганец.

Однако в чистом виде рений был выделен в 1925 году немецкими учеными-химиками супругами Ноддак. Так как эта семья проживала недалеко от реки Рейн, то новый металл, соответственно, получил название рений.

Стоит также отметить, что рений стал последним открытым нерадиоактивным химическим элементом.

Особенности добычи

На сегодняшний день мировые запасы рения оцениваются в 17 тыс. тонн.

Как правило, он извлекается из следующих природных материалов:

• молибденовые руды;
• углесодержащее сырье;
• джезкаганит;
• колчедан;
• циркон;
• некоторые редкоземельные минералы.

Среди стран, в которых расположены наибольшие месторождения рения можно смело отметить:

• Чили;
• Россия;
• Канада;
• Казахстан;
• Перу;
• Армения;
• Узбекистан.

Стоит отметить, что самородных месторождений рения не существует, так как он добывается из медно-молибденовых руд, при этом немаловажным является тот аспект, что извлечение металла из породы происходит только после получения меди или молибдена.

Производство

Прежде всего, стоит понимать, что производство рения является довольно затратным и трудоемким процессом, который, как правило, происходит в ряд следующих этапов:

• материал извлекается из породы посредством выщелачивания, при этом используется слабо концентрированный раствор серной кислоты;
• перренат аммония получают такими способами, как электролиз, ионный обмен, сорбция или экстракция;
• непосредственно рений в виде порошка получают путем восстановления перрената, при этом в реакции обязательно присутствует водород;
• порошкообразный материал преобразуют в металл металлургическим методом, а в отдельных случаях производят выплавку в печи;
• для снижения потерь рения при переплавке используют такие установки, как фильтры, циклоны и скрубберы, которые в значительной степени увеличивают объем получаемого металла.

Применение новейших технологий при производстве рения позволяет получить металл высокого качества.

Свойства

Прежде всего, стоит понимать, что рений - это твердый и плотный по структуре металл с белым оттенком. В химической таблице Менделеева этот элемент имеет атомный номер 75.

Среди физико-химических особенностей рения нужно выделить ряд следующих немаловажных аспектов:

• температура плавления - 3186 0 С;
• температура кипения - 5870 0 С;
• температура рекристаллизации - 2800 0 С;
• плотность - 24,03 г/см 3 ;
• модуль упругости элемента - 470 Гн/м 2 ;
• интенсивное окисление рения начинается при температуре 300 0 С;
• металл не растворяется в кислотных средах - исключение лишь азотная кислота;
• взаимодействие со ртутью сопровождается образованием амальгамы.

Популярность использования рения, в первую очередь, связана с рядом таких преимущественных свойств, как:

• высокая жаропрочность;
• отличная прочность;
• хорошая устойчивость к коррозии;
• прекрасная тугоплавкость;
• высокая устойчивость к окислению;
• отличная пластичность;
• хорошая свариемость.

Области применения рения

Уникальные физико-химические свойства дают возможность использовать рений в следующих сферах жизнедеятельности человека:

1. В нефтеперерабатывающей промышленности является основным компонентом при изготовлении катализаторов, позволяющих получать бензин с высоким октановым числом. Так же рений весьма успешно используется для увеличения пропускной способности установок и оборудования, что в значительной мере повышает эксплуатационный ресурс.
2. В авиастроительной сфере рений применяют как основной элемент при производстве деталей для сверхзвуковых истребителей. Это связано с тем, что этот металл обладает повышенными характеристиками жаропрочности, при этом стоит знать, что количество рения в сплавах составляет не менее 6%;
3. В электротехнической промышленности его применение используется при производстве следующих элементов:

• полупроводники;
• опоры с вращающейся рамкой, иначе говоря, керны;
• контактные группы из рения примечательны тем, что на рабочих поверхностях всегда появляется окисел, который быстро улетучивается, иначе говоря, контакты являются самоочищающимися;
• электронно-лучевые трубки;
• подогреватели катодов;
• загенераторные лампы;
• детали точных приборов.

1. В ядерной промышленности его начали применять при изготовлении термопар, позволяющих измерить высокую температуру в реакторе. Из этого металла также изготовляются цельнотянутые трубы для отвода тепловыделяющих элементов.
2. В медицинской области рений применяется в основном при изготовлении специализированных инструментов, которые позволяют успешно выполнять научно-исследовательскую работу и лечение заболеваний разной тяжести.
3. В ювелирном деле рений нашел успешное применение в покрытии для украшений и драгоценных изделий.

Ценовая политика и динамика цен

Как правило, цены на любую производимую продукцию устанавливаются на основе доступности товара. В этом ракурсе вполне логично сделать вывод о том, что рений является отнюдь не слишком доступным материалом, при этом стоит взять внимание тот факт, что активный спрос на этот металл вполне вероятно диктует динамику цен.

Согласно статистическим данным, мировые запасы рения ориентировочно колеблется от 13 до 17 тыс. тонн, при этом ежегодное потребление рения составляет 40-50 тонн. Исходя из указанных данных, несложно произвести расчеты, которые будут говорить о том, что при таком потреблении человечеству хватит рения на 250 - 300 лет.

Биологические рения исследованы ещё недостаточно. Растворимые соединения рения мало токсичны. Экспериментальному токсикологическому изучению подвергались перренаты калия и натрия и некоторые хлористые соединения рения. Введённый в организм рений спустя 1-1,5 часа обнаруживается в органах, накапливаясь(подобно элементам VII группы) в щитовидной железе. Однако рений быстро выводится из организма: через сутки- 9,2%, спустя 16 суток-99%. Перренат калия не оказывал токсического действия при внутрибрюшинным введении мышам в количестве 0,05-0,3мг. Гибель крыс наблюдалась лишь при внутрибрюшинном введении NaReO4 в количестве 900-1000 мг/кг. Большей токсичностью обладают хлориды рения.

Пыль металлического рения не вызывает явлений интоксикации, а при введении через органы дыхания приводит к слаботекущему фиброзу. Семиокись рения Re2O7 более токсична. При концентрации её в воздухе 20 мг/м3 однократное действие вызывает острый процесс в лёгких.

Применение рения

Металлический рений и его сплавы обладают уникальными физико- химическими свойствами, что обеспечивает их применение в важнейших областях современной техники. Высокая температура плавления рения(31800С) и замечательные механические свойства при высоких температурах обеспечили его применение в производстве жаропрочных сплавов. а малая упругость паров при этих температурах и высокое удельное сопротивление(2,1 10-5 ом см) даёт возможность широкого применения его в электронной технике. сплавы рения с платиновыми элементами и вольфрамом используются для изготовления термопар, работающих при температурах свыше 20000С, благодаря высокой термоэлектродвижущей силе при этих температурах. коррозионная устойчивость рения по отношению к агрессивным средам(газообразный хлористый водород, его растворы и др.) позволяет применять его в качестве покрытий для защиты ряда металлов.

Особенно широкое применение нашли сплавы рения с вольфрамом и молибденом. Так, например, в США в 1966 г. на изготовление жаропрочных сплавов рения с молибденом и вольфрамом использовалось до 75-80% всего рения. Основными областями применения этих сплавов являются электроника(детали электронных ламп, детали термоионных преобразователей энергии, нити накала и др.), электротехника (термопары для измерения высоких температур, электроконтакты и т.д., авиакосмическая техника (детали термоионных двигателей, насадки ракет, части ракетных сопел, атомная техника (термопары, средства защиты от радиации, конструкционные детали реакторов и др.) Рений используется также в сварочной технике, в химической промышленности в качестве катализатора.

Кроме перечисленных областей применения, рений может быть использован в аналитической химии(в качестве реагента на калий, для фракционной кристаллизации соединений редкоземельных элементов.

Высокие цены на рений ограничивают возможность его промышленного использования. Поэтому применение рения ограничивается изготовлением изделий, где небольшие количества металла обеспечивают высокие эксплуатационные характеристики.