100 великих достижений в мире техники - Станислав Зигуненко

Рений – металл, который до последнего времени считался рассеянным. В природе он встречается в основном в виде примесей в молибдените. Минералы же рения – например, джезказганит – настолько редки, что представляют собой научную ценность.

На вершине вулкана Кудрявый на острове Итуруп в местах выхода вулканического газа найден новый минерал – рениит

Между тем высокопрочные сплавы для космической и авиационной техники немыслимы без рения. Добавка всего от 4 до 10 % рения позволяет им выдерживать температуры в 2000° и более без потери прочности. Именно из рениевых сплавов изготавливают ныне корпуса и лопасти турбин, сопла двигателей ракет и самолетов. Кроме того, рений используется в нефтехимической промышленности – в биметаллических катализаторах при крекинге и риформинге нефти. Применяется он также в электронике и электротехнике – здесь из него делают термопары, антикатоды, полупроводники, электронные трубки и т. д. Впрочем, до недавнего времени об уникальных свойствах рения практически ничего не знали. Скажем, за период с 1925 по 1967 год вся мировая промышленность израсходовала всего 4,5 т рения. Ныне же потребность только США составляет около 30 т в год. И спрос все растет…

Дорого не только золото. Однако рений – очень ценный металл. Стоимость даже неочищенного сырья – перрината калия – оценивается на мировом рынке по 800 долларов за килограмм. Очищенный рений стоит и того дороже: в зависимости от степени очистки его цена колеблется от 1,5 до 900 долларов за грамм.

Долгое время его получали исключительно как побочный продукт производства меди и молибдена. При обжиге медного или молибденового концентрата рений в виде оксида вылетает из печных труб. Его улавливают фильтрами и пропускают через серную кислоту. Образуется перринат калия, из которого затем и выделяют чистый рений.

В 1990 году Советский Союз использовал порядка 10 т рения, из которых 70 % – в авиации, 5 % – в нефтехимии, 5 % – в электронике и 20 % – в других отраслях.

Однако потом случилась незадача. В Советском Союзе основным потребителем рения и его соединений была РСФСР (около 70 % суммарного потребления), а производителем – Казахская ССР (более 70 % суммарного производства). Вообще по запасам рения казахи стоят на втором месте в мире после американцев. И после развала СССР они резко подняли цены на рениевое сырье.

Примерное такое же положение и с другими месторождениями. Ведь кроме медистых песчаников Джезказганского месторождения для получения рения использовали медно-молибденовые месторождения в Узбекистане и Армении, а также на крупнейшем в мире медно-молибденовом месторождении Эрдзнет в Монголии.

В общем ныне на нашу долю остались лишь три мелких месторождения в Читинской области и на Кавказе. Разработка их нерентабельна, так что сырьевая рениевая база России сейчас на нуле. Пока наши промышленники выходят из положения, договариваясь с бывшими соотечественниками из Узбекистана и Казахстана и получая рений в порядке обмена на другие товары.

Но этот способ ненадежен. При малейших международных осложнениях мы можем лишиться импортного сырья. Нужно было искать иной выход из положения. Теперь он найден.

Месторождение в кратере. « Рений в виде минерала обнаружен нашими учеными почти случайно, – вспоминает доктор геолого-минералогических наук А. Кременецкий, заместитель директора Института минералогии, геохимии и кристаллохимии редких элементов (ИМГРЭ) Министерства природных ресурсов и РАН. – На Сахалине в городе Южно-Сахалинске есть Институт вулканологии и геодинамики Российской академии естественных наук. Директор его – Генрих Семенович Штейнберг уже много лет организует научные геологические экспедиции с участием ученых из Новосибирска, Москвы, Иркутска и других городов».

И вот во время такой экспедиции в 1992 году сотрудники Института экспериментальной минералогии (он находится в городе Черноголовка, под Москвой) и Института геологии рудных месторождений (Москва) вели наблюдение на вулканах Южнокурильской гряды и на вершине вулкана Кудрявый на острове Итуруп в местах выхода вулканического газа нашли новый минерал – рениит. Содержание рения в нем достигает 80 %. Стало быть, из него можно получать рений. А еще лучше и проще использовать в качестве сырья прямо выходящий из-под земли газ.

Вулкан Кудрявый высотой 986 м – так называемого гавайского типа – отличается довольно покладистым нравом; он не взрывается, тихо тлеет.

«На его вершину можно взобраться и без особых опасений заглянуть в его кратер, – рассказывают вулканологи. – При этом в темную ночь, вы можете увидеть в глубине раскаленную ярко-красную лаву, бурлящую, словно вода в котле. За последние сто лет она ни разу не прорывалась на поверхность – видимо, кратер хорошо продувается газами»…

Поэтому именно Кудрявый и был выбран в качестве экспериментальной площадки для строительства завода на вулкане. Кроме того, тут имеется 6 фумарольных полей – площадок размером 30×40 м с большим количеством мест выхода газа. Из них четыре – высокотемпературные; вулканические газы в них имеют температуру от 500 до 940 °C. А только на таких «горячих» полях и образуется минерал рениит. Там, где холоднее, рениита намного меньше, а при температуре ниже 200° он практически отсутствует.

Наши исследователи с помощью специально сконструированных приборов установили, что рения непосредственно в вулканическом газе содержится около 1 г на тонну. За одни сутки вулкан выбрасывает в атмосферу около 50 тыс. тонн газов или за год – 20 т чистого рения. Это с лихвой хватит всей нашей промышленности и даже для продажи за рубеж останется.

Кроме того, ученые обнаружили, что в вулканических газах кроме рения содержится по меньшей мере десяток других редких элементов: германий, висмут, индий, молибден, золото, серебро…

Металл из газа. Итак, каким же образом будут добывать рений на вулкане? Наши специалисты разработали и в 1999 году запатентовали технологию извлечения рения, попытавшись сымитировать природный процесс осаждения сульфида рения в местах выхода высокотемпературных вулканических газов. На пути газа они решили поставить улавливатели, на которых сульфид рения осаждался бы в виде тоненьких иголочек, как на вулканическом кратере. В качестве носителей, адсорбирующих на себе сульфид рения, использовали природные минералы цеолиты, имеющие очень большую пористость – около 2 кв. м на 1 г цеолита. А довольно крупное месторождение цеолитов есть на Сахалине – не так уж далеко от вулкана.

Опытная проверка технологии в лаборатории показала, что она намного проще и дешевле традиционного способа извлечения рения из молибденовой руды.

В 2000 году наши специалисты собрали деревянную пирамиду с площадью основания около 9 кв. м. Ею, словно воронкой, вскорости должны накрыть одно из небольших фумарольных полей. Из вершины пирамиды в сторону будет отведена десятиметровая труба. А поскольку газ из вулкана выходит под очень низким давлением, для создания дополнительного напора в конце трубы планируется поставить вентилятор-дымосос. Дальше газ пройдет через емкость со 100 кг цеолита. Далее, цеолит будет промываться серной кислотой, которую тоже попытаются получать прямо на месте из чистой вулканической серы. Затем сернокислый раствор, содержащий рений, прогонять насосами через ионообменную смолу.

Опытно-промышленная установка предусматривает сезонную работу с годовым объемом добычи рения около 280 кг. Если все получится, согласно расчетам, то деревянный купол затем заменят бетонным. И хотя строительство в этих краях стоит недешево – ведь все необходимое оборудование и сырье придется доставлять вертолетами, – за два года работы промышленная установка должна себя полностью окупить. А потом начнет давать чистую прибыль.

Жидкий… уголь?!

Несмотря на то что ныне цены на нефть и газ весьма высоки, а разведанные запасы черного золота и метана весьма приличны, в специальной печати нет-нет да и проскользнет опасение: «Что мы будем делать, когда запасы жидкого и газообразного топлива закончатся?»

Именно над решением этой проблемы и работают в настоящее время российские специалисты, предложившие новый эффективный способ переработки традиционного угля в новое топливо.

«Хлеб промышленности» – так называли каменный уголь в прошлом и позапрошлом веках. И в самом деле, все XIX и добрую половину XX столетий не только печки в домах, но и домны с мартенами на металлургических комбинатах, котельные на заводах и фабриках, топки паровозов и пароходов топились именно углем.

Лишь с появлением все большего количества автомобилей, тракторов и танков, двигатели внутреннего сгорания которых работали исключительно на жидком топливе – бензине и соляре, – на первое стала выходить добыча нефти, а потом и газа.