На планете существует большое количество разнообразных металлов, различающихся редкостью и сложностью добычи. Специалисты данной области делят их на две группы: природные и искусственно получаемые в лабораторных условиях. Стоимость некоторых представителей второй группы сильно отличается от стоимости природных металлов, присутствующих на мировом рынке, по причине длительного и трудоемкого процесса их изготовления.
В данном рейтинге представлено 13 самых дорогих металлов в мире.
13-место: Индий – ценный серебристо-белый металл из группы легких металлов, обладающий сильным блеском. Был открыт в 1863 году в Германии в химической лаборатории ученых Фердинанда Рейха и Теодора Рихтера, которые изучали добытые в горах Саксонии цинковые минералы. Он мягкий, легкоплавкий и ковкий, его без труда можно порезать обычным ножом. Самостоятельных месторождений индий не образует и входит в состав руд цинка, свинца, меди и олова. Ежегодно производится несколько сотен тонн данного металла. Благодаря своим уникальным свойствам он нашел широкое применение в микроэлектронике, полупроводниковой технике, машиностроении. Его используют для изготовления зеркал, фотоэлементов, зубных цементов, в качестве уплотнителя и даже в космических технологиях. Цена 1 грамма металла индия равняется 0,5-0,7 долларам.
12-е место: Серебро – известный с давних времен и один из популярнейших драгоценных металлов, встречающийся как в самородном состоянии, так и в виде соединений. Используется для покрытия зеркал, изготовления ювелирных украшений и монет. Он активно применяется в электронике, стоматологии, фотографии, обладает отличной электро- и теплопроводностью. Крупнейшие запасы данного металла сосредоточены в Польше, Китае, Мексике, Чили, Австралии, США и Канаде. Стоимость грамма серебра составляет 0,55-1 у.е.
11-е место: Рутений – яркий серебристый металл, характеризующийся тугоплавкостью, твердостью и хрупкостью одновременно, самый редкий из платиновой группы. Был открыт в 1844 году профессором Карлом Клаусом, занимавшимся исследованиями в Казанском университете. Характеристики рутения делают его востребованным материалом в ювелирном деле, химической и электронной промышленности. Его используют для изготовления лабораторной посуды, контактов, электродов, проводов. В Японии и Западной Европе большое количество рутения идет на производство печатных схем и резисторов, а также для получения хлора и разнообразных щелочей. Данный металл часто используется как катализатор для множества химических реакций. Его производство полностью сосредоточено в ЮАР. Стоимость одного грамма рутения составляет 1,5-2 доллара.
10-е место: Скандий – легкий и высокопрочный металл серебристого цвета с желтым отливом. Впервые элемент был обнаружен в 1879 году шведским химиком Ларсом Нильсоном, который назвал его в честь Скандинавии. Скандий активно применяется в мире высоких и инновационных технологий. Его используют при конструировании роботов, ракет, самолетов, спутников и лазерной техники. Также сплавы данного металла служат в спортивной сфере – для изготовления высококлассного инвентаря, такого как клюшки для гольфа и высокопрочные рамы для . Самые крупные месторождения богатых скандием минералов находятся в Норвегии и на Мадагаскаре. Стоимость одного грамма данного металла равняется 3-4 долларам США.
9-е место: Рений – серебристо-белый металл, относящийся к самым востребованным, труднодоступным и редким элементам в мире. Он очень плотный и имеет третью самую высокую температуру плавления среди всех своих сородичей. Обнаруженный в 1925 году металл используется в электронной и химической промышленности. Высокая плотность позволяет изготовлять из него лопатки турбин, сопла для реактивных двигателей и т.д. Цена на грамм рения колеблется от 2,4 до 5 условных единиц за грамм.
8-е место: Осмий – голубовато-серебристый металл, характеризующийся высокой плотностью и хрупкостью. В чистом виде в недрах его не существует, встречается только в связках с другим металлом из платиновой группы – иридием. Был открыт в 1803 году двумя британскими химиками Смитсоном Теннантом и Уильямом Волластоном. Свое название металл получил от греческого слова osme, что означает “запах”. Осмию действительно присущ довольно резкий и неприятный запах, напоминающий смесь чеснока и хлорки. Добывают данный металл на Урале, в Сибири, Южной Африке, Канаде, США и Колумбии. Используется в основном в химической промышленности в качестве катализатора и в фармакологии. Цена одного грамма осмия на мировом рынке составляет 12-15 долларов.
7-е место: Иридий – тяжелый, твердый и одновременно хрупкий металл серебристо-белого цвета. Мир впервые узнал о нем в 1803 году благодаря британскому химику С. Теннанту, который также открыл вышеупомянутый элемент. Самостоятельно иридий практически нигде не применяется и чаще всего используется для создания сплавов. Он обладает высокой температурой плавления, плотный и выступает в качестве наиболее коррозиестойкого металла. Ювелиры добавляют его к платине, поскольку он делает ее втрое тверже, а украшения из такого сплава практически не изнашиваются и очень красиво выглядят. Также он востребован при изготовлении хирургических инструментов, электроконтактов, точных лабораторных весов. Из него делают кончики для дорогих авторучек. Иридий применяется в аэрокосмической технике, биомедицине, стоматологии, химической промышленности. В течение года мировая металлургия расходует приблизительно одну тонну данного металла. Основное месторождение иридия находится в ЮАР. Его стоимость равняется 16-18 долларам за 1 грамм.
6-е место: Палладий – легкий, гибкий серебристо-белый металл из платиновой группы. Он очень пластичный, легкоплавкий, хорошо полируется, не тускнеет и довольно стоек к коррозии. Был открыт в 1803 году британским химиком Уильямом Волластоном, отделившим незнакомый металл от платиновой руды, которая прибыла из Южной Америки. Сегодня палладий приобретает все большую популярность среди ювелиров, поскольку невысокая цена, доступность и легковесность позволяют дизайнерам создавать из него самые смелые ювелирные творения, относящиеся к различным ценовым категориям и стилям. Платиновый металл широко используется в очистительных устройствах и для антикоррозийных покрытий. Наибольшее количество данного элемента на мировые рынки поступает из России, но крупные месторождения также есть в ЮАР. Стоимость палладия составляет 25-30 у.е. за один грамм.
5-е место: Родий – твердый благородный металл из платиновой группы серебристого цвета, обладающий сильными отражающими свойствами. Он очень твердый, устойчив к воздействию высоких температур и окислению. Был открыт в 1803 году в Англии химиком Уильямом Волластоном в процессе работы с самородной платиной. Родий считается редким элементом – ежегодно добывается около 30 тонн данного металла. Самые крупные месторождения находятся в России, ЮАР, Колумбии и Канаде. Примерно 80 % родия служит катализатором в автомобильной и химической промышленности. Из него изготовляют зеркала и фары для автомобилей, а в ювелирном деле он применяется в ходе конечной обработки изделий. Главное достоинство родия – участие в производстве ядерных реакторов. Стоимость ценного платинового металла колеблется в пределах 30-45 долларов за 1 грамм.
4-е место: Золото – главный драгоценный металл, который в природе встречается исключительно в чистом виде. Оно очень прочно, однородно, устойчиво к коррозии и считается самым ковким. Из-за своей долговечности и пластичности уже много лет золото носит звание самого популярного благородного металла. Широко используется в ювелирной, электронной промышленности, стоматологии. Крупнейшие страны-золотодобытчики – США, Китай, ЮАР, Австралия. Стоимость одного грамма золота на мировом рынке составляет 35-45 у.е.
3-е место: Платина – благородный металл серебристо-белого цвета с особенным блеском, встречающийся в природе только как естественный сплав с другими металлами: благородными и неблагородными. Она приобрела большую популярность благодаря присущей ей пластичности, плотности и отличному виду. Получение данного металла осуществляется в результате сложных химических процессов. Кроме производства ювелирных изделий и монет, платина широко используется в медицинской и электронной промышленности, в аэронавтике, производстве оружия. Крупнейшие страны-добытчики платины - ЮАР, Россия, США, Зимбабве, Канада. Цена одного грамма данного металла колеблется в пределах 40-50 долларов.
2-е место: Осмий-187 – редкий изотоп, процесс добычи которого отличается особой сложностью и занимает около девяти месяцев. Он представляет собой черный мелкокристаллический порошок с фиолетовым оттенком, носящий звание самого плотного вещества на планете. При этом изотоп Осмий-187 очень хрупок, его можно растолочь в обычной ступе на мелкие частички. Он имеет важное научно-исследовательское значение, его используют как катализатор химических реакций, для изготовления измерительных приборов высокой точности и в медицинской отрасли. Казахстан - первое и единственное государство, продающее Осмий-187 на мировом рынке. Рыночная стоимость уникального металла составляет 10 тысяч у.е. за 1 грамм, а в книге рекордов Гиннесса он оценивается в 200 тысяч американских долларов.
1-е место: Калифорний-252 – один из изотопов калифорния, самый дорогой металл в мире, стоимость которого достигает 10 миллионов долларов США за 1 грамм. Его баснословная цена вполне оправдана – ежегодно производится всего 20-40 микрограммов данного элемента, а общий мировой запас составляет не более 8 граммов. Создают калифорний-252 в лабораторных условиях с помощью двух ядерных реакторов, которые находятся в США и России. Впервые данный металл был получен в Калифорнийском Университете в Беркли в 1950 году. Уникальность калифорния кроется не только в его стоимости, но и в его особых свойствах – энергия, вырабатываемая одним граммом изотопа, равняется энергии среднего атомного реактора. Применение самого дорогого металла в мире распространяется на область медицины и научные исследования ядерной физики. Калифорний-252 – мощный источник нейтронов, что позволяет использовать его для обработки злокачественных опухолей, где другая лучевая терапия бездейственна. Уникальный металл позволяет просвечивать части реакторов, детали самолетов, и обнаруживать повреждения, которые обычно тщательно скрываются от рентгеновских лучей. С его помощью удается находить запасы золота, серебра и месторождения нефти в недрах земли.
На фото - калифорний рядом с гвоздем
К началу 2013 года рынок рения испытал три года относительного спокойствия после значительной изменчивости с конца 2006 по 2009 год, когда наличная цена достигла максимума почти в 12000 долл./кг на фоне круто возросшего потребления в космических суперсплавах. Начиная с конца 2009 года наличная цена на рений оставалась ниже 5000 долл./кг и снизилась до уровня 3500-3700 долл./кг в январе 2013 года.
Несмотря на некоторые проблемы в промышленности, Roskill полагает, что основные и вторичные ресурсы в настоящее время достаточны, чтобы позволить производителям и потенциальным производителям идти в ногу со спросом. Это должно означать продолжение периода стабильности на рынке рения и безопасность поставок потребителям по приемлемым ценам.
Рений обладает сопротивлением к оплавлению и входит в состав суперсплавов для изготовления лезвий газовых турбин, используемых при чрезвычайно высоких температурах в аэро двигателях и промышленных газовых турбинах. Из-за страхов относительно безопасности поставки у цены на рений были периоды большой изменчивости, что, таким образом, отталкивало производителей сплавов полагаться на металл.
В начале 2000-х годов рынок рения, вероятно, находился в профиците, поскольку производство продолжило увеличиваться, несмотря на снижение объемов выпуска аэродвигателей в период между 2002 и 2005 годами. С 2007 до 2009 год производство рения было ниже, а потребность в металле со стороны авиакосмической промышленности, напротив, стала увеличиваться. В результате излишки, которые росли в начале 2000-х годов, были быстро израсходованы.
В период между 2009 и 2012 годами поставки рения, вероятно, были в приблизительном балансе с потреблением. В ближайшие годы, по прогнозам Roskill, производители должны лучше понимать рынок и быть в состоянии регулировать объемы выпуска металла в соответствии со спросом.
В дополнение к своему неоценимому вкладу в стабильность суперсплавов и безопасность аэрореактивных двигателей, рений используется в преобразующих катализаторах в производстве высокооктановых нефтепродуктов.
Он также используется в качестве промоутера в катализаторах в операциях газ-к-жидкости, и хотя пока это небольшая сфера потребления, она может стать намного более важной в долгосрочной перспективе в свете быстрого расширения добычи сланцевого газа в США и в других странах.
Основные области применения рения
Суперсплавы на основе никеля, содержащие рений, используются в камерах сгорания турбинных лопаток и выхлопных сопел реактивных двигателей. Эти сплавы обычно содержат 3%, а некоторые даже 6% рения, что делает строительство реактивных двигателей самой большой сферой использования для элемента, который имеет критическое стратегическое военное значение для использования в высокопроизводительных военных реактивных и ракетных двигателях.
Следующая по значимости сфера потребления рения - это биметаллические катализаторы из платины и рения для химической промышленности, которые используются при переработке нефти для производства высокооктановых углеводородов, которые используются в производстве бензина, без содержания свинца. Другие применения – это содержащий сплавы в конструкции тиглей, электрические контакты, электромагниты, электронные лампы, нагревательные элементы, датчики ионизации, масс-спектрографы, металлические покрытия, полупроводники, датчики контроля температуры, термопары и вакуумные трубки.
Цены на рений
Из-за его низкой доступности по сравнению со спросом, рений является одним из самых дорогих металлов. Согласно историческим данным, опубликованным на Metalprices.com, средняя ежемесячная спотовая цена рения в период с декабря 2010 года по август 2012 года составила 4318 долл./кг. Диапазон цен в течение этого времени был: минимум около 4050 долл./кг, а максимум около 4550 долл./кг. Тем не менее, в тот же период времени, в среднем цена металлического рения, на основе данных Бюро переписи населения США о таможенной стоимости, составила около 2000 долл./кг, что намекает на существование двухуровневого рынка. Причина такого различия спотовой цены и статистики импорта заключается в долгосрочных договорах (LTAS) между крупнейшим в мире экспортером рения Molymet (Чили) и крупнейшими в мире потребителями металла, которые являются производителями реактивных двигателей: GE, Pratt & Whitney и Rolls Royce и их контрактными партнерами по производству сплавов.
Система LTAS была создана много лет назад и ее строго придерживаются, несмотря на резкие колебания на спотовом рынке, где цены на рений достигали 12000 долл./кг в августе 2008 года. LTAS и соглашения на их основе о поставках по фиксированной цене - несомненная польза для производителей реактивных двигателей в течение нескольких последних лет - истекают в 2013 году. Многие в отрасли подозревают, что Molymet примет схему ценообразования, основанную больше на рыночных ценах, вместо сохранения нынешней схемы долгосрочных контрактов с низкой ценой.
Прогноз мирового рынка рения
Соединения рения, содержащиеся в молибденовых концентратах, получают из медно-порфировых месторождений, а рений извлекают в виде побочного продукта при обжиге таких молибденовых концентратов.
Рений-содержащие продукты включают в себя перренат аммония (APR), металлический порошок и рениевую кислоту. По сравнению с 15 млн. тонн меди, из руд которой он выделяется, поставки первичного рения ежегодно составляют приблизительно 46 тонн, а спрос на металл - около 54 тонн. Но этот небольшой рынок имеет большие сферы применения, например, 3%-ная добавка в никелевых жаропрочных сплавах и 0,3% с платиной в биметаллических катализаторах для производства нефтепродуктов.
Большую часть рения экспортируется в виде металлических гранул с чистотой 99,9%, при этом 90% и даже более – это экспорт в США. Более 80% мирового рения потребляется в производстве жаропрочных сплавов для применения в основном в сплавах для производства реактивных авиационных двигателей газовых турбин. Нынешние прогнозы в отношении будущего спроса на рений со стороны аэрокосмической промышленности «бычие», так как глобальный парк воздушных судов, как ожидается, удвоится в течение следующих 20 лет. По последнему прогнозу компании Boeing, количество воздушных перевозок будет расти в среднем на 5% в год в течение следующих двух десятилетий, а рост грузовых перевозок составит в среднем 5,2% в год. В дополнение к этим сильным прогнозам в отношении гражданских самолетов, военные инвестиции в высокотехнологичные самолеты приведет к дальнейшему увеличению объемов производства реактивных двигателей. Например, в начале августа 2012 года, Россия объявила о своих планах по модернизации ВВС до 2020 года и о выделении $723 млрд. на покупку 600 новых самолетов, 1000 новых вертолетов и капитальный ремонт существующих самолетов за этот период.
В своем седьмом ежегодном обзоре рынка самолетов, выпущенном в декабре 2013 года, Boeing прогнозирует, что инвесторы на крупнейших рынках самолетов обеспечат финансирование еще одного рекордного года по выпуску лайнеров в мире. Общая стоимость контрактов на поставку коммерческих самолетов может достичь $112 млрд. в 2014 году, при этом совокупная доля Boeing и его европейского конкурента Airbus составит 95% этого рынка.
За период 05.12.16 - 24.07..6%. Динамика цен на Рений за последние 3 месяца представлена на графике:
| 1100.00 | |||||||||||||||||
| 890.00 | |||||||||||||||||
| 05.12.16 | 19.12.16 | 26.01.17 | 11.03.17 | 27.03.17 | 26.04.17 | 30.05.17 | 24.07.17 |
Рений: Динамика изменения цен на мировом рынке |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Рений – редкоземельный светло-серебристый металл. Рений относится к тугоплавким металлам, имеет длительную прочность при сверхвысоких температурах (от 1000 до 2000 С). Металл устойчив к воздействию растворов плавиковой и соляной кислоты при температуре, не превышающей 100 С, рений не взаимодействует с азотом.
Добывают рений из молибденовых и некоторых медных концентратов. Процентное содержание металла в молибденовых растворах составляет от 0,01 до 0,04%, в медных концентратах – от 0,002 до 0,003%. Извлекают рений из шламов и пыли путем выщелачивания слабым раствором серной кислоты с добавкой пиролюзита, который является окислителем. На следующем этапе производства рения используют метод экстракции или сорбции. В результате такой обработки получают перренат аммония, при восстановлении которого водородом получают порошок рения. Дальнейшая обработка рениевого порошка происходит при помощи применения методов порошковой металлургии или зонной плавки.
Крупнейшими российскими производителями рения являются:
ЗАО «Промэлектроника»;
- ОАО «ГИРЕДМЕТ»;
- ОАО «Победит».
Применяют рений в вакуумных полупроводниковых и электронных приборах. Металл может применяться в процессах дегидрирования и гидрирования как высококачественный катализатор.
В медицине рений применяют для изготовления специализированного медицинского инструмента, а также для проведения научных исследований в области лечения многих заболеваний. Металл используют в качестве добавки для получения сплавов, способных работать в условиях вакуума, а также применяемых для производства термопар, катодов и электрических контактов.
Применяют рений в ювелирном деле, металл используют в качестве покрытия для ювелирных изделий.
Радиоэлектроника использует сплавы из рения для производства микросхем. Сплавы на основе рения используются в качестве защитных покрытий для металлических деталей и поверхностей. Защитные покрытия из рения значительно превосходят защитные цинковые и хромовые покрытия. Наносят защитные покрытия из рения на металлические детали и поверхности, к которым предъявляются повышенные требования износоустойчивости, антикоррозийной стойкости и прочности.
Добавка рения в вольфрам и молибден позволяет облегчить дальнейшую обработку данных тугоплавких металлов.
Рений - химический элемент с атомным номером 75 в Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева, обозначается символом Re (лат. Rhenium).
Атомный номер - 75
Атомная масса - 186,21
Плотность, кг/м³ - 21000
Температура плавления, °С - 3180
Теплоемкость, кДж/(кг·°С) - 0,138
Электроотрицательность - 1,9
Ковалентный радиус, Å - 1,28
1-й ионизац. потенциал, эв - 7,87
История открытия ренияИстория элемента №75, подобно истории многих других элементов, начинается с 1869 г., года открытия периодического закона.
Недостающие элементы VII группы Менделеев называл «экамарганцем» и «двимарганцем» (от санскритских «эка» – один и «дви» – два). Правда, в отличие от экабора (скандия), экаалюминия (галлия) и экасилиция (германия), эти элементы не были описаны подробно. Впрочем, сообщений, авторы которых претендовали на открытие двимарганца, вскоре появилось довольно много. Так, в 1877 г. русский ученый С. Керн сообщил об открытии элемента дэвия, который мог бы занять место двимарганца в менделеевской таблице. Сообщение Керна не приняли всерьез, потому что повторить его опыты не удалось. Однако открытая Керном качественная реакция на этот элемент (через роданидный комплекс) остается основой аналитического метода определения рения...
Систематические поиски неоткрытых аналогов марганца начали в 1922 г. немецкие химики Вальтер Ноддак и Ида Такке, ставшая позже супругой Ноддака. Они отлично представляли себе, что найти элемент №75 будет нелегко: в природе элементы с нечетными атомными номерами распространены всегда меньше, чем их соседи слева и справа. А здесь и четные соседи – элементы №74 и 76, вольфрам и осмий, – достаточно редки. Распространенность осмия составляет величину порядка 10 –6 %, поэтому для элемента №75 следовало ожидать величины еще меньшей, примерно 10 –7 %. Так, кстати, и оказалось... Первоначально для поисков нового элемента были избраны платиновые руды, а также редкоземельные минералы – колумбит, гадолинит. От платиновых руд вскоре пришлось отказаться – они были слишком дороги. Все внимание исследователи – супруги Ноддак и их помощник Берг – сосредоточили на более доступных минералах, и им пришлось проделать поистине титаническую работу. Выделение препаратов нового элемента в количестве, доступном для рентгеноскопического исследования, потребовало многократного повторения однообразных и долгих операций: растворение, выпаривание, выщелачивание, перекристаллизация. В общей сложности за три года было переработано более 1600 образцов. Лишь после этого в рентгеновском спектре одной из фракций колумбита были обнаружены пять новых линий, принадлежащих элементу №75. Новый элемент назвали рением – в честь Рейнской провинции, родины Иды Ноддак.
5 сентября 1925 г. в собрании немецких химиков в Нюрнберге Ида Ноддак сообщила об открытии рения. В следующем году та же группа ученых выделила из минерала молибденита MoS 2 первые 2 мг рения.
Через несколько месяцев после этого открытия чешский химик Друце н англичанин Лоринг сообщили о том, что они обнаружили элемент №75 в марганцевом минерале пиролюзите MnO 2 . Таким образом, число ученых, открывших рений, увеличилось до пяти. Позже почетный член Чехословацкой академии наук И. Друце не раз писал, что, кроме них с Лорингом, супругов Ноддак и Берга, честь открытия рения должны бы разделить еще два ученых – Гейровский и Долейжек.
Содержание рения в земной кореРений - один из редчайших элементов земной коры. Его кларковое число - 10 −3 г/т. По геохимическим свойствам он схож со своими гораздо более распространёнными соседями по периодической системе - молибденом и вольфрамом. Поэтому в виде малых примесей он входит в минералы этих элементов. Основным источником рения служат молибденовые руды некоторых месторождений, где его извлекают как попутный компонент.
Рений встречается в виде редкого минерала джезказганит (CuReS 4), найденного вблизи казахского города Джезказган. Кроме того, в качестве примеси рений входит в колумбит, колчедан, а также в циркон и минералы редкоземельных элементов.
О чрезвычайной рассеянности рения говорит тот факт, что известно только одно экономически выгодное месторождение рения, находящееся в России: запасы в нём составляют около 10-15 тонн. Это месторождение было открыто в 1992 году на вулкане Кудрявый, остров Итуруп, Южно-Курильские острова. Месторождение представлено фумарольным полем с постоянно действующими источниками высокотемпературных глубинных флюидов - фумаролами. Это означает, что месторождение активно формируется по сегодняшний день. Рений находится здесь в форме минерала рениит ReS 2 , со структурой, аналогичной молибдениту.
Физические свойства ренияРений - четвёртый в списке элементов с наибольшей плотностью в твёрдом состоянии.
Рений кристаллизуется в гексагональной плотноупакованной решетке (а = 2,760 Å, с = 4,458 Å). Атомный радиус 1,373 Å, ионный радиус Re7+ 0,56 Å. Рений - тугоплавкий тяжёлый металл, по внешнему виду напоминает сталь. Плотность 21,03 г/см3; tпл 3180°С, tкип 5900 °С. Порошок металла - чёрного или темно-серого цвета в зависимости от дисперсности. По ряду физических свойств рений приближается к тугоплавким металлам VI группы (молибден, вольфрам), а также к металлам платиновой группы. Чистый металл пластичен при комнатной температуре, но вследствие высокого модуля упругости после обработки твёрдость рения сильно возрастает из-за наклёпа. Для восстановления пластичности его отжигают в водороде, инертном газе или вакууме. По температуре плавления рений занимает второе место среди металлов, уступая лишь вольфраму, а по плотности - четвёртое (после осмия, иридия и платины). Удельная теплоемкость 153 дж/(кг·К), или 0,03653 кал/(г·град) (0-1200 °С). Термический коэффициент линейного расширения 6,7·10-6 (20-500 °С). Удельное объемное электрическое сопротивление 19,3·10-6 ом·см (20 °С). Температура перехода в состояние сверхпроводимости 1,699 К; работа выхода 4,80 эв, парамагнитен.
По тугоплавкости Рений уступает лишь вольфраму. В отличие от вольфрама, Рений пластичен в литом и рекристаллизованном состоянии и деформируется на холоду. Модуль упругости Рения 470 Гн/м2, или 47 000 кгс/мм2 (выше, чем у других металлов, за исключением Os и Ir). Это обусловливает высокое сопротивление деформации и быстрый наклеп при обработке давлением. Рений отличается высокой длительной прочностью при температурах 1000-2000 °С.
Рений выдерживает многократные нагревы и охлаждения без потери прочности. Его прочность при температуре до 1200 °C выше, чем вольфрама, и значительно превосходит прочность молибдена. Удельное электросопротивление рения в четыре раза больше, чем у вольфрама и молибдена.
Химические свойства ренияКомпактный рений устойчив на воздухе при обычных температурах. При температурах выше 300°C наблюдается окисление металла, интенсивно окисление идет при температурах выше 600°C. Рений более устойчив к окислению, чем вольфрам, не реагирует непосредственно с азотом и водородом; порошок рения лишь адсорбирует водород. При нагревании рений взаимодействует с фтором, хлором и бромом. Рений почти не растворим в соляной и плавиковой кислотах и лишь слабо реагирует с серной кислотой даже при нагревании, но легко растворяется в азотной кислоте. Со ртутью рений образует амальгаму.
Рений взаимодействует с водными растворами пероксида водорода с образованием рениевой кислоты.
У атома Re семь внешних электронов; конфигурация высших энергетических уровней 5d56s2. На воздухе при обычной температуре Рений устойчив. Окисление металла с образованием оксидов (ReO3, Re2O7) наблюдается начиная с 300 °С и интенсивно протекает выше 600 °С. С водородом Рений не реагирует вплоть до температуры плавления. С азотом не взаимодействует вообще. Рений, в отличие от других тугоплавких металлов, не образует карбидов. Фтор и хлор реагируют с Рением при нагревании с образованием ReF6 и ReCl5, с бромом и иодом металл непосредственно не взаимодействует. Пары серы при 700-800 °С дают с Рением сульфид ReS2.
Рений не корродирует в соляной и плавиковой кислотах любых концентраций на холоду и при нагревании до 100 °С. В азотной кислоте, горячей концентрированной серной кислоте, в пероксиде водорода металл растворяется с образованием рениевой кислоты. В растворах щелочей при нагревании Рений медленно корродирует, расплавленные щелочи растворяют его быстро.
Для Рения известны все валентные состояния от +7 до -1, что обусловливает многочисленность и разнообразие его соединений. Наиболее устойчивы соединения семивалентного Рения. Рениевый ангидрид ReО7 - светло-желтое вещество, хорошо растворимое в воде. Рениевая кислота HReO4 - бесцветная, сильная; сравнительно слабый окислитель (в отличие от марганцевой HMnO4). При взаимодействии HReO4 с щелочами, оксидами или карбонатами металлов образуются ее соли - перренаты. Соединения иных степеней окисления Рения - оранжево-красный оксид (VI) RеО3, темно-коричневый оксид (IV) ReO2, легколетучие хлориды и оксихлориды ReCl5, ReOCl4, ReO3Cl и другие.
Технология получения ренияРений получают при переработке сырья с очень низким содержанием целевого компонента (в основном это медное и молибденовое сульфидное сырье).
Переработка сульфидного ренийсодержащего медного и молибденового сырья основана на пирометаллургических процессах (плавка, конвертирование, окислительные обжиг). В условиях высоких температур рений возгоняется в виде высшего оксида Re 2 O 7 , который затем задерживается в системах пылегазоулавливания.
В случае неполной возгонки рения при обжиге молибденитовых концентратов, часть его остается в огарке и затем переходит в аммиачные или содовые растворы выщелачивания огарков. Таким образом, источниками получения рения при переработке молибденитовых концентратов могут служить сернокислотные растворы мокрых систем пылеулавливания и маточные растворы после гидрометаллургической переработки огарков.
При плавке медных концентратов с газами уносится 56-60 % рения. Невозогнавшийся рений целиком переходит в штейн. При конвертировании последнего содержащийся в нем рений удаляется с газами. Если печные и конверторные газы используют для производства серной кислоты, то рений концентрируется в промывной циркуляционной серной кислоте электрофильтров в виде рениевой кислоты. Таким образом, промывная серная кислота служит основным источником получения рения при переработке медных концентратов.
Основные методы выделения из растворов и очистки рения - экстракционные и сорбционные.
Мировая добыча ренияМировая добыча рения в 2006 году составила около 40 тонн.
Рений - дорогой металл: килограмм рения стоит около 1000$. Высокочистый рений ещё дороже.
Сырьевые источники и запасы ренияПо запасам рения на первом месте в мире США, на втором месте Казахстан.
Общие мировые запасы рения составляют около 13000 тонн, в том числе 3500
тонн в молибденовом сырье и 9500 т - в медном. При перспективном уровне
потребления рения в количестве 40-50 тонн в год человечеству этого металла
может хватить еще на 250-300 лет. Приведенная цифра носит оценочный характер
без учета степени повторного использования металла. В 2002 г. экспорт рения из
Чили составил 20,57 т, или 58 % мирового производства рения. Производит рений в
Чили фирма «Molybdenos у Меtales SA». Рений получают в форме брикетов, гранул
или порошка. Вторым в мире по объему производства рения является Жезказганский
горно-металлургический комбинат в Казахстане: он производит 8,5 т рения в год.
В Узбекистане, на урановом руднике в Навоийской области в год получают 500-1000
кг
рения. В
США рений производит фирма «Phelps Dodge» как побочный продукт обогащения
медно-молибденовой руды месторождения Sierrita. В год здесь производится около
4 т рения.
Запасы рения в виде рениита на острове Итуруп оцениваются в 10-15 тонн, в виде вулканических газов - до 20 тонн в год.
В практическом отношении важнейшими сырьевыми источниками получения первичного рения в промышленном масштабе являются молибденовые и медные сульфидные концентраты. В общем балансе производства рения в мире на них приходится более 80 %. Остальное в основном приходится на вторичное сырье.
Добыча рения в РоссииВ 1992 году удача улыбнулась геологам - они нашли рений на территории России и не в виде примесей в других минералах, а уникальное единственное известное в мире скопление минерала рения!
Рений в виде минерала обнаружен нашими учеными почти случайно. 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 режимное наблюдение на вулканах Южнокурильской гряды и на вершине вулкана Кудрявый на острове Итуруп в местах выхода вулканического газа нашли новый минерал - рениит. Внешне он напоминал обычный молибденит, а оказался сульфидом рения. Содержание рения в нем достигает 80%. Это было почти чудо - заявка на возможность промышлен ного использования рениита для получения рения.
Вулкан Кудрявый высотой 986 метров - вулкан так называемого гавайского типа. В отличие от взрывающихся газовых вулканов он тихо тлеет. И в темную ночь, заглянув в кратер, вы можете увидеть в глубине раскаленную ярко-красную лаву. Иногда лава прорывается на поверхность и растекается по склонам. Правда, Кудрявый последние сто лет ведет себя спокойно - видимо, хорошо продувается газами, поэтому лава не выплескивается наружу. Поверхность кратера вулкана Кудрявый имеет размеры 200х400 метров. На кратере Кудрявого находятся шесть фумарольных полей - площадок размером 30х40 метров с большим количеством мест выхода газа. Над ними всегда курится желтоватый дымок.
Ученые задумались, откуда мог взяться сульфид рения на вершине вулкана, и пришли к выводу, что он кристаллизуется в виде иголочек прямо из вулканического газа. Из шести имеющихся фумарольных полей четыре - высокотемпературные. Вулканические газы в них имеют температуру от 500 до 940 градусов по Цельсию. И только на таких "горячих" полях и образуется новый минерал рения. Там, где холоднее, рениита намного меньше, а при температуре ниже 200 градусов он практически отсутствует. В этом и заключается уникальность вулкана Кудрявый: ведь вулканические газы, выходящие на поверхность на фумарольных полях других вулканов, гораздо менее горячие.
Исключение составляет единственный вулкан Килауэа, который находится на Гаваях. Его газы тоже имеют высокую температуру, но, правда, содержание рения в них в два раза ниже, чем в газовых выбросах вулкана Кудрявый. Да и уловить газы на Килауэа практически невозможно - гавайский вулкан постоянно извергает потоки раскаленной лавы.
Штейнберг и его сотрудники подсчитали, сколько сульфида рения накопилось на вулкане за сто лет "работы" в стационарном режиме. Оказалось, что не так уж и много - 10-15 тонн. Этого России хватило бы на год-полтора.
Российские учёные решили проверить содержание этого металла в вулканических газах. С помощью специально сконструированных приборов было установлено, что рения там содержится около одного грамма на тонну. А только лишь за одни сутки вулкан выбрасывает в атмосферу около 50 тысяч тонн газов. Это - 20 тонн рения ежегодно. А за сто лет "в трубу" вылетело более 2000 тонн рения, который рассеялся по планете.
Ученые также обнаружили, что в вулканических газах содержится не только рений, а еще по меньшей мере десяток редких сопутствующих элементов: германий, висмут, индий, молибден, золото, серебро и другие металлы.
Применение ренияВажнейшие свойства рения, определяющие его применение, это: очень высокая температура плавления, устойчивость к химическим реагентам, каталитическая активность (в этом он близок к платиноидам).
В начале 1970-х годов на основе рения был изготовлен катализатор, который способствовал получению ароматических углеводородов. Сегодня сплав никеля с рением, называемый «монокристаллическим», используется для изготовления деталей газовых турбин, поскольку он обладает большой стойкостью к высоким температурам и к перепадам температур. Сплав выдерживает температуру до 1200 С, поэтому в турбине можно поддерживать стабильно высокую температуру, полностью сжигая горючее, так что при этом с выхлопными газами выбрасывается меньше токсичных веществ.
Примерно 75 % всего потребляемого рения уходило в 80-е годы в нефтедобывающую промышленность на производство рениеплатинового катализатора. Подсчитано, что для этой цели сейчас используется около 5 тыс. т платины (содержащей 15 т рения). Поскольку платина и рений очень дороги, эти катализаторы регулярно, через 3-5 лет, подлежат восстановлению для вторичного использования. При этом потери металла не превышают 10 %. Основным поставщиком катализатора является фирма «W.C.Heraeus GmbH & Co. KG». В настоящее время ни одна газовая турбина не делается без использования ренийсодержащего жаропрочного сплава. Для этой цели сейчас расходуется 66 % всего производства рения, или 27 т/год.
Он применяется в электронике и электротехнике (термопары, антикатоды, полупроводники, электронные трубки и т. д.). Особенно широко в этой отрасли промышленности использует рений Япония (65-75% своего потребления).
Мировая потребность в редких металлах обычно меняется скачкообразно. Интерес к ним не постоянный, а пульсирующий. Он зависит от внедрения в производство новых высокотехнологичных сплавов с различными добавками. Сегодня в такие сплавы требуется добавлять какой-либо редкий металл, а завтра, может быть, ему найдут замену, и потребность в нем отпадет практически полностью. Что касается рения, еще лет десять назад он использовался редко. За период 1925-1967 годов мировая промышлен ность израсходовала всего 4,5 тонны рения. А сегодня только потребность Соединенных Штатов составляет около 30 тонн в год. На США приходится более 50% мирового потребления рения, причем за последние пять лет спрос на этот редкий металл увеличился в 3,6 раза.
Рений используется при изготовлении:
- платинорениевых катализаторов, применяемых для синтеза высокооктанового компонента бензина, используемого для получения товарного бензина, не требуещего добавки тетраэтилсвинца.
- вольфрам-рениевых термопар, позволяющих измерять температуры до 2200 °C
- сплавов с вольфрамом и молибденом. Добавка рения повышает одновременно и прочность и пластичность этих металлов.
- нитей накала в масс-спектрометрах и ионных манометрах.
- реактивных двигателей. В частности, монокристаллические никелевые ренийсодержащие сплавы, обладающие повышенной жаропрочностью, используются для изготовления лопаток газотурбинных двигателей.
Кроме того, из рения делают самоочищающиеся электрические контакты. При замыкании и разрыве цепи всегда происходит электрический разряд, в результате чего металл контакта окисляется. Точно также окисляется и рений, но его оксид Re 2 O 7 летуч при относительно низких температурах (температура кипения - всего 362,4 °C) и поэтому при разрядах он испаряется с поверхности контакта. Поэтому рениевые контакты служат очень долго.
Биологическая роль ренияМаловероятно, что рений участвует в биохимических процессах. Вообще о воздействии рения на живые организмы известно очень мало, не изучена его токсичность, поэтому при работе с его соединениями следует быть осторожным.
