Рений это металл или неметалл

Металл рений, наряду с вольфрамом и молибденом составляет троицу тугоплавких элементов. Одновременно с этим он способен длительно сохранять прочность при сверхвысоких температурах, вплоть до 20000 С.

Внешне, металлический рений обладает светло-серебристым оттенком, тогда как его порошки имеют черный цвет.

Этот элемент относится к редкоземельным металлам и оказывается рассеянным, то есть отсутствует концентрация элемента в определенной географической области планеты.

Происхождение и месторождения рения

История открытия Рения – металла – берет истоки с конца 19 века. Именно тогда Д. Менделеев предположил существование аналога марганца с атомным весом около 190.

Русский ученый поэтому и дал наименование гипотетическому металлу: тримарганец. Реальное название элемент получил в 1925 году, когда немецкие химики И. и В.

Ноддак обнаружили его в составе колумбита посредством спектрального анализа. Имя рений происходит от названия известной реки Рейн.

Рений, как указывалось ранее, – это классический пример рассеянного элемента. Среднее содержание металла в земной коре по массе составляет стомиллионные доли процента. В природе существует три ренийсодержащих минерала, это оксид, сульфид и сульфоренат меди.

Последний минерал также известен, как джезказганит (жезказганит) по названию одноименного месторождения в Казахстане. В качестве примеси, рений можно встретить в минералах редких земель, а также других элементов: колумбитах, танталитах, цирконатах.

Особенно высоко примесное содержание Re в молибдените, доходящее до 0.5%.

Так выглядит минерал джезказганит – месторождение которого находится в Казахстане

Современные мировые запасы элемента оцениваются на уровне 17000 тонн. Преимущественно, это молибденит. Значительно реже металл встречается в углеродсодержащем сырье. Например, содержание рения в сырой нефти колеблется от 0.002 до 0.2 грамм на тонну. Как уже отмечалось ранее, рениевые месторождения в мире отсутствуют, что и относит элемент к классу рассеянных.

Стран, где по данным геологической разведки, сосредоточены наибольшие запасы этого металла достаточно много. Это:

• США и Канада в Северной Америке;

• южноамериканские государства Чили и Перу;

• евразийские территории Казахстана, России, Армении и Узбекистана.

Рений, добываемый в Советском Союзе, практически весь находился на территории Казахстана среди песчаников Жезказганского месторождения. Эта страна и по сей день остается среди мировых лидеров по балансовым запасам Re, уступая только США.

Рудник под Жезказганом

Физико-химические свойства

Популярность рения связана с его экстремальными физическими характеристиками, среди которых высокими показателями отличаются:

Металл устойчив к воздействию большинства кислот, в частности плавиковой и соляной, однако растворяется азотной.

Рений – один из наиболее «тяжелых» элементов, является парамагнитным. Его плотность 21.03 г/см3 соразмерна величинам этого параметра для металлов платиновой группы.

По величине тугоплавкости металл уступает только вольфраму, однако в отличие от него Re характеризуется пластичностью в кристаллизованном и литом состояниях, а также способностью деформироваться при отрицательных температурах.

Модуль упругости этого элемента составляет 470 Гн/м2, уступая только осмию и иридию, что обусловливает способность к быстрому наклепу под давлением.

Рений

О тугоплавкости рения отмечалось ранее, остается дополнить качественную характеристику количественными показателями: температура плавления составляет 31800 С, кипения – свыше 56000 С.

Дополнительно, Re обладает высокой температурой рекристаллизации, на уровне 28000 С.

Это применяется в промышленности для повышения температурного порога рекристаллизации посредством введения этого металла в сплавы.

Соли рениевой кислоты получили название перренаты, они также важны с точки зрения получения металлической формы элемента. Необходимо выделить следующие разновидности перренатов:

Восстановления перрената до металлического рения происходит при участии водорода.

Кроме солей, элемент образует два вида сульфидов, также представляющих технологический интерес при получении рения. Это связано с тем фактом, что в природе Re сопутствует сульфидным рудам.

Сульфидная руда

Кроме того, элемент способен образовывать две разновидности изотопов:

Примечательность второго изотопа обусловлена именно его стабильностью. Все элементы таблицы Менделеева, следующие за рением, не имеют стабильных изотопов.

Добыча рения

Получение рения основано на переработке медных и молибденовых руд. Технология достаточно затратная и трудоемка, поскольку на производство килограмма металла требуется до 2000 тонн руды.

Видео – интереснейший фильм под названием “Эффект рения”:

В фильме рассказывается об открытии месторождения рения.

https://www.youtube.com/watch?v=DpLbCnF6zwM

Добывают рений в большей части из концентратов молибдена, и только отчасти, меди. Преимущество молибденовых растворов состоит в более высокой концентрации элемента, составляющей до 0,04%. Напротив, содержание рения в медных концентратах, практически на порядок ниже, не превышая 0,003%.

Кратко, технологический процесс получения Re можно разделить на четыре этапа:

1. Извлечение из шламов и пыли при помощи выщелачивания слабым раствором серной кислоты. Допускается использование щелочных или солевых раствором, а также горячей воды. Дополнительно, в качестве окислителя применяется пиролюзит.
2. Получение перрената аммония. Процесс осуществляется различными методиками, включая экстракцию, сорбцию, ионный обмен, электролиз и даже осаждение малорастворимых соединений.
3. Производство порошка рения. Выполняется методом восстановления перрената при участии водорода. Процедура возможна внутри трубчатой печи при температуре 8000 После этого полученный порошок переводят в металл, применяя метод порошковой металлургии. Также можно применить зонное плавление или плавку в печи.
4. Обработка порошка для получения металлического рения с использованием технологий порошковой металлургии, а также зонной или электронно-лучевой плавки.

На российском рынке крупнейшие производителями рения:

Здание завода Гиредмет

Они производят рений различных марок от чистого металла до порошка Re-0 и Re-1.

Производство рения – достаточно затратная технология, поскольку при флотации молибденовой руды до 80 % элемента трансформируется в молибденовый концентрат.

Следующие потери Re связаны с процедурами обжига и плавления концентратов. При их нагреве до 650 °C, чего требует технология процесса, происходят существенные потери рения, который смешиваясь с выделяющимися газами, отводится через трубу как отходы. Чуть снизить уровень потерь редкоземельного металла удается благодаря установке специальных системы, среди которых:

Они применяются, чтобы выделить чистый элемент из отводимых газов. Это позволяет отделить рений от газа и увеличить объем его извлечения при обжиге. Так, методика отжига в печи с кипящим слоем позволяет получить до 96 % металла.

Новые подходы в получении Re направлены на снижение потерь исходного металла. Среди них выделяется технология гидрометаллургической переработки концентратов.

Область применения рения

Сферы использования рения достаточно разнообразны и включают:

Также интенсивно ведется применение этого металла в авиационной промышленности и кораблестроении.

Кроме того, металл представляет собой высококачественный катализатор, поэтому с его участием проходят процессы дегидрирования и гидрирования. Особенный интерес к элементу проявляет нефтеперерабатывающая промышленность, рассматривая его как базовый компонент при производстве новых катализаторов, например, рениево-платинового.

Это позволяет нарастить объемы выпуска высокооктанового бензина, и удешевляет производственные затраты. Действительно, рениевые катализаторы обходятся существенно дешевле платиновых аналогов.

Еще один положительный аспект применения рения как катализатора в нефтеперерабатывающей отрасли – увеличение пропускной способности установок, практически на 50%, а также двукратное повышение их эксплуатационного ресурса.

В медицинской отрасли применение Re акцентировано на изготовлении специализированного инструмента, и научно-исследовательской деятельности по лечению различных заболеваний. Аналогично медицине, металл в любом виде используется для ювелирного дела, где обеспечивает покрытие украшений и прочих изделий.

Применение рения в приборостроении не ограничено только полупроводниками. Свойства металла позволяют использовать его для производства сплавов, используемых при изготовлении опор с вращающейся рамкой – кернов. Парамагнетизм Re позволяет приобрести этим узлам свойства немагнитности.

Альтернативно, присущие рению физические свойства повышают твердость кернов, их устойчивость к коррозии. Аналогично этому, сплав на основе кобальта, с 7-процентным содержанием Re применяется для изготовления упругого элемента гироскопов, крутильных весов. Геодезические приборы также нуждаются в рении.

Проволочный или ленточный подвес этих устройств производится на основе рениевых сплавов.

Видео – Для чего используется редкий элемент рений, рассказывают ученые:

Естественно, особое место в применении рения занимает изготовление термопар. Приспособления, изготовленные из Re-содержащих сплавов, позволяют измерять высокие температуры, вплоть до 26000 C.

Жаропрочность этого элемента обусловила его применение в атомной технике, как конструкционного материала.

Он используется при изготовлении цельнотянутых труб под тепловыделяющие элементы, работающие в высокотемпературном режиме до 3000 °C.

Кроме того, использование рения в сплавах с вольфрамом и молибденом позволяет облегчить обработку этих тугоплавких металлов.

В радиоэлектронике свойства рения полезны для производства микросхем. Металл используют, как самоочищающийся контакт, а также выступает в качестве защитного покрытия металлических деталей и поверхностей.

Лом и отходы рения

Лом рения достаточно востребован на рынке вторичного сырья. Объявления типа: рений куплю, нацелены не только на отработавшие изделия из этого метала, но и на штабик, порошок рения, его прокат, сплавы, в частности МР47ВП, ВР5, ВР20. Фото перечисленных образцов в интернете не так уж и много.

Приемщики вторичного металла соглашаются покупать и термопарную проволоку, а также фольгу, содержащую Re. Сегодня на металлический рений цена определяется чистотой металла и начинается от $1000 за килограмм.

Альтернативно, многие компании согласны купить сырье под рений, представляющее собой руду, концентрат или другой неметалл, например, соли элемента.

Проволока из сплава с рением

Поэтому найденный отработанный медицинский инструмент, отходы производства рения, отработавшие ресурс термопары, а также любой другой материал, применяющийся для получения этого металла, его порошка представляет интерес.

Рений – металл, защищающий планету

Этот металл – один из редчайших на планете. Без него невозможно создание авиадвигателей нового поколения.

Он обнаружен даже в жерле вулкана. Это единственное на планете месторождение рения – богатство России.

Что представляет собой

Внешне рений напоминает платину или сталь: такой же холодно блестящий, серебристо-белый. Отличить его позволяет порошковая форма – темно-серая до черноты.

Относится к переходным металлам редкой рассеянной группы:

• К благородным не причислен, но превосходит их по редкости и утилитарным характеристикам.
• По составу это смесь изотопов 185 и 187 (соотношение 2:1). Рений-185 стабилен, рений-187 радиоактивен: период полураспада – более 43 млрд. лет.

Международное обозначение – Re (Rhenium), формула вещества – Re.

Как был открыт

История открытия металла охватывает два века:

• Существование элемента предполагал Дмитрий Менделеев. В 1871 году он «зарезервировал» за ним в своей таблице ячейку №75.
• Ее заполнили спустя полвека немецкие ученые Ида и Вальтер Ноддаки. Супруги-химики изучали платиновые руды и редкоземельные элементы. Протестировав полторы тысячи образцов, выявили минерал с нехарактерным сочетанием линий в спектре.

Новый металл назвали в честь Рейна – главной реки Германии.

• В 1926 году из молибденита впервые выделили рений – два миллиграмма. Через десять лет в Германии получили два центнера вещества.
• Почти чистое вещество получили в 1928 году. Ради 1 грамма переработали 0,6 тонн молибденита из Норвегии.
• Вторым государством, поставившем получение рения на поток, стали США: 4500 г в 1943 году.
• По завершении Второй мировой войны его извлечение отработали СССР, другие европейские страны: Великобритания, Бельгия, Франция, Швеция.

Рений – последний известный на сегодня природный элемент со стабильным изотопом в составе.

Физико-химические характеристики

Внешне, по физическим и химическим свойствам рений схож с платиноидами:

• Термопрочность. Характеристики, формула не меняются при длительном нагревании до 2000°C, многократных скачках от перегрева к переохлаждению.
• Каталитические характеристики.
• Повышенная стойкость к агрессивным веществам. Растворяется только азотной, нагретой серной кислотой, расплавами щелочей, пероксидом водорода.
• Окисляется при 301°С.
• Образует сплавы, соединения с галогенидами, серой.

Свойства атома
Название, символ, номер Атомная масса
(молярная масса) Электронная конфигурация Радиус атома Химические свойства
Ковалентный радиус Радиус иона Электроотрицательность Электродный потенциал Степени окисления Энергия ионизации
(первый электрон) Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.) Температура плавления Температура кипения Уд. теплота плавления Уд. теплота испарения Молярная теплоёмкость Молярный объём Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки Параметры решётки Отношение c/a Температура Дебая Прочие характеристики
Теплопроводность Номер CAS

Ре́ний / Rhenium (Re), 75

186,207(1) а. е. м. (г/моль)

[Xe] 4f14 5d5 6s2

137 пм

128 пм

(+7e) 53 (+4e) 72 пм

1,9 (шкала Полинга)

Re←Re3+ −0,30 В

от +7, +6, +5, +4, +3, +2, +1, 0, −1

759,1 (7,87) кДж/моль (эВ)

21,02 г/см³

3459 K (3186 °C, 5767 °F)

5869 K (5596 °C, 10105 °F)

34 кДж/моль

704 кДж/моль

28,43 Дж/(K·моль)

8,85 см³/моль

Гексагональная (плотноупакованная)

a=2,761 c=4,456

1,614

416,00 K

(300 K) 48,0 Вт/(м·К)

7440-15-5

Рений – первый по температуре кипения, второй по тугоплавкости (после вольфрама). Четвертый по «тяжести»: впереди только осмий, платина, иридий. По электросопротивлению вчетверо превосходит вольфрам и молибден.

Нахождение в природе

Самородный рений на Земле не встречается.

Нахождение в природе представлено следующими формами:

1. Как компонент состава собственных минералов. Они весьма редки, бедны (содержание металла не превышает 2%).
2. Промышленники разрабатывают металл попутно с полиметаллическими, платиновыми, медными, молибденовыми рудами.

Следовые количества вещества находят в буром угле.

Тонна земной коры содержит 0,7 мг рения.

Месторождения, добыча

Первые по запасам Чили, вторые США и Казахстан, третья Россия. Чили, США, Казахстан – главные поставщики сырья на мировой рынок.

Глобальные запасы рения оцениваются в 13 тысяч тонн. При ежегодном потреблении до 50 тонн недра планеты истощатся через 2,5 сотни лет.

Российские рудные (медные и молибденовые) запасы сосредоточены в Подмосковье и Рязанской области.

Уникальный источник вещества – вулкан Кудрявый на острове Итуруп (Курильская гряда):

• Потенциально оттуда можно извлекать 11-14 тонн, из вулканических газов – 18-27 тонн ежегодно.
• Структура его минерала – рениита – аналогична молибденовой.
• Вулканические газы также насыщены индием, германием, другими ценными металлами.

Это единственное на планете «месторождение» в жерле действующего вулкана.

И единственная локация, на которой рентабельна добыча рения как основного, а не побочного продукта.

Главная проблема при добыче – улавливание соединений металла (оксидов). Они улетучиваются почти мгновенно, поэтому требуется тщательная организация процесса.

Технология получения

Главный исходник для получения металла – медно-молибденовая руда. Из нее извлекают медь, молибден, затем выделяют рений.

• 
• Для этого применяют пиро-, гидрометаллургические, электрохимические методы переработки первичного либо вторичного сырья.
• Второй способ получения металла – извлечение из урановых руд методом подземного выщелачивания.

Где используется

Производственники оценили достоинства рения: жаропрочность, стойкость, твердость.

Однако масштабы использования диктует цена: рений востребован там, где заменить его нечем. Применяются в основном сплавы.

Рений как металл востребован следующими отраслями:

• Самолето-, ракетостроение. Главный потребитель металла (70%). Двигатели сверхзвуковых самолетов для оборонного и гражданского сектора. Присутствие рения в сплаве материала увеличивает грузоподъемность лайнера.

Для турбины двигателя новых модификаций лайнеров (Airbus, Bombardier, других) требуется 5,39 кг рения.

• Электроника, электротехника. Лампы накаливания специального назначения, рентгеновские, электроннолучевые трубки, термопары, контакты, начинка точных приборов.

Окисленные контакты из рения самоочищаются: окись улетучивается.

• Химия, нефтепереработка. Металл ценится как восстанавливаемый катализатор. Идет на производство элитных марок бензина.
• Ядерная медицина. Изотопами металла диагностируют, лечат сложные формы недугов, включая онкологию.

В мире востребовано ноу-хау российских ученых – рений-188. Аналогов этому продукту нет.

• Наука. Радиоактивный изотоп рений-187 – маркер по установлению возраста геологических формаций.

Новая сфера применения – покрытие. Процесс нанесения металла на поверхность называется ренированием. Им покрывают изнутри поверхности цистерн, контейнеров для агрессивных  химикалий.

Недостатки металла, тормозящие применение, – редкость, сложность добычи, высокая цена.

Цены

Рений редок, поэтому недешев. Стоимость зависит от степени чистоты и обработки материала.

Пиковые значения цены отмечены в 2008 году – $11,9 тыс./кг.

Сегодняшний диапазон – $1,5-4 тыс./кг.

Значение для человека

Рений не участвует в биологических процессах, но оценено его влияние на экологию.

Это «зеленый» элемент: двигатели из материалов с рением выдают более высокий КПД по использованию топлива. Как результат – уменьшение выбросов углекислого газа в атмосферу.

Проверить совместимость мужчины и женщины по Знаку Зодиака

Рений: происхождение и технология производства

Элемент получил свое название от реки Рейн, который первооткрыватели назвали в его честь. В тот период в периодической таблице И.Д.Менделеева было две свободные ячейки под марганцем, и оказалось не просто найти недостающие элементы для них — технеций и рений (Re).

Он был расположен ниже по таблице, и действительно, оказался последним открытым, стабильным, нерадиоактивным элементом. Он практически не имеет побочных эффектов, но многие специалисты считают, что было проведено, мало исследований токсичности Re. Его изотопный раствор, которым напоили крыс, показал уровни токсичности, сходные с поваренной солью.

В настоящее время нет  известных побочных эффектов для людей, земной почвы или атмосферы, полученных при добыче этих полезных ископаемых.

Происхождение и добыча рения

Рений является химическим элементом в периодической таблице, который имеет символ Re и атомный номер 75. Это серебристо-белый, редкий, тяжелый, поливалентный переходной металл, химически напоминающий марганец и используемый в некоторых сплавах.

В 1905 году Масатака Огава нашел его в минеральном торианите, привезенном из Шри-Ланки. Изучая атомные спектральные линии, он догадался, что нашел неизвестный элемент, но ошибочно полагал, что он находится прямо под марганцем, и поэтому его открытие в то время не было признанным.

Однако повторное изучение оригинальных фотографических спектров Огавы доказало, что именно он обнаружил Re.

Выделить Re смогли только в мае 1925 год. Это сделали немецкий физикохимик Вальтер Ноддак и его жена Ида Такке,  работающие в Берлине. Они получили элемент Re из руды гадолинита, в котором находилась его примесь. Re получается как побочный продукт измельчения молибдена, а сплавы рений-молибден являются сверхпроводящими.

Re – серебристо-белый блестящий металл. Он является одним из самых плотных и уступает только платине, иридию и осмию и имеет температуру плавления 3186 С, которая является третьей по величине температурой плавления среди всех элементов после углерода и вольфрама, а точка кипения его с 5870 С занимает лидирующее значение среди всех известных элементов периодической таблицы.

Re в природе свободно не встречается, и только совершенно недавно был обнаружен первый минерал рения. В 1994 году Nature опубликовал письмо, описывающее минерал сульфида рения, обнаруженный Институтом геологии рудных месторождений (Москва) при конденсации фумарола на российском вулкане Кудриавы Южно Курильской гряды.

Как выглядит рений

Re также редко встречается и в виде собственного сульфидного минерала — рениит (ReS 2). Тем не менее, часто его находят в качестве замены молибдена в молибдените (MoS 2).

Большая часть извлеченного рения является побочным продуктом добычи меди, причем около 80 процентов извлекается из дымовой пыли при переработке концентратов молибденита из медно-порфировых месторождений.

С конца 1980-х годов рений стал критически важным для суперсплавов, используемых в турбинах и в катализаторах, применяемых для производства бессвинцового бензина.

Физико-химические свойства

Re – один из самых редких элементов, имеет среднюю численность в континентальной коре менее одной части на миллиард. Он является переходным металлом. Как и другие члены группы, он менее реакционноспособен, чем типичные металлы, но более реактивен.

Переходные металлы характеризуются наличием внешней электронной оболочки, содержащей два электрона, а в следующей внутренней оболочке — возрастающее число электронов. Из-за небольших различий в энергии между валентными оболочками возникает ряд состояний окисления.

Металлический Re встречается в природе с молибденитом MoS 2, который, в свою очередь, связан с халокопиритом в медных порфирных рудах. Молибденит, встречающийся в кварцевых жилах, не содержит рения.

Основные химические свойства и характеристики:

• Атомный номер -75;
• атомный вес – 186.207;
• наличие в земной коре (относительная), % – 7×10–8;
• плотность при 20 С, г/см3 -21.0;
• радиус металла, пм -137;
• ионный радиус (VII), пм – 53;
• температура плавления, С – 3,180;
• точка кипения, С – 5870;
• теплота плавления, кДж/моль – 33.

Re является умеренно стабильным металлом. Он практически не реагирует с кислородом и некоторыми кислотами. Но взаимодействует с сильными кислотами, такими, как азотная HNO3 и серная H2SO4. В природе встречаются два изотопа рения: Re -185 и Re -187.

Особенности и технологические моменты получения рения

Руды, содержащие рений, сначала обжигают или нагревают на воздухе, чтобы превратить их в оксид рения ReO3. Затем газообразный водород пропускают через оксид рения. Водород превращает оксид рения в чистый металл.

Товарный Re извлекается из топочного дымового газа молибдена, полученного из медно-сульфидных рудах  путем высокотемпературного обжига.

Часто  продается в виде соли аммония, перрената аммония, от которого он может быть дополнительно очищен.

Очистка включает восстановление водородом при высоких температурах с получением рениевого порошка, который может быть изготовлен в форме с использованием процессов порошковой металлургии.

Некоторые руды молибдена содержат от 0,002 до 0,2% рения. Общее мировое производство составляет от 40 до 50 тонн/год. Коммерческие операции по производству рения таким способом можно найти в Майами, Аризоне и Юте в США, а также в Чили, России, Казахстане и Украине.

Высокая стоимость этого элемента сильно ограничивают его применение.

Тем не менее, благодаря своей исключительной стойкости к высоким температурам Re  необходим при выпуске термопар для измерения температур до 2500 C, в неокисляющих атмосферах, а также при производстве тугоплавких сплавов с вольфрамом.

Рений может быть выплавленный с использованием методов сварки инертным газом или электронно-лучевой сваркой, но должен быть защищен от окисления. Он может быть обработан с использованием электрохимической, электронно-разрядной обработки, абразивной резки и шлифования.

Область применения

Существуют хорошие перспективы использования сплава рения, применяемого в электроинструментальном производстве, поскольку он и некоторые его сплавы обладают  упругими свойствами.

Таким образом, введение рения в кобальтовые сплавы позволило решить проблему повышения твердости и стойкости к износу и обеспечило надежность сердечников электроинструмента в условиях вибрации и повышенных нагрузок.

Рений применение:

1. Ракетные двигатели для малых спутников.
2. В качестве материала электрического контакта, где он может выдерживать высокие условия износа и искрения.
3. Рениевый провод используется в фотовспышке.
4. В катализаторах для гидрирования мелких химических веществ, гидрокрекинга, риформинга и диспропорционирования олефинов. Он подходит для этого применения, поскольку обладает исключительной стойкостью к таким элементам, как фосфор, азот и сера.
5. После облучения нейтронной бомбардировкой он может применяться в медицинских целях для лечения рестеноза и опухолей печени.
6. Для изготовления термисторов.
7. Он добавляется к другим металлам для придания полезных свойств, например,никелевые суперсплавы  газотурбинных двигателей для повышения их рабочей температуры.
8. Рений вольфрамовые сплавы используются для высокотемпературных термопар (до 2200 C).

Рений используется для производства ракетных двигателей для малых спутников

Цена редкоземельного металла

Редкость нахождения в земной коре, приводит к большему спросу на Re, что сильно влияет на его цену. Стоимость рения обычно указывается в фунтах или килограммах вместо тройских унций, что дает необычайно высокую цену по сравнению с другими драгоценными металлами.

Стоимость производства первого грамма рения в 1928 году оценивалась в 15 000 долларов.

Сегодня она зависит от уровня использования в аэрокосмической промышленности, удерживается на уровне  около 1200 долларов США за фунт или 2500 долларов США за килограмм.

Угроза истощения Re является насущной проблемою, поэтому ученые постоянно проводят исследования по замене его в компонентах реактивных двигателей.

В СССР основным потребителем Re и его продуктов была Россия с 70% уровнем, а производителем – Казахстан, занимающий по запасам второе место после США.

Сегодня более 50% мирового производства Re поступает из Чили, где работает мировой лидер Molibdenosy Metales-Molymet, почти вся продукция, которого потребляется американской аэрокосмической промышленностью.

Крупнейшие заводы по извлечению рения из молибденитовых концентратов:

• Заводом Molymex в Мексике, на основе концентратов с рудника La Caridad, управляемым Grupo Mexico;
• ферромолибденовый завод в Бельгии (Sadaci);
• металлургический завод Chemiemetall в Германии;
• металлургические заводы в Китае;
• завод в Дезказгане в Казахстане;
• Уралэлектромедь в России;
• Навоийский завод Алмалык в Узбекистане;
• Ереванский металлургический завод;
• металлургический концерн KGHM Польша.

В некоторых странах, таких как: Иран, Монголия и Чили, извлекается только часть рения из концентратов молибденита. Это связано с отсутствием соответствующих перерабатывающих предприятий — обжиговых установок, оборудованных мокрыми пылеуловителями.

Рений имеет большой потенциал для будущего

Будучи относительно «молодым» элементом, исследователи и разработчики видят в нем большой потенциал для будущего.

Одним из наиболее перспективных свойств рениевых сплавов является их благоприятная биосовместимость, что делает их очень привлекательными для использования при производстве изделий медицинского назначения.

В частности, молибден-рениевые сплавы показали лучшие результаты в имплантатах, чем обычные титановые сплавы. Кроме того, исследователи изучили свойства диборида рения, как материала для твердых покрытий и обнаружили, что его твердость почти эквивалентна твердости кубического нитрида бора.

Рений | это… Что такое Рений?

75	Рений
4f145d56s2

Ре́ний — химический элемент с атомным номером 75 в Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева, обозначается символом Re (лат. Rhenium). При стандартных условиях представляет собой плотный серебристо-белый металл.

История

Существование рения было предсказано Д. И. Менделеевым («двимарганец»), по аналогии свойств элементов в группе периодической системы.

Элемент открыли в 1925 году немецкие химики Ида и Вальтер Ноддак при проведении исследований в лаборатории компании Siemens & Halske. Элемент назван в честь Рейнской провинции Германии — родины Иды Ноддак.

Рений стал последним открытым элементом, у которого известен стабильный изотоп. Все элементы, которые были открыты позднее рения (в том числе и полученные искусственно) не имели стабильных изотопов.

Нахождение в природе

Мировая добыча рения

Мировая добыча рения в 2006 г. составила около 40 тонн. Крупнейшим производителем является чилийская компания Molymet[3].

Сырьевые источники и запасы

По природным запасам рения на первом месте в мире Чили[4], на втором месте США, а на третьем Россия.

Общие мировые запасы рения составляют около 13 000 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 ещё на 250—300 лет. Приведённое число носит оценочный характер без учёта степени повторного использования металла.

Запасы рения в виде рениита на острове Итуруп оцениваются в 10—15 тонн, в виде вулканических газов — до 20 тонн в год[5].

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 сырьё[6].

Геохимия рения

Рений — 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 джезказганита (CuReS4), найденного вблизи казахстанского города Джезказган (современное название — Жезказган). Кроме того, в качестве примеси рений входит в колумбит, колчедан[7], а также в циркон и минералы редкоземельных элементов[8].

О чрезвычайной рассеянности рения говорит тот факт, что в мире известно только одно экономически выгодное месторождение рения. Оно находится в России: запасы в нём составляют около 10-15 тонн. Это месторождение было открыто в 1992 году на вулкане Кудрявый, остров Итуруп, Курильские острова[9].

Месторождение[10] в кальдере на вершине вулкана представлено фумарольным полем размерами ~50×20 м с постоянно действующими источниками высокотемпературных глубинных флюидов — фумаролами. Это означает, что месторождение активно формируется по сегодняшний день.

Рений находится здесь в форме минерала рениит ReS2, со структурой, аналогичной молибдениту.

Ещё один минерал, содержащий рений, — таркианит (Cu,Fe)(Re,Mo)4S8 с 53,61 мас. % рения — был обнаружен в концентрате из месторождения Хитура в Финляндии (Kojonen еt аl., 2004).

Свойства рения

Физические свойства

Рений — тугоплавкий тяжёлый металл, по внешнему виду напоминает сталь. 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.

По температуре плавления рений занимает второе место среди металлов, уступая лишь вольфраму, а по плотности — четвёртое (после осмия, иридия и платины). По температуре кипения стоит на первом месте среди химических элементов (5873 К по сравнению с 5828 К у вольфрама).

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. 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[6].

Химические свойства

Компактный 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[11].

Рений взаимодействует с водными растворами пероксида водорода с образованием рениевой кислоты.

Стоимость

Рений — дорогой металл. Цена сильно зависит от чистоты металла, 1 кг рения стоит от 1000 до 10 000 долларов[12][13].

Получение

Технология получения рения

Рений 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, окислительный обжиг). В условиях высоких температур рений возгоняется в виде высшего оксида Re2O7, 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 (NH4ReO4), которые позже восстанавливают водородом:

Полученный порошок рения методами порошковой металлургии превращают в слитки металла.

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 нём 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[6].

После возгонки и очистки раствора итоговый выход из руды составляет 65-85 %. Ввиду столь низкой доли выделения дорогого металла ведутся поиски альтернативных способов извлечения из руды (что применимо ко всем рассеянным металлам).

Одним из современных методов является извлечение нанофракций в водный, а не кислотный или щелочной раствор.

Таким образом снижается предел обнаружения ряда химических элементов на 2-3 порядка, то есть можно фиксировать значительно меньшие концентрации[14].

Применение

Важнейшие свойства рения, определяющие его применение, это: очень высокая температура плавления, устойчивость к химическим реагентам, каталитическая активность (в этом он близок к платиноидам).

Используется в качестве легирующего элемента в сталях и сплавах на основе железа. Введение небольшого количество рения (< 0,5 %) значительно увеличивает пластические свойства сплава, сохраняя его прочность.

Рений используется при изготовлении:

Кроме того, из рения делают самоочищающиеся электрические контакты. При замыкании и разрыве цепи всегда происходит электрический разряд, в результате чего металл контакта окисляется.

Точно так же окисляется и рений, но его оксид Re2O7 летуч при относительно низких температурах (температура кипения — всего 362,4°C), и при разрядах он испаряется с поверхности контакта.

Поэтому рениевые контакты служат очень долго.

Биологическая роль

Маловероятно, 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.

Изотопы

Основная статья: Изотопы рения

Природный рений состоит из двух изотопов: 185Re (37,4 %) и 187Re (62,6 %). Первый из них стабилен, а второй испытывает бета-распад с периодом полураспада 43,5 млрд лет. Этот распад используется для датировки древних руд и метеоритов (см. Рений-осмиевый метод) по накоплению в минералах, содержащих рений, стабильного изотопа кэВ) среди всех изотопов, испытывающих бета-распад.

Примечания

1. ↑ 1 2 Редкол.:Зефиров Н. С. (гл. ред.) Химическая энциклопедия: в 5 т. — Москва: Советская энциклопедия, 1995. — Т. 4. — С. 236. — 639 с. — 20 000 экз. — ISBN 5-85270-039-8
2. ↑ WebElements Periodic Table of the Elements | Rhenium | crystal structures
3. ↑ metaltorg.ru Проблемы мирового рынка рения (рус.) : Информационный бюллетень МЭРТ РФ. — metaltorg.ru, 2006.
4. ↑ Anderson, Steve T 2005 Minerals Yearbook: Chile (PDF). United States Geological Survey. Архивировано из первоисточника 22 августа 2011. Проверено 26 октября 2008.
5. ↑ Кременецкий А. Завод на вулкане (рус.) // Белоконева О. Журнал «Наука и жизнь». — Наука и жизнь, 2000. — № 11.
6. ↑ 1 2 3 Коровин С. С., Букин В. И., Федоров П. И.,Резник А. М. Редкие и рассеянные элементы / Под общ. ред. Коровина С. С. — Химия и технология. — М.: МИСИС, 2003. — Т. 3.
7. ↑ О редких и рассеянных элементах
8. ↑ Рений на сайте XuMuk.ru
9. ↑ Федеральное агентство лесного хозяйства министерства природных ресурсов Российской Федерации
10. ↑ Рениевое поле на Кудрявом  (рус.). geol.msu.ru (1999). — Рениевое поле на Кудрявом — единственное месторождение рения в мире. Архивировано из первоисточника 27 мая 2012. Проверено 20 июля 2012.
11. ↑ Лебедев К. Б. Рений. — М.: Металлургиздат, 1960.
12. ↑ Рений — металл XXI века
13. ↑ Цены российского рынка на металлы и сырье
14. ↑ Rusnanotech 2010 — Третий Международный форум по нанотехнологиям 1-3 ноября 2010 г
15. ↑ Каблов Е. Н., Толораия В. Н., Орехов Н. Г. Металловедение и термическая обработка металлов // Монокристаллические никелевые ренийсодержащие сплавы для турбинных лопаток ГТД. — № 7. — 2002. — С. 7—11.