Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2001 № 06

Осенью 2000 года ученые Института минералогии, геохимии и кристаллохимии редких элементов РАН под руководством доктора геолого-минералогических наук А. Кременецкогоначали уникальный технологический эксперимент. Впервые в мире на вершине действующего вулкана идет строительство опытно-промышленной установки. С ее помощью исследователи надеются получить из вулканического газа стратегически важный и редкий металл рений.

Редкие металлы потому и называются редкими, что их содержание в земной коре очень мало. Всего известно около 40 таких элементов. Часть из них заключена в минералах. Другая часть представляет собой так называемые рассеянные редкие металлы. Как показывает уже само название, они не формируют собственных месторождений, а присутствуют в виде примесей в других рудах: германий — в углях, висмут — в медных рудах, галлий — в бокситах…

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.

Между тем высокопрочные сплавы для космической и авиационной техники без рения немыслимы. Добавка всего от 4 до 10 % рения позволяет им выдерживать температуры в 2000 градусов и более без потери прочности. Именно из рениевых сплавов изготавливают ныне корпуса и лопасти турбин, сопла двигателей ракет и самолетов.

Кроме того, рений используют 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…

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 тонны рения. Ныне же потребность только США составляет около 30 тонн в год. И спрос все растет…

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 поднимается 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 тонн рения, из которых 70 % — в авиации, 5 % — в нефтехимии, 5 % — в электронике и 20 % — в других отраслях.

Однако потом случилась незадача. В СССР 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.

Примерно 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 Эрдэнэт в Монголии.

В общем ныне на долю России 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 стратегически важного сырья. Нужно было искать иной выход из положения. Теперь он найден.

Рений в виде минерала обнаружен нашими учеными в ходе одной из экспедиций, которые ежегодно организует Институт вулканологии и геодинамики РАН под руководством Г. Штейнберга, привлекая специалистов из Новосибирска, Москвы и других научных центров России. И вот в 1992 году сотрудники Института экспериментальной минералогии (он находится в городе Черноголовка, под Москвой) и Института геологии рудных месторождений (Москва) на вершине вулкана Кудрявый на острове Итуруп Южнокурильской гряды 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, а тихо тлеет.

На его вершину, как рассказывают вулканологи, можно взобраться и даже без особых опасений заглянуть в его кратер. При этом в темную ночь можно 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…

Вот почему именно Кудрявый и был выбран в качестве экспериментальной площадки для строительства завода.

Кроме того, здесь расположены 6 так называемых фумарольных полей — площадок размером 30x40 метров с большим количеством мест выхода газа. Из них четыре — высокотемпературные; вулканические газы в них имеют температуру от 500 до 940 градусов по Цельсию. Только на таких «горячих» полях и образуется минерал рениит. Там, где холоднее, рениита намного меньше, а при температуре ниже 200 градусов он практически отсутствует.

Исследователи установили с помощью специально сконструированных приборов, что рения непосредственно в вулканическом газе содержится около одного грамма на тонну. За одни сутки вулкан выбрасывает в атмосферу около 50 тыс. т газов или за год — 20 т чистого рения. Это с лихвой хватит всей нашей промышленности и даже еще 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…

Технологическая схема процесса концентрирования рения на фумарольных полях вулкана Кудрявый.