Рений — свойства металла, добыча и применение

Рений представляет собой один из наиболее редких и твердых металлов. В природе его находят вместе с танталом в молибденовых рудах, а месторождения имеются в Чили и Перу, России и Соединенных Штатах.

Описание

Холодным блеском и серебристо-белым цветом рений похож на сталь и платину. Четко определить металл позволяет его порошковая форма, имеющая темно-серый, почти черный оттенок. Для международного обозначения используют Re (Rhenium), химическая формула – Re.

рений

Рений–это металл, не входящий в группу благородных, но превосходящий их по нахождению в земной коре и техническим показателям.

Химический элемент Re входит в VII группу Периодической системы Менделеева с атомным номером 75. Плотность рения весьма высока (21,02 г/см3). Вместе с молибденом и вольфрамом он образует троицу наиболее тугоплавких элементов. Температура плавления рения равна 3186 градусам Цельсия, а температура кипения 5596 градусов.

Металл известен высокой прочностью и удельным электрическим сопротивлением, стойкостью к коррозии.

История открытия

Дмитрий Менделеев сохранил свободной ячейку под номером 75 в своей таблице, предполагая возможность существования в природе этого металла. А открыли его через 50 лет немецкие учение супруги Ноддаки, специализировавшиеся на исследовании редкоземельных металлов и платиновых руд. Первая порция рения, выделенная в 1926 году из молибденита, составила 2 миллиграмма. Почти чистый металл удалось получить через два года. При этом для выделения 1 грамма рения переработке подвергли 6 центнеров молибденита, доставленного из Норвегии.

  • В годы второй мировой войны добыть рений смогли и в США, а после 1945 года технологию производства рения освоили в СССР, Бельгии, Англии, Франции и Швеции.
  • Добыча рения на территории бывшего СССР сосредоточена в Казахстане на Жезказганском месторождении.

Физические и химические характеристики

Популярность металла определяется его уникальными физическими параметрами. Особые свойства рения:

  • прочность и пластичность;
  • жаростойкость и тугоплавкость;
  • высокая устойчивость к окислению и коррозии;
  • хорошая свариваемость.

Этот металл способна растворить только азотная или нагретая серная кислота, расплавы щелочей, пероксид водорода, на контакт с другими веществами он не реагирует. Тяжелый металл обладает парамагнитными свойствами. В паре «вольфрам рений» первый выигрывает по показателю тугоплавкости, а второй по степени пластичности в литом или кристаллизованном состояниях.

Характеристики материала остаются неизменными при продолжительном нагреве до 2000 градусов, многократно повторяющихся циклах охлаждения и перегрева. Окислительный процесс возможен при нагреве до 301 градуса.

Рений склонен к деформации при низких температурах рабочей среды. Степень упругости материала 470 Гн/м2 (выше только у иридия и осмия), этим объясняется возможность быстрого наклепа под большим давлением. Металл способен образовывать соединения с серой и галогенидами. Электронная конфигурация рения [Xe] 4f14 5d5 6s2.

Материал отличается высокой температурой рекристаллизации (2800 градусов). Это свойство нередко применяют в промышленном производстве для улучшения свойств некоторых сплавов.

Перренаты (соли рениевой кислоты) необходимы для добычи металлической формы данного элемента. Выделяют две разновидности солей:

  • аммония (NH4ReO4);
  • калия (KReO4).

Для реакции восстановления необходим водород. Металл способен образовывать различные оксиды. Гидроксид рения (IV) представляет собой неорганическое соединение, для обозначения которого применяется химическая формула Re(OH)4.

Помимо солей с точки зрения промышленных технологий интерес представляет и сульфид рения. Объясняется это тем, что в естественной среде металл нередко размещен рядом с сульфидными рудами.

Рений обладает еще одним интересным свойством. Он может образовывать изотопы двух типов:

  • радиоактивный 187Re;
  • стабильный 185Re.

Стабильность 185Re примечательна, поскольку все химические элементы, стоящие следом за рением в Периодической таблице, таким свойством не отличаются.

Технология добычи рения

Затратная технология имеет в своей основе переработку молибденовых и медных руд. О размере затрат несложно судить по простым показателям: из 2 тысяч тонн руды на выходе получают килограмм рения. Большую часть металла извлекают из молибденовых руд. Доля медной руды невелика, так как концентрация элемента в ней составляет 0,003%.

рений на вулкане кудрявый в россии
Рений на поверхности вулкана Кудрявый

Для получения рения необходимо пошаговое выполнение нескольких сложных этапов:

  1. Из пыли и шлама необходимый компонент добывают методом выщелачивания неконцентрированным раствором серной кислоты. Технология позволяет применять солевые, щелочные растворы, горячую воду. Пиролюзит позволяет ускорить процесс окисления.
  2. Следующим этапом служит образование перрената аммония. Применяют несколько различных методов: обмен ионов, реакцию электролиза, сорбцию, осаждение малорастворимых соединений, экстракцию.
  3. Реакция восстановления перрената с обязательным участием водорода позволяет получить рений в порошковом виде. Для этого этапа необходима трубчатая печь с температурой рабочей среды в пределах 800 градусов.
  4. В итоге методом порошковой металлургии или зонным плавлением имеющийся порошок преобразуют в металл. Для производства металлического рения практикуется и электронно-лучевая плавка.

Действующие на отечественном рынке крупные производители рения выпускают металл разных марок в зависимости от чистоты и порошковый рений.

О затратности технологии свидетельствует процесс флотации молибденовых руд, в результате которого до 80% рения переходит в молибденовый концентрат. Потери материала происходят из-за особенностей методов отжига и плавления концентрированного материала. В ходе нагрева концентратов до 650 градусов металл может смешиваться с выделяющимися газами. В результате элемент вместе с газо-воздушной смесью выходит через выводную трубу. Заметно уменьшить потери позволяет подключение дополнительных систем:

  • специализированных фильтров;
  • скрубберов;
  • циклонов.

Это позволяет отделить чистый рений от выводимой газо-воздушной смеси, тем самым повысив его извлечение в процессе отжига. Новые технологии заметно уменьшают технологические потери металла. Например, метод отжига в печи со специальным кипящим слоем дает в итоге 96 процентов рения.

Где применяется рений

Особые свойства и применение рения тесно связаны друг с другом. При этом высокая стоимость материала диктует определенные условия. В первую очередь рений используют там, где ему нет достойной замены.

Около 70% рения уходит на нужды авиационной промышленности и ракетостроения. Металл необходим для турбин двигателей гражданских и военных сверхзвуковых самолетов.

В электронике и электротехнике данный элемент служит компонентом начинки точных приборов, а также специализированных ламп накаливания, электроннолучевых и рентгеновских трубок, контактов и термопар. Устройства, при изготовлении которых применяют сплавы с рением, способны выдержать температуру рабочей среды до 2600 градусов по шкале Цельсия. Примечательно, что при окислении рениевые контакты могут самопроизвольно очиститься от пленки.

В сфере приборостроения особенности рения необходимы для формирования различных сплавов, предназначенных для изготовления кернов (опор с подвижной рамкой). Технические свойства элемента существенно повышают твердость, усиливают устойчивость конечных изделий к коррозии, а также передают им немагнитные свойства. Сплавы с рением востребованы для изготовления некоторых важных деталей в геодезических приборах, крутильных весах и гироскопах.

В нефтехимической отрасли рений используют как восстанавливаемый катализатор при выпуске элитных марок бензина. Катализаторы из этого металла дешевле аналогов из платины.

В атомной энергетике рений необходимо для изготовления цельнотянутых труб, предназначенных для работы перемещения тепловыделяющих компонентов с температурой до 3000 градусов.

В сфере ядерной медицины изотопы рения необходимы для диагностики и лечение некоторых, в том числе и онкологических, болезней.

Кроме того, металл востребован для создания защитных покрытий на различных деталях, производства микросхем и некоторых ювелирных изделий.

Добавить комментарий
Adblock
detector