Рений это металл или неметалл

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 Ре́ний / Rhenium (Re), 75
Атомная масса
(молярная масса)
186,207(1) а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация [Xe] 4f14 5d5 6s2
Радиус атома 137 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус 128 пм
Радиус иона (+7e) 53 (+4e) 72 пм
Электроотрицательность 1,9 (шкала Полинга)
Электродный потенциал Re←Re3+ −0,30 В
Степени окисления от +7, +6, +5, +4, +3, +2, +1, 0, −1
Энергия ионизации
(первый электрон)
759,1 (7,87) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.) 21,02 г/см³
Температура плавления 3459 K (3186 °C, 5767 °F)
Температура кипения 5869 K (5596 °C, 10105 °F)
Уд. теплота плавления 34 кДж/моль
Уд. теплота испарения 704 кДж/моль
Молярная теплоёмкость 28,43 Дж/(K·моль)
Молярный объём 8,85 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки Гексагональная (плотноупакованная)
Параметры решётки a=2,761 c=4,456
Отношение c/a 1,614
Температура Дебая 416,00 K
Прочие характеристики
Теплопроводность (300 K) 48,0 Вт/(м·К)
Номер CAS 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.

Читайте также:  Дюраль это сплав каких металлов

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.

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.

Источник

Рений — об этом редком металле

Годом открытия данного металла считается 1925. Первая значительная партия материала была получена в 1928 г. Этот элемент относится к последнему аналогу со стабильным изотопом. Сам по себе рений – металл с белым оттенком, а порошковая его масса имеет черный цвет. Температуры плавления и кипения составляют от +3186 до +5596 градусов Цельсия. Обладает он парамагнитными характеристиками.

Применение рения не так широко ввиду его исключительных параметров и высокой стоимости. При +300 °С металл начинает активно подвергаться окислению, процесс которого зависит от дальнейшего повышения температуры. Этот элемент устойчивее, чем вольфрам, с водородом и азотом практически не взаимодействует, обеспечивая только адсорбцию.

При нагревании отмечается реакция с хлором, бромом и фтором. Рений не растворяется только в азотной кислоте, а при взаимодействии с ртутью образуется амальгама. Реакция с водным составом пероксида водорода вызывает образование рениевой кислоты. Данный элемент является единственным среди тугоплавких металлов, который не образует карбиды. Применение рения не имеет участия в биохимии.

О его всех возможных воздействиях имеется мало информации. Среди достоверных фактов – токсичность и ядовитость для живых организмов. Рений – металл, который встречается крайне редко. В природе он чаще всего встречается в сочетании с вольфрамом и молибденом. Кроме того, примеси имеются в минеральных отложениях его соседей по таблице.

Преимущественно добыча рения ведется из молибденовых залежей путем попутного извлечения. Кроме того, рассматриваемый элемент добывается выделением из джезказганита – очень редкого природного минерала, который так назван в честь казахского поселения вблизи месторождения. Еще рений можно выделить из колчедана, циркония, колумбита.

Металл рассредоточен по всему миру в ничтожно малой концентрации. Среди известных добычных участков, где он находится в существенном количестве, считается курильский остров Итуруп в России. Открыто месторождение в 1992 году. Здесь металл представлен в виде схожего с молибденом строения (ReS2).

Добыча осуществляется на небольшой площадке, размещенной на вершине спящего вулкана. Там активно действуют термальные источники, что свидетельствует о расширении месторождения, которое по предварительным оценкам выбрасывает порядка 37 тонн этого металла в год. Вторым по объему добычи считается месторождение рения, пригодное для промышленного извлечения элемента.

Расположено оно в Финляндии и называется Хитура. Там металл извлекают из другого минерала – таркианита. Рений получают посредством обработки первичного сырья, которое изначально имеет низкий процент содержания данного материала. Чаще всего производится извлечение элемента из медных и молибденовых сульфидов.

Сплавы рения подвергаются пирометаллургическому воздействию, который используется при работе с рудами, подвергающимися плавлению, конвертированию и обжигу. Чрезмерные температуры плавления дают возможность получения высшего оксида Re-207, который задерживается специальными улавливающими приспособлениями.

Бывает так, что часть элемента оседает в саже после обжига. Из этой субстанции чистый материал можно получить с помощью водорода. Затем полученную порошковую субстанцию переплавляют непосредственно в слитки рения. Применение руды для добычи рассматриваемого элемента сопровождается появлением осадка в штейне.

Читайте также:  Кислота растворяющая все металлы

Дальнейшая конвертация этого состава позволяет выделить рений посредством воздействия определенными газами. Достичь нужной концентрации в ходе производства можно за счет свойств рения и применения серной кислоты. После прохождения специальных способов очистки удается выделить из руды чистый элемент.

Источник

Рений – происхождение, свойства и область применения

Металл рений, наряду с вольфрамом и молибденом составляет троицу тугоплавких элементов. Одновременно с этим он способен длительно сохранять прочность при сверхвысоких температурах, вплоть до 2000 0 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.

О тугоплавкости рения отмечалось ранее, остается дополнить качественную характеристику количественными показателями: температура плавления составляет 3180 0 С, кипения – свыше 5600 0 С. Дополнительно, Re обладает высокой температурой рекристаллизации, на уровне 2800 0 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.

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.

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%.

Читайте также:  Выпрямляющее свойство металл полупроводнике

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 800 0 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 2600 0 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.

Источник

Поделиться с друзьями
Металл
Adblock
detector