Металлы, содержание которых в коре земли незначительно, в науке называют редкими. Сегодня таких элементов ученые насчитывают примерно 40. Некоторые из редких металлов образуют собственные минералы. Другие являются рассеянными элементами. Это значит, что они не имеют собственных месторождений, а содержатся как примесь в других рудах. К рассеянным металлам относятся такие элементы, как германий, висмут, галлий и некоторые другие.
Рений до недавнего времени также считался рассеянным редким металлом. В природе его можно встретить лишь в качестве примеси в молибдените. Что касается минералов рения, то их настолько мало в земле, что они являются очень ценной редкостью не только с промышленной, но и с научной точки зрения. Другими словами, содержание их невелико даже для изучения, а уж тем более – для применения в отраслях промышленности.
Полезные свойства рения
Рений занимает одно из лидирующих мест среди металлов по тугоплавкости. Что касается температуры плавления и кипения, то по этим показателям его превосходит только вольфрам. Весит рений чуть больше, чем вольфрам. Однако первый металл значительно пластичнее второго. Рений легко поддается различного рода механическим воздействиям: прокатке, ковке, вытягиванию в проволоку. Следует отметить, что степень пластичности рения напрямую зависит от его чистоты.
Не менее ценным качеством данного металла является его высокая жаропрочность. Даже при очень высоких температурах (до 2000 градусов Цельсия) рений бывает прочнее, чем многие другие твердые металлы (такие, как молибден, ниобий или вольфрам).
Устойчивость к появлению коррозии – еще одно отличительное свойство этого редкого металла. Необходимо отметить, что в обычных условиях рений практически не поддается растворению в кислотах (соляной, серной или плавиковой). В этом отношении он схож с платиной.
Рений относится к серебристым металлам. При незначительных температурах он даже по прошествии многих лет не теряет своего оттенка. В таких условиях он не тускнеет. Только в том случае, если рений находится под воздействием температуры от 300 градусов и выше, возможно его окисление. Это говорит о том, что данный металл более устойчив к реакции окисления, нежели молибден или вольфрам. Также необходимо отметить, что рений не взаимодействует с азотом и водородом.
Свойственное этому редкому металлу сочетание физических и химических качеств на самом деле можно назвать уникальным. Именно поэтому в применении рения заинтересованы в ряде областей науки и техники. Разумеется, в силу редкости данного элемента и его высокой стоимости предприятиям, использующим его в производстве, приходится расходовать немалые средства для этой цели. Во многих отраслях промышленности из рациональных соображений рений добавляют в дешевые сплавы. В чистом виде этот металл используется лишь для изготовления ответственных и небольших по размерам деталей. Уникальные свойства рения позволяют применять его в качестве покрытия для других металлов.
В каких областях востребован рений?
Рений по праву называют металлом высоких технологий. Он востребован во всех мировых державах. Стоимость этого элемента соответствует его редкому содержанию в земной коре. К примеру, в Соединенных Штатах Америки один килограмм рения стоит 5 тысяч долларов.
Спрос на него очень высок. Так, рений применяется в следующих областях промышленности:
- Авиастроение;
- Кораблестроение;
- Электропромышленность;
- Приборостроение;
- Радиопромышленность;
- Металлургия;
- Нефтехимическая промышленность;
- Атомная промышленность.
Рений в нефтехимической промышленности
В нефтехимической промышленности данный металл выступает важным элементом биметаллических катализаторов при крекинге и риформинге нефти. При его использовании возможно значительное повышение объемов производимого высокооктанового бензина. При этом необходимо отметить, что катализатор из рения намного доступнее, чем из платины, и срок службы у него дольше как минимум в два раза. Поэтому производителям очень выгодно применять рений. Сегодня во многих странах мира налажено производство катализаторов с использованием данного металла. Рений можно назвать базовой основой катализаторов. Более того, применение этого металла позволяет повысить пропускную способность установок примерно на 50%. Следует отметить, что такой подход приносит производителям положительные результаты и одновременно с этим значительно уменьшает затраты на производство.
Рисунок 1. Катализаторы из рения
Применение рения в металлургии
Рений очень востребован в металлургии. Еще в конце прошлого столетия (в 1970-1980 годах) применение данного металла положительным образом повлияло на рост производства. Его добавляли в качестве легирующего элемента в жаропрочные никелевые сплавы. Также в больших масштабах запускалось производство платинорениевых катализаторов различного назначения. На сегодняшний день его использование в различных отраслях промышленности повысилось в несколько раз. Рений применяется в производстве проволочных и ленточных подвес в устройствах геодезического назначения. Данный металл используют также при изготовлении пружин и других расходных деталей (то есть элементов, требующих замены после износа). Традиционная область использования рения – это специальная металлургия. Несмотря на то, что рений относится к тугоплавким металлам, все же он имеет кардинальные отличия от других металлов данной группы. К примеру, от вольфрама его отличает то, что он не вступает в водяной цикл (речь идет о процессе, который вызывает повреждение нити накала вакуумных ламп). В этом кроется причина «долголетия» вакуумной лампы, произведенной с рениевой нитью. Удивительно, но она может служить целый век (100 лет).
Такие факты свидетельствуют об эффективности рения как легирующего элемента разных металлов и сплавов. Доказано, что этот элемент способствует повышению их пластичности и износостойкости.
На сегодняшний день в металлургии применяются двойные и даже многокомпонентные сплавы рения с другими металлами. К примеру, широко распространено производство следующих сплавов:
- Никель-рений;
- Вольфрам-рений;
- Молибден-рений;
- Никель-молибден-рений;
- Никель-тантал-рений;
- Никель-вольфрам-рений.
Следует отметить, что такие сплавы отличаются высокими механическими качествами не только при комнатной, но и при повышенных температурах. Они не деформируются (т.е. не теряют форму) и не охрупчиваются в результате кристаллизации. Сплавы с добавлением рения отлично свариваются. Они также устойчивы к появлению ржавчины в период пребывания в неблагоприятных условиях.
Рений и измерительные технологии
Для измерения температуры в термопаре рений просто незаменим. Благодаря его применению становится возможным измерение температуры до 2600 градусов. В связи с этим качеством данного металла его и начали использовать в атомной промышленности. Из рения изготавливают цельнотянутую трубку для тепловыделяющих элементов. В результате эти элементы бывают способны функционировать даже при очень высоких температурах. Они выдерживают до 3000 градусов.
Рисунок 2. Термопара вольфрам-рений
Для термопар активно применяются сплавы рения с вольфрамом и молибденом. Для этих соединений характерна устойчивая термоэлектродвижущая сила. Производимые с добавлением рения термопары предназначены для работы в вакууме, в нейтральных условиях и даже в условиях высокой радиации. Существенный плюс термопары заключается в сохранении пластичности даже после длительного воздействия высоких температур при нагревании. В результате при помощи термопары из сплава рений-вольфрам становится возможным измерение температуры до 2600 градусов. Именно по этой причине редкий металл рений применяется в производстве нагревателей и нитей накала в электронных лампах и трубках.
Применение рения в других областях промышленности
Также рений используют в производстве электронных приборов и электротехники (термопары, антикатоды, полупроводники, электронные трубки и т.д.). Не менее актуально использование данного элемента в аэрокосмической промышленности.
Рений применяют в производстве осветительных приборов и электровакуумной техники. Из него не только делают полупроводники, но и добавляют в сплавы, которые затем используют при изготовлении кернов – опор с вращающейся рамкой. Это связано с тем, что данный металл обладает парамагнетизмом. Соответственно, его использование придает этим узлам такое качество, как немагнитность. К тому же рений придает повышенную прочность кернам. Благодаря его воздействию они не бывают подвержены ржавчине. Таким образом, данный металл обеспечивает кернам антикоррозийную защиту. Причина такого влияния рения – в его уникальных физических свойствах. Применяется рений и при изготовлении гигроскопов и крутильных весов. В этих случаях его используют в виде сплава, где данный металл составляет 7 процентов от общего содержания элементов.
Из рения также производят:
- Нити накала;
- Сетки и запчасти для электронно-лучевой трубки;
- Подогреватели катодов;
- Загенераторные лампы;
- Приемники.
Рисунок 3. Генераторные лампы
На сегодняшний день его использование в различных отраслях промышленности повысилось в несколько раз. Рений применяется в производстве проволочных и ленточных подвес в устройствах геодезического назначения. Данный металл используют также при изготовлении пружин и других расходных деталей (то есть элементов, требующих замены после износа).
Ценным элементом считается рений и в медицине. В данной области его используют в производстве медицинских инструментов, а также для научных экспериментов, направленных на лечение тех или иных болезней.
Применяют этот металл и в ювелирном деле. Мало кто знает, что покрытие драгоценных украшений и вообще предметов ювелирного искусства – это не что иное, как рений. А в радиопромышленности этот ценный металл используется для создания микросхем. Рений применяют в качестве самоочищающегося контакта и как защитное средство в производстве металлических изделий. Как известно, покрытие из него защищает их от коррозии.
Лом и отходы рения
Полезные свойства рения делают его востребованным даже на рынке вторичного сырья. Наверняка вам доводилось видеть объявления типа: куплю рений. Следует уточнить, что здесь подразумеваются отработавшие детали из этого металла и штабик. В частности, спросом пользуются:
- Рениевая проволока;
- Порошок рения;
- Рениевая лента;
- Рениевый пруток;
- Сплавы рения.
На рынке вторсырья готовы покупать термопарную проволоку и даже фольгу, в составе которой содержится редкий металл рений. Что касается стоимости этого полезного элемента, то она зависит от того, в каком виде он сдается – в чистом или в качестве примеси. Естественно, во втором случае большое значение имеет процент его содержания в продаваемых изделиях.
Заключение
Сведения, изложенные выше, говорят о незаменимости рения для высокотехнологичных сфер промышленности. Данный элемент уникален по своим химическим, физическим и механическим свойствам. Следует отметить, что технических решений для добычи и использования в производстве столь ценного и редкого металла немало. Однако далеко не все разработанные технологии применяются на практике. Это говорит о том, что при их внедрении возможны перспективы использования рения для более широкого спектра задач.
