Плоды вулкана
Как на Курилах учатся добывать рений из вулканических газов
Вулканические фумаролы можно узнать по отвратительному запаху, едкому дыму и буйству ярчайших цветов – лимонно-желтого, пурпурного, оранжевого и зеленоватого. В основе всех этих качеств – вулканические газы, выходящие в этом месте из-под земли. Эти газы богаты серой, и именно яркоокрашенные отложения серы и ее соединений создают вокруг фумарол переливы волшебных цветов.
Фумаролы есть на многих вулканах, они расположены на склонах вулканических конусов или непосредственно в кратерах. Чаще всего они окружены налетами чистой серы, которая осаждается из газов при температуре ниже 250 °C. Такие отложения есть и на фумаролах вулкана Кудрявый, расположенного на курильском острове Итуруп. Когда остров принадлежал Японии, серу (а возможно, и не только ее) там даже добывали в промышленных количествах. Однако особенность Кудрявого в том, что его фумаролы, занимающие несколько полей, сильно различаются по температуре выходящих газов: она меняется в диапазоне от 150 до 950 °С. Вулканологам было понятно, что, кроме серы, там должно быть много интересного.
И вот в 1992 году, проводя плановые работы на кратере, исследователи обратили внимание на необычный минерал. Это были тонкие пластинчатые полупрозрачные кристаллы с коричнево-красными внутренними рефлексами. Они росли на камнях, окружавших фумаролы. Необычные образцы отправили на анализ, и его результат оказался сенсацией мирового масштаба. В 1994 году он был вынесен на обложку журнала Nature: обнаружен первый в мире минерал рения ReS2, позже зарегистрированный Международной минералогической ассоциацией под названием «рениит». Что же сенсационного в рении?
Последний стабильный элемент
Современная промышленность находит применение практически каждому элементу таблицы Менделеева. Есть среди них и такие, что не образуют в земной коре сколько-нибудь заметных скоплений. Они добываются в очень небольших количествах попутно с более распространенными полезными ископаемыми. Один из таких элементов – тугоплавкий металл рений.
Рений был предсказан Менделеевым полтора века назад, но обнаружен только в 1925 году. Он стал последним открытым стабильным элементом, после него открывали уже только радиоактивные. Почти сорок лет после открытия для него не находилось применения, но к началу 1970-х годов все изменилось.
В середине XX века для повышения мощности и КПД автомобильных двигателей к топливу добавляли тетраэтилсвинец, повышая тем самым октановое число бензина. В результате типичный автомобиль стал выбрасывать в окружающую среду несколько граммов свинца на 100 км пробега. Это стало настоящим экологическим бедствием, и с 1960-х годов в США началась борьба за запрет этилированного бензина. Однако просто отказаться от высокооктанового топлива было невозможно – многие двигатели просто не могли работать на другом.
Спасением в этой ситуации неожиданно оказался рений. В сочетании с платиной он становится катализатором для нефтепереработки, позволяющим повышать октановое число без свинцовых присадок. Платино-рениевые катализаторы были изобретены в 1968 году, и уже с 1970-го их стали внедрять в промышленность. Во многом благодаря им к 1986 году этилированный бензин был выведен из употребления в США. В Евросоюзе и Китае его запретили с 2000 года, в России – с 2002-го. В 2021 году от него отказалась последняя страна мира – Алжир.
Другое не менее важное свойство рения – высокая температура плавления. Она даже немного выше, чем у вольфрама. При этом рениевые сплавы выдерживают температуры 2000 °C и выше, не теряя твердости и других конструкционных качеств. Без таких суперсплавов сегодня фактически невозможно создание ракетных двигателей и сверхзвуковой авиации.
Однако, несмотря на высокий спрос в нефтяной и авиакосмической промышленности, долгое время не было известно ни одного месторождения и даже ни одного минерала рения. Все, что используется в промышленности, – это побочный продукт, получаемый на медно-молибденовых месторождениях, где на тонну руды приходится около десятой доли грамма рения. Тем не менее за год в мире добывают около 70 тонн рения. Половина этого количества производится в Чили и по долгосрочным контрактам уходит в США. Второе место по добыче рения занимает Казахстан. После распада СССР российские нефтянка и авиация остались без собственных источников рения. Тогда еще никто не подозревал, что Россия окажется обладателем первого и на сегодня единственного в мире рениевого месторождения.