Редкие металлы потому и названы так, что содержание их в земной коре невелико. На сегодняшний день ученым известно около 40 различных редких элементов. Часть из них образуют собственные минералы. Другая часть - рассеянные редкие металлы. Они не формируют собственных месторождений, а присутствуют в виде примесей в других рудах: германий - в углях, висмут - в медных рудах, галлий - в бокситах и т. д.
Рений - редкий металл, который до последнего времени считался рассеянным. В природе он встречается в основном в виде примесей в молибдените. А минералы рения (к примеру, джезказганит) настолько редки, что представляют собой не промышленную, а научную ценность.
Рений - металл высоких технологий. Высокопрочные суперсплавы для космической и авиационной техники, содержащие от 4 до 10% рения, выдерживают температуры до 2000 градусов и более без потери прочности. Из них изготавливаются корпуса и лопасти турбин, сопла двигателей ракет и самолетов. Кроме того, рений используется в нефтехимической промышленности - в биметаллических катализато рах при крекинге и риформинге нефти. Он применяется в электронике и электротехнике (термопары, антикатоды, полупроводники, электронные трубки и т. д.). Особенно широко в этой отрасли промышлен ности использует рений Япония (65-75% своего потребления).
Мировая потребность в редких металлах обычно меняется скачкообразно. Интерес к ним не постоянный, а пульсирующий. Он зависит от внедрения в производство новых высокотехнологичных сплавов с различными добавками. Сегодня в такие сплавы требуется добавлять какой-либо редкий металл, а завтра, может быть, ему найдут замену, и потребность в нем отпадет практически полностью. Что касается рения, еще лет десять назад он использовался редко. За период 1925-1967 годов мировая промышлен ность израсходовала всего 4,5 тонны рения. А сегодня только потребность Соединенных Штатов составляет около 30 тонн в год. На США приходится более 50% мирового потребления рения, причем за последние пять лет спрос на этот редкий металл увеличился в 3,6 раза.
Рений - дорогой металл. Стоимость неочищенного сырья (перринат калия) составляет около 800 долларов за килограмм. Килограмм очищенного рения на мировом рынке стоит не менее 1500 долларов. Высокочистый рений стоит и того дороже - до 900 долларов за грамм. Раньше рений получали исключительно как побочный продукт производства меди и молибдена. В обоих случаях при обжиге медного или молибденового концентрата рений в виде оксида вылетает из печных труб. Летучий оксид рения пропускают на выходе из трубы через серную кислоту, а из полученного в результате химической реакции перрината калия выделяют чистый рений.
В СССР основным потребителем рения и его соединений была Россия (около 70% суммарного потребления), а производителем - Казахстан (более 70% суммарного производства). По запасам рения Казахстан занимает второе место в мире после США. 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. После развала союзного государства потребление рения резко снизилось и составило всего лишь около 1,5 тонны в год (1994 год). Сейчас оно немного возросло - до 2-2,5 тонны в год, но в России рения производит ся всего лишь сотни килограммов... А российской промышленности требуется не менее 5 тонн рения в год.
В Советском Союзе было три значительных месторождения, где получали рений: медистые песчаники Джезказганского месторождения в Казахстане и медно-молибденовые месторождения в Узбекистане и Армении. Его также добывали в дружественной нам Монголии, на крупнейшем в мире медно-молибденовом месторождении Эрдэнет. Волею судеб все оказались теперь в ближнем зарубежье. В России остались три мелких месторождения в Читинской области и на Кавказе. Они нерентабельны - их разработка затратна. Поэтому в любой развитой капиталистической стране никто из предпринимателей и не взялся бы за их освоение. Да и в нашей стране с переходом к рыночной экономике эти месторождения не разрабатываются совсем. Так что сырьевая рениевая база России сейчас на нуле.
Итак, разрабатывать бедные месторождения просто невыгодно. Америка решает проблему добычи рения, инвестируя разработки богатых месторождений в странах третьего мира. Для нас этот путь пока невозможен - нет денег.
Можно договариваться с бывшими соотечественниками из Узбекистана и Казахстана и получать рений в порядке обмена на другие товары. Конечно, можно и просто купить импортное рениевое сырье. Но все же, если мы хотим сохранить нашу страну как великую державу, хотим отстоять свою экономическую независимость, стратегические виды сырья неплохо бы было иметь у себя дома. Тогда никто не сможет диктовать нам ни политические, ни экономические условия. А рений на сегодняшний день металл, имеющий стратегическое значение. И получать рений нам надо бы у нас в стране и желательно без привлечения иностранного капитала.
К началу 90-х годов сырьевые ресурсы рения в России были практически исчерпаны. А по данным опроса российских потребителей, к 2005 году можно ожидать увеличение потребности России в рении до 10 тонн в год. Положение сложилось практически безвыходное, но нашей стране удивительно повезло. Именно в 1992 году удача улыбнулась геологам - они нашли рений на территории России и не в виде примесей в других минералах, а уникальное единственное известное в мире скопление минерала рения!
Рений в виде минерала обнаружен нашими учеными почти случайно. На Сахалине в городе Южно-Сахалинске есть Институт вулканологии и геодинамики Российской академии естественных наук. Директор его - Генрих Семенович Штейнберг уже много лет организует научные геологические экспедиции с участием ученых из Новосибирска, Москвы, Иркутска и других городов. И вот во время такой экспедиции в 1992 году сотрудники Института экспериментальной минералогии (он находится в городе Черноголовка, под Москвой) и Института геологии рудных месторождений (Москва) вели режимное наблюдение на вулканах Южнокурильской гряды и на вершине вулкана Кудрявый на острове Итуруп в местах выхода вулканического газа нашли новый минерал - рениит. Внешне он напоминал обычный молибденит, а оказался сульфидом рения. Содержание рения в нем достигает 80%. Это было почти чудо - заявка на возможность промышлен ного использования рениита для получения рения.
Вулкан Кудрявый высотой 986 метров - вулкан так называемого гавайского типа. В отличие от взрывающихся газовых вулканов он тихо тлеет. И в темную ночь, заглянув в кратер, вы можете увидеть в глубине раскаленную ярко-красную лаву. Иногда лава прорывается на поверхность и растекается по склонам. Правда, Кудрявый последние сто лет ведет себя спокойно - видимо, хорошо продувается газами, поэтому лава не выплескивается наружу. Поверхность кратера вулкана Кудрявый имеет размеры 200х400 метров. На кратере Кудрявого находятся шесть фумарольных полей - площадок размером 30х40 метров с большим количеством мест выхода газа. Над ними всегда курится желтоватый дымок.
Ученые задумались, откуда мог взяться сульфид рения на вершине вулкана, и пришли к выводу, что он кристаллизуется в виде иголочек прямо из вулканического газа. Из шести имеющихся фумарольных полей четыре - высокотемпературные. Вулканические газы в них имеют температуру от 500 до 940 градусов по Цельсию. И только на таких "горячих" полях и образуется новый минерал рения. Там, где холоднее, рениита намного меньше, а при температуре ниже 200 градусов он практически отсутствует. В этом и заключается уникальность вулкана Кудрявый: ведь вулканические газы, выходящие на поверхность на фумарольных полях других вулканов, гораздо менее горячие.
Исключение составляет единственный вулкан Килауэа, который находится на Гаваях. Его газы тоже имеют высокую температуру, но, правда, содержание рения в них в два раза ниже, чем в газовых выбросах вулкана Кудрявый. Да и уловить газы на Килауэа практически невозможно - гавайский вулкан постоянно извергает потоки раскаленной лавы. Так что Россия обладает уникальным вулканом, и не воспользоваться этим обстоятельством просто грешно.
Штейнберг и его сотрудники подсчитали, сколько сульфида рения накопилось на вулкане за сто лет "работы" в стационарном режиме. Оказалось, что не так уж и много - 10-15 тонн. Этого России хватило бы на год-полтора.
Пять лет назад наш институт тоже подключился к исследованиям, проводимым на вулкане Кудрявый. Поскольку в самом минерале, образовавшемся на поверхности кратера, рения для его промышленной добычи оказалось недостаточно, мы решили проверить содержание этого металла в вулканических газах. С помощью специально сконструированных приборов было установлено, что рения там содержится около одного грамма на тонну. А только лишь за одни сутки вулкан выбрасывает в атмосферу около 50 тысяч тонн газов. Это - 20 тонн рения ежегодно. А за сто лет "в трубу" вылетело более 2000 тонн рения, который рассеялся по планете.
Ученые также обнаружили, что в вулканических газах содержится не только рений, а еще по меньшей мере десяток редких сопутствующих элементов: германий, висмут, индий, молибден, золото, серебро и другие металлы.
Итак, за последние сто лет Кудрявый выбросил с высокотемпературными вулканическими газами в земную атмосферу сотни тонн рения. Его кратер - своего рода печная труба завода по переработке молибденита. Но на таких заводах рений и другие рассеянные редкие металлы "в трубу" не вылетают, их улавливают специальными фильтрующими устройствами, концентрируют и получают компоненты высокотехнологичных сплавов.
Поэтому сотрудникам нашего института пришла в голову вполне здравая идея о постройке установки для улавливания рения и других редких металлов прямо на вулкане - на этой трубе природного происхождения. Мысль сама по себе достаточно крамольная хотя бы потому, что до сих пор на вулканах добывали только серу. Например, на самом острове Итуруп до 1942 года японцы разрабатывали вулканические серные месторождения. Сохранились остатки железных дорог, канатная дорога. Сейчас пришла пора и россиянам воспользоваться богатством недр этой земли.
Мы разработали и в 1999 году запатентовали технологию извлечения рения, попытавшись сымитировать природный процесс осаждения сульфида рения в местах выхода высокотемпературных вулканических газов. На пути газа мы решили поставить улавливатели, на которых сульфид рения осаждался бы в виде тоненьких иголочек, как на вулканическом кратере.
В качестве носителей, адсорбирующих на себя сульфид рения, мы использовали природные цеолиты. Эти алюмосиликаты имеют одну особенность - они очень пористые. Их внутренняя адсорбирующая поверхность - около 2 квадратных метров на 1 грамм цеолита. Крупное месторождение цеолитов есть на Сахалине (Лютогорское месторождение), с которого мы и собираемся доставлять цеолиты на вулкан Кудрявый.
Технология оказалась простой - гораздо проще, чем для традиционного способа извлечения рения из молибденовой руды. Кроме того, было подсчитано, что такой способ намного дешевле рудного.
Министерство природных ресурсов РФ, понимая стратегическую значимость рения, все годы финансировало наши пионерские работы на вулкане Кудрявый. Когда исследовательские работы были в целом завершены, министерство выделило специальные ассигнования нашему институту на проектирование и создание пилотной установки для проведения промышленных испытаний на вулкане.
И вот в 2000 году мы собрали деревянную пирамиду с площадью основания около 9 квадратных метров. Этот деревянный купол должен покрыть одно из небольших фумарольных полей. Из вершины пирамиды в сторону будет отведена десятиметровая труба. Газ из вулкана выходит под очень низким давлением, явно недостаточным для прокачивания через улавливатели. Для создания "напора" вулканического газа в конце трубы планируется поставить вентилятор-дымосос. Дальше газ пройдет через емкость со 100 килограммами цеолита. Цеолит будет промываться серной кислотой, которую тоже можно получать прямо на месте из чистой вулканической серы. Этот сернокислый раствор, содержащий рений, затем нужно будет прогнать через ионообменную смолу. За месяц мы надеемся получить килограмм калиевой соли рениевой кислоты, а из нее можно выделить 500-700 граммов чистого рения. Опытно-промышленная установка предусматривает сезонную работу с годовым объемом добычи рения около 280 килограммов.
Если все у нас получится, то недропользователи не заставят себя ждать. Проектом заинтересо вался ряд институтов авиационной промышленности, правительство Москвы.
Конечно, в промышленных условиях купол будет гораздо больше. И не деревянный, а бетонный. На это нужны средства и немалые. Ведь в основном все необходимое оборудование и сырье придется доставлять вертолетами. Но все же за два года наладить производство - вполне реально. И за два года работы промышленная установка себя окупит за счет высокой стоимости конечного продукта. А потом можно рассчитывать и на прибыль. Неплохо было бы выйти с дешевым рениевым сырьем и на мировой рынок. Но все это - дело будущего.
Вулкан Кудрявый разрушил научный стереотип - опроверг общепринятую точку зрения, что рений встречается в природе только в рассеянном виде. Вулканическое месторождение создало прецедент для геологов всего мира - стало ясно: такое возможно. И вполне может оказаться, что вулкан на Итурупе не одинок. На земном шаре есть неизученные вулканы и не исключено - рений где-нибудь удастся найти. Главное - ученым теперь понятно: такие месторождения существуют. И ясен принцип поиска - нужно искать высокотемпературные вулканические газы.
Для большинства наших ученых уже нет сомнений, что извлечение рения на вулкане Кудрявый целесообразно. Ресурсы рения на нем достаточны для обеспечения внутрироссийской потребности, они превышают оборот этого элемента на всех действующих предприятиях России. Помимо рения из газовых выбросов можно извлечь висмут, индий, германий, серебро, золото, а также селен. Остается засучить рукава. Лишь бы только уникальное вулканическое месторождение на острове Итуруп не оказалось тоже в зарубежье, но не в ближнем, а в дальнем.