К началу 90-х гг. в СССР, так же как и за рубежом, отмечался стремительный рост потребности в металлическом рении и его соединениях, применявшихся в многокомпонентных сплавах для нового поколения авиационных и космических двигателей. Достаточно высоким был потребительский спрос на рениевую продукцию в электронике (мишени рентгеновских трубок, электромагниты, полупроводники), цветной металлургии (сплавы с вольфрамом, молибденом, никелем для производства термопар, подогревателей, катодных сеток, твёрдосплавного инструмента и пр.), нефтехимической промышленности.

Характерной особенностью в использовании ренийсодержащей продукции России является наличие большой группы предприятий с незначительными объемами потребления. Кроме основных потребителей, указанных в табл. 14, свыше 20 предприятий и организаций использовало для нужд своего производства рений в количестве от 3 до 15 кг в год.

Произошедшие политические и экономические перемены в СНГ вызвали существенные изменения на рынке рения и, прежде всего, из-за нарушившегося взаимодействия государств-поставщиков ренийсодержашего сырья и государств, занимающихся переработкой сырья. За пределами РФ оказались как основные запасы традиционного сырья, так и основные производители рениевой продукции. Значительный рост цен на исходное сырье – до 100 тыс. руб./кг и резкое подорожание продукции – до 200 – 250 тыс. руб/кг привели к резкому снижению выпуска и потребления рения в СНГ, чему способствовала также и конверсия ВПК.

Катализаторы. В нефтехимии рений в виде перрената или высшего оксида используется для производства алюмоплатинорениевых катализаторов риформинга нефти различных марок с содержанием рения в среднем 0,2 мас. % и соотношением Pt:Re=1:1. Внедрение биметаллических Pt–Re катализаторов за рубежом в 70-х гг. привело к качественному скачку в нефтеперерабатывающей промышленности. Оно дало колоссальный экономический эффект, поскольку позволило сократить потребление дорогой и дефицитной платины и осуществить производство неэтилированного бензина с высокими качественными показателями.

Катализаторы используются в технологическом цикле непрерывно в течение   3 – 5 лет, затем их селективность и активность падает и они выводятся на переработку для извлечения платины и рения.

Наибольшее распространение Pt–Re катализаторы получили в США, где до начала 90-х гг. в этой области потреблялось от 5 до 7 т рения. В Европе объём спроса не превышал 1,5 – 2 т. В меньшей степени использовались такие катализаторы в Японии.

Начиная с 1992 г. нефтяная промышленность стала сокращать использование рения по следующим причинам:

− дальнейшие усилия по увеличению октанового числа бензина за счёт использования рения в катализаторах риформинга были признаны нецелесообразными, поскольку затраты уже не компенсировались этим преимуществом;

− установки риформинга, применявшие Pt–Re катализаторы, имели достаточное оснащение, а необходимость в «свежем» рении возникает только для восполнения потерь в процессе рециклинга катализатора. По подсчётам экономистов для этой цели достаточно всего около 0,9 т Re в год;

− спрос на неэтилированный бензин уменьшился в связи с появлением на рынке этилированного бензина нового сорта, позволяющего снизить вредное воздействие выхлопов старых автомобилей;

− бензин, производимый с ренийсодержащими катализаторами, не вполне отвечает современным более строгим нормам, вводимым новыми законами по охране окружающей среды.

В качестве одного из высокооктановых компонентов в продуктах риформинга содержится бензол, который обладает канцерогенными свойствами. Ужесточение законодательных мер по охране окружающей среды приводит к требованию уменьшения содержания бензола или полного удаления его из нефтепродуктов. С другой стороны, в некоторых странах введены требования повышения уровня кислорода в выхлопных газах, чтобы уменьшить содержание СО в них (особенно в зимние месяцы). Увеличение содержания кислорода может быть обеспечено введением метилтрибутилового эфира (МТБЭ), который сам повышает октановое число и уже используется в этих целях некоторыми нефтяными компаниями вместо тетраэтилсвинца. В случае расширения применения МТБЭ потребность в риформате (продукте риформинга) существенно сократится, что повлечёт за собой уменьшение потребления рения.

В конце прошлого века эксперты указывали на возможность сокращения закупок рения для нефтяной отрасли с 4 – 5 т в год до 1 – 2 т. Основанием для этого (помимо вышеуказанных причин) послужила вероятность замены Pt–Re катализаторов монометаллическими платиновыми катализаторами, издержки производства которых заметно снизились, либо платинооловянными катализаторами. Кроме того, были разработаны новые более дешевые катализаторы с иридием и оловом. Сейчас 80 % строящихся и переоборудующихся заводов намерены применять платинооловянные катализаторы.

Отказ от применения рения в катализаторах для нефтехимии способствует разработкам новых видов катализаторов, исследования которого в прошлом были ограничены из-за недостатка рения (высокой его цены).

Наиболее перспективно применение рения в автокатализаторах (фильтрах-нейтрализаторах), производство которых было освоено в Японии. Требования к оснащению новых легковых автомобилей фильтрами-нейтрализаторами в Западной Европе может привести к росту спроса на рений. В частности, во Франции был запатентован ренийсодержащий церийплатинородиевый катализатор для очистки выхлопных газов.

Имеются новые катализаторы очистки выхлопных газов R&D, которые, по мнению некоторых обозревателей, могли бы компенсировать сокращение спроса в процессе риформинга нефти. Один из подобных катализаторов уже используется промышленностью, но рост его применения не превышает 500 т в год, однако могут появиться и другие виды таких катализаторов.

Известны разработки многокомпонентных катализаторов различного назначения для применения их в разных отраслях промышленности. Ренийсодержащий железоникелькобальтовый катализатор, предложенный американским патентом, способствует процессу полного окисления компонентов при сжигании органических материалов: твёрдых отбросов, нефтяных отходов (кислый гудрон), мазута, битума, угля, хлорорганических и азотосодержащих веществ. Перспективными областями применения новых ренийсодержащих катализаторов являются производство экологически чистого синтетического топлива (водорода, этилового спирта), синтез аммиака, процессы "малой химии" и др.

Суперсплавы. Ренийсадержащие суперсплавы на основе никеля и Со–Мо с 3 % Rе, Мо–1Rе, W–3,6Re–1ThO₂, Re–1ThO_2, W–4Re–0,2HfC успешно работают при более высоких температурных нагрузках (1000 ^оС) в двигателях с высоким кпд и большим сроком службы. Такие сплавы применяются для изготовления турбинных лопаток турбореактивных двигателей, теплозащитных экранов, нагревательных элементов, высокотемпературных печей, деталей электронных ламп и электрооборудования. Спрос на рений для никелевых суперсплавов быстро вырос в США с конца 80-х гг. от 0,8 – 1,2 т до 4 т в 1991 г.

Ещё большее расширение использования рения в суперсплавах предполагалось за счёт увеличения доли рения в них от 3 до 6 % (и даже до 12 %). Дополнительной добавкой рения в суперсплавы достигается возможность работы двигателя при более высоких температурах, что способствует более высокой эффективности сгорания топлива и улучшению эксплуатационных характеристик, за счёт чего вес двигателя и горючего может быть уменьшен. Снижение веса двигателя только на один кг позволит сэкономить в весе ракеты 8 кг, за счёт чего увеличивается её грузоподъёмность и дальность полёта.

Потребление рения в ракето- и самолётостроении по оценкам на 1995 г. составило 20 т. Правительство США ассигновало около 6 млн долл. на осуществление трёхлетней программы по закупке рения. В расчёте на высокий спрос делали крупные закупки и производители авиационных сплавов. Однако многообещающие прогнозы не оправдались, и большая часть закупленного рения остаётся в складских запасах.

Процесс разоружения и связанная с ним конверсия военных производств уменьшает потребление рения в суперсплавах, хотя эта область и стала основной в структуре потребления в США (75 % в 1993 г.). Зарубежные обозреватели высказывают мнение, что снижение потребления рения в военной авиационно-ракетной технике может быть компенсировано его применением в энергетических установках наземного базирования. Исследование сплавов с более высоким содержанием рения проводится и в других областях, в первую очередь, в морских и наземных газотурбинных установках, рынок которых растёт в среднем на 8 % в год.

В России на Ступинском металлургическом комбинате с 1988 г. было начато промышленное освоение жаропрочного сплава на никелевой основе марки ЖС-32 с 4 % Re. Сплав предназначался для создания принципиально новых авиационных газотурбинных двигателей 6-го поколения, способных работать при температуре газа 2000 – 2100 К (в настоящее время 1600 – 1800 К).

Другие области применения. Из сплавов рения с вольфрамом, молибденом, танталом, титаном, никелем, кобальтом и др. изготавливают тонкую проволоку и фольгу для нитей накала, катодов, подогревателей. При большой прочности, сохранении пластичности в рекристализованном состоянии они обладают более высоким электросопротивлением и имеют t_пл = 3180 ºС.

Сплав молибдена с 50 % рения признан лучшим материалом для изготовления тончайших нитей для торсионов (вал или нить с пониженной жёсткостью на кручение, применяется для гашения крутильных колебаний) сверхточных навигационных приборов, используемых в военно-морской и авиакосмической технике. Прочные и тугоплавкие W–Re сплавы — прекрасный материал для электроконтактов, работающих в условиях повышенной коррозии и вибрации. Образующийся на поверхности контакта оксид рения под воздействием нагрева и искр испаряется, и слипание контактов не происходит, что обеспечивает большую надёжность в работе электротехнических устройств.

Применение сплавов W–Re и Мо–Re в производстве термоэлементов даёт высокую и стабильную термоэлектродвижущую силу. Термопары из этих сплавов пригодны для измерения температур до 2600 °С при сохранении пластичности электродов после длительного нагревания.

Благодаря высокой коррозийной стойкости тончайшие рениевые покрытия надёжно защищают детали от воздействия кислот, щелочей, морской воды, сернистых соединений и т.п. Ренирование позволяет в несколько раз продлить срок службы вольфрамовых нитей в электролампах, электронных трубках, электровакуумных приборах, так как рениевое покрытие защищает вольфрам от воздействия следов кислорода и водяных паров, оставшихся в баллонах ламп после откачки воздуха.

Высокая износостойкость рения позволяет изготавливать из него и его сплавов фильтры для производства оптического волокна, опоры для осей измерительных приборов, катоды рентгеновских трубок и др. Применение рения и его сплавов в изготовлении тонких покрытий, проволок, фольги обеспечивает высокую надёжность и длительность в работе деталей устройств в тяжёлых условиях вибрации, радиации, высоких температур, в присутствии водорода, углерода, водяных паров и т.д.

Некоторое количество рения используется в рентгеновских мишенях, в производстве твёрдосплавного инструмента, счетчиках ионизации, электромагнитах. Отмечается устойчивый рост потребления рения в рентгеновских мишенях. В США в них используется от 0,6 до 0,9 т рения в год.

Использование рения в электронных и электротехнических приборах и устройствах традиционно является основной областью его применения в России и Японии, и в будущем в этих областях по мере снижения цен на рений можно предполагать умеренный, но устойчивый рост.

В России металлический рений используется в чёрной металлургии для выплавки ряда прецизионных сплавов (объём использования составил 0,16 т). Все образующиеся в производстве отходы ренийсодержащих сплавов помарочно собираются и используются для подшихтовки при выплавке этих сплавов.

Литература

1. Стратегия использования и развития минерально-сырьевой базы редких металлов России в XXI веке. Тезисы докладов международного симпозиума. М. : 1998.   384 с.

2. Инновационное развитие атомно-энергетического комплекса – следующие 60 лет. Федер. агентство по атомной энергии. М. : 2005. 185 с.

3. Редкоземельные металлы: переработка сырья, производство соединений и материалов на их основе. Тезисы докладов международной конференции.   Красноярск : 1995. 219 с.

4. Металлургия цветных и редких металлов: сборник статей. М. : 2002. 342 с.

5. Литий России. Всероссийское научно-практическое совещание с международным участием. Новосибирск : Изд-во СО РАН, 2004. 198 с.

6. Уран России. Сборник докладов научно-технического совещания. М.: ФГУП «ЦНИИАТОМИНФОРМ», 2008. 228 с.

7. Ниобий и тантал/ Зеликман А. Н., Коршунов Б. Г., Елютин А. В., Захаров А. М. М. : Металлургия. 1990. 295 с.

8. Палант А. А., Трошкина И. Д., Чекмарев А. М. Металлургия рения. М. : Наука. 2007. 298 с.

9. Редкие и рассеянные элементы. Химия и технология/ под ред. С. С. Коровина.  М. : МИСИС. Т.1, 1996. 376 с., Т.2, 1999. 461 с.; Т.3, 2003. 439 с.

10. Торий в ядерном топливном цикле/ В. И. Бойко, В. А. Власов, И. И. Жерин, А. А. Маслов, И. В. Шаманин. М. : Изд. дом «Руда и металлы». 2006. 259 с.