Ρήνιο: εφαρμογή και ιδιότητες

2024 Συγγραφέας: Howard Calhoun | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-02 13:52

Το Ρήνιο, η εφαρμογή του οποίου θα συζητηθεί παρακάτω, είναι στοιχείο του χημικού περιοδικού πίνακα κάτω από τον ατομικό δείκτη 75 (Re). Το όνομα της ουσίας προέρχεται από τον ποταμό Ρήνο στη Γερμανία. Το έτος ανακάλυψης αυτού του μετάλλου είναι το 1925. Η πρώτη σημαντική παρτίδα υλικού ελήφθη το 1928. Αυτό το στοιχείο ανήκει στο τελευταίο ανάλογο με σταθερό ισότοπο. Από μόνο του, το ρήνιο είναι ένα μέταλλο με λευκή απόχρωση και η μάζα σκόνης του είναι μαύρη. Τα σημεία τήξης και βρασμού κυμαίνονται από +3186 έως +5596 βαθμούς Κελσίου. Έχει παραμαγνητικά χαρακτηριστικά.

Λειτουργίες

Η χρήση του ρηνίου δεν είναι τόσο διαδεδομένη λόγω των εξαιρετικών παραμέτρων και του υψηλού κόστους του. Στους +300 °C, το μέταλλο αρχίζει να υφίσταται ενεργά οξείδωση, η διαδικασία της οποίας εξαρτάται από περαιτέρω αύξηση της θερμοκρασίας. Αυτό το στοιχείο είναι πιο σταθερό από το βολφράμιο, πρακτικά δεν αλληλεπιδρά με το υδρογόνο και το άζωτο, παρέχοντας μόνο προσρόφηση.

Όταν θερμαίνεται, παρατηρείται αντίδραση με χλώριο, βρώμιο και φθόριο. Το ρήνιο δεν διαλύεται μόνο στο νιτρικό οξύ και όταν αλληλεπιδρά με τον υδράργυρο, σχηματίζεται ένα αμάλγαμα. Αντίδραση με υδατική σύνθεση υπεροξειδίουΤο υδρογόνο προκαλεί το σχηματισμό οξέος ρηνίου. Αυτό το στοιχείο είναι το μόνο από τα πυρίμαχα μέταλλα που δεν σχηματίζει καρβίδια. Η χρήση του ρηνίου δεν έχει καμία συμμετοχή στη βιοχημεία. Υπάρχουν λίγες διαθέσιμες πληροφορίες σχετικά με όλες τις πιθανές επιπτώσεις του. Μεταξύ των αξιόπιστων γεγονότων - η τοξικότητα και η τοξικότητα στους ζωντανούς οργανισμούς.

Παραγωγή

Το ρήνιο είναι ένα εξαιρετικά σπάνιο μέταλλο. Στη φύση, συναντάται συχνότερα σε συνδυασμό με βολφράμιο και μολυβδαίνιο. Επιπλέον, ακαθαρσίες υπάρχουν στα ορυκτά κοιτάσματα των γειτόνων του στον πίνακα. Το ρήνιο εξορύσσεται κυρίως από κοιτάσματα μολυβδαινίου μέσω της σχετικής εξόρυξης.

Επιπλέον, το εν λόγω στοιχείο εξάγεται από τον τζεζκαζγκανίτη, ένα πολύ σπάνιο φυσικό ορυκτό, το οποίο ονομάστηκε έτσι από τον οικισμό του Καζακστάν κοντά στο κοίτασμα. Το ρήνιο μπορεί επίσης να απομονωθεί από πυρίτη, ζιρκόνιο, κολομβίτη.

Το μέταλλο είναι διασκορπισμένο σε όλο τον κόσμο σε αμελητέα συγκέντρωση. Μεταξύ των γνωστών τοποθεσιών εξόρυξης, όπου βρίσκεται σε σημαντικές ποσότητες, είναι το νησί Kuril of Iturup στη Ρωσία. Το κοίτασμα ανακαλύφθηκε το 1992. Εδώ το μέταλλο παρουσιάζεται με τη μορφή δομής παρόμοιας με το μολυβδαίνιο (ReS_2).

Η εξόρυξη πραγματοποιείται σε μια μικρή πλατφόρμα που βρίσκεται στην κορυφή ενός αδρανούς ηφαιστείου. Εκεί δραστηριοποιούνται ιαματικές πηγές, γεγονός που υποδηλώνει την επέκταση του κοιτάσματος, το οποίο, σύμφωνα με προκαταρκτικές εκτιμήσεις, εκπέμπει περίπου 37 τόνους αυτού του μετάλλου ετησίως.

Το δεύτερο μεγαλύτερο κοίτασμα θεωρείται κατάλληλο για κοίτασμα ρηνίουεξόρυξη βιομηχανικών στοιχείων. Βρίσκεται στη Φινλανδία και ονομάζεται Hitura. Εκεί, το μέταλλο εξάγεται από ένα άλλο ορυκτό - τον ταρκυανίτη.

Λήψη

Το Το ρήνιο λαμβάνεται με την επεξεργασία πρωτογενών πρώτων υλών, οι οποίες αρχικά έχουν χαμηλό ποσοστό αυτού του υλικού. Τις περισσότερες φορές, το στοιχείο εξάγεται από θειούχα χαλκό και μολυβδαίνιο. Τα κράματα ρηνίου υποβάλλονται σε πυρομεταλλουργική επεξεργασία, η οποία χρησιμοποιείται κατά την εργασία με μεταλλεύματα που τήκονται, μετατρέπονται και ψήνονται.

Οι υπερβολικές θερμοκρασίες τήξης καθιστούν δυνατή τη λήψη υψηλότερου οξειδίου Re-207, το οποίο συγκρατείται από ειδικές συσκευές παγίδευσης. Συμβαίνει ότι μέρος του στοιχείου κατακάθεται στην αιθάλη μετά το ψήσιμο. Από αυτή την ουσία μπορεί να ληφθεί καθαρό υλικό με τη βοήθεια υδρογόνου. Στη συνέχεια, η προκύπτουσα ουσία σκόνης τήκεται απευθείας σε πλινθώματα ρηνίου. Η χρήση μεταλλεύματος για την εξόρυξη του εν λόγω στοιχείου συνοδεύεται από την εμφάνιση ιζήματος στο ματ. Περαιτέρω μετατροπή αυτής της σύνθεσης επιτρέπει την απομόνωση του ρηνίου μέσω της έκθεσης σε ορισμένα αέρια.

Τεχνολογικές στιγμές

Είναι δυνατό να επιτευχθεί η επιθυμητή συγκέντρωση κατά την παραγωγή λόγω των ιδιοτήτων του ρηνίου και της χρήσης θειικού οξέος. Αφού περάσει από ειδικές μεθόδους καθαρισμού, είναι δυνατό να απομονωθεί ένα καθαρό στοιχείο από το μετάλλευμα.

Αυτή η μέθοδος δεν είναι πολύ παραγωγική, η απόδοση ενός καθαρού προϊόντος δεν είναι μεγαλύτερη από 65%. Αυτός ο δείκτης ποικίλλει ανάλογα με την περιεκτικότητα σε μέταλλο στο μετάλλευμα. Σε αυτή τη βάση, επιστημονικήέρευνα για τον εντοπισμό πιο προηγμένων και εναλλακτικών μεθόδων παραγωγής.

Οι σύγχρονες τεχνολογίες καθιστούν δυνατή τη βελτιστοποίηση των ιδιοτήτων του τεχνητά ληφθέντος ρηνίου. Αυτό το διάλυμα επιτρέπει τη χρήση υδατικού διαλύματος αντί όξινου. Αυτό καθιστά δυνατή τη σύλληψη πολύ πιο καθαρού μετάλλου κατά τον καθαρισμό.

Αίτηση

Πρώτα, εξετάστε τα κύρια χαρακτηριστικά του εν λόγω στοιχείου, για τα οποία εκτιμάται ιδιαίτερα:

• Refractoriness.
• Ελάχιστη έκθεση στη διάβρωση.
• Καμία παραμόρφωση όταν εκτίθεται σε χημικές ουσίες και οξέα.

Επειδή η τιμή αυτού του μετάλλου είναι εξαιρετικά υψηλή, χρησιμοποιείται κυρίως σε σπάνιες περιπτώσεις. Ο κύριος τομέας εφαρμογής αυτού του στοιχείου είναι η παραγωγή ανθεκτικών στη θερμότητα κραμάτων με διάφορα μέταλλα, τα οποία χρησιμοποιούνται στην κατασκευή πυραύλων και στην αεροπορική βιομηχανία. Κατά κανόνα, το ρήνιο χρησιμοποιείται για την παραγωγή ανταλλακτικών για υπερηχητικά μαχητικά. Τέτοιες ενώσεις περιλαμβάνουν τουλάχιστον 6% μέταλλο.

Μια τέτοια πηγή μετατράπηκε γρήγορα στο κύριο εργαλείο για τη δημιουργία μονάδων τζετ. Ταυτόχρονα, το υλικό άρχισε να θεωρείται στρατιωτικό-στρατηγικό εφεδρικό. Τα ειδικά παρεχόμενα θερμικά ζεύγη επιτρέπουν τη μέτρηση θερμοκρασιών σε τεράστιες περιοχές. Το εν λόγω στοιχείο καθιστά δυνατή την παράταση της διάρκειας ζωής των περισσότερων συσσωματωμένων μετάλλων. Από το ρήνιο, η χρήση του οποίου συζητήθηκε παραπάνω, κατασκευάζονται επίσης ελατήρια για εξοπλισμό ακριβείας, μέταλλα πλατίνας, φασματόμετρα, μετρητές πίεσης.

ΑνΠιο συγκεκριμένα, χρησιμοποιεί βολφράμιο επικαλυμμένο με ρήνιο. Λόγω της αντοχής του στη χημική προσβολή, αυτό το μέταλλο περιλαμβάνεται σε προστατευτικές επικαλύψεις έναντι όξινων και αλκαλικών περιβαλλόντων.

Ενδιαφέροντα γεγονότα

Το Το ρήνιο χρησιμοποιείται επίσης για τη δημιουργία ειδικών επαφών. Έχουν την ιδιότητα να αυτοκαθαρίζονται σε περίπτωση βραχυκυκλώματος. Στα συνηθισμένα μέταλλα, παραμένει οξείδιο, το οποίο δεν επιτρέπει τη διέλευση του ρεύματος. Το ρεύμα διέρχεται επίσης από κράματα ρηνίου, αλλά δεν αφήνει ίχνη πίσω του. Από αυτή την άποψη, οι επαφές από αυτό το μέταλλο έχουν μεγάλη διάρκεια ζωής.

Η πιο σημαντική πτυχή της χρήσης του ρηνίου ήταν η δυνατότητα χρήσης του για τη δημιουργία καταλυτών που βοηθούν στην παραγωγή ορισμένων συστατικών του καυσίμου βενζίνης. Η δυνατότητα χρήσης χημικού στοιχείου στη βιομηχανία πετρελαιοειδών οδήγησε σε αρκετές φορές αύξηση της ζήτησής του στην αντίστοιχη αγορά. Ο κόσμος ενδιαφέρεται σοβαρά για αυτό το μοναδικό υλικό.

Stocks

Αξίζει να σημειωθεί ότι το παγκόσμιο απόθεμα ρηνίου είναι τουλάχιστον 13 χιλιάδες τόνοι μόνο σε κοιτάσματα μολυβδαινίου και χαλκού. Είναι οι κύριες πηγές αυτού του συστατικού στη μεταλλουργική βιομηχανία. Πάνω από τα 2/3 του συνόλου του ρηνίου στον πλανήτη βρίσκεται σε τέτοιες διαμορφώσεις. Το υπόλοιπο τρίτο είναι δευτερεύοντα υπολείμματα. Εάν μειώσουμε όλους τους υπολογισμούς των αποθεματικών σε έναν μόνο παρονομαστή, θα πρέπει να επαρκούν για τουλάχιστον τριακόσια χρόνια. Στον υπολογισμό των επιστημόνων δεν ελήφθη υπόψη η ανακύκλωση. Παρόμοιοςέργα έχουν αναπτυχθεί εδώ και πολύ καιρό, μερικά από αυτά έχουν αποδείξει την αξία τους.

Κόστος

Οι τιμές των προϊόντων στις περισσότερες κατηγορίες διαμορφώνονται από τη διαθεσιμότητα και τη ζήτηση του προϊόντος. Ένα συστατικό όπως το ρήνιο είναι ένα από τα πιο ακριβά μέταλλα στον κόσμο, επομένως δεν μπορεί να το αντέξει κάθε κατασκευαστής, αν και έχει μοναδικές ιδιότητες που καθιστούν δυνατή την αντιστάθμιση του κόστους της ακριβής χρήσης του. Ταυτόχρονα, το ρήνιο έχει παραμέτρους που κανένα άλλο μέταλλο δεν έχει. Για τη δημιουργία διαστημικών και αεροπορικών δομών τα χαρακτηριστικά του είναι ιδανικά. Δεν προκαλεί έκπληξη το γεγονός ότι η τιμή του ρηνίου είναι υψηλή, αν και αντιστοιχεί σε όλους τους δείκτες που χαρακτηρίζουν αυτό το μοναδικό υλικό.

Ήδη το 2011, το μέσο κόστος του ρηνίου ήταν περίπου 4,5 δολάρια ΗΠΑ ανά γραμμάριο. Στη συνέχεια, δεν παρατηρήθηκε πτωτική τάση στις τιμές. Συχνά το τελικό κόστος εξαρτάται από τον βαθμό καθαρισμού του μετάλλου. Η τιμή του υλικού μπορεί να φτάσει χιλιάδες δολάρια ή περισσότερα.

Ιστορικό ανακάλυψης

Αυτό το στοιχείο ανακαλύφθηκε από τους Γερμανούς χημικούς Ead και W alter Noddack το 1925. Διεξήγαγαν έρευνα χρησιμοποιώντας κολομβιφασματική ανάλυση στο εργαστήριο της ομάδας Siemens and Shake. Μετά από αυτό το γεγονός, αντίστοιχη έκθεση πραγματοποιήθηκε σε συνάντηση Γερμανών χημικών στη Νυρεμβέργη. Ένα χρόνο αργότερα, μια ομάδα επιστημόνων απομόνωσε τα δύο πρώτα χιλιοστόγραμμα ρηνίου από μολυβδαίνιο.

Σε σχετικά καθαρή μορφή, το στοιχείο ελήφθη μόλις το 1928. Για να πάρειςένα χιλιοστόγραμμα της ουσίας έπρεπε να επεξεργαστεί πάνω από 600 κιλά νορβηγικού μολυβδαινίου. Η βιομηχανική παραγωγή αυτού του μετάλλου ξεκίνησε και στη Γερμανία (1930). Η ικανότητα των εργοστασίων επεξεργασίας κατέστησε δυνατή την απόκτηση περίπου 120 κιλών μετάλλου ετησίως. Εκείνη την εποχή, αυτό ικανοποιούσε πλήρως την ανάγκη για ρήνιο σε ολόκληρη την παγκόσμια αγορά. Στην Αμερική, τα πρώτα βιομηχανικά 4,5 κιλά μοναδικού μετάλλου αποκτήθηκαν το 1943 με επεξεργασία συμπυκνωμένου μολυβδαινίου. Ήταν αυτό το στοιχείο που έγινε το τελευταίο μέταλλο που ανακαλύφθηκε με σταθερό ισότοπο. Όλα τα άλλα ανάλογα που ανακαλύφθηκαν νωρίτερα, συμπεριλαμβανομένων των τεχνητών, δεν είχαν τέτοιες ιδιότητες.

Φυσικά αποθέματα

Μέχρι σήμερα, σύμφωνα με τα φυσικά αποθέματα του εν λόγω μετάλλου, ο κατάλογος των κοιτασμάτων μπορεί να ταξινομηθεί με την ακόλουθη σειρά:

• Χιλιανά ορυχεία.
• Ηνωμένες Πολιτείες Αμερικής.
• Νησί Ιτουρούπ, όπου τα κοιτάσματα υπολογίζονται σε έως και 20 τόνους ετησίως (με τη μορφή ηφαιστειακών εκρήξεων αερίου).

Στη Ρωσική Ομοσπονδία, τα κοιτάσματα τύπου υδρογόνου μισού στοιχείου αξιολογούνται ως τοποθεσίες που έχουν το μέγιστο δυναμικό για μεταλλεύματα χαλκού πορφυρίτη και χαλκού-μολυβδαινίου. Συνολικά, σύμφωνα με τις προβλέψεις των ειδικών, τα κοιτάσματα ρηνίου στη Ρωσία ανέρχονται σε 2900 τόνους (76% του κρατικού πόρου). Η μερίδα του λέοντος αυτών των κοιτασμάτων βρίσκεται στη λεκάνη άνθρακα της περιοχής της Μόσχας (82%). Το επόμενο πεδίο όσον αφορά τα αποθέματα είναι η λεκάνη Briketno-Zheltukhinsky στην περιοχή Ryazan.

Αποτέλεσμα

Το ρήνιο είναι ένα χημικό στοιχείο πουανήκει στην ομάδα των σπάνιων μετάλλων με μοναδικά χαρακτηριστικά. Οι ιδιότητές του, οι τόποι εξόρυξης, τα πεδία του περιγράφονται παραπάνω.