Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2006 № 01
НАЧАТЬ С ИГРУШЕК решил бывший пилот, а ныне начинающий конструктор сверхлегких летательных аппаратов В.Ю. Евдошенко. Конструируя вместе с коллегами из спортивно-технического клуба станции Ухтомская Московской области одноместный автожир, он понял, что без специальных навыков очень трудно рассчитать основные параметры машины. Работа профессионалов стоит очень дорого.
И тогда Виктор Юрьевич вспомнил, как поступали в подобных случаях наши предки. Еще при Петре I российские корабелы прежде, чем строить полноразмерный корабль, создавали его уменьшенную модель и пускали плавать в пруду. А потом смотрели, как она ходит по ветру, преодолевает волну. Потом эту хорошую традицию переняли создатели первых российских летательных аппаратов.
Так же поступил и Евдошенко. Сначала он сделал куклу-манекен, параметры которой в 10 раз меньше, чем у среднего человека. Затем из тонких реек и проволоки начал строить для этой куклы персональный автожир. Конечно, конструктор понимает, что между моделью и большим аппаратом есть различия, законы подобия точны лишь до определенного предела. Тем не менее, моделирование уже позволило ему сэкономить немало денег и времени…
И ИГОЛКИ ГРЕЮТ… У большинства животных волосяной покров призван защищать от холода. Не зря же его зовут мехом. Ну, а как тогда не замерзают отечественные ежи и американские дикобразы, у которых пасть волос исторически преобразовалась в иглы? Заинтересовавшись этим вопросом, исследователи из Института проблем экологии и эволюции имени Северцова РАН провели ряд исследований по замерам теплопроводности волосяного покрова американского дикобраза и его колючих родственников. Оказалось, что и иглы сравнительно неплохо греют. Они обеспечивают поступление тепла к коже, и в то же время их внутренняя структура позволяет не терять тепло в холодное время года.
УДИВИТЕЛЬНО, НО ФАКТ!
Где искать драгоценности?
У этого редкоземельного металла — весьма необычная, даже экзотическая судьба. Поначалу он был никому не нужен. Потом стал дороже золота. А теперь его собираются добывать из самого что ни на есть бросового сырья.
Поймать неуловимого
Рений — один из немногих металлов, что стоят дороже золота. А все потому, что в земной коре его не просто мало, а очень мало — менее 0,7 мг на тонну. И в год вся мировая промышленность выдает не более 30 тонн рения. Он настолько редок, что раньше его разрешали использовать только по специальному постановлению правительства. Но в то же время можно вспомнить, что металлурги порой шутят: редким называется тот металл, который редко используют.
Поначалу рений действительно был редким потому, что его практически не использовали. Потом, когда выяснилось, что добавки рения существенно улучшают свойства многих сплавов, оказалось, что рения не просто мало, он еще и рассеян, распылен по различным минералам. Собственных минералов в промышленных количествах у него нет, разве что весьма редкий, различимый только в микроскоп минерал джезказганит. Поэтому обычно рений добывают из медной руды, в которой этого металла тоже мало — не больше 100 мг/т. Но зато руды много.
После распада СССР выяснилось, что большая часть промышленных месторождений меди оказалась за границей, на территории бывших союзных республик, независимых ныне государств ближнего зарубежья. Между тем, высокопрочные сплавы для космической и авиационной техники уже немыслимы без рения. Добавка всего от 4 до 10 % этого металла позволяет им выдерживать температуры в 2000 градусов и более без потери прочности. Именно из рениевых сплавов изготавливают ныне корпуса и лопасти турбин, сопла двигателей ракет и самолетов.
Кроме того, рений используют в нефтехимической промышленности — в биметаллических катализаторах при крекинге и риформинге нефти. Применяется он также в электронике и электротехнике — здесь из него делают термопары, антикатоды, полупроводники, электронные трубки.
Завод на вулкане?
И тут как-то нечаянно обнаружилось, что сульфида рения сравнительно много осаждается из фумарольных газов уникального вулкана Кудрявый (Курилы, остров Итуруп). В местах выхода вулканического газа нашли новый минерал — рениит, содержание рения в котором достигает 80 %! А технологически еще лучше и проще использовать в качестве сырья выходящий из-под земли газ — в нем содержится около одного грамма рения на тонну. За одни сутки вулкан выбрасывает в атмосферу около 50 тыс. т газов, за год — 20 т чистого рения. Этого с лихвой хватит всей нашей промышленности и даже еще останется.
Кроме того, ученые обнаружили, что в вулканических газах, кроме рения, содержится по меньшей мере десяток других редких элементов: германий, висмут, индий, молибден, золото, серебро…
Рений и схема его атомного строения.
В 1999 году наши специалисты запатентовали технологию извлечения рения, попытавшись имитировать природный процесс осаждения сульфида рения в местах выхода высокотемпературных вулканических газов. На пути газа они решили поставить улавливатели, на которых сульфид рения осаждался бы в виде тоненьких иголочек. В качестве носителей, адсорбирующих на себе сульфид рения, использовали природные минералы цеолиты, имеющие очень большую пористость — около 2 кв. м на 1 г цеолита. А довольно крупное месторождение цеолитов есть на Сахалине — не так уж далеко от вулкана.
Опытная проверка технологии в лаборатории показала, что она намного проще и дешевле традиционного способа извлечения рения из молибденовой руды.
В 2000 году экспериментаторы собрали деревянную пирамиду с площадью основания около 9 кв. м. Ею, словно воронкой, хотели накрыть одно из небольших фумарольных полей. Из вершины пирамиды в сторону будет отведена десятиметровая труба. А поскольку газ из вулкана выходит под очень низким давлением, для создания дополнительного напора в конце трубы планируется поставить вентилятор-дымосос. Газ под набором должен проходить через емкость со 100 кг цеолита. Далее цеолит будет промываться серной кислотой, которую тоже попытаются получать прямо на месте из чистой вулканической серы. Затем сернокислый раствор, содержащий рений, прогонят насосами через ионообменную смолу и получат концентрат, годный для промышленного использования.
Ищите в отвалах!
Однако, судя по всему, интерес к строительству завода на вулкане несколько поостыл. И не потому, что вулкан перестал выдавать «на гора» ценное сырье. Просто исследователи из Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева выяснили, что за рением ехать на край земли не обязательно.
Оказалось, что огромные залежи этого редкого металла у нас буквально валяются в промышленных отвалах — в пыли, шлаках — и в остаточных фракциях переработки нефти. Поначалу, чтобы найти новые источники уникального металла, химики РХТУ под руководством члена-корреспондента РАН Александра Чекмарева исследовали породы, которые традиционно считаются бесперспективными для получения рения: горючие сланцы, их древние аналоги — шунгитоносные породы Карелии, а также нефть.
Оказалось, что рения там действительно очень мало всего 70 — 200 мг/т. Правда, сырья этого немало. А главное — ренитовое сырье во многих случаях уже предварительно переработано.
Например, в ашальчинской нефти рения ничтожно мало — миллиграммы на тонну. Но почти весь редкий металл, до 96 %, концентрируется в тяжелых остаточных фракциях перегонки — можно сказать, в асфальте. Оттуда его можно вымыть бензином и сконцентрировать еще больше.
А при получении шунгитобетона (это бетон с пористым наполнителем — шунгизитом) щебень обжигают в специальных печах. При этом образуются газы и пыль. Так вот рения в пыли, которая остается после сухой чистки газа, уже не десятки миллиграммов» а граммы на тонну. Это отличный концентрат металла!
Если же такие породы используют в качестве шихты при выплавке литейного чугуна, то тогда, полагают авторы новой технологии, рений надо искать в колошниковой пыли — в тех кучах отходов, что получаются при очистке доменной печи.
И еще, как выяснили химики, рений можно выделять из горючих сланцев, вернее, из кокса или полукокса, где он концентрируется. Причем, разработанные и запатентованные технологии позволяют сравнительно недорого добывать не только ценный рений, но и другие, тоже редкие, уран и ванадий.
Виктор ЧЕТВЕРГОВ
ГОРИЗОНТЫ НАУКИ И ТЕХНИКИ
«Книга жизни» требует продолжения
Расшифровка генома человека — это, с одной стороны, величайшее научное достижение последних лет. А с другой…
