Если бы потребовалось выбрать на территории России одну точку с уникальными геохимическими характеристиками, сырьевой рог изобилия – то весьма вероятно, что пьедестал возглавил бы сложный стратовулкан Кудрявый, расположенный в северной части острова Итуруп в составе Курильской гряды. Причудливость Кудрявого заключается в том, что это единственный в мире вулкан, чьи фумаролы в промышленных количествах извергают в атмосферу редчайший элемент рений.
Рений (Re) – 75-й элемент таблицы Менделеева. Был открыт в 1925 году Вальтером и Идой Ноддак, является хронологически последним открытым элементом, имеющим стабильные изотопы. Рений является чрезвычайно рассеянным редким металлом, содержится в основном в медно-молибденовых рудах. Практическая ценность и даже незаменимость рения заключается в его крайней жаропрочности. Температура плавления рения составляет 3186 градусов Цельсия, поэтому применение рения для легирования стали имеет принципиальное значение при производстве деталей для реактивных двигателей и для аэрокосмической промышленности в целом. Так, рений добавляют в лопатки турбин реактивных двигателей, что позволяет повысить их рабочую температуру на 50-80 градусов. Сплавы рения с вольфрамом находят применение в электронике, а сплавы рения с платиной — в нефтехимической промышленности, в качестве катализаторов, участвующих в удалении серы. Феноменальная прочность рения сегодня изучается, в частности, в Национальном исследовательском технологическом университете МИСиС; подробнее об этом можно почитать в блоге института на Хабре в замечательной статье «Материал, который выжил». В качестве небольшого спойлера отметим, что речь идет о модификации рения при помощи азота, а именно о пернитриде рения. Показатели статьи:
Основные промышленно разрабатываемые залежи рения находятся в Чили, а также в Казахстане, Узбекистане и Армении. Разведанные запасы металла также имеются в США. Объяснимый интерес США к приобретению рения для развития программы «Шаттл» привел к тесному сотрудничеству США и Казахстана в этой сфере в 1990-е годы. В тот период Российская Федерация, также крайне нуждающаяся в 75 элементе, была вынуждена извлекать его из промышленных отходов. Но еще в 1992 году начались подвижнические исследования Генриха Семеновича Штейнберга и Феликса Исааковича Шадермана, открывших уникальное месторождение рения на фумарольных полях вулкана Кудрявый.
Подробный и очень увлекательный рассказ об этих исследованиях вы найдете в документальном фильме «Эффект рения» (2014), повествующем об очередной экспедиции на Итуруп. Фильм содержит комментарии Генриха Семеновича, а также других специалистов, завораживающие пейзажи российского Дальнего Востока и сцены героической, по-настоящему адовой работы геологов.
История проблемы
Генрих Семенович Штейнберг еще в начале 90-х был осведомлен о необычайно разнообразном минеральном составе фумарол на Южных Курилах. Вулканы выбрасывают в атмосферу дым, насыщенный индием, золотом, германием и другими редкими элементами. В поисках образцов рения Штейнберг обратил внимание на Кудрявый, так как дым в его фумаролах имеет необычно высокую температуру: на Главном поле она достигает 870 градусов Цельсия, а на куполе вулкана — около 750 градусов. Геохимические исследования показали не только высокое содержание рения в фумаролах, но и позволили открыть ранее не известный минерал, сульфид рения ReS2, встречающийся на склонах вулкана и на его фумарольных полях. Минерал был назван рениитом.
Как отмечает сам Штейнберг, вулкан Кудрявый фактически выполняет работу горно-обогатительного комбината, очищая рений из собственных недр, то есть, закрывает значительную часть тех задач, для решения которых разработана целая технологическая цепочка. В данном контексте также чрезвычайно важно, что вулкан Кудрявый является лишь одним из двух известных в мире вулканов, которые поддерживают высокую фумарольную активность без нарастания магматической активности. Иными словами, Кудрявый активно дымит, что, однако, не подталкивает его к скорому извержению. Второй подобный вулкан, Сатсума Иводзима, расположен в Японии.
Остров Итуруп сравнительно невелик, и возведение горно-обогатительного комбината на территории острова, а также утилизация пустой породы в настоящее время не представляются осуществимыми. Кроме того, вулкан Кудрявый отличается значительной геологической активностью. Последнее серьезное извержение зафиксировано в 1883 году, но в 1946 и 1999 годах наблюдались фреатические взрывы. Более того, в середине 2019 года прогнозировалось близкое полноценное извержение Кудрявого, так как открытые минералы на его склонах раскалились до 1600 градусов по Цельсию.
В вышеупомянутом фильме «Эффект рения» констатируется, что в настоящее время стоит сосредоточиться на извлечении минерала из «корки», то есть, из рениита. Наряду с сульфидом рения в районе Кудрявого также встречается соль перринат аммония, содержание рения в которой составляет порядка 70%.
Как можно добывать фумарольный рений
Пока не существует промышленной технологии изготовления «ловушек», которые позволили бы стабильно собирать фумарольный дым и извлекать из него рений. Основные сложности связаны с быстрой изнашиваемостью конструкций во время эксплуатации при таких температурах (возможно, конечно, помогло бы легирование рением). Тем не менее, опытный образец ловушки для рения был сконструирован под руководством Штейнберга еще в 2015 году и запатентован. В ходе испытаний устройство позволило собрать 17 килограммов концентрата рения. Но лишь в апреле 2020 года появилась новость о том, что ВНИИ химической технологии (ВНИИХТ) и Институт вулканологии и геодинамики (ИВиГ) разработали оборудование по улавливанию рения из вулканических газовых испарений. Конструкция представляет собой систему куполов, которые предполагается развернуть прямо в кратере вулкана и при помощи катализаторов извлекать из паров рений.
При этом еще в 1999 году началось развитие технологий, связанных с пропусканием рения через фильтрующий слой. Требуется вещество, которое могло бы впитывать рениевые пары как губка. В таком качестве могут использоваться, в частности, минеральная вата, активированный уголь и, в особенности, алюминиесодержащие минералы из группы цеолитов. Необходимо отметить, что крупное месторождение цеолитов (Лютогорское) имеется на Сахалине. При использовании такой технологии целесообразно охлаждать обрабатываемый газ до температуры около 150 градусов путем разбрызгивания воды в дымососе. В таком случае из газа выделяется элементная сера, которая служит дополнительным уловителем рения.
Наряду с абсорбционными технологиями улавливания рения разрабатываются электрохимические; правда, пока электрохимические технологии далеки от практического применения ввиду дороговизны оборудования. Тем не менее, активное исследование абсорбционных и электрохимических технологий на Кудрявом продолжается и в 2020 году. Специализированная экспедиция была организована силами Томского государственного университета и специалистов РАН.
В любом случае, после 2014 года в описанном проекте достигнуты серьезные успехи, а сам проект промышленной добычи рения, индия и германия на Кудрявом решается на государственном уровне. Согласно государственной программе «Социально-экономическое развитие Курильских островов (Сахалинская область) на 2016-2025 годы», строительство инфраструктуры для проекта предполагается провести в 2020-2023 годах. Правда, из-за труднодоступности Кудрявого работа предприятия в настоящее время возможна только в летний период.
Кудрявый продолжает покуривать свою драгоценную магму и никуда не спешит. В том числе, не спешит делиться с нами своими сокровищами. Но перспективы этого уникального российского месторождения кажутся оптимистичными.
Кстати, Генриху Семеновичу Штейнбергу 13 февраля 2021 года исполнится 86. Надеюсь, что он успеет лично оценить самые интересные события на Кудрявом и плоды, которые принесет труд всей его жизни. В этом была бы экзистенциальная и подлинная справедливость.
