В потоке публикаций, инициированных туманным высказыванием Президента РФ Владимира Путина по поводу урегулирования территориальных проблем, связанных с Курильскими островами, нет ни слова об уникальных природных запасах редкоземельного металла рения на острове Итуруп. Россия может стать мировым производителем этого редкого металла рения, без которого немыслимы высокие технологии XXI века.
«Остров Итуруп - самый большой по площади и самый ценный остров во всем Курильском архипелаге». Эти строки из книги А. Соловьева «Курильские острова» издания 1945 года. За прошедшие годы ценность острова неизмеримо возросла: вулканологи обнаружили, что один из действующих вулканов острова, а именно Кудрявый является по сути природной фабрикой очень редкого и крайне рассеянного металла рения, который применяется в самых ответственных деталях в авиакосмической, атомной, приборостроительной, нефтехимической промышленности... - в общем всюду, где встречаются особо экстремальные условия. Среди них, в одной из самой-самой неблагоприятных сред работают лопатки газотурбинных двигателей (ГТД), на которых летает практически вся авиация, как военная, так и гражданская. О проблеме рения я обратился к одному из его основных потребителей: к генеральному директору Всероссийского института авиационных материалов (ВИАМ), члену-корреспонденту РАН, профессору Евгению Каблову. Хотя беседа состоялась несколько лет назад, тема рения стала еще более актуальной. Именно в ВИАМе созданы уникальные и, простите за расхожее выражение, не имеющие аналогов в мире, сплавы с использованием рения для лопаток как существующих так и для следующих поколений ГТД. Вообще, 96% материалов, применяемых в авиационной технике России, вышло из стен института. И именно Каблов, является ярым поборником добычи рения на Итурупе, поскольку его сырьевая база после раздела страны осталась за пределами России, в основном в Казахстане и Средней Азии. Там его на корню купили японцы, поскольку он используется и как катализатор в нефтехимии и в устройствах нейтрализации автомобильного выхлопа...
«Прежде чем говорить о рении, я напомню об одном российском приоритете, - начал свой рассказ Евгений Николаевич. - Ранее во всем мире лопатки для авиационных турбин изготовлялись из штампованных заготовок. Лишний металл удалялся на станках. Отходов было много, эффекта мало. Недаром министр авиационный промышленности Петр Дементьев называл моторные производства заводами по переработке стружки. Первым, кто высказал и реализовал крамольную идею изготовить лопатку ГТД методом литья, был Сергей Кишкин из ВИАМа. В то время считалось, что литая деталь имеет худшие характеристики. Но недаром строго засекреченный Сергей Тимофеевич, не имевший даже фотографии в своем зарубежном паспорте, поскольку его запрещали фотографировать, стал академиком. Он сумел разгадать тайны жаропрочного сплава, постичь его уникальную структуру, так называемую упрочняющую гамма-штрих фазу, которая позволяла не только повысить рабочую температуру, но и ресурс лопаток. А чем выше температура, тем мощнее и эффективнее двигатель. С помощью литья стало возможным получать детали самой сложной конфигурации с высокой точностью, которые невозможно было произвести из штампованных заготовок. Благодаря этой технологии стали возможны лопатки с охлаждающей структурой. Они работали в парадоксальных условиях: при температуре на 4000 превышающей температуру плавления материала лопатки. Существенного же повышения прочности материала удалось достигнуть за счет создания технологии направленной кристаллизации. Было выяснено, что усталостные разрушения лопаток происходили из-за зернистой структуры материала, и трескался металл как раз по границам зерен. Тогда в ВИАМе научились лить лопатки из монокристаллического сплава, по структуре сходного с алмазом. Специалисты по материаловедению из «Дженерал Электрик» официально признали, что виамовская технология литья лопаток эффективнее американской в 30 раз.
Такова ретроспектива борьбы за высокие рабочие температуры, надежность и ресурс лопаток. Но жизнь не стоит на месте. Для двигателей следующего поколения требовались лопатки, работающие при более высоких температурах. Казалось из жаропрочных сплавов выжали все. Взоры обратились к керамике. Действительно, керамические материалы работают при высоких температурах, но они хрупки и не выдерживают динамического воздействия высокоскоростного воздушного потока. И здесь свое слово сказал рений. Он открыл новую страницу в двигателестроении. Достаточного его однопроцентной добавки, чтобы реально повысить рабочую температуру сплава на 50 градусов. По законам физики нельзя насытить жаропрочный сплав рением более 6%, он коагулирует, как бы выпадает в осадок в виде рения и вольфрама. В результате характеристики сплава существенно падают. И американцы не смогли преодолеть 6% барьера. Мы в ВИАМе подняли содержание рения в сплаве до 10%. Это удалось достигнуть за счет применения разработанной нами высокоградиентной технологии. На фронте кристаллизации лопатки у нас температурный градиент составляет 220 градусов, а у американцев почти на порядок ниже - 20 градусов. Самый лучший американский жаропрочный сплав при 1000 градусов за 100 часов выдерживает нагрузку 30 кг, наш виамовский сплав - 35 кг. Те, кто понимает, о чем идет речь, прекрасно знают, что эти 5 кг - очень большая разница. Такой сплав открывает путь к практическому созданию двигателя со стехиометрической температурой горения топлива. (То есть при расчетной температуре горения керосина - 2100 - 2200 градусов Кельвина.) Без рения невозможно создание авиационных двигателей самого ближайшего будущего. И не только будущего, но и нынешних серийных. К примеру, лопатки двигателя РД-33 для знаменитого истребителя МиГ-29 сделаны из нашего сплава ЖС-32 с добавкой рения. Американцы тщательно исследовали этот двигатель, когда 24 самолета МиГ-29 достались ФРГ от ГДР. И они не смогли понять, как нам удалось сделать лопатки с монокристаллической структурой и со столь высокой прочностью.
С разделом СССР проблема рения стала актуальна для России. Реально в мире добывается 25-30 тонн рения. Большая его часть покупается американцами. Стоимость одного килограмма рения на мировом рынке составляет полторы - две тысячи долларов. Обычная технология получения рения довольно сложный и долгий процесс. Молибденоый концентрат обжигается в длинных наклонных вращающихся печах. Из образующихся паров, содержащих рений, методом гидрометаллургии выделяют порошковый перренат аммония (соединение рения), из которого получают исходную для жаропрочного сплава никельренивую алигатуру.
Но Бог послал России вулкан Кудрявый на Итурупе, где этого рения - вот так! И находится он не в молибденовом концентрате, из кристаллической решетки которого его надо с большим трудом выдирать, а в виде соли - дисульфида рения из которого довольно легко выделяется рений.
Этот дисульфид выбрасывается вулканом в виде парогазовой смеси, которая осаждается на склонах вулкана. В отвалах лежит более ста тонн рения. Есть даже ренивое озеро, с большой концентрацией раствора дисульфида. ВИАМ вместе с Институтом вулканологии и геодинамики Российской Академии естественных наук и ФГУП "Институт Гинцветмет" на те деньги, которые выделило государство, сумели из дисульфида получить первую партию промышленного рения. А в настоящее время создаем промышленную установку для получения рения. Суть метода в следующем. В кратер вулкана в место максимальной концентрации паров рения (там температура около 800 - 900 градусов) помещается зонд с кассетой из специального материала собирающего пары дисульфида рения. Когда сорбент набивается, кассета извлекается из вулкана и с помощью технологии на ионно-обменных смолах извлекается продукт, служащий исходным материалом для получения рения в требуемом виде.
Ежегодно вулкан исправно выбрасывает свыше 20 тонн рения. Годовая потребность России в этом редком металле около 5 тонн. Остальной рений можно экспортировать и получать твердую валюту, столь необходимую для региона. Причем положение монопольного производителя дает солидные преимуществ на мировом рынке. А без рения не удастся получить материалы, потребные для авиационной и космической техники нового столетия".
Таково мнение руководителя главного материаловедческого центра страны Евгения Каблова. В свое время Михайло Ломоносов произнес пророческие слова: «Российское могущество прирастать будет Сибирью». В наше время по аналогии можно с не меньшим основанием сказать, что «технологическое могущество прирастать будет Курилами».
И этот аргумент следует помнить, когда в очередной раз всплывает вопрос о Южных Курилах.
|
|
