Рутений, с виду ничем не примечательный драгоценный металл, находится в тени более известных палладия, платины и родия. Однако является не менее интересным.
Ниже мы расскажем о его свойствах, направлениях использования, добыче, запасах, ценах. Кому и зачем выдавали кредит рутением, а также где и как с его помощью нашли естественный ядерный реактор.
Свойства
Рутений стал последним открытым металлом платиновой группы (МПГ). Сделал это русский химик Карл-Эрнст Карлович Клаус, профессор Казанского университета, работая с платиновыми отходами монетного двора.
Новый элемент Карл Клаус, как истинный патриот своей Родины, назвал от слова Ruthenia, что означает Россия по латыни. Таким образом, была введена новая мода - давать наименования новым элементам в честь стран и территорий.
Как и многие химики своего времени, он имел обыкновение пробовать новые элементы и соединения на вкус, в результате чего неоднократно получал серьёзные отравления и ожоги ротовой полости, в том числе соединениями открытого им элемента, самым ядовитым из которых является оксид рутения (VIII).
Металл считается одним из самых благородных. При обычных условиях не тускнеет на воздухе, не боится воды и кислот. Очень высокая температура плавления (2334°C) и хрупкость существенно ограничивают возможности его обработки.
Применение
Рутений – мощный легирующий агент, что предопределяет его главное практическое использование в разнообразных сплавах, в первую очередь со своими родичами из платиновой группы.
Добавление рутения к палладию, платине и другим элементам значительно повышает их износостойкость, что важно в электрических контактах и в пленочных резисторах. С той же целью его сплавляют с золотом и платиной в ювелирном деле. В этом качестве он является бюджетной альтернативой родию.
Сплав рутения с молибденом является сверхпроводником (при температуре минус 262,5°C).
Если добавить рутений к титану в соотношении 1:999, то устойчивость последнего к коррозии вырастет в 100 раз.
Наконечник одного из самых знаменитых и дорогих брендов (в мире перьевых авторучек) «Parker 51» на 96,2% состоял из рутения и на 3,8% - из иридия.
Монокристаллические жаропрочные суперсплавы с использованием рутения применяются в лопатках турбин реактивных двигателей.
Как и все металлы платиновой группы, является прекрасным катализатором. Однако, в отличие от родия, палладия и платины, не получил широкого распространения в автомобильной промышленности. При этом востребован в нефтепереработке, фармацевтике, производстве уксусной кислоты и аммиака.
Аноды с покрытием из оксида рутения необходимы для производства хлора. В то время как красители на его основе нужны в производстве стекол и керамики.
Наконец, криминалисты при помощи оксида рутения (VIII) выявляют скрытые отпечатки пальцев.
Порядка 50% металла идёт на производство сплавов (в первую очередь для электроники), 40% - для использования в качестве катализатора и 10% - на все остальные области.
При этом сферы использования металла постоянно расширяются.
Не так давно он стал применяться в фотолитографии для производства интегральных схем.
В настоящее время ведётся работа по созданию на его основе препаратов для лечения онкологических заболеваний.
Часть соединений рутения активно поглощают свет, и проводятся соответствующие исследования на предмет их использования в солнечной энергетике.
Изучается возможность применения нитрида рутения в литий-ионных аккумуляторах и в ионисторах (суперконденсаторах). Эту проблему мы также рассматривали.
Рутенат стронция (оксид стронция и рутения) является новым типом сверхпроводников, который, возможно, будет использоваться в квантовых компьютерах.
Таким образом, можно уверенно прогнозировать рост спроса на металл в долгосрочной перспективе (о краткосрочной - чуть ниже).
Добыча
Как и остальные МПГ, рутений чрезвычайно редок и является побочным продуктом переработки никелевых и медных руд.
По данным U.S. Geological Survey, среднее мировое производство рутения за последние несколько лет составляет чуть более 30 тонн в год.
Вся добыча распределяется по четырём странам: ЮАР (27,4 тонн), Россия (1,1 тонна), Зимбабве (1,1 тонна) и Канада (0,4 тонны).
Общемировые запасы оцениваются в 5000 тонн.
Как и другие элементы, рутений может быть выделен из отходов ядерных реакторов. Но на практике этим никто не занимается.
А вот вторичная переработка (например, плёночных резисторов) вполне имеет место быть.
Цена
По состоянию на конец января 2023 года биржевая цена на рутений составляет $463 за тройскую унцию (31,1 грамм) или немногим более 1 млн. рублей за 1 кг. Это один из самых дешёвых драгоценных металлов (дешевле только серебро).
Надо отметить, что цена значительно просела по сравнению с тем, что было год назад ($528, минус 12,3%) или в середине марта 2022 года ($623, минус 25,7%). Мировой промышленный сектор переживает не лучшие времена, что отражается на ценах большинства МПГ в краткосрочной перспективе.
Самой популярной коммерческой формой является порошок (характерная черта для всех тугоплавких металлов).
Во второй половине XX века, в течение нескольких десятилетий, британская химико-металлургическая компания Johnson Matthey предоставляла начинающим исследователям кредит в виде 100 грамм хлорида рутения (III). Так они стимулировали творческую активность в открытии новых практических сфер применения металла.
Другие МПГ можно было получить по той же схеме, даже родий, но не более 5 грамм.
Естественный ядерный реактор
В 1972 году на урановом месторождении в центральноафриканском государстве Габон анализ образцов показал аномально низкое содержание урана-235 (главного источника ядерной энергии), а также соотношение изотопов рутения, характерное не для природной среды, а для отработанного ядерного топлива.
Изначально было высказано предположение об извлечении материалов для создания неучтённого ядерного оружия. Однако тщательное расследование показало, что виной всему естественный ядерный реактор (точнее группа реакторов), действовавшая 1,7 миллиарда лет назад.
Концентрация урана-235 тогда составляла более 3% (нижний предел для современного обогащённого урана), а сочетание воды и физических условий позволило сформировать уникальную природную среду для запуска и поддержания цепной реакции.
Это единственный обнаруженный объект подобного рода. Остальных либо не было, либо время уничтожило продукты их деятельности (которые мы можем распознать на современном уровне развития).
Таким образом, рутений помогает выявить не только отпечатки пальцев, но и следы древнейших природных процессов.
Возможно, вам также будет интересно:
Если узнали что-то новое, просьба оставить лайк. Подпишитесь на канал, и мы обещаем ещё много интересного.