錸
錸:密度
沸點
外表與鉑同,純錸質軟,有良好的機械性能。
溶於稀硝酸或過氧化氫溶液。
不溶於鹽酸和氫氟酸中。在高溫下,
與硫的蒸氣化合而形成硫化錸ReS2。
不與氫、氮作用,但可吸收H2。
化合價有3、4、6和7。
能被氧化成很安定的七氧化二錸Re2O7,
這是錸的特殊性質。
元素簡介
錸、元素符號:Re、元素英文名稱:Rhenium、英文名稱來源:源于拉丁文Rhenus,原意是“萊茵河”
一種金屬元素,熔點
錸是一個真正稀有元素。它在地殼中的含量比所有的稀土元素都小,僅僅大於鏷和鐳這些元素。
再加上它不形成固定的礦物,通常與其他金屬伴生。
這就使它成為存在於自然界中被人們發現的最後一個元素。
錸,作為錳副族中的一個成員,
早在門捷列夫建立元素週期系的時候,
就曾預言它的存在,把它稱為dwi-manganese(次錳),
而把這個族中的另一個當時也沒有發現的成員
稱為eka-manganese(類錳)。
後來莫斯萊確定了這兩個元素的原子序數分別是75和43。
由於某個未知元素往往可以從和它性質相似的元素的礦物中尋找到,
所以科學家們一直致力於從錳礦、
鉑礦以及鈮鐵礦(鉭和鈮的礦物)中尋找這兩個元素。
但直到1925年才由德國的諾達克、
塔克和貝格利用X光譜從大量的礦物和岩石的濃縮產物中
發現命名75號元素為rhenium,元素符號定為Re。
元素發現
發現人:諾達克(W.Noddack)、塔克(I.Tacke)和貝格(O.Berg)
發現時間和地點:1925
德國
元素來源:少量存在於矽鈹釔礦和輝鉬礦中
存在形式
錸在地殼中的含量為
0.001×10^4%。
在自然界中,錸分佈在輝鉬礦、
稀土礦和鈮鉭礦中,含量都很低。
在輝鉬礦中可能以二硫化錸ReS2或七硫化二錸Re2S7形式存在,
含量略高些。
錸有兩種天然同位素:Re-185穩定,Re-187
有放射性。
元素描述
關於熔點最高金屬的說明:
根據權威專業書籍《蘭氏化學手冊》,
錸的熔點為
其熔點低於金屬鎢的
元素性質
①物理性質:
錸為銀白色金屬或灰到黑色粉末;熔點
②化學性質:
錸的電子構型為[Xe]
錸的化學活潑性取決於他的聚集態,粉末狀金屬錸活潑。
錸不溶於鹽酸,溶于硝酸,生成高錸酸:3Re+7HNO3→3HReO4+7NO+2H2O。
它也溶於含氨的過氧化氫溶液中,生成高錸酸銨:2Re+2NH3+4H2O2→2NH4ReO4+3H2
錸的氧化物有七氧化二錸
Re2O7 、二氧化錸 ReO2、三氧化錸 ReO3、三氧化二錸
Re2O3和氧化二錸 Re2O 等。
七氧化二錸為黃色固體,溶于水,形成高錸酸HReO4。三氧化錸為紅色,不溶于水。二氧化錸為黑色。
錸與硫蒸氣在高溫下化合生成二硫化錸。
錸與鹵素中的氟、氯和溴反應生成鹵化物,
如四氟化錸
ReF4、五氟化錸ReF5、六氟化錸ReF6、七氟化錸ReF7、五氯化錸ReCl5、六氯化錸ReCl6、三氯化錸ReCl3等。
錸的鹵化物和鹵氧化物均易水解。ReCl3是三聚紅色固體,為共價化合物,在溶液中是非電解質。
四價錸能形成多種配位化合物。
錸還能形成羰基化合物Re(CO)5和高錸酸鹽M3ReO5(M為一價金屬),錳和鍀都沒有類似的鹽生成。
製備
焙燒輝鉬礦的煙道灰和精煉銅的陽極泥中
都含有七氧化二錸,用水浸取,過濾,
加入氯化鉀使高錸酸鉀KReO4析出,
重結晶後在
2KReO4 +7H2 →2Re+6H2O+2KOH
冶金
錸的提取冶金過程主要包括含錸原料制取、
錸鉬分離、錸中間化合物制取、
粗錸粉制取和錸的精煉緻密化等步驟,
錸的提取冶金原則流程圖如圖.
緻密錸制取工業上生產錸錠或錸條的方法有高溫燒結法和熔煉法兩種。
①高溫燒結法又稱粉末冶金法。先將錸粉在
坯條在真空或氨氣中於
最後269得到理論密度超過90%的錸條。
②熔煉法該法以燒結條作原料,用電弧熔煉、電子束熔煉和區域熔煉法對粗錸進行提純精製。
電子束熔煉採用水冷銅增塌,真空度106Pa,所得錸錠為柱狀結晶體,純度99.99%;
區域熔煉也採用電子束加熱,以錸條作陽極,電子槍作陰極進行懸浮區域熔煉,產品為光譜純度的錸單晶。
錸原料分散,未來任務要擴大錸原料來源,提高錸在鉬、銅等冶煉過程中的回收率,
發展和完善閃速焙燒爐和迴圈流態化焙燒方法,同時開發更有效的錸原料中提取錸的新工藝,
特別是溶劑萃取和離子交換法。
資源
錸的地殼豐度為7x10“%。迄今只發現輝錸礦(ReS2)和銅錸硫化礦(CuReS4)兩種獨立的錸礦物。
錸多伴生於鉬、銅、鋅、鉛等礦物中,很難單獨利用,故而鋅又列為稀散金屬。
具有經濟價值的提錸的原料為輝鉬礦和銅精礦。
錸作為副產品在輝鉬礦和銅精礦的冶煉中回收。
迄今只查明有輝錸礦和銅錸硫化礦物,而多以微量伴生於鉬、銅、鉛、鋅、鉑、鈮等礦物中。
具有經濟價值的含錸礦物為輝鉬礦。一般輝鉬精礦中錸的含量在0.001%-0.031%之間。
但從斑岩銅礦選出的鉬精礦含錸可達0.16%。生產錸的主要原料是鉬冶煉過程的副產品。
從某些銅礦、鉑族礦、鈮礦甚至閃鋅礦的冶煉煙塵和渣中以及處理低品位鉬礦的廢液時,都可以回收錸。
1978年和1979年世界錸的總產量分別為7210和
聯邦德國、智利、加拿大和前蘇聯是錸的主要生產國。
應用介紹
金屬錸及其合金可制自來水筆尖和高溫熱電偶,在醇類脫氫、合成氨和由二氧化硫制三氧化硫中做催化劑。
含鎢
90%、釩 1%、錸 9%的合金可耐高溫。由於錸的存在分散,價格昂貴,實際應用尚有待開發。
元素來源
錸是一個非常稀少而且分散的元素,在地殼中的含量僅有10-7%。
主要存在於輝鉬礦中。可由冶煉輝鉬礦的煙道塵中獲得的Re2O7。然後加入KCl,再用氫還原而制得。
提取錸時先提取純的錸化合物,然後用氫還原法或水溶液電解法制得錸粉,再用粉末冶金方法加工成材。
元素用途
由於價格昂貴,直到1950年才由實驗室珍品變為重要的新興金屬材料。
錸廣泛用於現代工業各部門,主要用作石油工業和汽車工業催化劑,石油重整催化劑,電子工業和航太工業用錸合金等。
1、錸主要用作石油工業的催化劑,
2、錸具有很高的電子發射性能,廣泛應用於無線電、電視和真空技術中。
高純錸粉
3、錸具有很高熔點,是一種主要的高溫儀錶材料。
4、錸和錸的合金還可作電子管元件和超高溫加熱器以蒸發金屬。
5、鎢錸熱電偶在
錸在火箭、導彈上用作高溫塗層用,太空船用的儀器和高溫部件如熱遮罩、電弧放電、電接觸器等都需要錸。
6、金屬錸及其合金可制自來水筆尖和高溫熱電偶;在醇類脫氫、合成氨等化工中作催化劑;
含錸的合金可耐高溫;由於錸的存在分散,價格昂貴,實際應用尚待開發。
還用來製造電燈絲、人造衛星和火箭的外殼、原子反應堆的防護板等。
錸效應
錸能夠同時提高鎢、鉬、鉻的強度和塑性,人們把這種現象稱為“錸效應”.
添加少量(3%∼5%)的錸能夠使鎢的再結晶起始溫度升高
被稱為錸效應W-Re和Mo-Re合金具有良好的高溫強度和塑性,
可加工成板、片、線、絲、棒,用於航太、航空的高溫結構件(噴口、噴管、防熱屏等)、彈性元件及電子元件等,錸 (Re)
對單晶高溫合金顯微組織、力學性能、不穩定相及單晶缺陷等的影響,並指出了今後的研究方向
錸合金
錸的價格昂貴,在應用上多採用含錸的合金,其中鎢錸和鉬錸合金用途最廣。
鎢錸合金含錸10%∼26%,鉬錸合金中含錸量為11%∼50%。
此外還有W
鎢錸和鉬錸合金具有良好的高溫強度和塑性,可加工成板、片、線、絲、棒,
用於航太航空的高溫結構件、彈性元件、電子元件等,還可用於製造加熱元件、工件、燈泡、X射線器械和醫療器械。
W-Re-ThO2合金可用作高溫加熱工件,鎢錸、鉬錸合金觸頭具有高抗熱蝕和高溫導電能力,
能提高供電設備的使用壽命和工作可靠性。
如:鉑錸合金;鉑鎢錸合金;鎢錸合金;鉬錸合金等。
發現歷史
錸為稀散元素,發現較晚。
1872年俄國人門捷列夫根據元素週期律預言,在自然界中存在一個尚未發現原子量為190的“類錳”元素。
1925年德國化學家諾達克用光譜法在鈮錳鐵礦中發現了這個元素,以萊茵河的名稱Rhein命名為rhenium。
以後,諾達克又發現錸主要存在於輝鉬礦,並從中提取了金屬錸。
錸由於資源貧乏,價格昂貴,長期以來研究較少。
1950年後,錸在現代技術中開始應用,生產日益發展。中國在60年代開始從鉬精礦焙燒煙塵中提取錸。
定年
錸有兩種同位素,分別是185、187,在地質學上有重要的用途,即錸-鋨同位素體系,
被廣泛應用于研究礦床成因、岩漿形成、地幔演化、天體演化以及同位素定年。
該同位素體系具有不同於其他常用同位素體系的特性。
首先,錸和鋨均屬強親鐵和親銅性元素,傾向於在鐵和硫化物相中富集,
因此,它們在鐵一鎳金屬構成的地核中高度富集,在地幔和地殼中極其貧化。
其次,鋨是高度相容元素,而錸是相容至中等程度的不相容元素,因而在地幔熔融過程中,
鋨傾向于富集在地幔殘留相中,錸傾向于富集在熔漿中,導致地幔與地殼的Re/Os比值發生很大的變化。
最後,由於地幔岩石中的鋨同位素比值不易受後期地幔交代作用的影響而發生大的變化,
可以更好地反映這些岩石的成因及地幔演化特徵。