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铼的密度为21.04克/厘米3,熔点为3180℃,沸点为5627℃。晶格类型六角密集。外表与铂同,纯铼质软,有良好的机械性能。溶于稀硝酸或过氧化氢溶液。不溶于盐酸和氢氟酸中。在高温下,与硫的蒸气化合而形成硫化铼ReS2。不与氢、氮作用,但可吸收H2。化合价有3、4、6和7。能被氧化成很安定的七氧化二铼Re2O7,这是铼的特殊性质。

铼在地壳中的含量约为 1×10^-7%。在自然界中,铼分布在辉钼矿、稀土矿和铌钽矿中,含量都很低。在辉钼矿中可能以二硫化铼ReS2或七硫化二铼Re2S7形式存在,含量略高些。

铼为稀散元素,发现较晚。1872年俄国人门捷列夫根据元素周期律预言,在自然界中存在一个尚未发现原子量为190的“类锰”元素。1925年德国化学家诺达克用光谱法在铌锰铁矿中发现了这个元素,以莱茵河的名称Rhein命名为rhenium。以后,诺达克又发现铼主要存在于辉钼矿,并从中提取了金属铼。铼由于资源贫乏,价格昂贵,长期以来研究较少。1950年后,铼在现代技术中开始应用,生产日益发展。

中国在60年代开始从钼精矿焙烧烟尘中提取铼。2010年中国陕西某矿山勘探到176吨铼,位列全球第5。随后突破欧美技术封锁,解决了提纯铼金属直到最后掌握单晶叶片的自主量产技术,达到国际标准。

航空发动机涡扇中的单晶叶片是发动机中温度最高、应力最复杂、环境最恶劣的部位,被誉为第一关键零件。而生产它,离不开一种贵金属铼。

中文名称:铼

中文别名:铼棒

英文名称:Rhenium atomic absorption standard solution,源于拉丁文Rhenus,原意是“莱茵河”。

英文别名:Rheniumrodmmdiameter、RheniumfoilNmmthickcagxmm、RheniumpelletsNmmdiaxmmlong、RheniumwireNmmdiacagm、Rhenium (5%)、Rhenium (10%)、Rhenium rod、Rheniumoncarbonunreducedpowder、Rhenium foil (99.9+%)、Rhenium foil (99.99%)、Rhenium pellets (99.99%)、Rhenium wire (99.97%)、rhenium。

CAS:7440-15-5

EINECS:231-124-5

分子式:Re

分子量:186.207

元素类型:金属

体积弹性模量:370GPa

原子化焓:791 kJ /mol @25℃

热容:25.48 J /(mol K)

导热系数:48.0W/(mK)

导电性:0.0542*10^6/(cm Ω)

熔化热:33.20(千焦/摩尔)

汽化热:715.0(千焦/摩尔)

原子体积:8.85(立方厘米/摩尔)

元素在宇宙中的含量:0.0002(ppm)

元素在太阳中的含量:0.0001(ppm)

地壳中含量:0.0004(ppm)

元素在海水中的含量:0.000004(ppm)

氧化态:主要Re+3、Re+4、Re+5。其他Re-3、Re-1、Re0、Re+1、Re+2、Re+6、Re+7。

原子序数:75

核内质子数:75

核外电子数:75

核电核数:75

所属周期:6

所属族数:ⅦB

摩尔质量:186

密度:21.02

熔点:3180.0

沸点:5627.0

外围电子排布:5d5 6s2

核外电子排布:2 8 18 32 13 2电离能(kJ /mol)。

M - M+ 760

M+ - M2+ 1260

M2+ - M3+ 2510

M3+ - M4+ 3640

M4+ - M5+ 4900

M5+ - M6+ 6300

M6+ - M7+ 7600

晶体结构:晶胞为六方晶胞。

晶胞参数:

a = 276.1 pm

b = 276.1 pm

c = 445.6 pm

α = 90°

β = 90°

γ = 120°

声音在其中的传播速率:4700(m/S)。

莫氏硬度:7

原子半径:1.97

发现人:诺达克(W.Noddack)、塔克(I.Tacke)、贝格(O.Berg)。

发现时间和地点:1925年,德国。

元素来源:少量存在于硅铍钇矿和辉钼矿中。

铼,一种金属元素,是高熔点金属之一。根据权威专业书籍《兰氏化学手册》,铼的熔点为3180摄氏度而不是3440摄氏度。其熔点低于金属钨的3410摄氏度,不是熔点最高的金属。可用来制造电灯丝、人造卫星和火箭的外壳、原子反应堆的防护板等,化学上用做催化剂。铼有两种天然同位素:Re-185稳定,Re-187 有放射性。

铼是一个真正的稀有元素。它在地壳中的含量比所有的稀土元素都小,仅仅大于镤和镭这些元素。再加上它不形成固定的矿物,通常与其他金属伴生。这就使它成为存在于自然界中被人们发现的最后一个元素。

铼作为锰副族中的一个成员,早在门捷列夫建立元素周期系的时候,就曾预言它的存在,把它称为dwi-manganese(次锰)。而把这个族中的另一个当时也没有发现的成员称为eka-manganese(类锰)。后来莫斯莱确定了这两个元素的原子序数分别是75和43。由于某个未知元素往往可以从和它性质相似的元素的矿物中寻找到,所以科学家们一直致力于从锰矿、铂矿以及铌铁矿(钽和铌的矿物)中寻找这两个元素。但直到1925年才由德国的诺达克、塔克和贝格利用X光谱从大量的矿物和岩石的浓缩产物中发现命名75号元素为rhenium,元素符号定为Re。

铼为银白色金属或灰到黑色粉末,熔点3180℃,沸点5627℃,相对密度20.53.金属铼非常硬,耐磨,耐腐蚀。

铼的电子构型为[Xe]4f145d56s2,氧化态有0、-1、+1、+2、+3、+4、+5、+6、+7,主要氧化态为+3、+4、+5、+7。铼的化学活泼性取决于他的聚集态,粉末状金属铼活泼。铼不溶于盐酸,溶于硝酸,生成高铼酸:3Re+7HNO3→3HReO4+7NO+2H2O。它也溶于含氨的过氧化氢溶液中,生成高铼酸:2Re+2NH3+4H2O2→2NH4ReO4+3H2。

铼的氧化物有七氧化二铼 Re2O7 、二氧化铼 ReO2、三氧化铼 ReO3、三氧化二铼 Re2O3和氧化二铼 Re2O 等。七氧化二铼为黄色固体,溶于水,形成高铼酸HReO4。三氧化铼为红色,不溶于水。二氧化铼为黑色。

铼与硫蒸气在高温下化合生成二硫化铼。铼与卤素中的氟、氯和溴反应生成卤化物。如四氟化铼 ReF4、五氟化铼ReF5、六氟化铼ReF6、七氟化铼ReF7、五氯化铼ReCl5、六氯化铼ReCl6、三氯化铼ReCl3等。

铼的卤化物和卤氧化物均易水解。ReCl3是三聚红色固体,为共价化合物,在溶液中是非电解质。四价铼能形成多种配位化合物。

铼还能形成羰基化合物Re(CO)5和高铼酸盐M3ReO5(M为一价金属),锰和锝都没有类似的盐生成。

焙烧辉钼矿的烟道灰和精炼铜的阳极泥中都含有七氧化二铼。用水浸取,过滤,加入氯化钾使高铼酸钾KReO4析出。重结晶后在 800℃用氢气还原,可制得金属铼:2KReO4 +7H2 →2Re+6H2O+2KOH。

铼的提取冶金过程主要包括含铼原料制取、铼钼分离、铼中间化合物制取、粗铼粉制取和铼的精炼致密化等步骤,铼的提取冶金原则流程图如图。致密铼制取工业上生产铼锭或铼条的方法有高温烧结法和熔炼法两种。

又称粉末冶金法,先将铼粉在6MPa压力下制成坯条,坯条在真空或氨气中于1200℃下烧结,再将预烧条在垂熔炉中于2700--2850℃下进行高温烧结,最后269得到理论密度超过90%的铼条。

该法以烧结条作原料,用电弧熔炼、电子束熔炼和区域熔炼法对粗铼进行提纯精制。电子束熔炼采用水冷铜增塌,真空度106Pa,所得铼锭为柱状结晶体,纯度99.99%。区域熔炼也采用电子束加热,以铼条作阳极,电子枪作阴极进行悬浮区域熔炼,产品为光谱纯度的铼单晶。

铼原料分散,未来任务要扩大铼原料来源,提高铼在钼、铜等冶炼过程中的回收率,发展和完善闪速焙烧炉和循环流态化焙烧方法,同时开发更有效的铼原料中提取铼的新工艺,特别是溶剂萃取和离子交换法。

铼的地壳丰度为7x10“%。迄今只发现辉铼矿(ReS2)和铜铼硫化矿(CuReS4)两种独立的铼矿物。铼多伴生于钼、铜、锌、铅等矿物中,很难单独利用,故而锌又列为稀散金属。具有经济价值的提铼的原料为辉钼矿和铜精矿。

铼作为副产品在辉钼矿和铜精矿的冶炼中回收。迄今只查明有辉铼矿和铜铼硫化矿物,而多以微量伴生于钼、铜、铅、锌、铂、铌等矿物中。具有经济价值的含铼矿物为辉钼矿。一般辉钼精矿中铼的含量在0.001%-0.031%之间。但从斑岩铜矿选出的钼精矿含铼可达0.16%。生产铼的主要原料是钼冶炼过程的副产品。从某些铜矿、铂族矿、铌矿甚至闪锌矿的冶炼烟尘和渣中以及处理低品位钼矿的废液时,都可以回收铼。1978年和1979年世界铼的总产量分别为7210和7260公斤。联邦德国、智利、加拿大和前苏联是铼的主要生产国。 是一个非常稀少而且分散的元素,在地壳中的含量仅有10-7%。主要存在于辉钼矿中。可由冶炼辉钼矿的烟道尘中获得的Re2O7。然后加入KCl,再用氢还原而制得。

提取铼时先提取纯的铼化合物,然后用氢还原法或水溶液电解法制得铼粉,再用粉末冶金方法加工成材。

金属铼及其合金可制自来水笔尖和高温热电偶,在醇类脱氢、合成氨和由二氧化硫制三氧化硫中做催化剂。含钨 90%、钒 1%、铼 9%的合金可耐高温。由于铼的存在分散,价格昂贵,实际应用尚有待开发。

由于价格昂贵,直到1950年才由实验室珍品变为重要的新兴金属材料。铼广泛用于现代工业各部门,主要用作石油工业和汽车工业催化剂,石油重整催化剂,电子工业和航天工业用铼合金等。

1、铼主要用作石油工业的催化剂。

2、铼具有很高的电子发射性能,广泛应用于无线电、电视和真空技术中。

3、铼具有很高熔点,是一种主要的高温仪表材料。同时含铼合金也用于航空发动机耐热部件的制造,全球约80%的铼用于生产航空发动机。

4、铼和铼的合金还可作电子管元件和超高温加热器以蒸发金属。

5、钨铼热电偶在3100℃也不软化,钨或钼合金中加25%的铼可增加延展性能。铼在火箭、导弹上用作高温涂层用,宇宙飞船用的仪器和高温部件如热屏蔽、电弧放电、电接触器等都需要铼。

6、金属铼及其合金可制自来水笔尖和高温热电偶。在醇类脱氢、合成氨等化工中作催化剂。含铼的合金可耐高温。由于铼的存在分散,价格昂贵,实际应用尚待开发。还用来制造电灯丝、人造卫星和火箭的外壳、原子反应堆的防护板等。

铼能够同时提高钨、钼、铬的强度和塑性,人们把这种现象称为“铼效应”。添加少量(3%~5%)的铼能够使钨的再结晶起始温度升高300℃~500℃铼(Re)的上述作用被称为铼效应W-Re和Mo-Re合金具有良好的高温强度和塑性,可加工成板、片、线、丝、棒,用于航天、航空的高温结构件(喷口、喷管、防热屏等)、弹性元件及电子元件等。

铼 (Re)对单晶高温合金显微组织、力学性能、不稳定相及单晶缺陷等的影响,并指出了今后的研究方向。

铼的价格昂贵,在应用上多采用含铼的合金,其中钨铼和钼铼合金用途最广。钨铼合金含铼10%~26%,钼铼合金中含铼量为11%~50%。此外还有W-33.3Mo-33.3Re,Mo-Re-Hf-Zr,Mo-Re-Hf-V合金,后两种合金具有较高的强度。

钨铼和钼铼合金具有良好的高温强度和塑性,可加工成板、片、线、丝、棒,用于航天航空的高温结构件、弹性元件、电子元件等,还可用于制造加热元件、工件、灯泡、X射线器械和医疗器械。W-Re-ThO2合金可用作高温加热工件,钨铼、钼铼合金触头具有高抗热蚀和高温导电能力,能提高供电设备的使用寿命和工作可靠性。如:铂铼合金、铂钨铼合金、钨铼合金、钼铼合金等。

铼有两种同位素,分别是185、187,在地质学上有重要的用途,即铼-锇同位素体系,被广泛应用于研究矿床成因、岩浆形成、地幔演化、天体演化以及同位素定年。

该同位素体系具有不同于其它常用同位素体系的特性。首先,铼和锇均属强亲铁和亲铜性元素,倾向于在铁和硫化物相中富集。因此,它们在铁一镍金属构成的地核中高度富集,在地幔和地壳中极其贫化。其次,锇是高度相容元素。而铼是相容至中等程度的不相容元素,因而在地幔熔融过程中,锇倾向于富集在地幔残留相中,铼倾向于富集在熔浆中,导致地幔与地壳的Re/Os比值发生很大的变化。最后,由于地幔岩石中的锇同位素比值不易受后期地幔交代作用的影响而发生大的变化,可以更好地反映这些岩石的成因及地幔演化特征。


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