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是一种化学元素,符号为Re,原子序为75。铼是种银白色的重金属,在元素周期表中属于第6周期过渡金属。它是地球地壳中最稀有的元素之一,平均含量估值为十亿分之一,同时也是熔点和沸点最高的元素之一。铼是钼和铜提炼过程的副产品。其化学性质与锰和锝相似,在化合物中的氧化态最低可达3,最高可达+7。

科学家在1925年发现了铼元素,因此它成为了最后被发现的稳定元素。其名称(Rhenium)取自欧洲的莱茵河。

镍铼高温合金可用于制造喷气发动机的燃烧室、涡轮叶片及排气喷嘴。这些合金最多含有6%的铼,这是铼最大的实际应用,其次就是作为化工产业中的催化剂。铼比钻石更难取得,所以价格高昂,2011年8月平均每公斤售4,575美元(每金衡盎司142.30美元)。由于铼可应用在高效能喷射引擎及火箭引擎,所以在军事战略上十分重要。

铼(Rhenium)的名称源自拉丁文Rhenus,意为莱茵河。铼是拥有稳定同位素的元素中最后一个发现的(之后在自然界发现的其他元素都是不具有稳定同位素的放射性元素,如镎和钚等)。德米特里门捷列夫在发布元素周期表时,就预测了这一元素的存在。英国物理学家亨利莫塞莱在1914年推算了有关该元素的一些数据。德国的沃尔特诺达克(Walter Noddack)、伊达诺达克、奥托伯格(Otto Berg)在1925年表示在铂矿和铌铁矿中探测到了此元素。他们后来也在硅铍钇矿和辉钼矿内发现了铼。1928年,他们在660公斤辉钼矿中提取出了1克铼元素。估计在1968年美国75%的铼金属都用在科研以及难熔金属合金的研制当中。几年之后,高温合金才得到广泛使用。

1908年,日本化学家小川正孝宣布发现了第43号元素,并将其命名为“Nipponium”(Np),以纪念其本国日本(Nippon)。然而,后来的分析则指出,他所发现的是75号元素,而非43(即锝)。Np在今天是第93号元素镎的化学符号,得名于海王星(Neptune),与“Nipponium”的缩写正好相同。 [1]

铼是一种银白色金属,其熔点在所有元素中是继钨和碳之后第三高的,沸点则居首位。其密度在元素中排第四位,前三位分别为铂、铱和锇。铼具六方密排晶体结构,晶格常数为a=276.1pm和c=445.6pm。

商业用的铼一般呈粉末状,可在真空或氢气中经压制或烧结制成高密度固体,其密度为金属态的90%以上。铼金属在退火时延展性很高,可弯曲和卷起。铼钼合金在10K时是超导体,钨铼合金的超导温度则在4至8 K。铼金属在1.697 ± 0.006 K时成为超导体。

铼金属块在标准温度和压力下能抵抗碱、硫酸、盐酸、稀硝酸(非浓硝酸)以及王水。

铼只有一种稳定同位素铼-185,存量亦极低。自然产生的铼当中有37.4%的185Re以及62.6%的放射性187Re。后者的半衰期长达1010年。铼原子的电荷状态可影响这一寿命。Re的β衰变可用于铼锇定年法,以测量矿石的年龄。这一β衰变的能量为2.6keV,是衰变能量最低的放射性核素之一。铼-186m是寿命最长的同核异构体之一,半衰期长达20万年左右。其他已知放射性铼同位素还有25种。

铼在化合物中的氧化态可以在3至+7之间,2除外。+7、+6、+4和+2氧化态最为常见。商业用铼一般以高铼酸盐出售,如白色水溶的高铼酸钠和高铼酸铵等。 [2]

在硫化铜矿石的提炼过程中,铼可以从含有钼元素的焙烧烟气中提取出来的。钼矿石含有0.001%至0.2%的铼元素。从烟气物质中可用水淋洗出七氧化二铼和高铼酸,再用氯化钾或氯化铵使其沉淀为高铼酸盐,最后以重结晶方法进行纯化。铼的全球年产量在40至50吨之间,主要产国有智利、美国、秘鲁和波兰。另外,铂铼催化剂和某些铼合金的回收过程每年可产出10吨铼。每公斤铼价格从2003至2006年的1千至2千美元迅速升至2008年2月的1万美元以上。要制成铼金属,需在高温下用氢气还原高铼酸铵:

2 NH4ReO4+ 7 H2→ 2 Re + 8 H2O + 2 NH3. [3]

全球铼产量的70%都用于制造喷射引擎的高温合金部件。铼的另一主要应用是在铂铼催化剂,可用于生产无铅、高辛烷的汽油。

加入铼会提升镍高温合金的蠕变强度。铼合金一般含有3%至6%的铼。第二代合金的含铼量为3%,曾用在F-16和F-15战机引擎中。第三代单晶体合金的含铼量则有6%,曾用在F-22和F-35引擎中。铼高温合金还用于工业燃气轮机。高温合金在加入铼后会形成拓扑密排相(TCP),因此其微结构会变得不稳定。第四代和第五代高温合金使用钌以避免这一现象。

2006年的铼消耗量分别为:通用电气28%,劳斯莱斯股份有限公司28%,普惠公司12%,皆用于生产高温合金。另有14%用作催化剂,18%作其他用途。由于军用喷射引擎需求持续增加,因此有必要研发含铼量更低的高温合金,以维持供应。比如,新型CFM56高压涡轮(HPT)叶片使用的合金含1.5%的铼,以取代含铼量为3%的合金。

铼可增强钨的物理性质。钨铼合金在低温下可塑性更高,易于制造、塑形,且在高温下的稳定性也得以提高。这一变化会随铼的含量而增加,所以钨铼合金含有27%的铼,这也就是铼在钨中的溶解极限。X射线源是钨铼合金的其中一个应用。钨和铼的熔点和原子量都很高,有助于抵抗持续的电子撞击。这种合金还用作热电偶,可测量最高2200 °C的温度。

铼在高温下十分稳定,蒸气压低,耐磨损,且能够抵御电弧腐蚀,所以是很好的自动清洗电触头材料。开关时的电火花会对触头进行氧化耗损。不过,七氧化二铼(Re2O7)在360 °C左右升华,所以会在放电过程中移去。

铼与钽和钨一样具有高熔点和低蒸气压,所以用这些材料制成的灯丝在氧气环境下稳定性较高。这类灯丝被广泛用于质谱仪、电离压力计及照相闪光灯等。

铼铂合金是催化重整过程中的一种催化剂。这种石油加工过程能够提高石脑油的辛烷值。用于催化重整的催化剂当中,30%含有铼。在矾土(氧化铝)表面涂上铼,可作为烯烃复分解反应的催化剂。含铼催化剂可抗御氮、硫和磷的催化剂中毒现象,因此被用在某些氢化反应中。 [4]

由于用量一般很少,所以人们对铼以及铼化合物的毒性所知甚少。卤化铼和高铼酸盐等可溶盐的有害性可能来自铼或者其他所含元素。科学家只对极少数铼化合物作过毒性测试,包括高铼酸钾和三氯化铼。试验以老鼠作为对象,测得高铼酸钾的7天LD50值为2800mg/kg,三氯化铼的LD50值为280mg/kg。 [5]


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