铼 Rhenium
- 中文名称：铼，英文名称：Rhenium，元素符号：Re，原子序数75，是VIIB族金属。铼的密度为21.04g/cm³，熔点和沸点分别为3186°C (5767°F，3459K)和5596°C(10105°F，5869K)。铼是一种银白色的稀有高熔点金属，其熔点在所有元素中排第三(前两位为钨、碳)，沸点居首位，密度则排在第四位(前三位有铂、铱和锇)。金属铼坚硬、耐磨、耐腐蚀。铼在空气中稳定，在高温下与硫蒸汽化合成二硫化铼，与氟、氯、溴形成卤化物。铼不溶于盐酸，但溶于硝酸和热的浓硫酸。铼不与氢、氮作用，但能吸收氢气。铼是一种稀散元素，在地壳中的含量为10^(-7)%，主要存在于辉钼矿中。现在，铼及其合金被广泛应用到航空航天、电子、石油化工等领域。
铼的发现及产业发展
【铼的发现简史】
- 铼是拥有稳定同位素的元素中最后一个被发现的。
- 1871年，俄国化学家德米特里•门捷列夫在发布元素周期表时就曾预测在自然界中存在一个尚未发现原子量为190的“类锰”元素。1914年，英国物理学家亨利•莫塞莱推算了有关该元素的一些数据。1925年，德国化学家沃尔特•诺达克(Walter Noddack)、伊达•诺达克(Ida Noddack)、奥托•伯格(Otto Berg)用Ｘ射线在铂矿和铌铁矿中探测到了这种元素，并根据莱茵河的名字Rhein将该元素命名为Rhenium。后来，他们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。
- 1908年，日本化学家小川正孝宣布发现了第43号元素，并根据"日本"(Nippon)一词将其命名为Nipponium (Np)。但是2004年，日本有学者用X-射线重新检验了小川正孝家族保留下来的方钍石样品，结果表明该样品中所含的并不是43号元素，而是75号元素“铼”，因此小川正孝可能是发现铼的第一人。
- 我国在20世纪60年代开始从钼精矿焙烧烟尘中提取铼。
【铼行业发展】
- 真正的稀有金属
- 由于铼资源比较贫乏，价格也很昂贵，所以长期以来人们对它的研究较少。1926年，人们首次获得的金属铼只有3mg，到1930年，铼的世界总产量也仅有3g。1950年以后铼才开始应用到现代技术中，铼的产量才逐渐增加。1956年肯纳寇特铜矿公司(Kennecott Copper)开始在华盛顿和宾夕法尼亚州的工厂生产铼。在1942-1965年间，西方国家铼的总产量也没有超过4200千克，且大部分用于实验室研究。
- 铼应用发展历程
- 20世纪60年代，雪佛龙公司(Chevron Inc. )和 UOP Inc.发明了用于石油加工的含铼催化剂，从而推动了铼需求及产量的增长。
- 20世纪70年代早期，铼需求的增长导致铼价格上涨了三倍。
- 20世纪80年代，发动机制造商发现含铼的镍基合金具有抗高温、耐磨损的性能，因而用这种合金制作的发动机部件的使用寿命将更长。发动机制造商的这一发现促进了金属铼应用的发展。80年代末，含铼的喷气涡轮机叶片被首次使用。2000年，由于航空部门对铼需求的大幅增长，高温合金方面的应用已经成了铼最大的消费领域。
- 据美国地质调查局2015年发布的数据，2014年全球铼产量约为48.8吨，铼的主产国有智利、美国、波兰、乌兹别克斯坦、亚美尼亚等，其中智利为铼的最大生产国，2014年产量为26吨，约占全球总产量的53%。美国是铼最大的消费国，智利和波兰则成为了美国金属铼的主要供应国。在2013-2018年间，铼消费量的年均增长率为3%，预计到2018年，铼的消费量将达到70.4吨。全球铼的回收率也在不断增长，据预测目前全球铼的回收量约为30吨/年，德国、美国、日本是铼资源回收的主要国家，爱沙尼亚和俄罗斯也在回收铼资源。目前铼最大的消费领域是高温合金，约占铼总消费量的80%，催化剂为铼第二大消费领域，并且这两个领域对铼的需求量还在不断增长。
铼的性质及化合物
【铼的性质】
- 物理性质
- 铼为银白色金属或灰到黑色粉末；熔点3186℃，沸点5596℃，密度为20.53g/cm³。金属铼非常硬，耐磨，耐腐蚀。
- 化学性质
- 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，生成高铼酸铵：2Re 2NH3 4H2O2→2NH4ReO4 3H2
【铼化合物】
- 铼氧化物
- 七氧化二铼(Re2O7)：黄色固体，具有挥发性，最常见的氧化铼。溶于水，形成高铼酸HReO4。
- 二氧化铼(ReO2)：深褐色固体物质。单斜晶结构。密度11.4～11.6g/cm³。沸点1363℃。但700℃开始分解，生成金属铼和七氧化铼。具有吸气性能，挥发性比较差，在空气中与碱共熔可形成高铼酸盐。稍溶于水，不溶于稀酸，可溶于浓的卤族酸中。易与硝酸、过氧化氢等作用生成铼酸。制取方法在300℃下用氢还原铼酸酐，或400℃在惰性介质中(氩、氮)中使铼酸铵分解。为氢还原制取金属铼原料和有机化合物合成催化剂。
- 三氧化铼 (ReO3)：红色，不溶于水。
- 三氧化二铼 (Re2O3)
- 氧化二铼(Re2O)
- 五氧化二铼(Re2O5)
- 其他铼化合物
- 铼与硫蒸气在高温下化合生成二硫化铼。
- 铼与硼的化合物二硼化铼(ReB2)，硬度极高，与碳化钨、碳化硅、二硼化钛和二硼化锆相近。
- 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。
