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【金属百科】铼

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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、钽),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。


1楼2017-05-03 07:14回复
    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。


    2楼2017-05-03 07:14
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      2025-05-09 18:23:03
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      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。


      3楼2017-05-03 16:35
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        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。


        4楼2017-05-03 16:35
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          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


          5楼2017-05-03 16:36
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            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)


            6楼2017-05-03 16:36
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              全球铼储量情况
              全球铼资源主要分布在美洲和欧洲。根据美国地质调查局2015年发布的数据,全球铼探明资源储量约为1100吨,其中美国铼探明资源储量约为500吨,其他国家为600吨。
              全球铼资源量约为2500吨,智利的铼资源量最为丰富,为1300吨,其次为美国(390吨)、俄罗斯(310吨)、哈萨克斯坦(190吨)、亚美尼亚(95吨)、秘鲁(45吨)以及加拿大(32吨),世界其他国家铼资源储量的总和约为91吨。



              9楼2017-05-03 16:38
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                铼的产量
                根据美国地址调查局2015年发布的数据,2014年全球铼产量约为48.8吨,比2013年的48.9吨略有下滑。智利为铼的最大生产国,2014年铼产量(26吨)约占全球产量的53%,其次为美国(7.9吨)、波兰(7.6吨)、乌兹别克斯坦(5.0吨)和亚美尼亚(0.3吨)。
                美国是全球最大的铼消费国,智利和波兰则是美国铼金属的主要供应国。



                10楼2017-05-03 16:38
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                  2025-05-09 18:17:03
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                  我国铼资源分布及产量情况
                  截止2003年,我国铼资源的保有储量为237吨,铼矿有11处,分布在陕西(占全国铼储量的44.3%)、黑龙江(31.6%)、河南(12.7%)、湖南、湖北、辽宁、广东、贵州和江苏9省。我国铼资源几乎全部伴生于钼矿床中,主要分布在陕西金堆城钼矿、河南栾川钼矿、吉林大黑山钼矿和黑龙江多宝山铜(钼)矿等矿床中,这些矿床中铼的储量约占全国铼总储量的90%。
                  中国铼产量及需求情况
                  中国的铼产量不高,每年两吨左右,国内需求相应的不是很高,但这种状况即将改变。有业内人士估计,从2016年起中国的进口需求将达到每年4.5吨到5吨,其中一部分将用于储备。


                  11楼2017-05-03 16:38
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                    铼的用途及应用领域
                    铼的应用概况
                    铼是一种稀有难熔金属,不仅具有良好的塑性、机械性和抗蠕变性能,还具有良好的耐磨损、抗腐蚀性能,对除氧气之外的大部分燃气能保持比较好的化学惰性。铼及其合金被广泛应用到航空航天、电子工业、石油化工等领域。美国地质调查局2013年发布的数据显示,高温合金为铼最大的消费领域,约占铼总消费量的80%,催化剂为铼的第二大消费领域。


                    12楼2017-05-03 16:39
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                      镍铼合金
                      铼能够提高镍高温合金的蠕变强度,这类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等。铼镍合金是现代喷气引擎叶片、涡轮盘等重要结构件的核心材料。铼的使用既可提高镍基高温合金的性能;更可以制造出用于单晶叶片的合金。这两方面的作用都能使涡轮(尤其是高压涡轮)在更高温度下工作。这样的话,设计者就能加大涡轮压力,进而提高作业效率;或者发动机可以加快燃料燃烧的速度,进而产生更大的推力。此外,人们可以把作业温度维持在较低水平,扩大实际作业温度和涡轮机最高允许温度的差值,这样就能延长使用寿命。人们还可以兼顾两方面的考量,同时提高发动机的性能和耐用性。
                      铼与钨、钼或铂族金属所组成的合金或涂层材料,因其熔点高、电阻大、磁性强、稳定性好而被广泛应用于电子、航天工业。如制造特种白炽电灯泡的电灯丝、人造卫星和火箭的外壳、原子反应堆的防护板,用作超高温加热器以蒸发金属,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、电接触器等都是利用铼的上述特性。
                      铼效应
                      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"。如添加少量(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。


                      14楼2017-05-03 16:40
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                        催化剂
                        铼及其化合物具有优异的催化活性(铼对很多化学反应具有高度选择性的催化功能),因而常被用作石油化工等领域的催化剂。
                        催化重整是石油炼制过程之一,是提高汽油质量和生产石油化工原料的重要手段。铼铂合金作为催化重整过程中的一种催化剂,能够提高重整反应的深度,增加汽油、芳烃和氢气等的产率。此外,铼还可用作汽车尾气净化的催化剂,而铼的硫化物则可用作为甲酚、木素等的氢化催化剂。


                        15楼2017-05-03 16:41
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                          铼的其他用途
                          188Re和186Re同位素具有放射性,可用于肝癌的治疗。
                          铼在高温下十分稳定,耐磨损,且能够抵御电弧腐蚀,是很好触头材料。
                          KReO4可用作制备彩色照相胶片的敏化剂等。


                          16楼2017-05-03 16:41
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                            铼的提取工艺
                            铼的提取工艺
                            铼的生产原料主要来自钼冶炼过程的副产品。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%。此外,某些铜矿、铂族金属矿、铌矿、闪锌矿的冶炼烟尘、渣以及处理低品位钼矿的废液和诸如铂铼催化剂、含铼废合金等含铼废料也都可以作为铼的生产原料。


                            17楼2017-05-03 16:41
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                              2025-05-09 18:11:03
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                              铼的提取方法需要根据含铼原料及铼产品来确定。提取铼时先从含铼原料中制取含铼溶液,溶液经分离净化提取纯铼化合物,然后用氢还原法、水溶液电解法、卤化物热离解法制取铼粉,再用粉末冶金的方法加工成材。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。

                              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。
                              ①高温烧结法(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,最后得到理论密度超过90%的铼条。
                              ②熔炼法
                              该法以烧结条作为原料,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。电子束熔炼法所得到的铼锭为柱状结晶体,纯度99.99%;区域熔炼所获得的产品为光谱纯度的铼单晶。
                              现在,铼提取冶金已经形成制取铼化合物、铼粉和铼材三大环节的格局。铼冶炼行业未来发展的任务是扩大铼原料来源,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回收新工艺,特别是溶剂萃取和离子交换法。


                              18楼2017-05-03 16:42
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