銥屬于(yú)貴金(jīn)屬元素,化(huà)學(xué)符号(hào)Ir,原子序數77,原子量(liàng)192.22。在(zài)地(dì)殼(ké)中(zhōng)的(de)含量(liàng)为(wèi)千(qiān)万(wàn)分(fēn)之(zhī)一(yī),常與(yǔ)鉑系(xì)元素一(yī)起(qǐ)分(fēn)散(sàn)于(yú)沖積礦床和(hé)砂積礦床的(de)各(gè)種(zhǒng)礦石(dàn)中(zhōng)。
銥于(yú)1803年(nián)在(zài)鉑的(de)不(bù)溶雜質(zhì)中(zhōng)被發(fà)現(xiàn)。主(zhǔ)要發(fà)現(xiàn)者(zhě)为(wèi)史密森(sēn)·特(tè)南(nán)特(tè)(Smithson Tennant),将其(qí)命名(míng)为(wèi)銥,其(qí)名(míng)源自(zì)虹(hóng)神(Iris)。自(zì)然界存在(zài)两(liǎng)種(zhǒng)同(tóng)位(wèi)素:銥-191、銥-193。人(rén)工放(fàng)射性(xìng)同(tóng)位(wèi)素Ir-192是(shì)通(tòng)过(guò)穩定(dìng)元素Ir-191受中(zhōng)子輻射獲得,其(qí)衰變(biàn)放(fàng)出(chū)γ射線(xiàn),半衰期(qī)74.2d,常用(yòng)于(yú)工业探傷。
图(tú)1. 銥金(jīn)屬
1. 物理(lǐ)性(xìng)質(zhì)
銥屬于(yú)鉑系(xì)金(jīn)屬,呈银(yín)白(bái)色(sè),另(lìng)带(dài)少(shǎo)許黃色(sè)。銥金(jīn)屬堅硬(yìng)易碎,熔點(diǎn)非(fēi)常高,很難通(tòng)过(guò)鑄造或塑性(xìng)加工成(chéng)型,通(tòng)常采用(yòng)粉末(mò)冶金(jīn)的(de)方(fāng)法(fǎ)成(chéng)型。此(cǐ)外(wài),銥在(zài)0.14 K以(yǐ)下(xià)会(huì)呈現(xiàn)超導體(tǐ)性(xìng)質(zhì)。
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元素符号(hào) |
Ir |
所(suǒ)屬周期(qī) |
第(dì)六(liù)周期(qī) |
所(suǒ)屬族數 |
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密度 |
22.4 (g/cm3) |
熔點(diǎn) |
2443(℃) |
沸點(diǎn) |
4428(℃) |
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192.217 |
77 |
導热(rè)系(xì)數 |
147W/(m·K) |
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外(wài)层(céng)電(diàn)子排布(bù) |
[Xe]4f145d76s2 |
莫氏硬(yìng)度 |
6.5 |
地(dì)殼(ké)含量(liàng) |
0.000003ppm |
銥是(shì)抗腐蝕性(xìng)最(zuì)強(qiáng)的(de)金(jīn)屬之(zhī)一(yī),能(néng)夠在(zài)高温(wēn)下(xià)抵禦幾(jǐ)乎所(suǒ)有(yǒu)酸(suān)、王水(shuǐ)、熔融金(jīn)屬,甚至(zhì)是(shì)矽酸(suān)盐(yán)。但是(shì)在(zài)部(bù)分(fēn)熔融盐(yán)(氫氧化(huà)鈉、氰化(huà)鈉和(hé)氰化(huà)鉀等)中(zhōng),在(zài)高温(wēn)下(xià)具有(yǒu)可(kě)溶性(xìng)。例如(rú),銥在(zài)350℃的(de)熔融氫氧化(huà)鈉(或氫氧化(huà)鉀)中(zhōng)(未通(tòng)入(rù)空(kōng)气(qì))极(jí)其(qí)耐腐蝕,腐蝕率小于(yú)0.005mm/年(nián)(約3.5mdd),但400℃以(yǐ)上(shàng)的(de)熔融氫氧化(huà)鈉可(kě)以(yǐ)強(qiáng)烈腐蝕和(hé)溶解(jiě)銥。在(zài)室(shì)温(wēn)中(zhōng),致(zhì)密的(de)金(jīn)屬銥,对干(gàn)燥的(de)氟气(qì),以(yǐ)及(jí)干(gàn)燥或者(zhě)潮(cháo)湿(shī)的(de)氯,溴,碘,都具有(yǒu)极(jí)好(hǎo)的(de)耐腐蝕性(xìng)。一(yī)般的(de)腐蝕劑都不(bù)能(néng)腐蝕銥。
銥易形成(chéng)配位(wèi)化(huà)合物,其(qí)氧化(huà)态介于(yú)−3和(hé)+6之(zhī)間(jiān),最(zuì)常見(jiàn)的(de)有(yǒu)+3、+4和(hé)+6。高氧化(huà)态的(de)化(huà)合物比較罕見(jiàn),包(bāo)括IrF6和(hé)两(liǎng)種(zhǒng)混合氧化(huà)物Sr2MgIrO6及(jí)Sr2CaIrO6。2009年(nián),科學(xué)家利用(yòng)基質(zhì)隔離方(fāng)法(fǎ)(在(zài)6K的(de)氩气(qì)中(zhōng))对过(guò)氧化(huà)銥配合物進(jìn)行紫外(wài)線(xiàn)照射,制成(chéng)了(le)四(sì)氧化(huà)銥(IrO4)。然而(ér)这一(yī)化(huà)合物預计在(zài)更(gèng)高的(de)温(wēn)度下(xià)無法(fǎ)穩定(dìng)保持(chí)固體(tǐ)狀态。
3. 應(yìng)用(yòng)領域
銥主(zhǔ)要應(yìng)用(yòng)于(yú)高端裝(zhuāng)备、電(diàn)子工业、工业催化(huà)劑及(jí)醫療等領域,具體(tǐ)應(yìng)用(yòng)如(rú)下(xià):
(1)鉑銥合金(jīn)可(kě)用(yòng)作(zuò)電(diàn)觸點(diǎn)、插头(tóu)、電(diàn)阻丝(sī)、钢笔(bǐ)笔(bǐ)尖、電(diàn)唱機(jī)針(zhēn)头(tóu)、注射器針(zhēn)头(tóu)、珠(zhū)寶(bǎo)饰物、实验(yàn)室(shì)器皿、電(diàn)极(jí)、标(biāo)準重量(liàng)原器材料。
(2)铑銥合金(jīn)主(zhǔ)要用(yòng)作(zuò)高温(wēn)抗氧化(huà)热(rè)電(diàn)偶及(jí)電(diàn)接觸材料,用(yòng)Ir-Rh做热(rè)電(diàn)偶使用(yòng)温(wēn)度可(kě)高达(dá)2000℃以(yǐ)上(shàng)。
(3)含鎢5%的(de)銥鎢合金(jīn)可(kě)做高温(wēn)彈簧材料;
(4)純銥可(kě)用(yòng)于(yú)制作(zuò)高温(wēn)坩埚、儀器零(líng)件(jiàn)、高温(wēn)真(zhēn)空(kōng)儀表(biǎo)的(de)金(jīn)屬丝(sī)、電(diàn)器觸头(tóu)等;
(5)銥系(xì)化(huà)合物可(kě)做氫化(huà)、脫氫、氧化(huà)等反(fǎn)應(yìng)的(de)工业催化(huà)劑。
(6) 放(fàng)射性(xìng)同(tóng)位(wèi)素銥-192在(zài)γ射線(xiàn)照相中(zhōng)是(shì)一(yī)種(zhǒng)重要的(de)能(néng)源,有(yǒu)助对金(jīn)屬進(jìn)行無損检測。另(lìng)外(wài),近距離治療利用(yòng)Ir所(suǒ)释放(fàng)的(de)γ射線(xiàn)来(lái)治療癌症。
4. 銥資源及(jí)二(èr)次(cì)循环(huán)利用(yòng)
鉑族金(jīn)屬資源稀缺,銥在(zài)地(dì)殼(ké)中(zhōng)的(de)含量(liàng)为(wèi)千(qiān)万(wàn)分(fēn)之(zhī)一(yī),尤其(qí)我(wǒ)國(guó)銥資源十(shí)分(fēn)匮乏,且(qiě)价格昂貴,銥廢料回(huí)收(shōu)再生(shēng)利用(yòng)具有(yǒu)重要意(yì)義。
銥的(de)化(huà)學(xué)性(xìng)質(zhì)很穩定(dìng),抗腐蝕性(xìng)极(jí)強(qiáng),是(shì)鉑族金(jīn)屬中(zhōng)最(zuì)難溶解(jiě)的(de)金(jīn)屬。目前(qián),对于(yú)粉狀颗(kē)粒(lì)狀的(de)含銥催化(huà)劑、化(huà)合物等通(tòng)常采用(yòng)碱熔融預處(chù)理(lǐ),对銥合金(jīn)廢料通(tòng)常采用(yòng)合金(jīn)化(huà)活化(huà)預處(chù)理(lǐ),才能(néng)达(dá)到(dào)溶解(jiě)銥的(de)目的(de)。銥的(de)提(tí)純精煉通(tòng)常要在(zài)溶液體(tǐ)系(xì)中(zhōng)進(jìn)行,且(qiě)分(fēn)離難度比較大(dà),一(yī)般采用(yòng)氯銥酸(suān)铵反(fǎn)複沉澱法(fǎ),同(tóng)时(shí)根(gēn)據(jù)原料性(xìng)質(zhì)需要結合硫化(huà)法(fǎ)、亞硝酸(suān)鈉配合法(fǎ)、溶劑萃取(qǔ)法(fǎ)、離子交換法(fǎ)等分(fēn)離銥溶液中(zhōng)的(de)貴賤金(jīn)屬雜質(zhì),獲得純銥溶液,再通(tòng)过(guò)氯化(huà)铵沉澱-煅燒-氫還(huán)原制备合格銥粉。
5. 相關(guān)主(zhǔ)要产品
(1)氯銥酸(suān):
氯銥酸(suān)是(shì)一(yī)種(zhǒng)黑(hēi)棕色(sè)或黑(hēi)色(sè)針(zhēn)狀結晶、粒(lì)狀或块(kuài)狀物。易潮(cháo)解(jiě)。热(rè)至(zhì)90℃以(yǐ)上(shàng)失去(qù)結晶水(shuǐ),热(rè)至(zhì)150℃到(dào)180℃转化(huà)为(wèi)三(sān)价銥化(huà)合物,溶于(yú)水(shuǐ)、乙醇和(hé)乙醚。主(zhǔ)要用(yòng)于(yú)制造塗层(céng)電(diàn)极(jí),是(shì)重要的(de)化(huà)工催化(huà)劑及(jí)銥試劑原料。产品标(biāo)準为(wèi)YS/T 595-2006。
图(tú)2.氯銥酸(suān)
(2)水(shuǐ)合三(sān)氯化(huà)銥
水(shuǐ)合三(sān)氯化(huà)銥是(shì)一(yī)種(zhǒng)綠(lǜ)色(sè)結晶或褐色(sè)粉末(mò),易吸潮(cháo)、溶于(yú)水(shuǐ)、盐(yán)酸(suān),受強(qiáng)热(rè)失去(qù)結晶水(shuǐ)。常作(zuò)为(wèi)合成(chéng)其(qí)它(tā)銥化(huà)合物及(jí)制备含銥催化(huà)劑的(de)初始(shǐ)原料,廣泛應(yìng)用(yòng)于(yú)石(dàn)油(yóu)化(huà)工和(hé)有(yǒu)機(jī)合成(chéng)領域。例如(rú),甲醇羰基化(huà)制醋(cù)酸(suān)和(hé)醋(cù)酐裝(zhuāng)置都大(dà)量(liàng)使用(yòng)銥的(de)化(huà)合物作(zuò)为(wèi)均相催化(huà)劑。此(cǐ)外(wài),在(zài)加氫催化(huà)劑、聚合催化(huà)劑、有(yǒu)機(jī)合成(chéng)等領域,水(shuǐ)合三(sān)氯化(huà)銥也是(shì)不(bù)可(kě)缺少(shǎo)的(de)重要化(huà)工原料。产品标(biāo)準为(wèi)YS/T 643-2007。
图(tú)3.水(shuǐ)合三(sān)氯化(huà)銥
(3)銥合金(jīn)
常用(yòng)的(de)銥合金(jīn)有(yǒu)Ir-40Rh、Ir-70Rh、Ir-20Ru等。其(qí)主(zhǔ)要特(tè)點(diǎn)是(shì)热(rè)電(diàn)性(xìng)能(néng)良好(hǎo)、高温(wēn)抗氧化(huà)、耐腐蝕。但Ir-Ru系(xì)合金(jīn)硬(yìng)而(ér)脆難于(yú)加工。銥合金(jīn)主(zhǔ)要用(yòng)作(zuò)高温(wēn)抗氧化(huà)热(rè)電(diàn)偶及(jí)電(diàn)接觸材料,用(yòng)Ir-Rh做热(rè)電(diàn)偶使用(yòng)温(wēn)度可(kě)高达(dá)2000℃以(yǐ)上(shàng),热(rè)電(diàn)势在(zài)2000℃时(shí)可(kě)达(dá)17.18mV。其(qí)中(zhōng),Ir-Rh40合金(jīn)鑄态維氏硬(yìng)度为(wèi)l736MPa,IrPh70为(wèi)1422MPa。銥合金(jīn)的(de)高温(wēn)抗氧化(huà)能(néng)力比純銥強(qiáng),在(zài)2000℃时(shí)IrRh60氧化(huà)失重約5%,而(ér)純銥失重高达(dá)27%。采用(yòng)高頻爐氩气(qì)保護熔煉,鑄錠經(jīng)热(rè)軋和(hé)适量(liàng)的(de)冷(lěng)加工成(chéng)材。