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行业动态
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(科普文章)稀有珍贵 当思“铼”之不易
发布时间 : 2024-06-04 浏览次数 : 125
铼是一种地壳中极其少见的稀散元素,在自然界中无法以独立矿床存在,而是以杂质状态分散存在于其他元素的矿物中,介绍“她”并非心血“铼”潮,更多的是揭露“她”鲜为人知的一面,铼是元素周期表中第75号元素(Rhenium)属于第六周期锰族,有+1到+7多种价态,以+4价化合物最稳定。
铼具有银白色外观,高纯质地柔软,相对原子质量为186.207,密度为21.04 g/cm³,熔点为3186 ℃,沸点为5596 ℃,其熔点在所有元素中排第三(前两位是钨、碳),沸点居首位,密度则排在第四位(前三位有铂、铱和锇),铼具有优异的耐腐蚀性,能够在空气中稳定存在,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。
行程万里 不忘“铼”路
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。
前途似海 “铼”日方长
铼被誉为工业巨人的心脏,这主要得益于“她”在多个高端工业领域的应用。
首先,在石化工业中,铼作为一种催化剂,能够提高汽油、芳烃和氢气等的产率,“她”能够促进化学反应,使得烃基分离,提高产品的产量和质量。在无铅汽油的生产和汽车尾气净化中作为催化剂使用;硫化铼可用作甲酚和木质素氢化过程中的催化剂;KReO4-SiO2可作为氢化的催化剂;NH4ReO4-C用作环己烷和乙醇脱氢过程中的催化剂;甲基三氧化铼用作催化烯烃环氧化反应。此外,铼还能用于高聚合物的分解,如将废旧塑料转化为燃油,这对于资源循环利用具有重要意义。
其次,铼因其耐高温的特性,在高温合金领域占据重要地位。在镍基高温合金中添加金属铼其目的为提高合金的蠕变性能,这对于单晶高温合金耐温能力的提高至关重要,铼-镍基高温合金具有较高的高温强度、塑性,良好的抗氧化、抗热腐蚀性能,良好的热疲劳性能和组织稳定性等综合性能,被广泛地应用在航空发动机及燃气轮机等设备中的热端部件上。铼是最有效改善钼基合金性能的元素,“她”的加入显著改善钼的低温脆性,进而提高其加工性能,增加强度的同时仍保持良好的塑性,广泛应用于空间核反应堆的热离子交换器;可制成箔材和极细丝材,成为很好的弹性元件;
可用在加热器、反射器、火箭推进器、工作站、热电偶等高温设备中,并且具有很长的使用寿命。钨基合金的“绯闻女友”有很多,但铼是综合性能最好的“女友”没有之一,“她们”的结合能够改善钨的室温塑性差、难以切削加工和冷变形的“缺点”,熔合成具有高熔点,高硬度、高强度、高塑性、高电阻率、高热电势值、高再结晶温度、低蒸汽压、低的电子逸出功和低的塑-脆性转变温度等特点的混合物,应用于热电偶丝、电子管、显像管和灯泡热丝,用作电接点材料。
最后,为什么说“铼”日方长,因为铼在未来的应用是大有可为,前途无量。铼资源匮乏,价格昂贵,长期以来的研究较少,因其在物理和化学特性上的独特性,使其在众多高科技领域中占据不可替代的位置,逐步发展在航天航空、军工、卫星、电子、医疗、新能源领域的使用,铼产品也逐渐走入公众视野,比如99.99%铼戒指,铼锭,铼坩埚等等。
回收利用 卷土重“铼”
铼作为一种战略金属,考虑到该资源的稀缺性及对国防军工事业发展的重要性,对铼金属回收后充分利用已成为世界各国控制军工成本的重要方式。合理使用返回料,可以达到充分利用资源和降低生产成本的双重目的。近年来,全球铼的回收产业在快速发展,美国和德国是铼资源回收的主要国家。2020年,全球大约回收20~25t的铼,其中美国占1/3,
铼的回收利用技术难度非常大,成本也高,针对不同形式的铼废料,有着不同的回收处理方法。目前,从高温合金废料中回收铼的工艺主要有氧化升华法、电化学处理法、高温碱熔法、电解溶解法等方法,几种方法各有利弊,国内金属所采用“电化学溶解法”多步分离提取高温合金废料中的铼,探索了高温合金废料电化学溶解、沉淀分离、萃取分离、离子交换分离、金属化合物重结晶提纯、金属化合物气体还原等环节的关键科学与技术问题,初步实现了从高温合金废料中分离回收铼元素的目标。
道阻且长未“铼”可期
铼的重要性不言而喻,特别在航空航天领域,更具有不可替代性。面对快速增长的应用需求和有限的探明储量,技术创新是破解资源综合利用的首要方式,不断完善铼开发、应用以及回收再利用技术,实现铼资源的闭环再生,节约利用铼元素,优先从富铼国家进口,加大对国内铼资源的战略保护。随着我国航空航天事业的发展和持续关注,铼的战略价值和重要意义将更加凸显。在参考欧美铼资源利用先进模式的基础上,加大铼资源的回收利用技术,提升铼资源保障能力,助力我国先进航空发动机及燃气轮机的自主研制和持续发展。

揭开铼的神秘面纱,“她”的前世今生、古往今来一一展现在我们面前,这跨越了150年的发展,让人类生活变得更加丰富多彩,更加离不开对这些元素的开发,相信在不久的将来,铼在3D打印材料、医用金属材料等领域的发展为人类生活科技化和生命健康更添砖加瓦。

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