銥屬於(yú)貴金屬元素,化學符號Ir,原(yuán)子序數77,原子量192.22。在地殼中的含量為千萬分(fèn)之一,常(cháng)與鉑係元素(sù)一起分散於衝(chōng)積礦床和砂積礦床(chuáng)的各種礦石中。
銥於1803年在鉑的不溶(róng)雜質(zhì)中被發現。主要發現者為史密森·特南(nán)特(Smithson Tennant),將(jiāng)其命名為銥,其名源自虹神(Iris)。自然界存在兩種同位素:銥-191、銥-193。人工放射性同位素Ir-192是通過穩定元素Ir-191受中子輻射(shè)獲得,其(qí)衰變放出γ射線,半衰期74.2d,常用於工業探傷。
圖1. 銥金屬
1. 物理性質
銥(yī)屬於鉑係金屬,呈銀白色,另帶少許黃色。銥金屬堅硬易碎,熔點(diǎn)非常(cháng)高,很難通過鑄造或塑(sù)性加工成型,通常采用粉末冶金的方法成型。此外,銥(yī)在(zài)0.14 K以下會呈現超導體性質。
Ir |
所屬周期 |
第六周期 |
所屬族數 |
|
|
密度 |
22.4 (g/cm3) |
熔點 |
2443(℃) |
沸點 |
4428(℃) |
192.217 |
77 |
導(dǎo)熱係數 |
147W/(m·K) |
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外層電子排布 |
[Xe]4f145d76s2 |
莫氏硬度 |
6.5 |
地殼含量 |
0.000003ppm |
銥是抗腐蝕(shí)性最強的(de)金屬之(zhī)一(yī),能夠在高溫下抵禦幾乎所有酸(suān)、王水、熔融金屬,甚至是矽酸鹽。但是(shì)在部分熔融鹽(氫氧化鈉、氰化鈉和氰化鉀等)中(zhōng),在高溫(wēn)下(xià)具有可溶性。例如,銥在(zài)350℃的熔融(róng)氫氧化鈉(或氫(qīng)氧化鉀)中(未通入空氣)極其耐腐蝕,腐蝕(shí)率小於0.005mm/年(約3.5mdd),但400℃以上的(de)熔融(róng)氫氧化(huà)鈉可以強烈腐蝕和溶解銥。在室溫中,致密的金屬銥,對(duì)幹燥的氟氣,以及幹燥或者潮濕的(de)氯,溴,碘,都具有極好的耐(nài)腐蝕性。一般的腐蝕劑都不能腐蝕銥。
銥易形成配位化合(hé)物,其氧化態(tài)介於−3和+6之間,最常(cháng)見的有+3、+4和(hé)+6。高氧化態的(de)化(huà)合物比較罕見,包括IrF6和兩種混合氧化物Sr2MgIrO6及(jí)Sr2CaIrO6。2009年,科學家利用基質隔離方法(在6K的氬氣中)對過氧化銥配合物進行紫(zǐ)外線照射,製成了四氧化銥(IrO4)。然而這一化(huà)合物預計在更高的溫度(dù)下無法穩定保持固體狀態。
3. 應用領域
銥主要(yào)應(yīng)用於高端裝備(bèi)、電子工業、工業催(cuī)化(huà)劑及醫療等(děng)領域,具體應用如下:
(1)鉑銥合金可用作電(diàn)觸點、插(chā)頭、電阻絲(sī)、鋼筆筆尖(jiān)、電唱機針頭、注射器針頭、珠寶飾物、實(shí)驗室器皿、電極、標準重量原器材料。
(2)銠銥合金主要用作高溫抗氧化(huà)熱電偶及電接觸材料,用(yòng)Ir-Rh做熱電偶使用溫度可高達2000℃以上。
(3)含鎢(wū)5%的銥鎢合金可做(zuò)高溫彈簧材料;
(4)純銥(yī)可用於製作高溫(wēn)坩堝(guō)、儀器零件(jiàn)、高溫真空儀表的金屬絲、電器觸頭等;
(5)銥係化合物可做氫化(huà)、脫氫、氧化等反(fǎn)應的工業催化劑。
(6) 放射性同位素銥-192在(zài)γ射線照相中是一種重要的能源,有助對金屬進行無損檢測。另外,近(jìn)距(jù)離治療利用Ir所釋放的(de)γ射(shè)線來治療(liáo)癌症。
4. 銥資源及二(èr)次循環利用
鉑族金屬(shǔ)資源稀缺,銥在地殼中的含量為千萬分之一,尤其我國銥資源十分匱乏,且價格昂貴,銥廢料回收再生利(lì)用具有重要意義。
銥的化學性質很穩定,抗腐蝕性極強,是鉑族金(jīn)屬中(zhōng)最難溶(róng)解的金(jīn)屬。目前,對於粉狀顆粒狀的含銥催化劑、化(huà)合物(wù)等通常采(cǎi)用堿熔融(róng)預處理,對銥合金廢(fèi)料通常采用合金化活化(huà)預處理(lǐ),才能達到溶解銥的目的。銥的提純精煉通常要在溶液體(tǐ)係中(zhōng)進行,且分離難度比較大,一(yī)般采用氯銥(yī)酸銨反複沉澱法,同時根據原料性質(zhì)需要結(jié)合硫化法、亞硝酸鈉配合法、溶劑萃取法、離子交換(huàn)法等分離銥溶液中的貴賤金屬雜質,獲得純銥溶液,再通過氯化銨沉澱-煆燒-氫還原製備合(hé)格銥粉(fěn)。
5. 相關主要產品
(1)氯銥酸:
氯(lǜ)銥酸是一種黑棕色或黑色針狀結晶、粒狀(zhuàng)或塊狀物。易潮解。熱至90℃以上失(shī)去結晶水,熱至150℃到180℃轉化為三價銥(yī)化合物,溶於水、乙醇和乙醚。主要用(yòng)於製造塗層電極,是重要的化工催化劑及銥試劑原料。產品標(biāo)準為YS/T 595-2006。
圖2.氯銥酸
(2)水合三(sān)氯化銥
水合三氯化銥是一種綠色結晶或褐色粉末,易吸(xī)潮、溶於水、鹽酸,受強熱失去結晶水。常作(zuò)為合成其它銥化合物及製備含銥催化劑的初始原料,廣泛應用於石油化工和有機合成領(lǐng)域。例如,甲醇羰(tāng)基化製醋酸和醋酐(gān)裝(zhuāng)置都大量使用銥的化合物作為均相(xiàng)催化劑(jì)。此外,在加氫(qīng)催化劑、聚合催化劑、有機合成等領域,水合(hé)三氯化銥也是不(bú)可缺少的重要化(huà)工原料。產品標(biāo)準為YS/T 643-2007。
圖3.水合三氯化銥
(3)銥合金
常用的銥合金有Ir-40Rh、Ir-70Rh、Ir-20Ru等。其主要特點(diǎn)是熱電性能良好、高溫抗(kàng)氧化、耐腐(fǔ)蝕。但Ir-Ru係合金硬而脆難於加工。銥合金主要用(yòng)作高溫(wēn)抗氧化熱(rè)電偶及電接觸材料,用Ir-Rh做熱電偶使用溫度可(kě)高達2000℃以上(shàng),熱電勢在2000℃時可(kě)達17.18mV。其中,Ir-Rh40合金鑄態維氏(shì)硬度為l736MPa,IrPh70為1422MPa。銥合金的高溫抗氧化能力比純銥強,在2000℃時IrRh60氧化失重約5%,而純銥失重高達27%。采用高頻爐氬氣(qì)保護熔煉,鑄錠(dìng)經熱軋和適量的冷加工(gōng)成(chéng)材。