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鉑族金屬知識科普—“銥”

更新時間:2022年02月14日16:15:22 點擊次數:2532 關閉
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銥屬于貴金屬元素,化學符號Ir,原子序數77,原子量192.22。在地殼中的含量為千萬分之一,常與鉑系元素一起分散于沖積礦床和砂積礦床的各種礦石中。

銥于1803年在鉑的不溶雜質中被發現。主要發現者為史密森·特南特(Smithson Tennant),將其命名為銥,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受中子輻射獲得,其衰變放出γ射線,半衰期74.2d,常用于工業探傷。

1. 銥金屬

1. 物理性質

銥屬于鉑系金屬,呈銀白色,另帶少許黃色。銥金屬堅硬易碎,熔點非常高,很難通過鑄造或塑性加工成型,通常采用粉末冶金的方法成型。此外,銥在0.14 K以下會呈現超導體性質。 

元素符號

Ir

所屬周期

第六周期

所屬族數


VIII

密度

22.4 (g/cm3)

熔點

2443()

沸點

4428()

相對原子質量

192.217

原子序數

77

導熱系數

147W/(m·K)

外層電子排布

[Xe]4f145d76s2

莫氏硬度

6.5

地殼含量

0.000003ppm

 

2. 化學性質

銥是抗腐蝕性最強的金屬之一,能夠在高溫下抵御幾乎所有酸、王水、熔融金屬,甚至是硅酸鹽。但是在部分熔融鹽(氫氧化鈉、氰化鈉氰化鉀等)中,在高溫下具有可溶性。例如,銥在350的熔融氫氧化鈉(或氫氧化鉀)中(未通入空氣)極其耐腐蝕,腐蝕率小于0.005mm/(3.5mdd),但400以上的熔融氫氧化鈉可以強烈腐蝕和溶解銥。在室溫中,致密的金屬銥,對干燥的氟氣,以及干燥或者潮濕的氯,溴,碘,都具有極好的耐腐蝕性。一般的腐蝕劑都不能腐蝕銥。

銥易形成配位化合物,其氧化態介于?3+6之間,最常見的有+3、+4+6。高氧化態的化合物比較罕見,包括IrF6和兩種混合氧化物Sr2MgIrO6Sr2CaIrO6。2009年,科學家利用基質隔離方法(在6K氬氣中)對過氧化銥配合物進行紫外線照射,制成了四氧化銥(IrO4)。然而這一化合物預計在更高的溫度下無法穩定保持固體狀態。

3. 應用領域

銥主要應用于高端裝備、電子工業、工業催化劑及醫療等領域,具體應用如下:

1)鉑銥合金可用作電觸點、插頭、電阻絲、鋼筆筆尖、電唱機針頭、注射器針頭、珠寶飾物、實驗室器皿、電極、標準重量原器材料。

2)銠銥合金主要用作高溫抗氧化熱電偶及電接觸材料,用Ir-Rh做熱電偶使用溫度可高達2000以上。

3)含鎢5%的銥鎢合金可做高溫彈簧材料;

4)純銥可用于制作高溫坩堝、儀器零件、高溫真空儀表的金屬絲、電器觸頭等;

5)銥系化合物可做氫化、脫氫、氧化等反應的工業催化劑。

6) 放射性同位素銥-192γ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,近距離治療利用Ir所釋放的γ射線來治療癌癥。

4. 銥資源及二次循環利用

鉑族金屬資源稀缺,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,是鉑族金屬中最難溶解的金屬。目前,對于粉狀顆粒狀的含銥催化劑、化合物等通常采用堿熔融預處理,對銥合金廢料通常采用合金化活化預處理,才能達到溶解銥的目的。銥的提純精煉通常要在溶液體系中進行,且分離難度比較大,一般采用氯銥酸銨反復沉淀法,同時根據原料性質需要結合硫化法、亞硝酸鈉配合法、溶劑萃取法、離子交換法等分離銥溶液中的貴賤金屬雜質,獲得純銥溶液,再通過氯化銨沉淀-煅燒-氫還原制備合格銥粉。

5. 相關主要產品

1)氯銥酸:

氯銥酸是一種黑棕色或黑色針狀結晶、粒狀或塊狀物。易潮解。熱至90以上失去結晶水,熱至150180轉化為三價銥化合物,溶于水、乙醇乙醚。主要用于制造涂層電極,是重要的化工催化劑及銥試劑原料。產品標準為YS/T 595-2006。

 

2.氯銥酸

2)水合三氯化銥

水合三氯化銥是一種綠色結晶或褐色粉末,易吸潮、溶于水、鹽酸,受強熱失去結晶水。常作為合成其它銥化合物及制備含銥催化劑的初始原料,廣泛應用于石油化工和有機合成領域。例如,甲醇羰基化制醋酸和醋酐裝置都大量使用銥的化合物作為均相催化劑。此外,在加氫催化劑、聚合催化劑、有機合成等領域,水合三氯化銥也是不可缺少的重要化工原料。產品標準為YS/T 643-2007。

 

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。其主要特點是熱電性能良好、高溫抗氧化、耐腐蝕。但Ir-Ru系合金硬而脆難于加工。銥合金主要用作高溫抗氧化熱電偶及電接觸材料,用Ir-Rh做熱電偶使用溫度可高達2000以上,熱電勢在2000時可達17.18mV。其中,Ir-Rh40合金鑄態維氏硬度為l736MPa,IrPh701422MPa。銥合金的高溫抗氧化能力比純銥強,在2000IrRh60氧化失重約5%,而純銥失重高達27%。采用高頻爐氬氣保護熔煉,鑄錠經熱軋和適量的冷加工成材。

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