銥屬於貴金屬元素,化學符號Ir,原子序數77,原子量192.22。在(zài)地殼(ké)中的含量為千萬(wàn)分之(zhī)一,常與鉑係元素(sù)一起分散於衝積礦床和砂(shā)積礦床的各種(zhǒng)礦石中。
銥於1803年在鉑的(de)不溶雜質中被發現。主要發現者為(wéi)史密森·特南特(Smithson Tennant),將(jiāng)其命(mìng)名為銥,其(qí)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(wěn)定元素Ir-191受中(zhōng)子輻射獲得(dé),其衰變放出γ射線,半衰期74.2d,常用於(yú)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(huáng)色。銥金屬堅硬易碎,熔點非常高,很難通(tōng)過鑄造或塑性加工成型,通常采用(yòng)粉末冶金(jīn)的方法成型。此外,銥在0.14 K以下會呈現超(chāo)導體性質。
元素符號 |
Ir |
所屬周期 |
第六周期 |
所(suǒ)屬族數 |
|
密(mì)度 |
22.4 (g/cm3) |
熔點 |
2443(℃) |
沸點 |
4428(℃) |
192.217 |
77 |
導熱係(xì)數 |
147W/(m·K) |
||
外層電子排布 |
[Xe]4f145d76s2 |
莫氏硬度 |
6.5 |
地(dì)殼含量 |
0.000003ppm |
銥是抗腐蝕性最強的金屬之一(yī),能夠在高溫下(xià)抵(dǐ)禦幾乎所有酸(suān)、王水、熔融金屬,甚至是矽酸鹽。但是在(zài)部分熔融鹽(氫氧化鈉、氰化鈉和氰化鉀(jiǎ)等)中(zhōng),在高溫下具有(yǒu)可溶(róng)性。例如,銥在350℃的熔融(róng)氫氧化鈉(或氫氧化鉀(jiǎ))中(未通入空氣(qì))極其耐腐蝕,腐蝕率小於0.005mm/年(約3.5mdd),但400℃以上的熔融氫氧化鈉可以(yǐ)強(qiáng)烈腐蝕和溶解銥。在室溫中,致密的金屬銥,對幹燥的氟氣(qì),以及幹燥或者潮濕的氯,溴,碘,都具有(yǒu)極好的耐腐蝕(shí)性(xìng)。一般(bān)的腐蝕劑都(dōu)不能腐蝕銥。
銥(yī)易形成配位化合(hé)物,其氧化(huà)態介於(yú)−3和+6之間,最常見(jiàn)的有+3、+4和+6。高氧化態的化合物比較罕見,包括IrF6和兩種混合氧(yǎng)化物Sr2MgIrO6及Sr2CaIrO6。2009年,科學家利用基質隔離方法(在(zài)6K的氬氣中)對過氧化銥配(pèi)合物進行紫外(wài)線照(zhào)射,製成了四氧化銥(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(zhuàng)態。
3. 應(yīng)用領域
銥主(zhǔ)要應用於高端裝備、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(diàn)阻絲、鋼筆筆尖、電唱機(jī)針頭、注射器針頭、珠寶飾物、實(shí)驗室(shì)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(dàn)簧材料(liào);
(4)純銥可(kě)用於製作高溫坩(gān)堝、儀器(qì)零件、高溫真空(kōng)儀表的(de)金屬絲、電器觸頭等;
(5)銥係化合(hé)物可做氫化、脫氫(qīng)、氧化等反(fǎn)應的工業催化劑。
(6) 放射(shè)性(xìng)同位(wèi)素銥-192在γ射線照相中是一種重要的能源,有助對(duì)金屬進行無損檢測。另外,近距離治(zhì)療利用Ir所釋放的γ射線來治療(liáo)癌症。
4. 銥資源及二次循環利用
鉑族金屬資源稀缺,銥在(zài)地殼中的含量為千萬分之一,尤其(qí)我國銥(yī)資源十分匱乏,且(qiě)價格昂貴,銥廢料回收再生利用具有重要意義。
銥的化學(xué)性質很穩定,抗腐蝕性極強(qiáng),是鉑族金屬中最難溶解的(de)金屬。目前,對於粉狀顆粒狀的含銥催化劑、化合物(wù)等通常采用堿熔融預處理,對銥合金廢料通常采用合(hé)金化活化預處理,才能達到溶解銥的目的。銥的提純精(jīng)煉通常要(yào)在溶液體係中進行,且分離難度比較大,一般采(cǎi)用氯銥酸銨反複沉澱法(fǎ),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(jiāo)換法等分離銥溶液中的貴賤金屬雜質,獲得純銥溶液,再通過氯化銨沉澱-煆燒-氫還原製備合格銥粉。
5. 相關主要產品
(1)氯銥(yī)酸:
氯銥酸是(shì)一種(zhǒng)黑棕色或黑色針狀結晶、粒狀或(huò)塊狀物。易潮解。熱(rè)至90℃以上失去結晶水(shuǐ),熱(rè)至150℃到180℃轉(zhuǎn)化為三價銥化合物,溶於水、乙醇和(hé)乙醚。主要用於製(zhì)造塗層電(diàn)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。
圖(tú)2.氯銥酸
(2)水合(hé)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(suān),受強熱失去結晶水。常作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(yóu)化工和有機合成領域。例如,甲(jiǎ)醇羰基化製醋酸和(hé)醋酐裝置都大量使用銥(yī)的化合物作(zuò)為均相催化劑。此外,在加(jiā)氫(qīng)催化劑、聚合催化劑、有機合成等領域,水(shuǐ)合三氯化銥也是不可缺少的(de)重(chóng)要化工原料。產品標準為YS/T 643-2007。
圖3.水合三氯化(huà)銥
(3)銥合金
常用(yòng)的銥合金有Ir-40Rh、Ir-70Rh、Ir-20Ru等。其主要特點是熱(rè)電性能良好、高溫抗氧化、耐(nài)腐蝕。但Ir-Ru係合金硬而脆難於(yú)加工。銥合金主要用作高溫抗氧化熱電偶及電接觸(chù)材(cái)料,用Ir-Rh做(zuò)熱電偶使用溫度可高達2000℃以上(shàng),熱電勢在2000℃時可達17.18mV。其中,Ir-Rh40合(hé)金鑄態維氏硬度為l736MPa,IrPh70為1422MPa。銥合金的高溫抗氧化能力比純銥強,在(zài)2000℃時IrRh60氧化失重約5%,而純銥失(shī)重高達(dá)27%。采用高頻爐氬氣保護熔煉,鑄錠經熱(rè)軋和適量的冷加工成(chéng)材。