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鉑族金屬知(zhī)識科普—“銥”

更新(xīn)時間:2022年02月14日16:15:22 點擊次數:17827 關閉
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銥屬於貴金屬(shǔ)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(cháng)與鉑係元素一起分散於衝積礦床(chuáng)和砂積礦(kuàng)床的各種礦石中。

銥於1803年在鉑(bó)的不溶雜(zá)質中被發(fā)現。主要發(fā)現者為史密(mì)森(sēn)·特(tè)南特(Smithson Tennant),將其命名為(wéi)銥,其(qí)名源自虹神(Iris)。自然界存在兩種(zhǒng)同位素:銥-191、銥-193。人工放(fàng)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,常用於工業探傷(shāng)。

1. 銥金(jīn)屬

1. 物(wù)理性質

銥屬於鉑係(xì)金屬,呈銀白色,另帶少許黃色。銥金屬堅硬易碎,熔(róng)點非常高,很難通過鑄(zhù)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(zài)0.14 K以下會呈現超(chāo)導體性質。 

元素符號

Ir

所屬周(zhōu)期

第六周期

所(suǒ)屬(shǔ)族數


VIII

密(mì)度

22.4 (g/cm3)

熔點

2443()

沸點

4428()

相對(duì)原(yuán)子質量

192.217

原子序數

77

導熱係(xì)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(xué)性(xìng)質

銥是抗腐(fǔ)蝕性最強的金屬之一,能夠在高溫(wēn)下抵禦幾乎所有酸、王水、熔融金屬,甚(shèn)至是矽酸鹽。但是在部(bù)分熔(róng)融鹽(氫氧化鈉、氰化鈉氰化鉀(jiǎ)等)中,在高溫下具有可(kě)溶(róng)性。例如,銥在350的熔融氫氧化(huà)鈉(或氫(qīng)氧化鉀)中(未通入空氣)極其耐腐蝕,腐蝕率小於0.005mm/(3.5mdd),但400以上的熔融氫氧化(huà)鈉可以(yǐ)強烈腐蝕和溶解銥。在室(shì)溫中,致密的金屬銥,對幹燥的氟氣,以及幹(gàn)燥或者潮濕的氯,溴,碘,都具有極(jí)好的耐腐蝕性。一(yī)般(bān)的腐蝕劑都不能腐蝕銥。

銥(yī)易形成配位(wèi)化合物,其氧化態介於−3+6之間,最常見的有+3+4+6。高氧化態的化(huà)合物比較罕見,包括IrF6和兩種(zhǒng)混合氧化物Sr2MgIrO6Sr2CaIrO62009年,科學家利用基(jī)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,製成了四氧化銥(IrO4)。然而這一化合物預(yù)計(jì)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(yīng)用於高端裝備、電子工業、工業催(cuī)化劑及醫療等領(lǐng)域,具體(tǐ)應用如下:

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

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

3)含鎢5%的銥鎢合金可(kě)做高溫彈簧材料;

4)純銥可用於製作高(gāo)溫坩堝、儀器零件、高(gāo)溫真空儀表的金(jīn)屬絲、電器(qì)觸(chù)頭等;

5)銥係化合物(wù)可做氫化(huà)、脫氫(qīng)、氧(yǎng)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(duì)金屬進行無損檢(jiǎn)測。另外,近距(jù)離治療利用Ir所釋放的γ射線來治療癌症。

4. 銥資源及二次循環利用

鉑(bó)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(zī)源十分匱乏(fá),且價格昂(áng)貴,銥廢料回收再生利用具(jù)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(róng)解的金屬。目前,對於粉狀顆粒狀的含銥催化(huà)劑、化合物等通常采用堿熔融預處(chù)理,對銥合金(jīn)廢料通常(cháng)采用合金化活化預處理,才能達到溶解銥的目的。銥的(de)提純精煉(liàn)通常(cháng)要在(zài)溶液體係中進行,且(qiě)分離難(nán)度比較大,一(yī)般采用氯銥酸銨反複沉澱法,同時根(gēn)據原料性質需要結合(hé)硫化法(fǎ)、亞硝酸鈉配合(hé)法、溶劑(jì)萃取法、離子交(jiāo)換法等分離銥(yī)溶液中的貴賤金(jīn)屬雜質,獲得純銥溶液,再通過氯化銨(ǎn)沉澱-煆燒-氫還原製備合格銥粉。

5. 相關(guān)主要產品

1)氯銥酸:

氯銥酸是一種黑棕色或黑(hēi)色針狀結(jié)晶、粒狀或塊狀物(wù)。易潮解。熱至90以上失去結晶水,熱至150180轉化(huà)為三價銥(yī)化合物,溶(róng)於水(shuǐ)、乙(yǐ)醇乙醚。主要用於製造塗層電極,是重要的化工催化劑及銥試劑原料(liào)。產品標準為YS/T 595-2006

 

2.氯銥(yī)酸

2)水合三氯化銥(yī)

水合三氯化銥是一種綠(lǜ)色結(jié)晶或褐色粉末,易吸潮、溶於水、鹽酸,受強熱失(shī)去結晶水。常作為合成其它銥化合物及製備含銥催(cuī)化劑(jì)的初始原料,廣泛(fàn)應用於石油化工和有機合成領(lǐng)域。例如,甲醇羰基化製醋酸和醋酐裝置都大量使(shǐ)用銥的化合物作(zuò)為均相催化(huà)劑。此外,在(zài)加氫催化劑、聚合催(cuī)化劑(jì)、有機合成等領域,水合三(sān)氯化銥也是不可缺少的重要(yào)化工原料(liào)。產品(pǐn)標準為(wéi)YS/T 643-2007

 

3.水合三氯化銥

3)銥合金(jīn)

常(cháng)用的銥合金有Ir-40RhIr-70RhIr-20Ru等。其主要特點(diǎn)是熱電性能良好、高溫抗氧化、耐(nài)腐蝕。但Ir-Ru係合金硬而脆難於加工。銥合金主(zhǔ)要用作高溫抗氧化熱電(diàn)偶(ǒu)及電接觸材料,用Ir-Rh做熱電偶使用溫度可高達2000以上,熱(rè)電勢在2000時可達17.18mV。其中,Ir-Rh40合(hé)金鑄態維氏硬度為l736MPaIrPh701422MPa。銥合金的高溫抗氧化能力比純(chún)銥強(qiáng),在2000IrRh60氧(yǎng)化失重約5%,而純銥失重高達27%。采用高頻爐氬氣保(bǎo)護熔煉,鑄錠經熱軋和(hé)適量的冷加工成材。

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