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)地殼中的含量為千萬分之一,常與鉑(bó)係元素一起分散(sàn)於衝積礦床(chuáng)和砂積礦床的各種礦石中(zhōng)。
銥(yī)於1803年在鉑的不溶雜質中被發現。主要發(fā)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,常用於工業探傷。
圖1. 銥金屬
1. 物理(lǐ)性質
銥屬於鉑係金屬,呈銀白色,另帶少許黃色。銥(yī)金屬堅硬易碎,熔點非常高,很難通過鑄造或塑(sù)性加工成型,通常采用粉末冶金(jīn)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 |
|
密度 |
22.4 (g/cm3) |
熔點 |
2443(℃) |
沸(fèi)點 |
4428(℃) |
192.217 |
77 |
導熱係數 |
147W/(m·K) |
||
外層電子排布(bù) |
[Xe]4f145d76s2 |
莫氏(shì)硬度 |
6.5 |
地(dì)殼(ké)含量 |
0.000003ppm |
銥是抗腐蝕性最強的金屬之一,能夠在高(gāo)溫下抵禦(yù)幾乎所有酸、王水、熔(róng)融金屬,甚至是矽酸鹽。但(dàn)是在部分熔融鹽(氫氧化鈉、氰化鈉和氰化鉀等)中,在(zài)高溫下具有(yǒu)可溶性。例如,銥在350℃的熔融氫氧化(huà)鈉(或氫氧化鉀)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(de)熔融(róng)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,都具有極好的耐腐蝕性。一般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和+6之間,最常(cháng)見的有+3、+4和+6。高氧化(huà)態的化合(hé)物比較罕(hǎn)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6K的(de)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(wù)預計(jì)在更高的溫度下無法穩(wěn)定保持固體狀態。
3. 應用領域
銥主要應用於(yú)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(jīn)可用作電觸點、插頭(tóu)、電阻絲、鋼筆筆尖、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(liàng)原器材料。
(2)銠銥合金主(zhǔ)要用作高溫(wēn)抗氧化熱電偶及電接(jiē)觸材料,用Ir-Rh做熱電偶使(shǐ)用溫度可高達2000℃以上。
(3)含鎢5%的(de)銥鎢(wū)合金可做高溫彈簧材料(liào);
(4)純銥可用於製作高(gāo)溫坩堝、儀器(qì)零件、高溫真空儀表的金屬絲、電器觸頭等;
(5)銥係化合物可做氫(qīng)化、脫氫、氧化等反應(yīng)的工業催化劑。
(6) 放射性同位素銥-192在γ射線照相中是(shì)一種重要的能源,有助對金屬(shǔ)進(jìn)行無損檢測。另外,近(jìn)距離治療(liáo)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
鉑族金屬資源稀缺,銥在地殼中的含量為千萬分(fèn)之一,尤其我國銥資源十分匱乏,且價格昂貴(guì),銥廢料回收再生利用具有(yǒu)重要意義。
銥的化學性質很穩定(dìng),抗腐蝕性極強,是鉑族金屬中最難溶解的金屬。目前,對於(yú)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(yī)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(mù)的。銥的提(tí)純精煉通常要在溶液體係中進行,且分離(lí)難度比較大,一般采用氯銥酸(suān)銨反複沉澱法,同時根據原料性質需要結合硫化法、亞硝(xiāo)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(huà)銨沉澱-煆燒-氫還原製(zhì)備合格銥粉。
5. 相關主要產品(pǐn)
(1)氯銥酸(suān):
氯銥酸是一種黑棕色或(huò)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150℃到180℃轉化(huà)為三(sān)價銥化合(hé)物,溶(róng)於水、乙醇和乙醚。主(zhǔ)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。產品標準為(wéi)YS/T 595-2006。
圖2.氯銥酸
(2)水合三氯化銥
水合三氯化銥(yī)是一種綠色結晶或褐色粉(fěn)末,易吸潮、溶於水、鹽酸,受強熱失(shī)去(qù)結晶水。常作為合成(chéng)其它銥化合物(wù)及製備含銥催化劑的初始原料,廣泛應用於石(shí)油化工和有機合(hé)成領域。例如,甲(jiǎ)醇羰基化製醋酸(suān)和醋酐裝置(zhì)都大量使用(yòng)銥的化合物作為均相催(cuī)化劑。此外,在(zài)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。
圖3.水(shuǐ)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(fǔ)蝕。但Ir-Ru係(xì)合金硬而(ér)脆難於加工。銥合金主要用(yòng)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(gāo)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,IrPh70為1422MPa。銥(yī)合金的高溫(wēn)抗氧化能力比純銥(yī)強,在2000℃時IrRh60氧化失重約5%,而純銥失重高(gāo)達(dá)27%。采用高頻爐氬氣保(bǎo)護熔煉,鑄(zhù)錠經熱軋和適量的(de)冷加工成材。