錸(Ruthenium),是第六周期VII B族過渡金屬,元素符號Re,它是地殼中最稀有的元素之一,平均含量估值為十億分之一,同時也是熔點和沸點最高的元素之一。金屬錸堅硬、耐磨、耐腐蝕,在空氣中穩定,在高溫下與硫蒸氣合成二硫化錸,與氟、氯、溴形成鹵化物。錸不溶于鹽酸,但溶于熱的濃硫酸。
圖1 錸金屬
1871年,俄國化學家德米特里?門捷列夫在發布元素周期表時就曾預測,在自然界中存在一個尚未發現原子量為190的“類錳”元素。1914年,英國物理學家亨利?莫塞萊推算了有關該元素的一些數據。1925年,德國化學家沃爾特?諾達克(Walter Noddack)、伊達?諾達克(Ida Noddack)、奧托?伯格(Otto Berg)用X射線在鉑礦和鈮鐵礦中探測到了這種元素,并根據萊茵河的名字Rhein將該元素命名為Rhenium。
1.物理性質
Re |
所屬周期 |
6 |
所屬族數 |
VIIB |
|
密度 |
21.04g/cm3 |
熔點 |
3186℃ |
沸點 |
5596℃ |
186.207 |
75 |
1.97 ? |
|||
2-8-18-32-13-2 |
外圍電子層排布 |
4f14 5d5 6s2 |
地殼中含量 |
0.0004ppm |
2.化學性質
六方晶胞 |
a =276.1pm b=276.1pm c=445.6pm α=90。 β=90。 γ=120。 |
||
常見化合價 |
+7,+6,+4,+3 |
第一電離能 760 kJ/mol 第二電離能 1260 kJ/mol 第三電離能 2510 kJ/mol 第四電離能 3640kJ/mol |
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Main:Re+7; Other:Re-1, Re0, Re+1, Re+2, Re+3, Re+5, Re+6, Re+4 |
3. 應用領域
錸主要應用于航空航天、電子工業和石油化工等領域,具體應用如下:
(1)航天、航空、重型船舶、火電、兵器等重工裝備領域,高溫高壓作業環境中的發動機、燃燒室、燃氣輪機用材。
(2)其它類似高溫高壓工況用抗蠕變、耐燒蝕、高耐磨、高強度類合金材料。
(3)航天電推進系統特種電極、電子管,空間小型核反應堆驅動裝置極限用材。
(4)錸-鉑合金是催化重整過程中的一種催化劑。
4. 錸資源及二次循環利用
錸的資源含量稀少且分散,僅高于鏷和鐳等元素。目前自然界沒有發現可供工業開采的錸礦石,但由于錸鉬2種元素具有相似的晶格常數,因而多以類質同象進入輝鉬礦和銅鉬礦中。根據美國地質調查局( U.S.Geological Survey,USGS) 統計,世界錸儲量約為2500 t,其中智利的錸資源最為豐富,儲量約為1300 t,占世界錸儲量的53%,其次是美國和俄羅斯。我國的錸資源儲量較少,探明的儲量為237t,但品味低,幾乎全部伴生于鉬礦中。錸的最大用途是用于制造航空發動機渦輪葉片,其次是應用于石油化工行業的鉑-錸重整催化劑。
隨著航空航天、石油化工領域的飛速發展,預計2015~2030年全球錸需求量約2800t,平均每年需求量約150t。目前中國錸消費量約占全球消費量的1/7,預計2030年,中國錸需求量約40t,占全球比例將接近1/5。以國內錸儲量237t計算,按照預測的消費趨勢,國內錸資源僅能保障到2025年前后,資源保障程度較低。含錸二次資源回收利用是彌補一次資源嚴重不足的重要途徑。全世界有80%的錸來自開采的錸礦物,有20%的錸來自二次資源回收利用,而且回收再利用的錸占錸消耗量的比例也在逐年增加。
5. 相關主要產品
(1)高錸酸銨
高錸酸銨是化學物質,分子式是NH4ReO4,分子量268.24,CAS號13598-65-7。為白色片狀結晶,微溶于冷水,溶于熱水。用于石油化工行業制造鉑錸雙金屬重整催化劑、制造純錸金屬粉末或制品,含錸合金錸元素添加,以及用作其它含錸化合物或復合材料的原材料。
(2)錸粉
錸粉在常溫的空氣中穩定,在空氣中保存時會吸濕,錸與氟和氯在加熱下反應。在冷的和熱的鹽酸和氫氟酸中,錸不受腐蝕,在硝酸、熱濃硫酸和過氧化氫中能被溶解。用途:錸元素標樣,各類錸部件的基料以及各類高溫合金的錸元素添加劑。
(3)高純錸粒
高純錸金屬經高溫高壓加工后具有一定形狀的小柱狀顆粒,外觀呈銀色。作為合金元素添加使用的錸粒,其化學成分的純度和致密狀態是衡量其品質的主要參考指標。用途:中致密度錸錠可用作超高溫合金中的錸元素添加劑,高致密錠可用作制造棒材、絲材或高溫結構件。
圖2錸粉和錸粒實物照片