铼:性质、生产和应用

铼是一种具有很高强度、良好延展性和冷加工性能的金属。它是一种用于许多高温应用的材料。全球80%以上的铼使用在飞机涡轮叶片和发动机部件等高温合金中。剩余的需求主要来自石化炼油行业。

铼是什么?

铼是一种稀有金属元素，化学符号为Re，在元素周期表中属于过渡金属族。它是一种银色、有光泽的金属，在地壳中的自然浓度约为十亿分之一。铼是从辉钼矿和斑岩铜矿中提取出来的。辉钼矿是铼的主要来源，因为在斑岩铜矿中发现的辉钼矿通常含有百万分之100至3000的铼[2]。

铼属性

高熔点

铼的熔点很高，高于它的只有钨和碳。这使得铼成为耐高温应用的理想材料。熔点为3185°C。

高密度

铼是密度较高的元素，每立方厘米21.02克。在元素周期表中，它是密度第四大的元素，仅次于铂、锇和铱。铼具有紧凑、坚固和紧密排列的六边形晶体结构。

化学性质稳定

一般来说，铼是一种稳定的金属，因为它不容易与氧和其他物质发生反应，除了像硝酸和硫酸[3]这样的强酸。

铼是如何产生的?

几乎所有主要的铼生产(通过采矿而不是通过回收生产的铼)都是铜矿开采的副产品。据估计，全世界铼矿的年产量为50至60吨，其中50%来自智利最大的斑岩铜矿。

辉钼矿焙烧烟气中铼的回收

从斑岩铜矿中，通过浮选磨碎和浓缩0.3 - 1.6%的铜和0.01 - 0.05%的钼。然后在500 - 700°C下焙烧辉钼矿，以生产技术级三氧化钼(MoO)_3.．七氧化铼，Re₂O₇由于其高蒸汽压力而升华，并随烟道气逸出。庚氧化铼溶于水，HReO也溶于水₄就形成了。然后通过多级压力喷射文丘里洗涤器，使铼回收效率高至90%。

金属铼粉末和小球的生产

通过溶剂萃取结合电积[5]从高氯酸盐溶液中提取铼的方法也可以实现铼的生产。用纯高铼酸铵还原nhh可制得铼粉₄ReO₄在氢气流中。第一个还原阶段是在300 - 350°C形成ReO₂第二还原阶段为800℃，形成铼粉[3]。

铼的用途是什么?

超合金

铼与铁、钴、镍、钨和钼一起用作制造高温合金的添加剂。铼的加入提高了高温合金的整体蠕变强度，使其成为喷气发动机部件和燃气涡轮发动机的优良材料。例如，含1 - 3%铼的镍基合金因其高强度和抗氧化性而被用作飞机涡轮叶片。

催化剂

铼化合物被用作均相和多相催化的催化剂，在许多工业中，如石油化学，制药和有机合成过程，包括异构化，加氢和烷基化。铂铼催化剂在炼油厂的催化重整化学过程中是必不可少的。该工艺将石油萘从低辛烷值转化为高辛烷值、无铅、抗爆燃料产品，用于内燃机和芳香烃的各种合成[6]。

热电偶

钨铼和钼铼合金主要用于制造热电元件。它们的用途包括半导体、加热元件、金属涂层和焊条。钨铼合金用于制造旋转x射线阳极[7]。

[1] T.R.康普顿，2015，“第4章-表层、地下水和矿泉水中的金属”，天然水、沉积物和土壤中金属的测定，Elsevier, pp. 161-178。

[2] R.D. Peacock, 2016，“第39章-铼”，锰、锝和铼的化学:无机化学中的Pergamon文本，J. C. Bailar, H. J. Emeléus, Ronald Nyholm，编。， Elsevier，第905-911页。

[3] H.G. Nadler, 2000，“铼和铼化合物”，Ullmann的工业化学百科全书(编者)，doi:10.1002/14356007.a23_199

[4]“MSP-REFRAM最终会议铼生产，”2017，从http://prometia.eu/wp-content/uploads/2017/03/8_MSP-REFRAM-Rhenium-production-SotA_W.-Kurylak.pdf

[5] " electrowin " n.d.， fromhttps://www.sciencedirect.com/topics/chemistry/electrowinning

[6]“铼，”n.d.，来自http://www.chemistryexplained.com/elements/P-T/Rhenium.html

[7]“元素周期表铼，”n.d，从http://www.rsc.org/periodic-table/element/75/rhenium