稀有金属铼

    铼属稀有金属,是地球上储量很少的有色金属之一,其克拉克值仅为7×10-8(w),全球已探明储量约2500t,资源量10000t。铼是于1925年被德国科学家W•Noddack及其合作者发现的,并于1930年开始生产。我国为了航空、航天及国防工业的需要,于1960年实现工业化生产。迄今已成为铼的生产和应用大国之一。下面是铼的主要应用。 催化剂     铼的电子结构中其未饱和的4d层的5个电子易于放出,而6s层的2个电子又易于参与作用而形成共价键,加上其晶格参数较大等特性,故铼及其化合物具有优异的催化活性,用作石化工业的催化剂是其传统的主要用途之一。如用作石油重整的Pt—Re/Al2O3催化剂,但随着其它价廉的替代品如铂—锡催化剂的出现,虽然其性能稍差,然铼在这一领域的应用仍有所减少。此外,铼可用作生产无铅汽油和汽车尾气净化的催化剂;铼的硫化物作甲酚及木素等的氢化催化剂;NH4ReO4/C用作环己烷脱氢及乙醇脱氢的催化剂;KReO4,/SiO2也是一系列氢化中的催化剂;Re2O7是使SO2转化到SO3、以及使HNO2转化到HNO3的良好催化剂。 国防、航空航天工业     铼是最难熔的金属之一,其熔点高达3180℃、,仅次于钨的3410℃。由铼与其它金属可制得一系列耐高温、抗腐蚀、耐磨损的合金,如Re25—W曾是空间站核反应堆材料,后来发展到性能更好的Re30—W—Mo30合金;Re—Pt用作原子能反应堆结构材料,可抗1000℃高温下载热体的腐蚀,也可用辐射防护罩;Re—Mo合金到3000℃仍具有高的机械强度,可用来制造超音速飞机及导弹的高温高强度部件及作隔热屏。特别是用于喷气式发动机涡轮叶片与火力发电机涡轮材料的镍基含铼超耐热合金的开发成功(含铼3%-7%,熔点高达3180℃以上)并应用于战斗机及客机、火力发电机,使美国、西欧的铼用量大增,也使得世界铼用量急剧增长。近年铼在合金方面的用量已超过其在催化剂方面的用量,超耐热合金已成为其最重要的应用领域。 测温、加热元器件及高温测量     Re3—W及Re25—W合金丝制作的热电偶,温度与热电动势的线性关系好,测温准确,测量范围广(0-2485℃)。其热电动势达1012mV,远较Pt—Rh/Pt(在1900℃时仅30mV)为高,用在真空或惰性气体介质中可测温到2700℃,且价格比Pt—Rh/Pt热电偶便宜。Re28—W/W热电偶可测温到2760℃,Mo—Re热电偶可测温到3000℃。用铼基合金制作的加热元件较钨或钼的寿命长5-10倍;高温下Re8-12—Ni—Cr较Ni—Cr合金的加热元件的工作寿命高出9倍,且具有在高温与压力下工作正常的突出优点;添铼的Rh—Ir较Rh—Ir既增加强度,又改善了机械性能,应用于航空航天与导弹。铼基合金还可制作在高温下既灵敏又不变形的弹簧,为高温测量仪器所必需。联吡啶铼作为吸收太阳能的光敏染料在太阳能电池上有广阔的应用前景。 电子工业     铼与钨、钼或铂族金属所组成的合金或涂层材料,因其熔点高、电阻大、磁性强和对环境的稳定性好而广泛应用于电子工业。参3%—20%Re的钨丝或H4ReO4涂层的钨丝,既不象钨丝那样易脆,又能提高其延伸率与电阻,具有较高抗冲击与振动性能,故在真空技术及易振动场所的电子器件或灯丝中显示了其重要用途,如作X—射线靶、闪光灯、声谱仪、高真空测定电压部件、飞机灯泡的钨铼丝,彩电的快速启动用加热器等。Re—Pt、Re—Ag、Re—Cu、Re—Cu—Zr等已取代铂作电工中的开关、电键、电流切断器及电弧放电等接点元件或屏蔽部件,具有可靠耐用的优点。钼铼金属陶瓷阳极得到实际应用。近年来一种铼基复合材料作为基础材料应用于超高温发射极,其热电子放电效果提高20%,电流密度增加,改善了热放电性能。 涂层与焊接材料     利用铼的高熔点及特优抗腐耐磨的特性作涂层用,如涂铼的金属丝、片或管,可达到防酸、碱、海水或硫的化合物浸蚀的目的,故用于海事及化工部门;Re—NiRe—Mo或R—W用作仪器元件、火箭弹头及其发动机的涂层。     将Re添加到W或Mo合金中,既增加其强度,又改善其可塑性和焊接性能,可作焊接W或者Mo器件的焊条用。 其他用途     医用放射性铼—氨基磷酸化合物可治疗癌症,KReO4可用作制备彩色照相胶片的敏化剂等。 铼的市场状况     铼的市场需求与高新技术产业的发展密切相关。作为一种战略物资,铼的主要消费国家是美国、西欧、日本等发达国家及军事大国俄罗斯。近几年世界总的年消费量达到了40t,并逐年有所递增。其中由于欧洲经济形势较好,消费量增加迅速,其年消费量由2—3t增加到将近10t。美国年铼消费量保持在20—25t。日本的铼消费量也随经济的复苏性增长达到约2—3t/a规模,主要用于电子材料如汽车排气传感器Re—W丝、集成电路的薄膜电极等。俄罗斯的年铼需求量约为5t。     智利是世界上最大的铼供应国,其占据了美国60%以上的进口铼制品市场;其它主要生产国家有美国、俄罗斯、德国、哈萨克斯坦、日本、澳大利亚等;我国的江西铜业集团公司在科技攻关项目“铜冶炼还原终液中回收铼酸铵”获得突破后,已形成年产铼1.8t的生产能力,是我国最大的铼生产地。近年由于资源化综合利用技术的迅速提高,从废催化剂等回收的铼量呈现稳步增长,同时原生铼的产量也逐年扩大,故虽然世界铼消费量逐年递增,近几年铼的价格仍比较平稳。2005年3月我国上海市场99.95%铼粉报价为20000-21000元/kg,铼酸铵9000元/kg,高纯铼酸铵12000元/kS。

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