铱屬於貴金屬元素,化學符號Ir,原子序数77,原子量192.22。在地壳中的含量為千(qian)萬(wan)分之一,常(chang)與铂系元素一起分散於冲积矿床和砂积矿床(chuang)的各種矿石中。
铱於1803年在(zai)铂的不溶雜質中被发現。主(zhu)要(yao)发現者為史密森·特南特(Smithson Tennant),將其命名為铱(yi),其名(ming)源自虹神(shen)(Iris)。自然界存在兩種:铱-191、铱-193。人工放射性同位素Ir-192是通過稳定元素Ir-191受(shou)中子辐(fu)射获得,其衰變(bian)放(fang)出γ射線,半衰期74.2d,常用於工業探伤。
圖1. 铱金屬
1. 物理性質
铱屬於铂系金屬,呈銀白色,另带少許黄色。铱(yi)金屬坚硬易碎,熔點非常高,很难通過(guo)鑄造或塑性加工成型,通常采用粉末冶金的方法成型。此外,铱在0.14 K以下會呈現性質。
|
Ir |
所屬周期 |
第六周期 |
所屬族数 |
|
|
|
密度 |
22.4 (g/cm3) |
熔點 |
2443(℃) |
沸點 |
4428(℃) |
|
|
192.217 |
|
77 |
导熱系数 |
147W/(m·K) |
|
外層 |
[Xe]4f145d76s2 |
莫氏硬度 |
6.5 |
地壳含量 |
0.000003ppm |
铱是抗腐蚀性最強的金屬之一,能够(gou)在高温下抵御(yu)几乎所有酸、王水(shui)、熔融金屬,甚至是硅酸盐。但是在部分熔(rong)融盐(氢氧(yang)化钠、和等)中,在高温(wen)下具有可溶性。例(li)如(ru),铱在350℃的熔(rong)融氢氧化钠(或氢氧化钾)中(未通入(ru)空(kong)氣)極(ji)其耐(nai)腐蚀,腐蚀率小於0.005mm/年(約3.5mdd),但400℃以上的熔融氢(qing)氧化钠可以強烈腐(fu)蚀和溶解铱。在室(shi)温中,致密的金屬铱,對干(gan)燥的氟氣,以及干燥或(huo)者潮湿的氯,溴,碘,都具有極好的耐(nai)腐蚀性。一般的腐蚀剂都不能(neng)腐蚀铱。
铱易形成配位化合物,其(qi)氧化態介於−3和+6之間,最常见的有+3、+4和+6。高氧化態的化合(he)物比较罕见,包括IrF6和兩種混合氧化物Sr2MgIrO6及Sr2CaIrO6。2009年,科學家利用基(ji)質(zhi)隔离方法(在6K的中)對過(guo)氧化铱配合物進(jin)行紫外線照射,製成了(le)四(si)氧化铱(IrO4)。然而这一化合物预計在(zai)更高的温度下无法稳定(ding)保持固體状態。
3. 應用领域
铱主要應用於高端(duan)裝(zhuang)備、電子工業、工業催化剂及(ji)医疗等领域(yu),具體應用如下:
(1)铂铱合金可用(yong)作電触(chu)點、插头、電阻丝、鋼(gang)筆筆尖、電唱機针头、注射器针头、珠寶飾(shi)物、實驗室器皿、電極、標準重量(liang)原器(qi)材料。
(2)铑铱合金主要用(yong)作高温抗氧化熱電偶及電(dian)接触材料,用Ir-Rh做熱電偶(ou)使用温度可高達2000℃以上。
(3)含钨5%的铱钨(wu)合金可做(zuo)高温弹簧材料;
(4)純铱可(ke)用於製作高温(wen)坩埚、儀器零件、高(gao)温真空儀表(biao)的金屬丝、電器(qi)触头(tou)等;
(5)铱系化合物可做氢化、脱氢、氧化等反應的工業催化(hua)剂。
(6) 放射性同位素铱-192在γ射線照相中(zhong)是一種(zhong)重要的能源,有(you)助對金屬進行无损檢測。另外,近(jin)距(ju)离治疗利用Ir所释放的γ射線來治疗癌症。
4. 铱资源及二次(ci)循環利用
铂族金屬资源稀(xi)缺,铱在地(di)壳中的含量為千萬分之一(yi),尤其我國铱资源十分匮乏(fa),且价(jia)格昂貴,铱废(fei)料回收再生利用具有重要意義。
铱的化學性質很稳定,抗(kang)腐蚀性極強(qiang),是铂族金屬中最难溶解(jie)的金屬(shu)。目前,對於粉状顆粒状的含铱催化剂、化合物等通常采用碱熔融预處理,對铱合金废(fei)料通常采用合(he)金化活化预處理,才能達到溶解(jie)铱的目的。铱的提純精(jing)煉通常要在溶液體系中進行,且分离难度比较大(da),一般采(cai)用氯铱酸铵反复沉淀法,同(tong)時根據(ju)原料性質需要結合硫化法、亚硝酸(suan)钠配合(he)法、溶剂萃取法、离(li)子交换法等分离铱溶液中的貴賤金屬雜(za)質,获得純铱溶液,再通過氯化铵(an)沉淀(dian)-煅烧-氢還原製備合格铱粉。
5. 相關主要產品
(1)氯铱酸:
氯铱(yi)酸是一種黑棕色或黑色针状(zhuang)結晶、粒状或块状(zhuang)物。易潮解。熱至90℃以上失去結晶水,熱至150℃到180℃轉化為三价铱化合物,溶於水、和。主(zhu)要用於製造涂層電極(ji),是重要的化工催(cui)化剂及铱試剂原料(liao)。產品標(biao)準為YS/T 595-2006。
圖2.氯铱酸
(2)水合三氯化铱
水合三氯化(hua)铱是一種綠色結晶或褐色粉末,易吸潮、溶於水、盐酸,受強熱失去(qu)結晶(jing)水。常作為合成(cheng)其它铱化合物及製備含铱催化剂(ji)的初始原料,廣泛應用於石油化工和有機合成领域。例(li)如(ru),甲醇羰基化製醋酸和醋(cu)酐裝(zhuang)置都大量使用铱的化合物作為均相催化剂。此外,在加氢催化剂(ji)、聚(ju)合催化(hua)剂、有(you)機合成等领域,水合三氯化铱也是不可(ke)缺少的重(zhong)要化工原料。產品標(biao)準為YS/T 643-2007。
圖3.水合三氯化铱
(3)铱合金
常用的铱合金有Ir-40Rh、Ir-70Rh、Ir-20Ru等。其主要特點是熱電性能良好、高温(wen)抗氧化(hua)、耐腐蚀。但Ir-Ru系合金硬而脆难於加(jia)工。铱合金主要用(yong)作高温抗氧化熱電偶及(ji)電接触材料,用Ir-Rh做熱電偶(ou)使用温度可高達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。铱合金的高温抗(kang)氧化(hua)能力比純铱強,在2000℃時IrRh60氧化失重約5%,而純铱失重高達27%。采(cai)用高頻炉氩氣保護(hu)熔煉,鑄(zhu)锭經熱轧和適量的(de)冷加工成材。