铂族金属知识科普—“铱”

2023-03-15 03:42:21    737次浏览

铱属于贵金属元素，化学符号Ir，原子序数77，原子量192.22。在地壳中的含量为千万分之一，常与铂系元素一起分散于冲积矿床和砂积矿床的各种矿石中。

铱于1803年在铂的不溶杂质中被发现。主要发现者为史密森·特南特（Smithson Tennant），将其命名为铱，其名源自虹神（Iris）。自然界存在两种同位素：铱-191、铱-193。人工放射性同位素Ir-192是通过稳定元素Ir-191受中子辐射获得，其衰变放出γ射线，半衰期74.2d，常用于工业探伤。

1. 物理性质

铱属于铂系金属，呈银白色，另带少许黄色。铱金属坚硬易碎，熔点非常高，很难通过铸造或塑性加工成型，通常采用粉末冶金的方法成型。此外，铱在0.14 K以下会呈现超导体性质。

2. 化学性质

铱是抗腐蚀性强的金属之一，能够在高温下抵御几乎所有酸、王水、熔融金属，甚至是硅酸盐。但是在部分熔融盐（氢氧化钠、氰化钠和氰化钾等）中，在高温下具有可溶性。例如，铱在350℃的熔融氢氧化钠（或氢氧化钾）中（未通入空气）极其耐腐蚀，腐蚀率小于0.005mm/年(约3.5mdd)，但400℃以上的熔融氢氧化钠可以强烈腐蚀和溶解铱。在室温中，致密的金属铱，对干燥的氟气，以及干燥或者潮湿的氯，溴，碘，都具有极好的耐腐蚀性。一般的腐蚀剂都不能腐蚀铱。

铱易形成配位化合物，其氧化态介于−3和+6之间，常见的有+3、+4和+6。高氧化态的化合物比较罕见，包括IrF6和两种混合氧化物Sr2MgIrO6及Sr2CaIrO6。2009年，科学家利用基质隔离方法（在6K的氩气中）对过氧化铱配合物进行紫外线照射，制成了四氧化铱（IrO4）。然而这一化合物预计在更高的温度下无法稳定保持固体状态。

3. 应用领域

铱主要应用于高端装备、电子工业、工业催化剂及医疗等领域，具体应用如下：

（1）铂铱合金可用作电触点、插头、电阻丝、钢笔笔尖、电唱机针头、注射器针头、珠宝饰物、实验室器皿、电极、标准重量原器材料。

（2）铑铱合金主要用作高温抗氧化热电偶及电接触材料，用Ir-Rh做热电偶使用温度可高达2000℃以上。

（3）含钨5%的铱钨合金可做高温弹簧材料；

（4）纯铱可用于制作高温坩埚、仪器零件、高温真空仪表的金属丝、电器触头等；

（5）铱系化合物可做氢化、脱氢、氧化等反应的工业催化剂。

（6） 放射性同位素铱-192在γ射线照相中是一种重要的能源，有助对金属进行无损检测。另外，近距离利用Ir所释放的γ射线来癌症。

4. 铱资源及二次循环利用

铂族金属资源稀缺，铱在地壳中的含量为千万分之一，尤其我国铱资源十分匮乏，且价格昂贵，铱废料回收再生利用具有重要意义。

铱的化学性质很稳定，抗腐蚀性极强，是铂族金属中难溶解的金属。目前，对于粉状颗粒状的含铱催化剂、化合物等通常采用碱熔融预处理，对铱合金废料通常采用合金化活化预处理，才能达到溶解铱的目的。铱的提纯精炼通常要在溶液体系中进行，且分离难度比较大，一般采用氯铱酸铵反复沉淀法，同时根据原料性质需要结合硫化法、亚硝酸钠配合法、溶剂萃取法、离子交换法等分离铱溶液中的贵贱金属杂质，获得纯铱溶液，再通过氯化铵沉淀-煅烧-氢还原制备合格铱粉。

5. 相关主要产品

（1）氯铱酸：

氯铱酸是一种黑棕色或黑色针状结晶、粒状或块状物。易潮解。热至90℃以上失去结晶水，热至150℃到180℃转化为三价铱化合物，溶于水、乙醇和乙醚。主要用于制造涂层电极，是重要的化工催化剂及铱试剂原料。产品标准为YS/T 595-2006。

（2）水合三氯化铱

水合三氯化铱是一种绿色结晶或褐色粉末，易吸潮、溶于水、盐酸，受强热失去结晶水。常作为合成其它铱化合物及制备含铱催化剂的初始原料，广泛应用于石油化工和有机合成领域。例如，甲醇羰基化制醋酸和醋酐装置都大量使用铱的化合物作为均相催化剂。此外，在加氢催化剂、聚合催化剂、有机合成等领域，水合三氯化铱也是不可缺少的重要化工原料。产品标准为YS/T 643-2007。

（3）铱合金

常用的铱合金有Ir-40Rh、Ir-70Rh、Ir-20Ru等。其主要特点是热电性能良好、高温抗氧化、耐腐蚀。但Ir-Ru系合金硬而脆难于加工。铱合金主要用作高温抗氧化热电偶及电接触材料，用Ir-Rh做热电偶使用温度可高达2000℃以上，热电势在2000℃时可达17.18mV。其中，Ir-Rh40合金铸态维氏硬度为l736MPa，IrPh70为1422MPa。铱合金的高温抗氧化能力比纯铱强，在2000℃时IrRh60氧化失重约5％，而纯铱失重高达27％。采用高频炉氩气保护熔炼，铸锭经热轧和适量的冷加工成材。