錸是稀有金屬中的一個真正稀散元素

稀散是指錸在地殼中的含量稀少、分散，難熔是指錸金屬的熔點極高，其熔點高達(dá)3180℃，僅次于鎢，居所有金屬因其化合物的催化活性、耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)異特性，主要用于石油冶煉催化劑、熱電高溫合金、電子管結(jié)構(gòu)材料、航空航天特殊合金、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域。

錸，作為錳副族中的一個成員，早在門捷列夫建立元素周期系的時候，就曾預(yù)言它的存在，把它稱為dwi-manganese（次錳），而把這個族中的另一個當(dāng)時也沒有發(fā)現(xiàn)的成員稱為eka-manganese（類錳）。后來莫斯萊確定了這兩個元素的原子序數(shù)分別是75和43。由于某個未知元素往往可以從和它性質(zhì)相似的元素的礦物中尋找到，所以科學(xué)家們一直致力于從錳礦、鉑礦以及鈮鐵礦（鉭和鈮的礦物）中尋找這兩個元素。直到1925 年，德國 W.諾達(dá)克 、I.諾達(dá)克-塔克和 O.C.貝格用光譜法分析鈮錳鐵礦時發(fā)現(xiàn)錸這個元素，命名為rhenium，該字來源于拉丁文Rhenus，含義是萊茵河 。以后，諾達(dá)克又發(fā)現(xiàn)錸主要存在于輝鉬礦，并從中提取了金屬錸。錸由于資源貧乏，價格昂貴，長期以來研究較少。1950年后，錸在現(xiàn)代技術(shù)中開始應(yīng)用，生產(chǎn)日益發(fā)展。中國在60年代開始從鉬精礦焙燒煙塵中提取錸并實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，迄今已成為錸的生產(chǎn)和應(yīng)用增長最快的國家。

錸在地殼中的含量為0.001×10-4％，是地球上儲量很少的有色金屬之一。全球已探明儲量約2500t，資源量10000t，大多分布在智利、前蘇聯(lián)、加拿大等地區(qū)，目前我國錸的保有儲量為237t。錸的產(chǎn)量較少,近年來全球錸年產(chǎn)量僅為30-50t，而錸的消耗量隨著高新材料技術(shù)水平的快速發(fā)展,呈穩(wěn)步增長趨勢。

錸的性能

錸的物理性能

錸是一種非常堅硬的銀白色金屬，看起來象白金一樣，但粉末狀的純錸，顏色一般呈灰色。錸的物理性質(zhì)與元素周期表中第Ⅶ族中的高熔點金屬鉬和鎢的物理性質(zhì)非常相似，此外與鉑族金屬,特別是鉑、釕、鋨也有點相似。錸是高熔點金屬，錸的熔點3180℃，僅次于鎢,與鉬、鎢一樣,都是很好的難熔金屬。錸的比重很大，相對密度達(dá)21.03g/cm3,只有鉑、銥、鋨的比重比錸高,這一特性使錸成為鉑族金屬以外最致密的金屬，并具有硬度非常大,耐磨、耐腐蝕等性能。 錸具有極高的機(jī)械強(qiáng)度，一根比頭發(fā)還細(xì)的錸合金絲，能夠承受7千克以上的重力。此外，錸還有高電阻以及其它電學(xué)特性，錸的電阻率是鎢的3.84倍,它的彈性模數(shù)與機(jī)械性能和鐵差不多。天然錸由Re187和Re185兩種同位素組成，Re187為放射性同位素,在天然錸中占62.6%；Re185為非放射性同位素,占37.2%.Re187的半衰期為4300萬a,放出的射線很弱,不能穿透皮膚,對人體沒有危害。

錸的化學(xué)性能

錸的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，耐腐蝕性強(qiáng)，在空氣中不被氧化，酸和堿對它的腐蝕作用很小。錸在常溫下穩(wěn)定,300℃時開始被氧化。高溫下與硫蒸氣化合成二硫化錸,與氟、氯、溴形成鹵化物.錸不溶于鹽酸,可溶于硝酸和熱的濃硫酸,生成高錸酸(HReO4).錸親氧性很強(qiáng),其氧化態(tài)為+1、+2、+3、+4、+5、+6、+7,氧化物有Re2O、Re2O3、ReO2、ReO3、Re2O7。錸的高價氧化物(Re2O7)易溶于水,通常加工成穩(wěn)定的鹽類如錸酸銨(NH4ReO4)和錸酸鉀(KReO4)。錸不與碳發(fā)生反應(yīng),是難熔金屬中唯一不與碳生成碳化物的元素。錸最突出的化學(xué)性質(zhì)是它的七氧化物的揮發(fā)性很高,而且很容易溶解于水和含氧溶劑中。錸在回收中廣泛利用這兩種性質(zhì)。錸的水溶液呈酸性,其電動勢在銅與鉈之間,因此,鐵和鋅可使錸在水溶液中沉淀.

錸的用途

由于錸具有上述種種優(yōu)異的性能，因此它已成為許多領(lǐng)域中使用的重要材料。在冶金工業(yè)中，錸作為合金添加元素，可以改善提高合金的性能。例如，純鎢和純鉬在溫度較低的情況下會變得脆如玻璃，難以進(jìn)行工藝加工，因而用途受到限制。但在鎢或鉬中加入適量的錸制成的鎢錸合金或鉬錸合金，則具有良好的塑性，可以加工成各種結(jié)構(gòu)材料，而且還保持高硬度、高強(qiáng)度和耐高溫等特性。美國載人航天器上的不少零部件就是用這類錸合金制造的。在鉻鎳合金中添加少量的錸，能夠大大提高合金的熔點和強(qiáng)度，用這種合金制作的零部件，其使用壽命可延長幾倍至數(shù)十倍。

錸主要用作石油工業(yè)的催化劑，以及高溫合金和超級合金中的元素添加劑，純錸制品可用于特別惡劣工作氣氛下的高溫零部件。金屬鍍錸（如用于空間技術(shù)的鎢表面鍍錸）可增加耐磨和耐蝕性能。錸絲或鍍錸的鎢絲用作電子管的燈絲和陰極，在含有微量水分的氬氣或氮氣中比鎢絲更耐用。錸具有高溫穩(wěn)定性能和在電弧作用下的強(qiáng)抗電蝕能力，所以錸鎢合金可用于電接觸點的工作部分，其性能可與鉑、釕的制品相比。

錸具有很高的電子發(fā)射性能，廣泛應(yīng)用于無線電、電視和真空技術(shù)中。錸具有很高熔點，是一種主要的高溫儀表材料，鎢錸熱電偶在3100℃也不軟化。鎢或鉬中加錸形成合金可增加延展性能。錸和錸的合金還可作電子管元件和超高溫加熱器以蒸發(fā)金屬。錸在火箭、導(dǎo)彈上用作高溫涂層用，宇宙飛船用的儀器和高溫部件如熱屏蔽、電弧放電、電接觸器等都需要錸。

錸效應(yīng)——錸合金

錸的添加能大幅提高鎢、鉬、鉻的強(qiáng)度和塑性,人們把這種現(xiàn)象稱為“錸效應(yīng)”。添加少量(3%～5%)的錸能夠使鎢的再結(jié)晶起始溫度升高300℃～500℃。鎢錸和鉬錸合金具有良好的高溫強(qiáng)度和塑性，可加工成板、片、線、絲、棒，用于航天航空的高溫結(jié)構(gòu)件(噴口、噴管、防熱屏等)、彈性元件、電子元件等，還可用于制造加熱元件、工件、燈泡、X射線器械和醫(yī)療器械。W-Re-ThO2合金可用作高溫加熱工件，鎢錸、鉬錸合金觸頭具有高抗熱蝕和高溫導(dǎo)電能力，能提高供電設(shè)備的使用壽命和工作可靠性。如：鉑錸合金；鉑鎢錸合金；鎢錸合金；鉬錸合金等。

錸的價格昂貴，在應(yīng)用上多采用含錸的合金，其中鎢錸和鉬錸合金用途最廣。鎢錸合金含錸1％～26％，鉬錸合金中含錸量為11％～50％。此外還有W-33.3Mo-33.3Re，Mo-Re-Hf-Zr，Mo-Re-Hf-V合金，鎢基和鎳基加錸多元化超耐熱合金等，后幾種合金具有很高的強(qiáng)度和高溫性能，應(yīng)用于航空航天設(shè)備的關(guān)鍵部件。

催化劑

錸的電子結(jié)構(gòu)中其未飽和的4d層的5個電子易于放出，而6s層的2個電子又易于參與作用而形成共價鍵，加上其晶格參數(shù)較大等特性，故錸及其化合物具有優(yōu)異的催化活性，用作石化工業(yè)的催化劑是其傳統(tǒng)的主要用途之一。如用作石油重整的Pt—Re／Al2O3催化劑，但隨著其它價廉的替代品如鉑—錫催化劑的出現(xiàn)，雖然其性能稍差，然而錸在這一領(lǐng)域的應(yīng)用仍有所減少。此外，錸可用作生產(chǎn)無鉛汽油和汽車尾氣凈化的催化劑；錸的硫化物作甲酚及木素等的氫化催化劑；NH4ReO4／C用作環(huán)己烷脫氫及乙醇脫氫的催化劑；KReO4,／SiO2也是一系列氫化中的催化劑；Re2O7是使SO2轉(zhuǎn)化到SO3、以及使HNO2轉(zhuǎn)化到HNO3的良好催化劑。

國防、航空航天工業(yè)

錸是最難熔的金屬之一，其熔點高達(dá)3180℃、，僅次于鎢的3410℃。由錸與其它金屬可制得一系列耐高溫、抗腐蝕、耐磨損的合金，如Re25—W曾是空間站核反應(yīng)堆材料，后來發(fā)展到性能更好的Re30—W—Mo30合金；Re—Pt用作原子能反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)材料，可抗1000℃高溫下載熱體的腐蝕，也可用輻射防護(hù)罩；Re—Mo合金到3000℃仍具有高的機(jī)械強(qiáng)度，可用來制造超音速飛機(jī)及導(dǎo)彈的高溫高強(qiáng)度部件及作隔熱屏。特別是用于噴氣式發(fā)動機(jī)渦輪葉片與火力發(fā)電機(jī)渦輪材料的鎳基含錸超耐熱合金的開發(fā)成功（含錸3％-7％，熔點高達(dá)3180℃以上）并應(yīng)用于戰(zhàn)斗機(jī)及客機(jī)、火力發(fā)電機(jī)，使美國、西歐的錸用量大增，也使得世界錸用量急劇增長。近年錸在合金方面的用量已超過其在催化劑方面的用量，超耐熱合金已成為其最重要的應(yīng)用領(lǐng)域。

測溫、加熱元器件及高溫測量

Re3—W及Re25—W合金絲制作的熱電偶，溫度與熱電動勢的線性關(guān)系好，測溫準(zhǔn)確，測量范圍廣（0-2485℃）。其熱電動勢達(dá)1012mV，遠(yuǎn)較Pt—Rh／Pt（在1900℃時僅30mV）為高，用在真空或惰性氣體介質(zhì)中可測溫到2700℃，且價格比Pt—Rh／Pt熱電偶便宜。Re28—W／W熱電偶可測溫到2760℃，Mo—Re熱電偶可測溫到3000℃。

用錸基合金制作的加熱元件較鎢或鉬的壽命長5-10倍；高溫下Re8-12—Ni—Cr較Ni—Cr合金的加熱元件的工作壽命高出9倍，且具有在高溫與壓力下工作正常的突出優(yōu)點；添錸的Rh—Ir較Rh—Ir既增加強(qiáng)度，又改善了機(jī)械性能，應(yīng)用于航空航天與導(dǎo)彈。錸基合金還可制作在高溫下既靈敏又不變形的彈簧，為高溫測量儀器所必需。錸作為吸收太陽能的光敏染料在太陽能電池上有廣闊的應(yīng)用前景。

電子工業(yè)

錸與鎢、鉬或鉑族金屬所組成的合金或涂層材料，因其熔點高、電阻大、磁性強(qiáng)和對環(huán)境的穩(wěn)定性好而廣泛應(yīng)用于電子工業(yè)。摻3％—20％Re的鎢絲或H4ReO4涂層的鎢絲，既不象鎢絲那樣易脆，又能提高其延伸率與電阻，具有較高抗沖擊與振動性能，故在真空技術(shù)及易振動場所的電子器件或燈絲中顯示了其重要用途，如作X—射線靶、閃光燈、聲譜儀、高真空測定電壓部件、飛機(jī)燈泡的鎢錸絲，彩電的快速啟動用加熱器等。Re—Pt、Re—Ag、Re—Cu、Re—Cu—Zr等已取代鉑作電工中的開關(guān)、電鍵、電流切斷器及電弧放電等接點元件或屏蔽部件，具有可靠耐用的優(yōu)點。鉬錸金屬陶瓷陽極得到實際應(yīng)用。近年來一種錸基復(fù)合材料作為基礎(chǔ)材料應(yīng)用于超高溫發(fā)射極，其熱電子放電效果提高20％，電流密度增加，改善了熱放電性能。

涂層與焊接材料

利用錸的高熔點及特優(yōu)抗腐耐磨的特性作涂層用，如涂錸的金屬絲、片或管，可達(dá)到防酸、堿、海水或硫的化合物浸蝕的目的，故用于海事及化工部門；Re—NiRe—Mo或R—W用作儀器元件、火箭彈頭及其發(fā)動機(jī)的涂層。

將Re添加到W或Mo合金中，既增加其強(qiáng)度，又改善其可塑性和焊接性能，可作焊接W或者M(jìn)o器件的焊條用。

其他用途

醫(yī)用放射性錸—氨基磷酸化合物可治療癌癥，KReO4可用作制備彩色照相膠片的敏化劑等。

錸資源概況

錸的礦物很少，只有輝錸礦（ReS2）和銅錸硫化物礦（CuReS4 ）。錸主要與鉬、銅、鉛、鋅、鉑、鈮的礦物伴生，具有經(jīng)濟(jì)價值的含錸礦物為輝鉬礦 ，一般含錸 0.001％～0.031％ 。但從斑巖銅礦選出的鉬精礦含錸可達(dá)0.16％。生產(chǎn)錸的主要原料是鉬冶煉過程的副產(chǎn)品。某些銅礦、鉑族礦、鈮礦甚至閃鋅礦的冶煉煙塵和渣以及處理低品位鉬礦的廢液，都可以回收錸。

錸在地殼中的含量為0.001×10-4％，是地球上儲量很少的有色金屬之一。全球已探明儲量約2500t，資源量10000t，大多分布在智利、前蘇聯(lián)、加拿大等地區(qū)，目前我國錸的保有儲量為237t。錸的產(chǎn)量較少,近年來全球錸年產(chǎn)量僅為30-50t，而錸的消耗量隨著高新材料技術(shù)水平的快速發(fā)展,呈穩(wěn)步增長趨勢。

錸的市場

錸的市場需求與高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展密切相關(guān)。作為一種戰(zhàn)略物資，錸的主要消費國家是美國、西歐、日本等發(fā)達(dá)國家及軍事大國俄羅斯。近幾年世界總的年消費量達(dá)到了40t，并逐年有所遞增。其中由于歐洲經(jīng)濟(jì)形勢較好，消費量增加迅速，其年消費量由2—3t增加到將近10t。美國對錸的年消費量保持在20—25t。日本的錸消費量也隨經(jīng)濟(jì)的復(fù)蘇性增長達(dá)到約2—3t／a規(guī)模，主要用于電子材料如汽車排氣傳感器Re—W絲、集成電路的薄膜電極等。俄羅斯的年錸需求量約

智利是世界上最大的錸供應(yīng)國，其占據(jù)了美國60％以上的進(jìn)口錸原料市場；其它產(chǎn)錸的國家有美國、俄羅斯、德國、哈薩克斯坦

近年由于資源化綜合利用技術(shù)的迅速提高，從廢催化劑等回收的錸量呈現(xiàn)穩(wěn)步增長，同時原生錸的產(chǎn)量也逐年擴(kuò)大，故雖然世界錸消費量逐年遞增，但錸的價格仍比較平穩(wěn)。