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本词条由“科普中国”科学百科词条编写与应用工作项目 审核 。
铼是一种化学元素，化学符号Re，原子序数为75。铼是种银白色的重金属，在元素周期表中属于第6周期过渡金属。它是地球地壳中最稀有的元素之一，平均含量估值为十亿分之一，同时也是熔点和沸点最高的元素之一。铼是钼和铜提炼过程的副产品。其化学性质与锰和锝相似，在化合物中的氧化态最低可达−3，最高可达+7。
铼是地球上一种极为稀少的金属元素，在地壳中的丰度很低，在地球演化过程不形成或极少形成独立矿物，而是以类质同象的方式赋存在其他矿物中，属于典型的稀散元素。[7]在生产生活应用中，金属铼及其合金可制自来水笔尖和高温热电偶；在醇类脱氢、合成氨等化工中作催化剂；含铼的合金可耐高温。然而铼在自然界中含量稀少，存在分散，因此价格昂贵，成本很高。[10]
- 中文名
- 铼
- 外文名
- Rhenium
- CAS登录号
- 7440-15-5
- EINECS登录号
- 231-124-5
- 熔 点
- 3180 ℃[7]
- 沸 点
- 5900 ℃（常压）
- 密 度
- 21.04 g/cm³
- 外 观
- 银白色金属
- 应 用
- 制造喷气发动机的燃烧室等
- S16；S45；S36/37/39；S26；S33；S27
- R34
- C；F
- 3178
- 75
- d区
- 过渡金属
- 186.207
- [Xe] 4f145d56s2
- 1.9（鲍林标度）
目录
铼（Rheni充危um）的名称源自拉丁文Rhenus，意为莱茵河。铼是拥有稳定同位素的元素中最后一个发现的（之后在自然界发现的其他元素都是不具有稳定同位素的放射性元素，如镎和钚等）主晚束。德米特里·门捷列夫在发布元素周期表时，就预测了这一元素的存在。英国物理学家亨利·莫塞莱在1914年推算了有关该元素的一些数据。
1908年，日本化学院泪拜家小川正孝宣布发现了第43号元素，并将其命名为“Nipponium”（Np），以纪念其本国日本（Nippon）。然而，后来的分析则指出，他所发现的是75号元素，而非43（即锝）。Np在今天是第93号元素镎的化学符号，得名于海王星（Neptune），与“Nipponium”的缩写正好相同。[1]
1925年，德国化学家艾达·泰克（Ida Tacke）、瓦特尔·诺达克（Walter N微备odack）和奥托·卡尔·博格（Otto Carl Berg）根据元素周期表推测，75号元素应位亍元素周期表中第ⅦB族，并推测出其所能进行的化学反应。艾达·泰克（Ida Tacke）、瓦特尔·诺达克（Walter Nodack）和奥托员全捆·卡尔·博格（Otto Carl Berg）根据莱菌河的拉丁文名字“Rhen纸腿晚us”命名了铼元素。[9]
1928年，德国化学家艾达·泰克（Ida Tacke）、瓦特尔·诺达克（Walter Nodack）和奥托·卡尔·博格（Otto Carl Berg）从糠旬击铂矿石中发现了店匪祝充铼。[9]
20世纪60年代，中国开始从钼精矿焙烧烟尘中提取铼。[7]
原子序数
75
熔点
3180℃[7]
沸点
5926℃
原子量
186.207
铼的化学性质取决于铼的聚集态，粉末状铼较活泼。铼不溶于盐酸，但可溶于硝酸和热的浓硫酸，生成高铼酸；铼在高温下与硫蒸汽反应化合成二硫化铼；能与氟、氯、溴反应生成卤化物，均易水解。[10]
- 铼与空气的反应
铼在空气中的反应活性，比在周期表中铼上面两个周期的锰弱，而与在周期表中紧挨在铼上面的锝相当。铼在潮湿的空气中只能缓慢地失去光泽；在氧气中加热铼，会生成氧化铼（Ⅶ）（七氧化二铼，Re₂O₇）。[11]
- 铼与卤素单质的反应
与在周期表中紧挨在铼上面的锝相似，生产出来的铼一般是粉末状或海绵状的，这样会大大提高铼的反应活性。在氟气中加热铼，会生成氟化铼（Ⅵ）（六氟化铼，ReF₆）和氟化铼（Ⅶ）（七氟化铼，ReF₇）的混合物。[11]
如果于400℃下在加压的氟气中燃烧铼，其唯一的产物就是七氟化铼（ReF₇）。即使加热，铼也不会溶解在溴水中。[11]
- 铼与酸的反应
与在周期表中紧挨在铼上面的锝相似，铼不溶于盐酸（HCI）和氢氟酸（HF）。铼可溶于硝酸（HNO₃）或浓硫酸（H₂SO₄），并都被氧化为高铼酸（HReO₄）溶液。在高铼酸中，铼的化合价是+7。[11]
铼不能直接从矿石中提取，而是从焙烧辉钥矿和熔炼金属铜的烟道收尘中提取的。首先得到的是铼的化合物，如七氧化二铼、铼酸铵、铼酸钾等。铼化合物经氢还原得到铼粉。然后压形和烧结得到铼条或棒，经压力加工得到各种形状和规格的材料，如棒、板、管、片和丝材等。[12]
主要从辉钼矿、铜矿的焙烧炉烟灰中提取。以氢还原高铼酸铵(NH4ReO4)或高铼酸钾(KReO4)可制得金属铼。
1.还原高铼酸钾制备金属铼。将工业品高铼酸钾磨细，在玛瑙研钵中研细至约60目，并在175℃下干燥1h。将它放在一只银制的舟中，然后一起放在一只瓷燃烧管或其他耐火材料的燃烧管中。在舟所在位置的上方及附近的区域上需用铁片保护起来。用氢气排出管中的空气，在通入管中之前，氢气须先通过碱性间苯二酚溶液和浓硫酸。当空气完全被排除后，用一个小电炉将燃烧管加热至约250℃。2h后慢慢地将温度升高到500℃。维持在此温度2h后，停止加热，使燃烧管和装盛物冷却。将银舟取出并将它迅速地放在一烧杯水中。用沸水将还原产物洗涤四或五次。最后将它移入一多孔瓷坩埚或玻璃砂芯漏斗中，并多次地用少量热水洗涤，随后用冷水、酒精和乙醚洗涤。在空气中干燥后的产品中往往会含有少量的碱，并总会含有铼的氧化物。将这个产物移入瓷制或石英制的舟中，放入一支石英燃烧管内，并在1000℃的温度下在氢气中加热2h，冷却至室温后，再用热水抽取可溶化合物，并再重复在1000℃的还原操作。2h后，用不含氧的氮气排除氢气，并令燃烧管及装盛物冷却至室温。在全部制备过程中，必需注意在燃烧管冷却后才取出金属。否则，产物与空气接触时可能被氧化。用这个方法制得的金属铼一般纯度为99.0%～99.8%。主要的杂质是钾，可能以氢氧化钾形式存在。产物是一种密度较大的灰黑色粉末。按所用的高铼酸钾计算，产率在85%至95%之间。
2.还原高铼酸铵制备金属铼。将工业品高铼酸钾研磨至60筛目并溶解在10%盐酸中(按重量计算)，每克铼约用100cm3的酸。在溶液中快速通入硫化氢气体直到沉淀的硫化物凝聚起来。将沉淀物收集在一只布氏漏斗上的石棉层上，并用硫化氢溶液充分洗涤，最后用水洗涤。将硫化物和石棉一同移入到一只装有氨水(按重量计为10%溶液)的烧坏中，每克高铼酸钾需用25cm3的氨水。将悬浮液加热至40℃，并加入30%过氧化氢直到黑色的硫化物完全被氧化与溶液变为无色时为止。将石棉滤出，并在热水浴上将溶液蒸干。将残渣溶解在水中，加入几滴硝酸，并将溶液加热使少量的硅胶凝结，在这时往往会有硅胶出现。过滤后，将溶液调节成弱氨碱性并蒸发至干涸。产物中含有高铼酸铵和硝酸铵，将它在110℃进行干燥，移入石英燃烧舟中，并在石英管中用快速的干氢气流进行还原。温度应缓慢升高以避免因升华而损失产物。最后的还原过程在约1000℃下进行2h。在氮气中冷却后，可以将产物取出。按所用的KReO4计算，产率为80%至90%，这样制得的铼接近100%纯净。与由高铼酸钾直接还原而得的灰黑色粉末铼相比，它具有显著的金属外貌。[5]
在硫化铜矿石的提炼过程中，铼可以从含有钼元素的焙烧烟气中提取出来的。钼矿石含有0.001%至0.2%的铼元素。从烟气物质中可用水淋洗出七氧化二铼和高铼酸，再用氯化钾或氯化铵使其沉淀为高铼酸盐，最后以重结晶方法进行纯化。铼的全球年产量在40至50吨之间，主要产国有智利、美国、秘鲁和波兰。另外，铂﹣铼催化剂和某些铼合金的回收过程每年可产出10吨铼。每公斤铼价格从2003至2006年的1千至2千美元迅速升至2008年2月的1万美元以上。要制成铼金属，需在高温下用氢气还原高铼酸铵[2]:
铼主要伴生于钼、铜矿中，据美国地质调查局的报告，全球已探明的铼金属矿物资源量约为2453吨，全球基础总储量约为10180吨。资源量较为丰富的国家有；智利1300吨、美国390吨、俄罗斯310吨、哈萨克斯坦190吨（引自《金属百科》）。目前，全球约三分之二的铼由智利生产（实际的控制人为美国摩根等金融资本），其他生产国包括美国、波兰、哈萨克斯坦和中国等。
铼具有优异的物理化学性能，在部分应用领域里不可替代。铼是最难熔的金属之一，其熔点高达3180℃。其机械强度高、具有良好的塑性、优异的机械稳定性。金属铼没有脆性临界转变温度，在高温和急冷急热条件下均有很好的抗蠕变性能，适于超高温和强热震工作环境。铼广泛应用于航空航天特殊合金，利用铼生产高性能单晶高温合金，将其应用于航空发动机的叶片。
铼在航空发动机工业中的应用达到了全部铼用量的80%以上。铼在单晶合金中的应用随着单晶叶片的更新换代，用量不断增加。从第二代单晶合金开始采用铼，比如俄国ЖС36，采用了2%的铼，美国CMSX-4采用了3%的铼；第三代单晶合金，以美国ReneN6 、CMSX-10为代表，两种牌号铼的含量最高分别达5.6%和7%；第四代单晶合金，以日本的TMS-138和MC-NG为代表，二者分别含铼5%和含铼4%；第五代单晶合金，以日本的TMS-162为代表，含铼6%（引自《金属百科》及《国土资源科普与文化》）。[7]
加入铼会提升镍高温合金的蠕变强度。铼合金一般含有3%至6%的铼。第二代合金的含铼量为3%，曾用在F-16和F-15战机引擎中。第三代单晶体合金的含铼量则有6%，曾用在F-22和F-35引擎中。铼高温合金还用于工业燃气轮机。高温合金在加入铼后会形成拓扑密排相（TCP），因此其微结构会变得不稳定。第四代和第五代高温合金使用钌以避免这一现象。
2006年的铼消耗量分别为：通用电气28%，劳斯莱斯股份有限公司28%，普惠公司12%，皆用于生产高温合金。另有14%用作催化剂，18%作其他用途。由于军用喷射引擎需求持续增加，因此有必要研发含铼量更低的高温合金，以维持供应。比如，新型CFM56高压涡轮（HPT）叶片使用的合金含1.5%的铼，以取代含铼量为3%的合金。
铼可增强钨的物理性质。钨-铼合金在低温下可塑性更高，易于制造、塑形，且在高温下的稳定性也得以提高。这一变化会随铼的含量而增加，所以钨-铼合金含有27%的铼，这也就是铼在钨中的溶解极限。X射线源是钨-铼合金的其中一个应用。钨和铼的熔点和原子量都很高，有助于抵抗持续的电子撞击。这种合金还用作热电偶，可测量最高2200°C的温度。
铼在高温下十分稳定，蒸气压低，耐磨损，且能够抵御电弧腐蚀，所以是很好的自动清洗电触头材料。开关时的电火花会对触头进行氧化耗损。不过，七氧化二铼（Re2O7）在360°C左右升华，所以会在放电过程中移去。
铼与钽和钨一样具有高熔点和低蒸气压，所以用这些材料制成的灯丝在氧气环境下稳定性较高。这类灯丝被广泛用于质谱仪、电离压力计及照相闪光灯等。
铼-铂合金是催化重整过程中的一种催化剂。这种石油加工过程能够提高石脑油的辛烷值。用于催化重整的催化剂当中，30%含有铼。在矾土（氧化铝）表面涂上铼，可作为烯烃复分解反应的催化剂。含铼催化剂可抗御氮、硫和磷的催化剂中毒现象，因此被用在某些氢化反应中。[3]
由于用量一般很少，所以人们对铼以及铼化合物的毒性所知甚少。卤化铼和高铼酸盐等可溶盐的有害性可能来自铼或者其他所含元素。科学家只对极少数铼化合物作过毒性测试，包括高铼酸钾和三氯化铼。试验以老鼠作为对象，测得高铼酸钾的7天LD50值为2800mg/kg，三氯化铼的LD50值为280mg/kg。[4]
DZ/T 0421.1-2022 钨矿石、钼矿石化学分析方法 第1部分：铼含量的测定 电感耦合等离子体质谱法。[6]