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iridium
简介
元素周期表第6周期Ⅷ族元素，铂族金属成员之一。元素符号Ir，原子序数77，相对原子质量192.22，属重铂族金属。
1803年英国化学家坦南特(S.Tennent)在溶解粗铂矿时，得到不溶的黑色粉末。经研究，发现黑粉中实际含有两种物质，其中一种由于其盐类有多变的颜色，用希腊文中的虹将其命名为Iridium即铱。1804年宣布此命名并得到承认。
性质 铱为面心立方晶格结构，金属铱呈灰白色，是已知金属中密度最大和常温最耐腐蚀的元素。纯铱冷加工困难，热加工可制成片、丝。铱的热胀系数小，保存在巴黎的国际标准尺就是用铂铱合金制造的。铱的蒸气压低，难挥发，1773K时的蒸气压为1.333×10-10Pa。铱的主要物理性质列举于表1。
表1 铱的主要物理性质
| 性 质 | 数 据 |
| 原子半径r/pm | 135.7 |
| 离子半径r/pm |
Ir2+89，Ir3+75， Ir4+66 |
|
熔点T/K 沸点T/K 熔化热Q/kJ·mol-1 汽化热Q/kJ·mol-1 密度ρ/kg·m-3 热导率λ/W·m-1·K-1 电阻率ρ/Ω·m 磁化率κ/m3·kg-1 摩尔体积Vm/cm3 线胀系数αl/K-1 电子亲和势(Me→Me-)A/kJ·mol-1 电负性 |
2707±7 4800 26.4 612.4 22420(290K) 147(300K) 5.3×10-8(293K) +1.67×10-9(s) 8.57 6.8×10-6 190 2.20 |
| 蒸气压p/Pa |
1.333×10-6 (1773K) |
铱原子的外电子层构型为〔Xe〕 5d76s2。铱有从-1到+6八种价态，其特征氧化态为+3和+4。铱的耐高温腐蚀能力强，抗氧化性比铂、铑差，但较钌、锇好。铱在高于873K温度下表面会生成IrO2薄膜，该薄膜在1373K下分解，温度再升高则会生成挥发性的IrO3使铱失重。
Ir3+和Ir4+易生成配合物，常见配位基有CN-、NO-2、NH3、H2O、CO、Cl-、F-等。铱对氢化、脱氢、氧化等反应具有催化活性。常温下铱不溶于无机酸，粉状铱稍溶于王水，灼热时与氯气反应生成三氯化铱，与熔融的KOH+KNO3、Na2CO3+KNO3、Na2O2反应生成可溶于酸的氧化物。铱不与熔融的金属钠、钾、汞、铋和锂作用，但可被熔融的铜、锌、铝、镁腐蚀。在水溶液中发生的
IrCl2-6+e⇄ IrCl3-6
为可逆反应，还原剂可将Ir4+迅速还原成Ir3+，强氧化剂又可将Ir3+氧化成Ir4+。
化合物 主要铱化合物列于表2。
用途和供需 纯铱是生产激光晶体用坩埚和贮存核燃料容器的优良材料。铱丝和铱铑合金丝可耐2273K的高温，是一种良好的测温材料和灯丝材料。往铂、钯中加入铱可提高合金材料的硬度、抗拉强度、熔点和高温耐腐蚀性能。铱合金是良好的电接触材料、电阻材料、标准砝码和标准尺度材料。铂依合金是石油工业的优良重整催化剂，如Pt-Ir、Pt-Ir-Ce-Al合金用作烃的骨架异构化催化剂，Pt-Ir用作甲酸的分解催化剂等。铱或铂铱是氯碱生产用钌阳极的镀层成分。铱电极用于不锈钢板镀锌。
表2 主要铱化合物
| 名 称 | 化学式 | 存在形态及性质 |
|
三氧化二铱 二氧化铱 氢氧化铱 |
Ir2O3 IrO2 Ir(OH)4 |
深蓝色粉末，溶于酸，微溶于碱，受热分解 蓝黑色粉末，不溶于水、酸、碱，高温下热分解 天蓝色固体，溶于盐酸时生成不同的羟基氯配合物，颜色由天蓝至铬绿色，加热 时由褐色至赤褐色;不溶于硫酸和硝酸;灼热时分解 |
|
三硫化二铱 三氯化铱 氯亚铱酸钠 氯铱酸钠 氯铱酸钾 |
Ir2S3 IrCl3 Na3IrCl6 Na2IrCl6 K2IrCl6 |
暗褐色固体，溶于王水 橄榄绿色或黄褐色晶体，无水IrCl3难溶于碱、浓硫酸和王水 黄绿色结晶，易溶于水 茶褐色结晶，溶于水 黑褐色结晶;难溶于冷水、氯化钾溶液及乙醇;易溶于含盐酸的水中，煮沸还原 为K3IrCl6 |
| 氯铱酸铵 | (NH4)2IrCl6 | 黑红色结晶，难溶于浓NH4Cl溶液及乙醇，经煅烧、氢还原，生成海绵铱 |
前苏联、南非是世界铱的主要供应国。中国主要由二次资源回收铱，少量从锇铱矿和铂精矿中提取。1987年～1991年西方国家对铱的总需求量应用分配比例列举于表3。1994年西方资本主义国家对铱的总需求量为995kg。
| 年份 |
总需求量 m/kg |
应用分配比例/% | ||||
| 电化学 | 石油 | 坩埚材料 | 催化剂 | 其他 | ||
|
1987 1988 1989 1990 1991 |
1058 871 870 840 902 |
13 36 43 48 49 |
12 12 |
9 14 16 15 10 |
7 9 10 |
59 29 31 37 41 |
资源 铱的地壳丰度为1×10-7%。它有191Ir和193Ir两种天然同位素，其相对丰度分别为38.5%和61.5%。铱产于原生铂矿和砂矿(砂铂矿、锇铱金共生砂矿)中。主要矿物有铂铱矿(Ir4Pt)、铱铂矿(Pt2Ir-Pt12Ir)、锇铱矿 (IrOs-Ir4Os)、铱锇矿 (Os>1Ir-Os6.5Ir)、铑锇铱矿 (Ir6Os2Rh)、钌铱锇矿 (Os2Ir1～2Ru1～2)、硫铱锇钌矿 (Ru，Os，Ir) S2等。铱主要蕴藏在前苏联、南非、加拿大等国。铱常和铂、锇、钌共生在一起。20世纪以来铱资源主要来自含铂族金属铜镍共生硫化矿。
从含铱铂族金属精矿制取铱粉的工艺流程
冶金 从砂铂矿、含铂族金属铜镍共生硫化矿或锇铱矿至产出纯铱一般经过铂族金属富集、铂族金属分离和铱精炼三个阶段，由含铱、铂族金属精矿等生产纯铱的原则工艺流程如图。铱精炼阶段一般较其他两阶段简单。
铱主要来自含铂族金属铜镍共生硫化矿。这种共生硫化矿经过重选、浮选后得到含铂族金属铜镍共生硫化矿精矿。在含铂族金属铜镍共生硫化矿精矿熔炼和吹炼过程中，贵金属富集在中间产物高镍锍或铜镍合金中。从高镍锍或铜镍合金中提取铜和镍后，便得到品位在40%左右的含铱铂族金属精矿。从含铂族金属铜镍共生硫化矿或砂铂矿到产出含铱铂族金属精矿的过程属铂族金属富集阶段。
从含铱铂族金属精矿分离出铂、钯、金、银、铑、锇、钌，获得粗铱化合物的过程属铂族金属分离阶段。
粗铱化合物经精制、氯铱酸铵煅烧、氢还原产出铱粉的过程属铱精炼阶段。