研究简史
铑是在1803年由William Wollaston发现的。他和Smithson Tennant在一个商业投资中合作,多半是为了生产出纯铂来出售。这个程序的第一步是溶解普通的铂在王水(硝酸+盐酸)中。不是所有的都溶入了溶液中,它留下了黑色的残渣(Tennant研究了这些残渣,最终他从中提取出了锇和铱)。Wollaston全神贯注在这个溶解的铂溶液,其也包含钯。他用沉淀法移除了这些金属,然后留下了一种漂亮的红色溶液,他从中获得了玫瑰红晶体。这些就是氯铑酸钠Na3RhCl6。他最终从中生产出了这种金属自身的样本。世界铑产量约为铂的2.8%,几乎全由南非、俄罗斯和加拿大三国生产。金属铑以海绵状、粉状或致密块状出售。1990~1993年三国平均年生产的铑分别为7512kg,3227kg(仅指出售给西方国家部分),552kg。1980年以后,西方国家每年从废料中再生回收并进入市场的铑不断增加,仅从废汽车催化剂中回收的铑1989年就达2.5t。主要以铑催化剂、铑合金、铑镀层、铑化合物应用于化学、石油、玻璃、电气、牙科、饰品、汽车等领域。1992年西方国家共消费铑10.2t,其中汽车废气净化催化剂用量达86%。
元素性质
元素类别:过渡金属元素
原子序数:45
原子量:102.905
核电荷:45
电子排布:[Kr] 4d8 5s1
位置:第五周期VIII族
电负性:2.28
同位素
自然界中铑以103Rh同位素的形式存在。较稳定的放射性同位素包括101Rh(半衰期3.3年)、102Rh(半衰期207天)、102mRh(半衰期2.9年)以及99Rh(半衰期16.1天)。目前已发现20多个放射性同位素,同位素质量从92.926u(93Rh)至116.925u(117Rh)。这些同位素的半衰期大部分都在一小时以内,除了100Rh(半衰期20.8小时)和105Rh(半衰期35.36小时)。
理化性质
铑是一种稀少的贵金属。为银白色金属,硬度4~4.5,相对密度12.41。熔点高为1966℃。 化学性质稳主要化合价为+2、+4和+6。第一电离能7.46eV。在中等的温度下,它也能抵抗大多数普通酸(包括王水在内)。在200-600℃可与热浓硫酸、热氢溴酸、次氯酸钠和游离卤素起化学反应。不与许多熔融金属,如金、银、钠和钾以及熔融的碱起反应。铂族金属熔点高、强度大、电热性稳定、抗电火花蚀耗性高、抗腐蚀性优良、高温抗氧化性能强、催化活性良好,广泛应用于汽车尾气净化、化工、航空航天、玻纤、电子和电气工业等领域,用量虽少,但起着关键作用,素有“工业维生素”之称。
应用
除了制造合金外,铑可用作其他金属的光亮而坚硬的镀膜,例如,镀在银器或照相机零件上。将铑蒸发至玻璃表面上,形成一层薄蜡,便造成一种特别优良的反射镜面。
(1)催化活性和选择性高,寿命长。铑及其合金、含铑化合物、络合物催化剂可用于制醛类和醋酸,汽车废气净化,硝酸生产的氨氧化,塑料、人造纤维、药物、农药等有机化工合成,燃料电池电极。
(2)对可见光反射率高而稳定。常用于特殊工业用镜、探照灯、雷达等反射面的镀层。
(3)熔点高,抗氧化,耐腐蚀,是化学性质最稳定的金属之一。可做耐腐蚀容器,大气中可在1850℃高温下使用,纯铑坩埚可用于生产钨酸钙和铌酸锂单晶。
(4)铑镀层硬度高(7500~9000MPa),耐磨,耐腐蚀,接触电阻稳定。镀铑复合材料是优良的电接触材料,铑还可用于饰品和其他工业仪器、气敏元件的镀层。
(5)改性作用。铑可与铂、钯等金属形成固溶体,对基体起固溶强化作用,提高基体的熔点、再结晶温度和抗腐蚀性,减少氧化挥发损失,其中铂铑合金是优良的贵金属测温材料;铑与钛、锆、铪、钽、铌等金属形成的化合物对含铑合金起弥散强化作用,增加热稳定性;铱中加铑可改善铱的加工性能。
(6)加工硬化率高,热加工成一定尺寸后可以冷加工。
(7)价格昂贵,除特殊使用外,通常只作为添加元素使用。
资源分布
铑存在于铂矿中,在精炼过程中可以集取而制得。
我国铂金属资源比较稀缺,铂金属矿床分布在10个省、自治区,甘肃、云南、四川和黑龙江的储量较多,这四省的储量占全国储量的94.6%。其他省区如河北、青海、新疆、北京、内蒙古也有一些小矿点,但储量甚少。从1996年我国铂矿、钯矿与铂钯(未分)矿保有储量看,我国的铂矿和钯矿主要分布在甘肃,分别占全国铂矿与钯矿的90.7%与91.3%,其次是河北,分别为5.8%和2.3%。其他省区只占极少份额。铂钯(未分)矿主要在云南,占全国的66.8%;其次是四川,占全国的25.5%。
其他几种铂族金属的分布也主要在甘肃、云南和黑龙江。甘肃省的铑、铱、锇、钌储量分别占其全国储量的59.3%、64.4%、74.0%、84.9%;云南分别占39.4%、29.4%、9.8%、13.2%。这两个省的相应数据相加,除了锇都占到全国储量的95%以上;只是云南的锇储量(占9.8%)稍逊于黑龙江(占15.2%)。我国铂族金属资源有以下特点:
(1)资源分布集中。我国的铂族金属资源95%以上分布于甘肃、云南、四川、黑龙江和河北5省,其中仅甘肃省就占全国储量的57.5%。这几个省的储量集中于甘肃金川、云南金宝山和四川杨柳坪三个大型矿床。
(2)矿石品位低,铂族元素以铂、钯为主,且铂大于钯。全国铂族金属矿的平均品位为0.796g/t,Pt品位0.341g/t,Pd品位0.386g/t,Os+Ir品位0.041g/t,Rh+Ru品位0.028g/t。以铂族金属为主的矿床,品位为1.468g/t,富矿品位2.33g/t;与铜镍共生的铂族金属品位0.768g/t,铜镍矿中伴生的铂族金属品位0.436g/t。国外几个大型铂矿床的平均品位为:南非布什维尔德杂岩3.1-17.1g/t,麦伦斯基层30~60g/t,俄罗斯诺里尔斯克6~350g/t,加拿大萨德伯里3.34g/t,美国斯蒂尔沃特147g/t。相比之下,我国铂族金属矿的品位是十分低的。
(3)矿床类型多样,但大部分储量集中于共生或伴生矿。我国铂族金属矿床类型有岩浆熔离型、热液再造型和砂铂矿,还有一些含在黑色岩系、热液或夕卡岩型多金属矿床及斑岩铜钼矿中。按全国矿产储量委员会(1985)确定的铂族金属参考工业指标,原生矿的边界品位为0.3~0.5g/t,工业品位为0.5g/t。可将我国铂族金属矿床分为单一矿、共生矿和伴生矿三类,根据1996年的统计资料,93.4%的铂族金属(探明储量)与铜镍硫化物、多金属共生或伴生。