錸

錸（Rhenium）的名稱源自拉丁文Rhenus，意為萊茵河。錸是擁有穩定同位素的元素中最後一個發現的（之後在自然界發現的其他元素都是不具有穩定同位素的放射性元素，如鎿和鈈等）。德米特里·門捷列夫在發佈元素週期表時，就預測了這一元素的存在。英國物理學家亨利·莫塞萊在1914年推算了有關該元素的一些數據。德國的沃爾特·諾達克（Walter Noddack）、伊達·諾達克、奧托·伯格（Otto Berg）在1925年表示在鉑礦和鈮鐵礦中探測到了此元素。他們後來也在硅鈹釔礦和輝鉬礦內發現了錸。1928年，他們在660公斤輝鉬礦中提取出了1克錸元素。估計在1968年美國75%的錸金屬都用在科研以及難熔金屬合金的研製當中。幾年之後，高温合金才得到廣泛使用。

1908年，日本化學家小川正孝宣佈發現了第43號元素，並將其命名為“Nipponium”（Np），以紀念其本國日本（Nippon）。然而，後來的分析則指出，他所發現的是75號元素，而非43（即鍀）。Np在今天是第93號元素鎿的化學符號，得名於海王星（Neptune），與“Nipponium”的縮寫正好相同。 ^[1] 

我國在20世紀60年代開始從鉬精礦焙燒煙塵中提取錸。 ^[9] 

錸是銀灰色有光澤的金屬，在潮濕的空氣中表面會逐漸失去光澤。純錸片的金屬光澤可以保持數年之久。錸的金屬晶體屬六方晶系，由12配位的金屬原子按六方密堆積排列而成，空間羣為P6/mmc。 ^[7] 

錸在空氣中的反應活性，比在週期表中錸上面兩個週期的錳弱，而與在週期表中緊挨在錸上面的鍀相當。錸在潮濕的空氣中只能緩慢地失去光澤。

主要從輝鉬礦、銅礦的焙燒爐煙灰中提取。以氫還原高錸酸銨(NH₄ReO₄)或高錸酸鉀(KReO₄)可製得金屬錸。

1.還原高錸酸鉀製備金屬錸。將工業品高錸酸鉀磨細，在瑪瑙研缽中研細至約60目，並在175℃下乾燥1h。將它放在一隻銀製的舟中，然後一起放在一隻瓷燃燒管或其他耐火材料的燃燒管中。在舟所在位置的上方及附近的區域上需用鐵片保護起來。用氫氣排出管中的空氣，在通入管中之前，氫氣須先通過鹼性間苯二酚溶液和濃硫酸。當空氣完全被排除後，用一個小電爐將燃燒管加熱至約250℃。2h後慢慢地將温度升高到500℃。維持在此温度2h後，停止加熱，使燃燒管和裝盛物冷卻。將銀舟取出並將它迅速地放在一燒杯水中。用沸水將還原產物洗滌四或五次。最後將它移入一多孔瓷坩堝或玻璃砂芯漏斗中，並多次地用少量熱水洗滌，隨後用冷水、酒精和乙醚洗滌。在空氣中乾燥後的產品中往往會含有少量的鹼，並總會含有錸的氧化物。將這個產物移入瓷制或石英制的舟中，放入一支石英燃燒管內，並在1000℃的温度下在氫氣中加熱2h，冷卻至室温後，再用熱水抽取可溶化合物，並再重複在1000℃的還原操作。2h後，用不含氧的氮氣排除氫氣，並令燃燒管及裝盛物冷卻至室温。在全部製備過程中，必需注意在燃燒管冷卻後才取出金屬。否則，產物與空氣接觸時可能被氧化。用這個方法制得的金屬錸一般純度為99.0%～99.8%。主要的雜質是鉀，可能以氫氧化鉀形式存在。產物是一種密度較大的灰黑色粉末。按所用的高錸酸鉀計算，產率在85%至95%之間。

2.還原高錸酸銨製備金屬錸。將工業品高錸酸鉀研磨至60篩目並溶解在10%鹽酸中(按重量計算)，每克錸約用100cm3的酸。在溶液中快速通入硫化氫氣體直到沉澱的硫化物凝聚起來。將沉澱物收集在一隻布氏漏斗上的石棉層上，並用硫化氫溶液充分洗滌，最後用水洗滌。將硫化物和石棉一同移入到一隻裝有氨水(按重量計為10%溶液)的燒壞中，每克高錸酸鉀需用25cm3的氨水。將懸浮液加熱至40℃，並加入30%過氧化氫直到黑色的硫化物完全被氧化與溶液變為無色時為止。將石棉濾出，並在熱水浴上將溶液蒸乾。將殘渣溶解在水中，加入幾滴硝酸，並將溶液加熱使少量的硅膠凝結，在這時往往會有硅膠出現。過濾後，將溶液調節成弱氨鹼性並蒸發至乾涸。產物中含有高錸酸銨和硝酸銨，將它在110℃進行乾燥，移入石英燃燒舟中，並在石英管中用快速的幹氫氣流進行還原。温度應緩慢升高以避免因昇華而損失產物。最後的還原過程在約1000℃下進行2h。在氮氣中冷卻後，可以將產物取出。按所用的KReO4計算，產率為80%至90%，這樣製得的錸接近100%純淨。與由高錸酸鉀直接還原而得的灰黑色粉末錸相比，它具有顯著的金屬外貌。 ^[6] 

在硫化銅礦石的提煉過程中，錸可以從含有鉬元素的焙燒煙氣中提取出來的。鉬礦石含有0.001%至0.2%的錸元素。從煙氣物質中可用水淋洗出七氧化二錸和高錸酸，再用氯化鉀或氯化銨使其沉澱為高錸酸鹽，最後以重結晶方法進行純化。錸的全球年產量在40至50噸之間，主要產國有智利、美國、秘魯和波蘭。另外，鉑﹣錸催化劑和某些錸合金的回收過程每年可產出10噸錸。每公斤錸價格從2003至2006年的1千至2千美元迅速升至2008年2月的1萬美元以上。要製成錸金屬，需在高温下用氫氣還原高錸酸銨 ^[2]  :

錸主要伴生於鉬、銅礦中，據美國地質調查局的報告，全球已探明的錸金屬礦物資源量約為2453噸，全球基礎總儲量約為10180噸。資源量較為豐富的國家有；智利1300噸、美國390噸、俄羅斯310噸、哈薩克斯坦190噸（引自《金屬百科》）。目前，全球約三分之二的錸由智利生產（實際的控制人為美國摩根等金融資本），其他生產國包括美國、波蘭、哈薩克斯坦和中國等。

錸具有優異的物理化學性能，在部分應用領域裏不可替代。錸是最難熔的金屬之一，其熔點高達3180℃。其機械強度高、具有良好的塑性、優異的機械穩定性。金屬錸沒有脆性臨界轉變温度，在高温和急冷急熱條件下均有很好的抗蠕變性能，適於超高温和強熱震工作環境。錸廣泛應用於航空航天特殊合金，利用錸生產高性能單晶高温合金，將其應用於航空發動機的葉片。

目前錸在航空發動機工業中的應用達到了全部錸用量的80%以上。錸在單晶合金中的應用隨着單晶葉片的更新換代，用量不斷增加。從第二代單晶合金開始採用錸，比如俄國ЖС36，採用了2%的錸，美國CMSX-4採用了3%的錸；第三代單晶合金，以美國ReneN6 、CMSX-10為代表，兩種牌號錸的含量最高分別達5.6%和7%；第四代單晶合金，以日本的TMS-138和MC-NG為代表，二者分別含錸5%和含錸4%；第五代單晶合金，以日本的TMS-162為代表，含錸6%（引自《金屬百科》及《國土資源科普與文化》）。同時，隨着全球民用航空市場的擴大以及低成本航空公司在世界各地的持續擴張，民用航空發動機的數量將保持增長。 ^[9] 

全球錸產量的70%都用於製造噴射引擎的高温合金部件。錸的另一主要應用是在鉑-錸催化劑，可用於生產無鉛、高辛烷的汽油。

加入錸會提升鎳高温合金的蠕變強度。錸合金一般含有3%至6%的錸。第二代合金的含錸量為3%，曾用在F-16和F-15戰機引擎中。第三代單晶體合金的含錸量則有6%，曾用在F-22和F-35引擎中。錸高温合金還用於工業燃氣輪機。高温合金在加入錸後會形成拓撲密排相（TCP），因此其微結構會變得不穩定。第四代和第五代高温合金使用釕以避免這一現象。

2006年的錸消耗量分別為：通用電氣28%，勞斯萊斯股份有限公司28%，普惠公司12%，皆用於生產高温合金。另有14%用作催化劑，18%作其他用途。由於軍用噴射引擎需求持續增加，因此有必要研發含錸量更低的高温合金，以維持供應。比如，新型CFM56高壓渦輪（HPT）葉片使用的合金含1.5%的錸，以取代含錸量為3%的合金。

錸可增強鎢的物理性質。鎢-錸合金在低温下可塑性更高，易於製造、塑形，且在高温下的穩定性也得以提高。這一變化會隨錸的含量而增加，所以鎢-錸合金含有27%的錸，這也就是錸在鎢中的溶解極限。X射線源是鎢-錸合金的其中一個應用。鎢和錸的熔點和原子量都很高，有助於抵抗持續的電子撞擊。這種合金還用作熱電偶，可測量最高2200°C的温度。

錸在高温下十分穩定，蒸氣壓低，耐磨損，且能夠抵禦電弧腐蝕，所以是很好的自動清洗電觸頭材料。開關時的電火花會對觸頭進行氧化耗損。不過，七氧化二錸（Re₂O₇）在360°C左右昇華，所以會在放電過程中移去。

錸與鉭和鎢一樣具有高熔點和低蒸氣壓，所以用這些材料製成的燈絲在氧氣環境下穩定性較高。這類燈絲被廣泛用於質譜儀、電離壓力計及照相閃光燈等。

錸-鉑合金是催化重整過程中的一種催化劑。這種石油加工過程能夠提高石腦油的辛烷值。用於催化重整的催化劑當中，30%含有錸。在礬土（氧化鋁）表面塗上錸，可作為烯烴複分解反應的催化劑。含錸催化劑可抗禦氮、硫和磷的催化劑中毒現象，因此被用在某些氫化反應中。 ^[3] 

由於用量一般很少，所以人們對錸以及錸化合物的毒性所知甚少。鹵化錸和高錸酸鹽等可溶鹽的有害性可能來自錸或者其他所含元素。科學家只對極少數錸化合物作過毒性測試，包括高錸酸鉀和三氯化錸。試驗以老鼠作為對象，測得高錸酸鉀的7天LD₅₀值為2800mg/kg，三氯化錸的LD₅₀值為280mg/kg。 ^[4] 

DZ/T 0421.1-2022 鎢礦石、鉬礦石化學分析方法 第1部分：錸含量的測定 電感耦合等離子體質譜法。 ^[8]