Rhenium ist das zweitletzte Element mit einem stabilen Isotop, das jemals auf der Erde entdeckt wurde. Wissenschaftler entdeckten Rhenium in 1908. Diese chemische Verbindung ist nach dem Rhein in Europa benannt. Rhenium ist ein Schwermetall, das zu der dritten Reihe von Übergangsmetallen in der Gruppe 7 des Periodensystems gehört. Das Symbol für sein chemisches Element ist Re. Bei einer Standardkonzentration von 1ppb (Teil pro Milliarde) ist dieses Element eines der ungewöhnlichen Metalle auf der Kruste mit dem höchsten Siedepunkt von 2nd und dem höchsten Schmelzpunkt von 3rd aller Elemente. Das Metall ähnelt chemisch Technetium und Mangan und ist ein Nebenprodukt der Verfeinerung und Extraktion von Kupfer- und Molybdänerzen.
Eigenschaften von Rhenium
Rhenium hat eine silberweiße Farbe und nach Kohlenstoff und Wolfram den dritthöchsten Schmelzpunkt. Re ist nach Osmium, Iridium und Platin das viert dichteste Element auf der Erde. Rhenium kommt mit einer hexagonal dicht gepackten Kristallstruktur und einem Gitterparameter von c = 445.6pm und a = 276.1pm. Kommerziell existiert Rhenium in Pulverform, aber es kann durch Sintern und Pressen in einer Wasserstoff- oder Vakuumatmosphäre verfestigt werden. Der Konsolidierungsprozess erzeugt einen kleinen Feststoff, dessen Dichte über 90% des Metalls liegt. Wenn es erwärmt wird, neigt dieses Element dazu, flexibel zu sein und leicht gerollt, aufgewickelt und sogar gebogen zu werden. Wolfram-Rhenium- und Rhenium-Molybdän-Legierungen sind ausgezeichnete Leiter. Bei Raumtemperatur, Atmosphärendruck und in Substanz kann dieses Element Königswasser, verdünnte Salpetersäure, Schwefelsäure, Alkalien und Salzsäure widerstehen.
Wie viele stabile Isotope hat Rhenium?
Rhenium hat nur ein stabiles Isotop (Rhenium-185) welches eines der seltensten Elemente ist, die nur in zwei Elementen von Tellur und Indium vorkommen. Natürlich gefundenes Rhenium-187 ist nur 62.6% und Rhenium-185 ist 37.4%, die sehr instabil sind mit einer sehr langen Halbwertszeit (1010 Jahre), die vom atomaren Ladungszustand betroffen sind. Rhenium-186 Isotop hat die längste Halbwertszeit von 200,000 Jahren. Rhenium hat mehr als 25 anerkannte radioaktive Isotope.
Wo wird Rhenium abgebaut?
Mit einer durchschnittlichen Konzentration von 1ppb (andere Quellen nennen 0.5ppb) ist Rhenium das 77th-seltenste Element in der Erdkruste. Dieses Metall ist nicht frei in der Natur gefunden; es kommt in Mengen von 0.2% in Molybdänit vor. Chile hatte die bedeutendsten Rheniumreserven in seinen Kupfererzminen und war der größte Produzent von 2005. Das erste bekannte Rheniumsulfidmineral wurde in Kudriavy in Iturp Island in 1994 gebildet. Der Kudriawy-Vulkan produziert jährlich etwa 60kg Rhenium in Form von Rheniumdisulfid, das aus Fumarolen kondensiert.
Wie wird Rhenium aus Molybdänit gewonnen?
Kommerzielles Rhenium wird aus dem im Kupfersulfid vorhandenen Molybdängas (Röster-Rauchgas) gewonnen, und verschiedene Molybdäniterze haben ein Maximum von 0.2% Rhenium. Perrheniumsäure und Rhenium-VII-oxid lösen sich in Wasser und werden daher aus den Rauchgasen mit Staub filtriert und anschließend Ammonium- oder Kaliumchlorid als Perrhenatsalze gefällt, die durch Umkristallisation gereinigt werden. Die globale jährliche Produktion dieses Elements liegt zwischen 40-60tons / Jahr, wobei die Primärproduzenten Polen, Peru, die Vereinigten Staaten und Chile sind. Über 10 Tonnen von Rhenium wird jährlich aus der Bergung von Pt-Re-Katalysator mit verschiedenen außergewöhnlichen Legierungen gewonnen. Die Metallstruktur von Rhenium wird durch bloßes Trommeln des Ammoniumperrhenats durch Wasserstoffgas bei extrem hohen Temperaturen erzeugt. Der Preis dieses Metalls stieg zwischen 1000 und 2000 pro Kilogramm in 2003-2006 auf 10,000 pro Kilogramm und darüber in 2008, was es zu einem der teuersten Metalle der Welt macht.
Bedeutende Anwendungen von Rhenium
Die hohen Kosten und die Knappheit des Elements Rhenium beschränken seine Anwendungen; Rhenium ist jedoch aufgrund seiner hochschmelzenden und hochtemperaturbeständigen Komponenten bei der Herstellung der Thermoelemente zur Messung hoher Temperaturen in der nichtoxidierten Atmosphäre unverzichtbar. Ungefähr 70% der globalen Ausgabe von Rhenium wird verwendet, um Teile des Düsentriebwerks zu produzieren. Die Platin-Rhenium-Katalysatoren unterstützen die Herstellung von Benzin mit hoher Oktanzahl, das bleifrei ist.
Legierungen
Die Zugabe dieses Elements in den Nickelbasis-Superlegierungen hat dazu beigetragen, seine Festigkeit zu verbessern. Die Superlegierungen haben 3-6% von Rhenium. Die Superlegierungen der dritten Generation mit 6% Rhenium werden beim Bau von F-35- und F-22-Motorteilen verwendet, während die Triebwerksteile F-16 und F-15 die zweite Generation von Superlegierungen mit 3% Rhenium enthalten. Hersteller fügen Rhenium anderen Superlegierungen wie CMSX-10 und CMSX-4 hinzu, die sie bei der Herstellung von verschiedenen industriellen Gasturbinentriebwerken wie GE 7FA verwenden. Rhenium kann Superlegierungen mikrostrukturell instabil machen und somit eine unerwünschte topologisch dicht gepackte (TCP) Phase bilden. Zur Verbesserung der Stabilität wird Ruthenium zu den Superlegierungen der 4th- und 5th-Generation hinzugefügt.
Die Zugabe von Rhenium in Wolfram hilft, seine Eigenschaften zu verbessern; Dadurch werden die Wolfram-Rhenium-Legierungen duktil und bei niedrigen Temperaturen gut verarbeitbar. Die Stabilität von Wolfram bei hohen Temperaturen wächst mit dem Zusatz von Rhenium. Das Gleichgewicht dieser Wolfram-Rhenium-Legierungen verbessert sich mit einem Anstieg der Rhenium-Konzentrationen, und dies ist der Grund, warum Wolfram-Rhenium-Legierung 27% Rhenium hat, was ihre Löslichkeitsgrenze ist. Die Zugabe von Rhenium zu Wolfram ermöglicht es den Kompositen, spezifische Funktionen wie verbesserte Duktilität, höheren spezifischen Widerstand und überlegene Vibrationsbeständigkeit zu erfüllen. Zahlreiche Röntgenquellen verwenden Wolfram-Rhenium-Legierungen. Der höhere Schmelzpunkt dieser Metalle stabilisiert ihre Atome gegen einen längeren Elektronenstoß.
Katalysatoren
Das katalytische Reforming-Verfahren (das Verfahren zur Umwandlung von Petroleumnaphtha mit niedriger Oktanzahl in Produkte mit hoher Oktanzahl) verwendet Rhenium-Platin-Legierungen als Katalysator. Weltweit hat 30% der im katalytischen Reformierungsprozess verwendeten Katalysatoren Rhenium. Olefinmetathese (ein organischer Prozess, der eine Umverteilung von Olefinen durch Regeneration und Spaltung einer Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung mit sich bringt) verwendet Katalysatoren auf Rheniumbasis. In zahlreichen Hydrierungsverfahren werden Rheniumkatalysatoren eingesetzt, da sie gegen alle Formen der chemischen Vergiftung durch Phosphor, Schwefel und Stickstoff resistent sind.
Andere Anwendungen
Re-188 und Re-186 Isotope sind die radioaktiven Rheniumisotope, die bei der Behandlung von Leberkrebs verwendet werden. Obwohl diese Isotope eine ähnliche Eindringtiefe haben (Re-188 für 10mm und Re-186 für 5mm), Re-186 hat eine längere Lebensdauer. Listeria monocytogenes hilft, Re zu liefern-188 in den Körper während der experimentellen Behandlung von Bauchspeicheldrüsenkrebs. Rhenium funktioniert perfekt als Ersatz für Technetium im Radio-Pharmazie-Prozess, weil es eine längere Halbwertszeit hat.
