铼是一种稀有的银白色过渡金属,以其卓越的物理和化学性质而著称,包括所有元素中最高的沸点以及仅次于钨和碳的熔点(Hammond, 2004)。这些特性使其在各种先进技术应用中不可或缺,特别是在高性能喷气发动机的镍基超级合金和用于生产高辛烷值无铅汽油的铂-铼催化剂中(Bhadeshia, 2008; Cantor and Assender, 2015)。铼还用于热电偶、电接触元件,以及越来越多的放射制药领域,用于癌症诊断和治疗(Feng et al., 2017; Dilworth and Parrott, 1998; Uccelli et al., 2022)。
尽管铼具有重要的工业价值,但它仍是地壳中最稀有的元素之一,平均丰度仅为十亿分之一。全球生产主要集中在少数几个国家——主要是智利、美国和俄罗斯——这使得供应链极易受到地缘政治和经济中断的影响(Geological Survey, 2024; Shen et al., 2021)。因此,铼在多项国家政策中被认定为关键矿产,反映了其在航空航天、能源和国防产业中的战略重要性(国际能源署(IEA),2022)。
对于拥有含铼资源的国家(如伊朗)来说,发展本地提取和精炼能力是一个提高国内附加值和减少对进口高纯度材料依赖的战略机会。然而,传统的提取和纯化技术仍然资本密集、复杂且依赖于进口试剂,这限制了这些技术在资源生产地区的应用(Abisheva et al., 2011)。
为了解决这些挑战,本研究提出并验证了一种从伊朗Sarcheshmeh铜矿综合体生产的钼矿焙烧粉尘中提取和纯化铼为铼酸铵的成本效益高且可扩展的方法。该方法使用价格低廉、耐腐蚀的设备以及容易获得的试剂,实现了高回收率和产品纯度,为工业规模的应用提供了可行的途径。除了技术贡献外,这项研究还展示了提取技术的创新如何与国家关键矿产战略相契合,增强工业竞争力,减少进口依赖性,并加强全球铼供应链的韧性(Shen et al., 2021; Abisheva et al., 2011)。
根据美国地质调查局每年发布的数据,全球最大的铼生产国是智利,美国和俄罗斯分别位列其后(图1)。根据该机构的数据,全球铼储量约为2500吨,其中智利位居首位,美国和俄罗斯紧随其后(图2)。这种金属的年产量估计为50-60吨,智利、美国、俄罗斯和波兰是最主要的生产国(表1)。
几乎所有原生铼都是钼矿提取的副产品,而钼矿提取又是铜提取的副产品,因此实际上铼是铜矿加工的副产品。市场上80%的铼来自钼矿加工,20%的铼来自含有铼的催化剂的回收,这被认为是铼的次要来源。从铜矿中提取的钼矿含有100-3000百万分之一的铼,而世界上大多数钼矿的铼含量在100-300百万分之一之间(Shen et al., 2021; Summaries MC, 2021)。
在本研究中,从伊朗国家铜业公司Sarcheshme分公司的钼矿焙烧粉尘中生产纯铼酸铵的过程已在实验室和工业规模上进行了研究、实施并报告。