Scandium, med elementsymbol Sc och atomnummer 21, är lättlöslig i vatten, kan interagera med varmt vatten och mörknar lätt i luften. Dess huvudsakliga valens är +3. Det blandas ofta med gadolinium, erbium och andra grundämnen, med ett lågt utbyte och en halt på cirka 0,0005 % i skorpan. Scandium används ofta för att tillverka specialglas och lätta högtemperaturlegeringar.
För närvarande är de bevisade reserverna av skandium i världen bara 2 miljoner ton, varav 90~95% finns i Bauxit-, fosforit- och järntitanmalmer, och en liten del i uran, torium, volfram och sällsynta jordartsmetaller. distribueras i Ryssland, Kina, Tadzjikistan, Madagaskar, Norge och andra länder. Kina är mycket rikt på skandiumresurser, med enorma mineralreserver relaterade till skandium. Enligt ofullständig statistik är reserverna av skandium i Kina cirka 600 000 ton, som finns i Bauxit- och fosforitavlagringar, porfyr- och kvartsvenvolframavlagringar i södra Kina, sällsynta jordartsmetaller i södra Kina, Bayan Obo sällsynta jordartsmetaller i järnmalm. Inre Mongoliet, och Panzhihua vanadin titan magnetit avsättning i Sichuan.
På grund av bristen på skandium är priset på skandium också mycket högt, och på sin topp höjdes priset på skandium till 10 gånger guldpriset. Även om priset på skandium har fallit är det fortfarande fyra gånger guldpriset!
Upptäck historia
År 1869 märkte Mendeleev ett gap i atommassa mellan kalcium (40) och titan (48), och förutspådde att det också fanns ett oupptäckt mellanliggande atommassa-element här. Han förutspådde att dess oxid är X₂ O Å. Scandium upptäcktes 1879 av Lars Frederik Nilson vid Uppsala universitet i Sverige. Han utvann det från den svarta sällsynta guldgruvan, en komplex malm som innehåller 8 typer av metalloxider. Han har extraheratErbium(III)oxidfrån svart sällsynt guldmalm, och erhållenYtterbium(III)oxidfrån denna oxid, och det finns en annan oxid av lättare grundämne, vars spektrum visar att det är en okänd metall. Detta är den metall som förutspåtts av Mendeleev, vars oxid ärSc2O3. Själva skandiummetallen tillverkades avScandiumkloridgenom elektrolytisk smältning 1937.
Mendelejev
Elektronkonfiguration
Elektronkonfiguration: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1
Scandium är en mjuk, silvervit övergångsmetall med en smältpunkt på 1541 ℃ och en kokpunkt på 2831 ℃.
Under en lång tid efter upptäckten visades inte användningen av skandium på grund av dess svårighet att producera. Med den ökande förbättringen av metoder för separation av sällsynta jordartsmetaller finns det nu ett moget processflöde för att rena skandiumföreningar. Eftersom skandium är mindre alkaliskt än yttrium och lantanid, är hydroxiden den svagaste, så det sällsynta jordartsmetallblandningsmineralet som innehåller skandium kommer att separeras från det sällsynta jordartsmetallelementet genom "stegprecipitation"-metoden när Scandium(III)hydroxid behandlas med ammoniak efter överförs till lösning. Den andra metoden är att separera Scandium nitrat genom polär nedbrytning av nitrat. Eftersom skandiumnitrat är lättast att bryta ner kan skandium separeras. Dessutom är den omfattande återvinningen av medföljande skandium från uran, torium, volfram, tenn och andra mineralfyndigheter också en viktig källa till skandium.
Efter att ha erhållit en ren skandiumförening omvandlas den till ScCl Å och smälts samman med KCl och LiCl. Den smälta zinken används som katod för elektrolys, vilket gör att skandium fälls ut på zinkelektroden. Sedan förångas zinken för att erhålla metalliskt skandium. Detta är en lätt silvervit metall med mycket aktiva kemiska egenskaper, som kan reagera med hett vatten för att generera vätgas. Så metallskandiumet du ser på bilden är förseglat i en flaska och skyddat med argongas, annars kommer skandium snabbt att bilda ett mörkgult eller grått oxidskikt och förlora sin glänsande metalliska lyster.
Ansökningar
Belysningsindustrin
Användningen av skandium är koncentrerad i mycket ljusa riktningar, och det är inte en överdrift att kalla det för Ljusets Son. Det första magiska vapnet av scandium kallas scandium sodium lamp, som kan användas för att föra ljus till tusentals hushåll. Detta är en metallhalogen Elektrisk lampa: glödlampan är fylld med natriumjodid och Scandium triiodide, och skandium och natriumfolie tillsätts samtidigt. Under högspänningsurladdning avger skandiumjoner respektive natriumjoner ljus med sina karakteristiska emissionsvåglängder. De spektrala linjerna för natrium är 589,0 och 589,6 nm, två berömda gula ljus, medan spektrallinjerna för skandium är 361,3 ~ 424,7 nm, en serie av nästan ultraviolett och blått ljus. Eftersom de kompletterar varandra är den övergripande ljusfärgen som produceras vitt ljus. Det är just för att scandiumnatriumlampor har egenskaperna hög ljuseffektivitet, bra ljusfärg, energibesparing, lång livslängd och stark dimbrytningsförmåga som de kan användas i stor utsträckning för TV-kameror, torg, idrottsplatser och vägbelysning, och är kända som tredje generationens ljuskällor. I Kina marknadsförs denna typ av lampa gradvis som en ny teknik, medan i vissa utvecklade länder användes denna typ av lampa i stor utsträckning redan i början av 1980-talet.
Det andra magiska vapnet i scandium är solcellsceller, som kan samla upp ljuset som sprids på marken och förvandla det till elektricitet för att driva det mänskliga samhället. Scandium är den bästa barriärmetallen i metallisolatorhalvledarsilikonsolceller och solceller.
Dess tredje magiska vapen kallas γ En strålkälla, detta magiska vapen kan lysa starkt på egen hand, men den här typen av ljus kan inte tas emot av blotta ögat, det är ett högenergifotonflöde. Vi utvinner vanligtvis 45Sc från mineraler, vilket är de enda naturliga isotoper av skandium. Varje 45Sc kärna innehåller 21 protoner och 24 neutroner. 46Sc, en artificiell radioaktiv isotop, kan användas som γ Strålningskällor eller spåratomer kan också användas för strålbehandling av maligna tumörer. Det finns också applikationer som yttrium gallium scandium granat laser,Scandiumfluoridglas infraröd optisk fiber och skandiumbelagt katodstrålerör på tv. Det verkar som att scandium föds med ljusstyrka.
Legeringsindustrin
Scandium i sin elementära form har använts i stor utsträckning för dopning av aluminiumlegeringar. Så länge som några tusendelar av skandium tillsätts aluminium kommer en ny Al3Sc-fas att bildas, som kommer att spela en Metamorphism roll i aluminiumlegering och göra att strukturen och egenskaperna hos legeringen förändras avsevärt. Att tillsätta 0,2%~0,4% Sc (vilket verkligen liknar andelen salt till wokade grönsaker hemma, bara lite behövs) kan öka omkristallisationstemperaturen för legeringen med 150-200 ℃ och avsevärt förbättra hög - temperaturhållfasthet, strukturell stabilitet, svetsprestanda och korrosionsbeständighet. Det kan också undvika sprödhetsfenomenet som är lätt att uppstå vid långvarigt arbete vid höga temperaturer. Höghållfast och hög seghet aluminiumlegering, ny höghållfast korrosionsbeständig svetsbar aluminiumlegering, ny högtemperaturaluminiumlegering, höghållfast neutronbestrålningsbeständig aluminiumlegering, etc., har mycket attraktiva utvecklingsmöjligheter inom flyg, flyg, fartyg, kärnreaktorer, lätta fordon och höghastighetståg.
Scandium är också en utmärkt modifierare för järn, och en liten mängd scandium kan avsevärt förbättra styrkan och hårdheten hos gjutjärn. Dessutom kan scandium även användas som tillsats för högtemperaturvolfram och kromlegeringar. Naturligtvis, förutom att göra bröllopskläder för andra, har scandium en hög smältpunkt och dess densitet liknar aluminium, och används även i lätta legeringar med hög smältpunkt som scandium titanlegering och scandium magnesiumlegering. Men på grund av sitt höga pris används det i allmänhet bara i avancerade tillverkningsindustrier som rymdfärjor och raketer.
Keramiskt material
Scandium, ett enda ämne, används vanligtvis i legeringar, och dess oxider spelar en viktig roll i keramiska material på liknande sätt. Det tetragonala zirkoniumoxidkeramiska materialet, som kan användas som elektrodmaterial för fastoxidbränsleceller, har en unik egenskap där konduktiviteten hos denna elektrolyt ökar med ökande temperatur och syrekoncentration i miljön. Emellertid kan kristallstrukturen hos detta keramiska material i sig inte existera stabilt och har inget industriellt värde; Det är nödvändigt att dopa några ämnen som kan fixa denna struktur för att behålla sina ursprungliga egenskaper. Att lägga till 6~10% Scandiumoxid är som en betongkonstruktion, så att zirkoniumoxid kan stabiliseras på ett kvadratiskt galler.
Det finns också tekniska keramiska material som höghållfast och högtemperaturbeständig kiselnitrid som förtätningsmedel och stabilisatorer.
Som förtätare,Skandiumoxidkan bilda en eldfast fas Sc2Si2O7 vid kanten av fina partiklar, vilket minskar högtemperaturdeformationen hos teknisk keramik. Jämfört med andra oxider kan det förbättra de mekaniska egenskaperna vid hög temperatur hos kiselnitrid.
Katalytisk kemi
Inom kemiteknik används scandium ofta som katalysator, medan Sc2O3 kan användas för dehydrering och deoxidation av etanol eller isopropanol, nedbrytning av ättiksyra och framställning av eten från CO och H2. Pt Al-katalysatorn som innehåller Sc2O3 är också en viktig katalysator för rening och raffinering av tungoljehydrering inom petrokemisk industri. I katalytiska krackningsreaktioner såsom kumen är aktiviteten hos Sc-Y zeolitkatalysator 1000 gånger högre än aktiviteten hos aluminiumsilikatkatalysator; Jämfört med vissa traditionella katalysatorer kommer utvecklingsutsikterna för skandiumkatalysatorer att vara mycket ljusa.
Kärnenergiindustrin
Att tillsätta en liten mängd Sc2O3 till UO2 i högtemperaturreaktorkärnbränsle kan undvika gitteromvandling, volymökning och sprickbildning orsakad av omvandling av UO2 till U3O8.
Bränslecell
På samma sätt ökar deras livslängd genom att lägga till 2,5 % till 25 % scandium till alkaliska nickelbatterier.
Jordbruksuppfödning
Inom jordbruket kan frön som majs, betor, ärtor, vete och solros behandlas med Scandium sulfat (koncentrationen är i allmänhet 10-3~10-8mol/L, olika växter kommer att ha olika), och den faktiska effekten av att främja groning har uppnåtts. Efter 8 timmar ökade torrvikten av rötter och knoppar med 37% respektive 78% jämfört med plantor, men mekanismen är fortfarande under studie.
Från Nielsens uppmärksamhet på atommassdatas skuld till idag har scandium kommit in i människors vision i bara hundra eller tjugo år, men det har nästan suttit på bänken i hundra år. Det var inte förrän den kraftiga utvecklingen av materialvetenskapen i slutet av förra seklet som den gav honom vitalitet. Idag har sällsynta jordartsmetaller, inklusive skandium, blivit heta stjärnor inom materialvetenskapen, som spelar ständigt föränderliga roller i tusentals system, vilket ger mer bekvämlighet för våra liv varje dag och skapar ekonomiskt värde som är ännu svårare att mäta.
Posttid: 2023-jun-29