Scandium, med elementsymbol SC och atomantal på 21, är lätt lösligt i vatten, kan interagera med varmt vatten och lätt mörkare i luften. Dess huvudvalens är+3. Det blandas ofta med gadolinium, erbium och andra element, med ett lågt utbyte och ett innehåll på cirka 0,0005% i skorpan. Skandium används ofta för att tillverka specialglas och lätta högtemperaturlegeringar.
För närvarande är de beprövade reserverna av skandium i världen bara 2 miljoner ton, varav 90 ~ 95% finns i bauxit, fosforit och järn titanmalm och en liten del i uran, thorium, volfram och sällsynta jordar, främst fördelade i Ryssland, Kina, Tajikistan, Madagascar, Norway andway and Way. Kina är mycket rik på skandiumresurser, med enorma mineralreserver relaterade till skandium. Enligt ofullständig statistik är reserverna för skandium i Kina cirka 600000 ton, som finns i bauxit- och fosforitavlagringar, porfyr och kvartsvenavlagringar i södra Kina, sällsynta jordmassor i södra Kina, Bayan obo sällsynta jordmalmavsättning i inre mongolien och Panzhihua
På grund av skandiums brist är skandiumpriset också mycket högt, och på sin topp uppblåsta priset på skandium till tio gånger priset på guld. Även om priset på skandium har fallit är det fortfarande fyra gånger priset på guld!
Upptäck historia
1869 märkte Mendeleev ett gap i atommassa mellan kalcium (40) och titan (48) och förutspådde att det också fanns ett oupptäckt mellanliggande atommassaelement här. Han förutspådde att dess oxid är x ₂ o Å. Scandium upptäcktes 1879 av Lars Frederik Nilson från Uppsala universitet i Sverige. Han extraherade den från den svarta sällsynta guldgruvan, en komplex malm som innehåller 8 typer av metalloxider. Han har extraheratErbium (iii) oxidfrån svart sällsynt guldmalm och erhållsYtterbium (iii) oxidFrån denna oxid, och det finns en annan oxid av lättare element, vars spektrum visar att det är en okänd metall. Detta är den metall som förutses av Mendeleev, vars oxid ärSc₂o₃. Själva skandiummetallen producerades frånSkandiumkloridgenom elektrolytisk smältning 1937.
Mendelev
Elektronkonfiguration
Elektronkonfiguration: 1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 4S2 3D1
Skandium är en mjuk, silvervit övergångsmetall med en smältpunkt på 1541 ℃ och en kokpunkt på 2831 ℃.
Under en betydande tid efter upptäckten demonstrerades inte användningen av skandium på grund av dess svårighet i produktionen. Med den ökande förbättringen av sällsynta jordelementsseparationsmetoder finns det nu ett moget processflöde för renande skandiumföreningar. Eftersom skandium är mindre alkaliskt än yttrium och lanthanid, är hydroxiden den svagaste, så det sällsynta jordelementet blandat mineral som innehåller skandium kommer att separeras från det sällsynta jordelementet med ”stegutfällning” -metoden när skandium (III) hydroxid behandlas med ammoniak efter överförd till lösning. Den andra metoden är att separera skandiumnitrat genom polär nedbrytning av nitrat. Eftersom skandiumnitrat är det enklaste att sönderdelas kan skandium separeras. Dessutom är den omfattande återhämtningen av tillhörande skandium från uran, thorium, volfram, tenn och andra mineralavlagringar också en viktig källa till skandium.
Efter att ha erhållit en ren skandiumförening omvandlas den till scCl Å och CO smälts med KCl och LiCl. Den smälta zinken används som katoden för elektrolys, vilket får skandium att fälla ut på zinkelektroden. Sedan avdunstas zinken för att få metallskandium. Detta är en lätt silver vit metall med mycket aktiva kemiska egenskaper, som kan reagera med varmt vatten för att generera vätgas. Så metallskandiet du ser på bilden är förseglad i en flaska och skyddas med argongas, annars kommer skandium snabbt att bilda ett mörkgult eller grått oxidlager och förlora sin glänsande metalliska lyster.
Ansökningar
Belysningsindustri
Användningen av skandium är koncentrerade i mycket ljusa riktningar, och det är inte en överdrift att kalla det ljusets son. Det första magiska vapen av skandium kallas Scandium Sodium Lamp, som kan användas för att få ljus till tusentals hushåll. Detta är ett elektriskt ljus i metallhalogenid: glödlampan är fylld med natriumjodid och skandium triiodid, och skandium och natriumfolie tillsätts samtidigt. Under utsläpp med hög spänningar avger skandiumjoner respektive natriumjoner ljus från deras karakteristiska utsläppsvåglängder. De spektrala linjerna med natrium är 589,0 och 589,6 nm, två berömda gula ljus, medan de spektrala linjerna i skandium är 361,3 ~ 424,7 nm, en serie av nära ultravioletta och blå ljusutsläpp. Eftersom de kompletterar varandra är den totala ljusfärg som produceras vitt ljus. Det är just för att skandium -natriumlampor har egenskaperna för hög lysande effektivitet, god ljusfärg, kraftbesparing, lång livslängd och stark dimmaförmåga som de kan användas i stor utsträckning för tv -kameror, rutor, sportplatser och vägbelysning och kallas den 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 allmänt redan i början av 1980 -talet.
Det andra magiska vapnet för skandium är solcellers fotovoltaiska celler, som kan samla ljuset spridda på marken och förvandla det till elektricitet för att driva det mänskliga samhället. Skandium är den bästa barriärmetallen i metallisolators halvledarkiselceller och solceller.
Det tredje magiska vapnet kallas γ en strålkälla, detta magiska vapen kan lysa starkt på egen hand, men denna typ av ljus kan inte tas emot av blotta ögat, det är ett högenergifotonflöde. Vi extraherar vanligtvis 45SC från mineraler, som är de enda naturliga isotoperna av skandium. Varje 45SC -kärna innehåller 21 protoner och 24 neutroner. 46SC, en konstgjord radioaktiv isotop, kan användas som y -strålningskällor eller spåratomer kan också användas för strålbehandling av maligna tumörer. Det finns också applikationer som Yttrium Gallium Scandium Garnet Laser,FluorfluorGlasinfraröd optisk fiber och skandiumbelagd katodstrålrör på TV. Det verkar som om skandium är född med ljusstyrka.
Legeringsindustri
Skandium i sin elementära form har använts i stor utsträckning för dopning av aluminiumlegeringar. Så länge några tusendelar skandium läggs till aluminium, kommer en ny Al3SC -fas att bildas, som kommer att spela en metamorfismroll i aluminiumlegeringen och göra legeringens struktur och egenskaper att förändras avsevärt. Att lägga till 0,2% ~ 0,4% SC (vilket verkligen liknar andelen tillsats av salt för att röra stekt grönsaker hemma, endast lite behövs) kan öka omkristallisationstemperaturen för legeringen med 150-200 ℃ och avsevärt förbättra högtemperaturstyrka, strukturell stabilitet, svetsprestanda och korrosionsmotstånd. Det kan också undvika förbringningsfenomenet som är lätt att inträffa under långsiktigt arbete vid höga temperaturer. Hög styrka och höghetslucklig aluminiumlegering, ny höghållfast korrosionsbeständig svetsbar aluminiumlegering, nya högtemperatur aluminiumlegering, höghållfast neutronbestrålningsresistenta aluminiumlegering, etc. har mycket attraktiva utvecklingsutsikter i flyg-, luftfart, fartyg, kärnkraftsreaktorer, lätta fordon.
Skandium är också en utmärkt modifierare för järn, och en liten mängd skandium kan förbättra styrkan och hårdheten hos gjutjärn. Dessutom kan skandium också användas som tillsats för hög temperatur volfram- och kromlegeringar. Förutom att göra bröllopskläder för andra, har Scandium naturligtvis en hög smältpunkt och dess densitet liknar aluminium och används också i hög smältpunktlegeringslegeringar såsom skandiumtitanlegering och skandiummagnesiumlegering. På grund av det höga priset används det emellertid i allmänhet endast i avancerade tillverkningsindustrier som rymdbussar och raketer.
Keramiskt material
Skandium, ett enda ämne, används vanligtvis i legeringar, och dess oxider spelar en viktig roll i keramiska material på liknande sätt. Det tetragonala zirkoniumkeramiska materialet, som kan användas som ett elektrodmaterial för fasta oxidbränsleceller, har en unik egenskap där konduktiviteten hos denna elektrolyt ökar med ökande temperatur- och syrekoncentration i miljön. Kristallstrukturen i detta keramiska material i sig kan emellertid inte existera stabilt och har inget industriellt värde; Det är nödvändigt att doping vissa ämnen som kan fixa denna struktur för att upprätthålla sina ursprungliga egenskaper. Att lägga till 6 ~ 10% skandiumoxid är som en konkret struktur, så att zirkonium kan stabiliseras på ett fyrkantigt gitter.
Det finns också tekniska keramiska material såsom höghållfast och högtemperaturresistent kiselnitrid som densifierare och stabilisatorer.
Som en tätare,Skandiumoxidkan bilda en eldfast fas SC2SI2O7 vid kanten av fina partiklar, vilket reducerar den högtemperaturdeformationen av teknisk keramik. Jämfört med andra oxider kan det bättre förbättra de mekaniska egenskaperna med hög temperatur.
Katalytisk kemi
Vid kemiteknik används skandium ofta som en katalysator, medan SC2O3 kan användas för dehydrering och deoxidation av etanol eller isopropanol, sönderdelning av ättiksyra och produktion av eten från CO och H2. PT AL -katalysatorn som innehåller SC2O3 är också en viktig katalysator för tung oljehydrogeneringsrening och raffineringsprocesser inom petrokemisk industri. I katalytiska sprickreaktioner såsom cumene är aktiviteten hos SC-Y-zeolitkatalysator 1000 gånger högre än för aluminiumsilikatkatalysator; Jämfört med vissa traditionella katalysatorer kommer utvecklingsutsikterna för skandiumkatalysatorer att vara mycket ljusa.
Kärnkraftsindustri
Att lägga till en liten mängd SC2O3 till UO2 i högtemperaturreaktorens kärnbränsle kan undvika gitteromvandling, volymökning och sprickor orsakade av UO2 till U3O8-omvandling.
Bränslecell
På liknande sätt kommer att lägga till 2,5% till 25% skandium till nickelalkali -batterier att öka deras livslängd.
Jordbruksavel
I jordbruket kan frön som majs, rödbeta, ärt, vete och solros behandlas med skandiumsulfat (koncentrationen är i allmänhet 10-3 ~ 10-8 mol/L, olika växter kommer att ha olika), och den faktiska effekten av att främja spiring har uppnåtts. Efter 8 timmar ökade den torra vikten av rötter och knoppar med 37% respektive 78% jämfört med plantor, men mekanismen studeras fortfarande.
Från Nielsens uppmärksamhet på skulden med atommasdata till idag har Scandium kommit in i människors vision i bara hundra eller tjugo år, men den har nästan satt på bänken i hundra år. Det var inte förrän den kraftfulla utvecklingen av materiell vetenskap i slutet av förra seklet som det förde vitalitet till honom. Idag har sällsynta jordartselement, inklusive Scandium, blivit heta stjärnor inom materialvetenskap, spelat 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: jun-29-2023