Scandium, Sc elemjellel és 21-es atomszámmal, könnyen oldódik vízben, kölcsönhatásba léphet forró vízzel, és könnyen elsötétül a levegőben. Fő vegyértéke +3. Gyakran keverik gadolíniummal, erbiummal és más elemekkel, alacsony kitermeléssel és körülbelül 0,0005%-os kéregtartalommal. A szkandiumot gyakran használják speciális üvegek és könnyű, magas hőmérsékletű ötvözetek előállítására.
Jelenleg a világ bizonyított szkandiumkészlete mindössze 2 millió tonna, ennek 90-95%-a a bauxit-, foszfor- és vas-titánércekben, kis része pedig urán-, tórium-, volfrám- és ritkaföldfém-ércekben található. Oroszországban, Kínában, Tádzsikisztánban, Madagaszkáron, Norvégiában és más országokban terjesztve. Kína nagyon gazdag szkandiumkészletekben, hatalmas ásványi készletekkel rendelkezik a szkandiumhoz kapcsolódóan. A hiányos statisztikák szerint a szkandiumkészlet Kínában körülbelül 600 000 tonna, amelyet a bauxit- és foszfor-lelőhelyek, a porfír és kvarcvénás volfrámlelőhelyek Dél-Kínában, a ritkaföldfém-lelőhelyek Dél-Kínában, a Bayan Obo ritkaföldfém-vasérc-lelőhely tartalmaznak. Belső-Mongólia és Panzhihua vanádium-titán-magnetit lelőhely Szecsuánban.
A szkandium szűkössége miatt a szkandium ára is nagyon magas, csúcspontján pedig az arany árának 10-szeresére inflálták a szkandium árat. A skandium ára ugyan csökkent, de még mindig négyszerese az arany árának!
A történelem felfedezése
1869-ben Mengyelejev észrevett egy rést az atomtömegben a kalcium (40) és a titán (48) között, és megjósolta, hogy itt is van egy fel nem fedezett köztes atomtömeg elem. Megjósolta, hogy az oxidja X ₂ O Å. A Scandiumot 1879-ben fedezte fel Lars Frederik Nilson, a svéd Uppsalai Egyetem munkatársa. Kitermelte a fekete ritka aranybányából, egy összetett ércből, amely 8 féle fém-oxidot tartalmaz. KivonatoltaErbium(III)-oxidfekete ritka aranyércből, és nyertYtterbium(III)-oxidebből az oxidból, és van még egy könnyebb elem oxidja, amelynek spektruma azt mutatja, hogy ismeretlen fémről van szó. Ez a Mengyelejev által megjósolt fém, amelynek oxidja azSc₂O3. Magát a szkandiumfémet ebből állították előSzkandium-kloridelektrolitikus olvasztással 1937-ben.
Mengyelejev
Elektron konfiguráció
Elektronkonfiguráció: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1
A szkandium egy puha, ezüstfehér átmeneti fém, olvadáspontja 1541 ℃ és forráspontja 2831 ℃.
Felfedezése után jelentős ideig a szkandium felhasználását előállítási nehézségei miatt nem bizonyították. A ritkaföldfém-elemek elválasztási módszereinek egyre javulásával mára kiforrott folyamatok állnak rendelkezésre a szkandiumvegyületek tisztítására. Mivel a szkandium kevésbé lúgos, mint az ittrium és a lantánid, ezért a hidroxid a leggyengébb, így a szkandiumot tartalmazó ritkaföldfém-elem vegyes ásványt „lépéses kicsapással” választják el a ritkaföldfém elemtől, amikor a szkandium(III)-hidroxidot ammóniával kezelik. oldatba kerül át. A másik módszer a szkandium-nitrát szétválasztása a nitrát poláris lebontásával. Mivel a szkandium-nitrát a legkönnyebben lebontható, a szkandium szétválasztható. Ezen túlmenően az uránból, tóriumból, volfrámból, ónból és más ásványi lerakódásokból a kísérő szkandium átfogó kinyerése szintén fontos szkandiumforrás.
Miután tiszta szkandiumvegyületet kaptunk, ScClÅ-vé alakítják, és KCl-dal és LiCl-dal együtt megolvasztják. Az olvadt cinket katódként használják az elektrolízishez, ami szkandium csapadékot okoz a cinkelektródán. Ezután a cinket elpárologtatják, hogy fémes szkandiumot kapjanak. Ez egy könnyű ezüstfehér fém, nagyon aktív kémiai tulajdonságokkal, amely forró vízzel reagálva hidrogéngázt fejleszt. Tehát a képen látható fémszkandium palackba van zárva és argongázzal védve, különben a szkandium gyorsan sötétsárga vagy szürke oxidréteget képez, elveszítve fényes fémes fényét.
Alkalmazások
Világítási ipar
A skandium felhasználási területei nagyon világos irányokba koncentrálódnak, és nem túlzás a Fény Fiának nevezni. A szkandium első varázsfegyvere a szkandium-nátrium lámpa, amellyel több ezer háztartásba vihető fény. Ez egy fémhalogenid Elektromos lámpa: az izzót nátrium-jodiddal és szkandium-trijodiddal töltik meg, és egyszerre szkendiumot és nátriumfóliát adnak hozzá. A nagyfeszültségű kisülés során a szkandiumionok, illetve a nátriumionok a rájuk jellemző emissziós hullámhosszúságú fényt bocsátanak ki. A nátrium spektrumvonalai 589,0 és 589,6 nm, két híres sárga fény, míg a szkandium spektrumvonalai 361,3-424,7 nm, közel ultraibolya és kék fény kibocsátás sorozata. Mivel kiegészítik egymást, a teljes fényszín fehér fény. Pontosan azért, mert a szkandium-nátriumlámpák nagy fényhatékonysággal, jó fényszínnel, energiatakarékossággal, hosszú élettartammal és erős páratörő képességgel rendelkeznek, széles körben használhatók televíziós kamerákban, tereken, sportpályákon és útvilágításban. és harmadik generációs fényforrásként ismertek. Kínában az ilyen típusú lámpákat fokozatosan új technológiaként népszerűsítik, míg néhány fejlett országban már az 1980-as évek elején széles körben alkalmazták ezt a fajta lámpát.
A szkandium második varázsfegyvere a napelemes napelemek, amelyek összegyűjtik a földre szórt fényt, és elektromossággá alakítják az emberi társadalmat mozgatva. A Scandium a legjobb zárófém a fémszigetelő félvezető szilícium napelemekben és napelemekben.
Harmadik varázsfegyverét γ A sugárforrásnak hívják, ez a varázsfegyver önmagában is fényesen tud ragyogni, de ezt a fajta fényt szabad szemmel nem lehet fogadni, ez egy nagy energiájú fotonáramlás. Általában ásványi anyagokból vonjuk ki a 45Sc-t, amely a szkandium egyetlen természetes izotópja. Minden 45Sc atommag 21 protont és 24 neutront tartalmaz. A 46Sc, egy mesterséges radioaktív izotóp, γ-ként használható Sugárforrásként vagy nyomjelző atomok rosszindulatú daganatok sugárkezelésére is. Vannak olyan alkalmazások is, mint az ittrium-gallium szkandium-gránát lézer,Scandium-fluoridüveg infravörös Optikai szál és szkandium bevonatú katódsugárcső a televízióban. Úgy tűnik, a skandium fényességgel születik.
Ötvözetipar
A szkandiumot elemi formájában széles körben használják alumíniumötvözetek adalékolására. Mindaddig, amíg néhány ezrednyi szkandiumot adnak az alumíniumhoz, addig egy új Al3Sc fázis képződik, amely az alumíniumötvözetben Metamorphism szerepet tölt be, és jelentősen megváltoztatja az ötvözet szerkezetét és tulajdonságait. 0,2% ~ 0,4% Sc hozzáadásával (ami nagyon hasonló az otthoni keverősült zöldségekhez hozzáadott só arányához, csak egy kevés szükséges) 150-200 ℃-kal növelheti az ötvözet átkristályosodási hőmérsékletét, és jelentősen javíthatja a magas hőmérsékletet. - hőmérsékleti szilárdság, szerkezeti stabilitás, hegesztési teljesítmény és korrózióállóság. Elkerülhető vele a ridegedés jelensége is, amely könnyen előfordulhat tartós, magas hőmérsékleten végzett munka során. A nagy szilárdságú és nagy szilárdságú alumíniumötvözet, az új, nagy szilárdságú, korrózióálló hegeszthető alumíniumötvözet, az új, magas hőmérsékletű alumíniumötvözet, a nagy szilárdságú neutronsugárzásnak ellenálló alumíniumötvözet stb. nagyon vonzó fejlődési kilátásokkal rendelkezik a repülés, repülés, hajózás területén, atomreaktorok, könnyű járművek és nagysebességű vonatok.
A szkandium a vas kiváló módosítója is, kis mennyiségű szkandium jelentősen javíthatja az öntöttvas szilárdságát és keménységét. Ezenkívül a szkandium magas hőmérsékletű volfrám- és krómötvözetek adalékanyagaként is használható. Természetesen amellett, hogy mások számára esküvői ruhákat készít, a szkandiumnak magas az olvadáspontja és a sűrűsége az alumíniuméhoz hasonló, valamint magas olvadáspontú könnyűötvözetekben is használják, mint például a szkandium-titánötvözet és a szkandium-magnéziumötvözet. Magas ára miatt azonban általában csak a csúcskategóriás gyártási iparágakban használják, például űrsiklókban és rakétákban.
Kerámia anyag
A szkandiumot, egyetlen anyagot általában ötvözetekben használják, oxidjai hasonló módon fontos szerepet töltenek be a kerámia anyagokban. A szilárd oxid üzemanyagcellák elektródaanyagaként használható tetragonális cirkónium-kerámia anyag egyedülálló tulajdonsággal rendelkezik, ahol ennek az elektrolitnak a vezetőképessége a környezet hőmérsékletének és oxigénkoncentrációjának növekedésével nő. Ennek a kerámiának a kristályszerkezete azonban önmagában nem létezhet stabilan, és nincs ipari értéke; Szükséges néhány olyan anyag doppingolása, amelyek rögzíthetik ezt a szerkezetet, hogy megőrizzék eredeti tulajdonságait. A 6-10% szkandium-oxid hozzáadása olyan, mint egy betonszerkezet, így a cirkónia stabilizálható egy négyzetrácson.
Vannak olyan mérnöki kerámia anyagok is, mint a nagy szilárdságú és magas hőmérsékletnek ellenálló szilícium-nitrid, mint sűrűsítő és stabilizátor.
SűrítőszerkéntSzkandium-oxida finom részecskék szélén tűzálló fázist képezhet Sc2Si2O7, ezzel csökkentve a műszaki kerámiák magas hőmérsékletű deformációját. Más oxidokkal összehasonlítva jobban javíthatja a szilícium-nitrid magas hőmérsékletű mechanikai tulajdonságait.
Katalitikus kémia
A vegyiparban a szkandiumot gyakran használják katalizátorként, míg az Sc2O3-at etanol vagy izopropanol dehidratálására és deoxidálására, ecetsav lebontására, valamint etilén előállítására CO-ból és H2-ből. Az Sc2O3-at tartalmazó Pt Al katalizátor a nehézolaj-hidrogénezési tisztítási és finomítási folyamatok fontos katalizátora a petrolkémiai iparban. Katalitikus krakkolási reakciókban, mint például a kumén, az Sc-Y zeolit katalizátor aktivitása 1000-szer nagyobb, mint az alumínium-szilikát katalizátoré; Néhány hagyományos katalizátorhoz képest a szkandiumkatalizátorok fejlesztési kilátásai nagyon fényesek lesznek.
Nukleáris energia ipar
Kis mennyiségű Sc2O3 hozzáadásával a magas hőmérsékletű reaktor nukleáris fűtőanyagában lévő UO2-hoz elkerülhető a rácsos átalakulás, a térfogatnövekedés és az UO2 U3O8 átalakulása által okozott repedés.
Üzemanyagcella
Hasonlóképpen, ha 2,5-25% szkandiumot adnak a nikkel alkáli elemekhez, meghosszabbítja azok élettartamát.
Mezőgazdasági tenyésztés
A mezőgazdaságban a magvak, például a kukorica, a répa, a borsó, a búza és a napraforgó kezelhetők szkandium-szulfáttal (a koncentráció általában 10-3-10-8 mol/l, a különböző növények eltérőek lehetnek), és a csírázást elősegítő tényleges hatás. sikerült elérni. 8 óra elteltével a gyökerek és a rügyek száraz tömege 37%-kal, illetve 78%-kal nőtt a palántákhoz képest, de a mechanizmust még vizsgálják.
Attól kezdve, hogy Nielsen felfigyelt az atomtömeg-adatok adósságára, napjainkig a skandium csak száz-húsz éve került be az emberek látókörébe, de száz éve szinte ül a padon. Csak az anyagtudomány erőteljes fejlődése, a múlt század végén hozott életerőt. Manapság a ritkaföldfém-elemek, köztük a szkandium, az anyagtudomány forró sztárjaivá váltak, folyamatosan változó szerepet töltenek be több ezer rendszerben, minden nap nagyobb kényelmet hoznak életünkbe, és még nehezebben mérhető gazdasági értéket teremtenek.
Feladás időpontja: 2023. június 29