SkandiumAz Sc elemjellel és 21-es rendszámmal rendelkező szkandium könnyen oldódik vízben, forró vízzel kölcsönhatásba léphet, és levegőn könnyen besötétedik. Fő vegyértéke +3. Gyakran keverik gadolíniummal, erbiummal és más elemekkel, alacsony hozammal és a kéregben körülbelül 0,0005%-os tartalommal. A szkandiumot gyakran használják speciális üvegek és könnyű, magas hőmérsékletű ötvözetek előállítására.
Jelenleg a világ bizonyított szkandiumkészlete mindössze 2 millió tonna, amelynek 90-95%-át bauxit-, foszforit- és vas-titánércek, kis részét pedig urán-, tórium-, volfrám- és ritkaföldfémércek teszik ki, amelyek főként Oroszországban, Kínában, Tádzsikisztánban, Madagaszkáron, Norvégiában és más országokban találhatók. Kína nagyon gazdag szkandiumforrásokban, hatalmas szkandiumhoz kapcsolódó ásványi tartalékokkal. A hiányos statisztikák szerint Kína szkandiumkészlete körülbelül 600 000 tonna, amely bauxit- és foszforitlelőhelyeken, porfír- és kvarctelén volfrámlelőhelyeken Dél-Kínában, ritkaföldfém-lelőhelyeken Dél-Kínában, Bayan Obo ritkaföldfém vasérclelőhelyen Belső-Mongóliában és Panzhihua vanádium-titán-magnetitlelőhelyen Szecsuánban található.
A szkandium szűkössége miatt az ára is nagyon magas, és a csúcspontján a szkandium ára az arany árának tízszeresére volt felfújva. Bár a szkandium ára csökkent, még mindig négyszerese az arany árának!
A történelem felfedezése
1869-ben Mengyelejev eltérést észlelt a kalcium (40) és a titán (48) atomtömege között, és azt jósolta, hogy itt egy felfedezetlen közbenső atomtömegű elem is létezik. Azt jósolta, hogy ennek oxidja X ₂ O Å. A szkandiumot 1879-ben fedezte fel Lars Frederik Nilson, a svédországi Uppsalai Egyetem munkatársa. A fekete aranybányából vonta ki, amely egy összetett érc, és 8 típusú fémoxidot tartalmaz.Erbium(III)-oxidfekete ritka aranyércből, és nyertékItterbium(III)-oxidebből az oxidból, és van egy másik, könnyebb elem oxidja, amelynek spektruma azt mutatja, hogy ismeretlen fém. Ez a Mengyelejev által megjósolt fém, amelynek oxidjaSc₂O₃Maga a szkandiumfém előállításaSzkandium-kloridelektrolitikus olvasztással 1937-ben.
Mendelejev
Elektronkonfiguráció
Elektronkonfiguráció: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1
A szkandium egy puha, ezüstfehér átmeneti fém, amelynek olvadáspontja 1541 ℃ és forráspontja 2831 ℃.
Felfedezése után jelentős ideig a szkandium felhasználását nem mutatták be a nehéz előállítása miatt. A ritkaföldfém-elválasztási módszerek folyamatos fejlődésével ma már kiforrott eljárás áll rendelkezésre a szkandiumvegyületek tisztítására. Mivel a szkandium kevésbé lúgos, mint az ittrium és a lantanida, a hidroxid a leggyengébb, így a szkandiumot tartalmazó ritkaföldfém-vegyületet „lépcsőzetes kicsapási” módszerrel választják el a ritkaföldfémtől, amikor a szkandium(III)-hidroxidot oldatba vitel után ammóniával kezelik. A másik módszer a szkandium-nitrát elválasztása a nitrát poláris bomlásával. Mivel a szkandium-nitrát a legkönnyebben lebontható, a szkandium elválasztható. Ezenkívül a kísérő szkandium átfogó kinyerése uránból, tóriumból, volfrámból, ónból és más ásványi lerakódásokból szintén fontos szkandiumforrás.
Miután tiszta szkandiumvegyületet kapunk, azt ScCl₃₁-vé alakítják, és KCl-lal és LiCl-lal együtt olvasztják. Az olvadt cinket katódként használják az elektrolízishez, aminek következtében a szkandium kicsapódik a cinkelektródára. Ezután a cinket elpárologtatják, így fémes szkandiumot kapnak. Ez egy könnyű, ezüstfehér fém, nagyon aktív kémiai tulajdonságokkal, amely forró vízzel reakcióba lépve hidrogéngázt fejleszt. Tehát a képen látható fémes szkandiumot egy palackba zárják, és argongázzal védik, különben a szkandium gyorsan sötétsárga vagy szürke oxidréteget képez, és elveszíti fényes fémes csillogását.
Alkalmazások
Világítástechnika
A szkandium felhasználási területei a nagyon fényes területekre koncentrálódnak, és nem túlzás a Fény Fiának nevezni. A szkandium első varázsfegyvere a szkandium-nátrium lámpa, amellyel több ezer háztartásba lehet fényt juttatni. Ez egy fémhalogenid elektromos lámpa: az izzót nátrium-jodiddal és szkandium-trijodiddal töltik meg, és egyidejűleg szkandiumot és nátriumfóliát is hozzáadnak. Nagyfeszültségű kisülés során a szkandium- és nátriumionok a jellegzetes emissziós hullámhosszuknak megfelelő 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, ami közeli ultraibolya és kék fénykibocsátás sorozata. Mivel kiegészítik egymást, az előállított fény teljes színe fehér fény. Pontosan azért, mert a szkandium-nátrium lámpák nagy fényhasznosítással, jó fényszínnel, energiatakarékossággal, hosszú élettartammal és erős páramentesítő képességgel rendelkeznek, széles körben alkalmazhatók televíziós kamerákban, tereken, sportlétesítményekben és útvilágításban, és harmadik generációs fényforrásként ismertek. Kínában ezt a fajta lámpát fokozatosan új technológiaként népszerűsítik, míg egyes fejlett országokban már az 1980-as évek elején is széles körben használták ezt a fajta lámpát.
A szkandium második varázsfegyvere a fotovoltaikus napelemek, amelyek képesek összegyűjteni a talajon szórt fényt, és azt elektromos árammá alakítani, hogy az emberi társadalmat működtetni tudják. A szkandium a legjobb zárófém a fémszigetelő, félvezető, szilícium napelemekben és napelemekben.
Harmadik varázsfegyvere a γA sugárforrás, amely önmagában is fényesen tud ragyogni, de ezt a fajta fényt szabad szemmel nem lehet érzékelni, hanem nagy energiájú fotonáram. A 45Sc-t általában ásványokból nyerjük ki, ami a szkandium egyetlen természetes izotópja. Minden 45Sc atommag 21 protont és 24 neutront tartalmaz. A 46Sc, egy mesterséges radioaktív izotóp, γ sugárforrásként vagy nyomjelző atomként is használható rosszindulatú daganatok sugárterápiájára. Vannak olyan alkalmazások is, mint az ittrium-gallium-szkandium gránátlézer,Szkandium-fluoridüveg infravörös optikai szál és szkandiummal bevont katódsugárcső a televízióban. Úgy tűnik, hogy a szkandium a fényességgel születik.
ötvözetipar
Az elemi szkandiumot széles körben használják alumíniumötvözetek adalékolására. Ha néhány ezrednyi szkandiumot adnak az alumíniumhoz, egy új Al3Sc fázis képződik, amely metamorfózist okoz az alumíniumötvözetben, és jelentősen megváltoztatja az ötvözet szerkezetét és tulajdonságait. 0,2%~0,4% Sc hozzáadása (ami valóban hasonló ahhoz az arányhoz, mint amennyit otthon a wokban sült zöldségekhez sózunk, csak nagyon kevésre van szükség) 150-200 ℃-kal növelheti az ötvözet átkristályosodási hőmérsékletét, és jelentősen javíthatja a magas hőmérsékletű szilárdságot, a szerkezeti stabilitást, a hegesztési teljesítményt és a korrózióállóságot. Emellett elkerülhető a ridegedés jelensége, amely könnyen előfordulhat magas hőmérsékleten történő hosszú távú munkavégzés során. A nagy szilárdságú és nagy szívósságú alumíniumötvözet, az új, nagy szilárdságú, korrózióálló, hegeszthető alumíniumötvözet, az új, magas hőmérsékletű alumíniumötvözet, a nagy szilárdságú, neutronbesugárzásnak ellenálló alumíniumötvözet stb. nagyon vonzó fejlesztési kilátásokkal rendelkezik a repülőgépiparban, a repülésben, a hajózásban, az atomreaktorokban, a könnyű járművekben és a nagysebességű vonatokban.
A szkandium kiváló módosítószer a vashoz, és kis mennyiségű szkandium jelentősen javíthatja az öntöttvas szilárdságát és keménységét. Ezenkívül a szkandium adalékanyagként is használható magas hőmérsékletű volfrám- és krómötvözetekhez. Természetesen amellett, hogy mások esküvői ruháit is készítik belőle, a szkandium magas olvadáspontú, sűrűsége hasonló az alumíniuméhoz, és magas olvadáspontú könnyű ötvözetekben, például szkandium-titánötvözetben és szkandium-magnéziumötvözetben is használják. Magas ára miatt azonban általában csak a csúcskategóriás gyártóiparban, például űrrepülőgépekben és rakétákban használják.
Kerámia anyag
A szkandiumot, mint egyetlen anyagot, általában ötvözetekben használják, és oxidjai hasonló módon fontos szerepet játszanak a kerámia anyagokban. A tetragonális cirkónium kerámia anyag, amely elektródaanyagként használható szilárd-oxid üzemanyagcellákban, egyedülálló tulajdonsággal rendelkezik, mivel ennek az elektrolitnak a vezetőképessége a környezet hőmérsékletének és oxigénkoncentrációjának növekedésével növekszik. Azonban ennek a kerámia anyagnak a kristályszerkezete önmagában nem létezhet stabilan, és nincs ipari értéke; olyan anyagok adalékolására van szükség, amelyek rögzítik ezt a szerkezetet az eredeti tulajdonságainak megőrzése érdekében. 6~10% szkandium-oxid hozzáadása olyan, mint egy betonszerkezet, így a cirkónium-dioxid négyzetes rácson stabilizálható.
Léteznek műszaki kerámia anyagok is, mint például a nagy szilárdságú és magas hőmérsékletnek ellenálló szilícium-nitrid, tömörítő- és stabilizátoranyagként.
Sűrítőanyagként,Szkandium-oxidA finom részecskék szélén tűzálló Sc2Si2O7 fázist képezhet, ezáltal csökkentve a műszaki kerámiák magas hőmérsékletű deformációját. Más oxidokhoz képest jobban javíthatja a szilícium-nitrid magas hőmérsékletű mechanikai tulajdonságait.
Katalitikus kémia
A vegyészmérnöki tudományokban a szkandiumot gyakran használják katalizátorként, míg az Sc2O3 felhasználható etanol vagy izopropanol dehidratálására és deoxidációjára, ecetsav bontására, valamint etilén előállítására CO-ból és H2-ből. Az Sc2O3-at tartalmazó PtAl katalizátor fontos katalizátor a petrolkémiai iparban a nehézolaj hidrogénezési, tisztítási és finomítási folyamatokban is. A katalitikus krakkolási reakciókban, például a kuménben, az Sc-Y zeolit katalizátor aktivitása 1000-szer nagyobb, mint az alumínium-szilikát katalizátoré; Néhány hagyományos katalizátorhoz képest a szkandiumkatalizátorok fejlesztési kilátásai nagyon fényesek.
Atomenergia-ipar
Kis mennyiségű Sc2O3 hozzáadása az UO2-hoz a magas hőmérsékletű reaktor nukleáris üzemanyagában elkerülhető az UO2 U3O8-zá történő átalakulása által okozott rácsátalakulás, térfogatnövekedés és repedés.
Üzemanyagcella
Hasonlóképpen, ha 2,5–25% szkandiumot adunk a nikkel-alkáli elemekhez, az növeli azok élettartamát.
Mezőgazdasági tenyésztés
A mezőgazdaságban a kukorica, a répa, a borsó, a búza és a napraforgó magvait szkandium-szulfáttal lehet kezelni (a koncentráció általában 10-3~10-8mol/l, a különböző növényeknél eltérő lehet), és a csírázást elősegítő tényleges hatást elérték. 8 óra elteltével a gyökerek és a rügyek száraz tömege 37%-kal, illetve 78%-kal nőtt a palántákhoz képest, de a mechanizmus még tanulmányozás alatt áll.
Nielsen atomtömeg-adatok iránti figyelmétől napjainkig a szkandium csupán száz-húsz éve került az emberek látókörébe, de száz évig szinte a padon ült. Csak az anyagtudomány erőteljes fejlődése a múlt század végén adott neki életerőt. Ma a ritkaföldfémek, köztük a szkandium, az anyagtudomány forró sztárjaivá váltak, folyamatosan változó szerepet játszanak több ezer rendszerben, nap mint nap nagyobb kényelmet hoznak életünkbe, és olyan gazdasági értéket teremtenek, amelyet még nehezebb mérni.
Közzététel ideje: 2023. június 29.