SCandium, cu elementul simbol SC și numărul atomic de 21, este ușor solubil în apă, poate interacționa cu apa caldă și se întunecă ușor în aer. Valența sa principală este+3. Este adesea amestecat cu gadolinium, erbium și alte elemente, cu un randament scăzut și un conținut de aproximativ 0,0005% în crustă. Scandium este adesea folosit pentru a face sticlă specială și aliaje ușoare de temperatură ridicată.
În prezent, rezervele dovedite de scandium din lume sunt de doar 2 milioane de tone, 90 ~ 95% dintre acestea fiind conținute în bauxite, fosforit și minereuri de titan de fier și o mică parte în uraniu, toriu, tungsten și minereuri de pământ rare, distribuite în principal în Rusia, China, Tajikistan, Madagascar, Norway și alte țări. China este foarte bogată în resurse de scandium, cu rezerve minerale uriașe legate de scandiu. Conform statisticilor incomplete, rezervele de scandium din China sunt de aproximativ 600000 de tone, care sunt conținute în depozite de bauxită și fosforit, depozite de tungsten de porfir și de cuarț în China de Sud, depozitele rare de pământ din China de Sud, depozitul de la Monteiul de la Mongolia, Panzhihua Vanadium.
Datorită deficitului de scandium, prețul scandiumului este, de asemenea, foarte mare, iar la apogeul său, prețul scandiumului a fost umflat de 10 ori mai mare decât prețul aurului. Deși prețul scandiumului a scăzut, este încă de patru ori prețul aurului!
Descoperirea istoriei
În 1869, Mendeleev a observat un decalaj în masa atomică între calciu (40) și titan (48) și a prezis că există și un element de masă atomic intermediar nedescoperit aici. El a prezis că oxidul său este x ₂ o Å. Scandium a fost descoperit în 1879 de Lars Frederik Nilson de la Universitatea Uppsala din Suedia. El a extras -o din mina de aur rară neagră, un minereu complex care conține 8 tipuri de oxizi metalici. El a extrasOxid erbium (iii)de la minereu de aur rar negru și obținutOxid de ytterbium (iii)Din acest oxid și există un alt oxid de element mai ușor, al cărui spectru arată că este un metal necunoscut. Acesta este metalul prevăzut de Mendeleev, al cărui oxid esteSc₂o₃. Metalul de scandium în sine a fost produs dinClorură de scandiumprin topirea electrolitică în 1937.
Mendeleev
Configurare electronică
Configurare electronică: 1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 4S2 3D1
Scandium este un metal de tranziție albă moale, argintiu, cu un punct de topire de 1541 ℃ și un punct de fierbere de 2831 ℃.
Pentru o perioadă considerabilă de timp după descoperirea sa, utilizarea scandiului nu a fost demonstrată din cauza dificultății sale de producție. Odată cu îmbunătățirea din ce în ce mai mare a metodelor rare de separare a elementelor de pământ, acum există un flux de proces matur pentru purificarea compușilor de scandium. Deoarece scandiul este mai puțin alcalin decât yttrium și lantanidă, hidroxidul este cel mai slab, astfel încât mineralul rar de pământ mixt care conține scandium va fi separat de elementul de pământ rar prin metoda „precipitații în trepte” atunci când hidroxidul de scandium (III) este tratat cu amoniac după ce a fost transferat în soluție. Cealaltă metodă este de a separa nitratul de scandium prin descompunerea polară a nitratului. Deoarece nitratul de scandium este cel mai ușor de descompus, scandiul poate fi separat. În plus, recuperarea cuprinzătoare a scandiului însoțitor din uraniu, toriu, tungsten, staniu și alte depozite minerale este, de asemenea, o sursă importantă de scandium.
După obținerea unui compus de scandiu pur, acesta este transformat în scCL Å și CO topită cu KCL și LICL. Zincul topit este utilizat ca catod pentru electroliză, determinând precipitarea scandiului pe electrodul de zinc. Apoi, zincul este evaporat pentru a obține scandium metalic. Acesta este un metal alb argintiu ușor, cu proprietăți chimice foarte active, care pot reacționa cu apă caldă pentru a genera hidrogen gaz. Așadar, scandiul metalic pe care îl vedeți în imagine este sigilat într -o sticlă și protejat cu gaz argon, altfel Scandium va forma rapid un strat de oxid de galben închis sau gri, pierzându -și strălucirea metalică strălucitoare.
Aplicații
Industria iluminatului
Utilizările scandiumului sunt concentrate în direcții foarte luminoase și nu este o exagerare să -l numim fiul luminii. Prima armă magică a scandiului se numește lampă de sodiu Scandium, care poate fi folosită pentru a aduce lumină la mii de gospodării. Aceasta este o lumină electrică cu halogenuri metalice: becul este umplut cu iodură de sodiu și triiodură de scandiu, iar în același timp se adaugă scandium și folie de sodiu. În timpul descărcării de înaltă tensiune, ionii de scandium și ionii de sodiu respectiv emit lumina lungimilor de undă ale emisiilor caracteristice. Liniile spectrale de sodiu sunt 589,0 și 589,6 nm, două lumini galbene celebre, în timp ce liniile spectrale ale scandiului sunt 361,3 ~ 424,7 nm, o serie de emisii de lumină ultraviolete și albastre. Deoarece se completează reciproc, culoarea generală de lumină produsă este lumina albă. Tocmai pentru că lămpile de sodiu scandium au caracteristicile eficienței luminoase ridicate, culoarea ușoară bună, economisirea puterii, durata de viață lungă și capacitatea puternică de rupere a ceaței, care pot fi utilizate pe scară largă pentru camerele de televiziune, pătratele, locurile sportive și iluminatul rutier și sunt cunoscute sub numele de surse de lumină de generație a treia. În China, acest tip de lampă este promovat treptat ca o nouă tehnologie, în timp ce în unele țări dezvoltate, acest tip de lampă a fost utilizat pe scară largă încă de la începutul anilor '80.
A doua armă magică a scandiumului este celulele fotovoltaice solare, care pot colecta lumina împrăștiată pe sol și o pot transforma în electricitate pentru a conduce societatea umană. Scandium este cel mai bun metal de barieră din celulele solare de siliciu cu izolator metalic și celulele solare.
Cea de-a treia armă magică se numește γ o sursă de raze, această armă magică poate străluci puternic pe cont propriu, dar acest tip de lumină nu poate fi primit de ochiul liber, este un flux de fotoni cu energie mare. De obicei, extragem 45SC din minerale, care este singurul izotop natural de scandiu. Fiecare nucleu 45SC conține 21 de protoni și 24 de neutroni. 46SC, un izotop radioactiv artificial, poate fi utilizat ca surse de radiații γ sau atomi de urmărire pot fi, de asemenea, utilizate pentru radioterapia tumorilor maligne. Există, de asemenea, aplicații precum laser Yttrium Gallium Scandium Garnet,Fluorură de scandiumFibra optică cu infraroșu din sticlă și tubul de raze cu catod acoperit cu scandium la televizor. Se pare că scandiul se naște cu luminozitate.
Industria aliajelor
Scandium în forma sa elementară a fost utilizat pe scară largă pentru doparea aliajelor de aluminiu. Atâta timp cât se adaugă câteva mii de scandium la aluminiu, se va forma o nouă fază AL3SC, care va juca un rol de metamorfism în aliaj de aluminiu și va face ca structura și proprietățile aliajului să se schimbe semnificativ. Adăugarea 0,2% ~ 0,4% SC (care este într-adevăr similară cu proporția de adăugare de sare la legume prăjite acasă, este nevoie doar de puțin)) poate crește temperatura de recristalizare a aliajului cu 150-200 ℃ și îmbunătățește semnificativ rezistența la temperaturi ridicate, stabilitate structurală, performanță de sudură și rezistență la coroziune. De asemenea, poate evita fenomenul Embrittlement care este ușor de avut loc în timpul lucrărilor pe termen lung la temperaturi ridicate. Forță ridicată și aliaj de aluminiu de înaltă rezistență, nou, rezistent la coroziune, rezistent la coroziune de înaltă rezistență, aliaj de aluminiu sudat, aliaj de aluminiu de temperatură ridicată, aliaj de aluminiu rezistent la iradierea neutronilor de înaltă rezistență, etc.
Scandium este, de asemenea, un modificator excelent pentru fier, iar o cantitate mică de scandium poate îmbunătăți semnificativ rezistența și duritatea fontei. În plus, scandiul poate fi utilizat și ca aditiv pentru aliaje de tungsten și crom la temperatură ridicată. Desigur, pe lângă realizarea hainelor de nuntă pentru alții, Scandium are un punct de topire ridicat, iar densitatea sa este similară cu aluminiul și este folosită și în aliaj ușor de topire înalt, precum aliaj de titan Scandium și aliaj de magneziu Scandium. Cu toate acestea, datorită prețului ridicat, este utilizat în general doar în industriile de producție de înaltă calitate, cum ar fi navete spațiale și rachete.
Material ceramic
Scandium, o singură substanță, este utilizat în general în aliaje, iar oxizii săi joacă un rol important în materialele ceramice într -un mod similar. Materialul ceramic de zirconiu tetragonal, care poate fi utilizat ca material de electrod pentru celulele de combustibil cu oxid solid, are o proprietate unică în care conductivitatea acestui electrolit crește odată cu creșterea temperaturii și a concentrației de oxigen în mediu. Cu toate acestea, structura cristalină a acestui material ceramic în sine nu poate exista stabil și nu are nicio valoare industrială; Este necesar să dopați unele substanțe care pot repara această structură pentru a -și menține proprietățile originale. Adăugarea 6 ~ 10% oxid de scandiu este ca o structură de beton, astfel încât zircoconia să poată fi stabilizată pe o rețea pătrată.
Există, de asemenea, materiale ceramice inginerești, cum ar fi nitrura de siliciu rezistentă la temperatură ridicată și la temperaturi ridicate ca densificatori și stabilizatori.
Ca densificator,Oxid de scandiumpoate forma o fază refractară SC2SI2O7 la marginea particulelor fine, reducând astfel deformarea la temperaturi ridicate a ceramicii inginerești. În comparație cu alți oxizi, poate îmbunătăți mai bine proprietățile mecanice la temperaturi ridicate ale nitrurii de siliciu.
Chimie catalitică
În inginerie chimică, scandiul este adesea utilizat ca catalizator, în timp ce SC2O3 poate fi utilizat pentru deshidratarea și dezoxidarea etanolului sau izopropanolului, descompunerea acidului acetic și producerea de etilenă din CO și H2. Catalizatorul PT AL care conține SC2O3 este, de asemenea, un catalizator important pentru purificarea și rafinarea hidrogenizării petroliere grele în industria petrochimică. În reacțiile de fisurare catalitică, cum ar fi cumn, activitatea catalizatorului de zeolit sc-y este de 1000 de ori mai mare decât cea a catalizatorului de silicat de aluminiu; În comparație cu unii catalizatori tradiționali, perspectivele de dezvoltare ale catalizatorilor de scandium vor fi foarte luminoase.
Industria energiei nucleare
Adăugarea unei cantități mici de SC2O3 la UO2 în combustibilul nuclear cu reactor de temperatură ridicată poate evita transformarea zăbrelei, creșterea volumului și fisurarea cauzată de conversia UO2 în U3O8.
Celula de combustibil
În mod similar, adăugarea de 2,5% la 25% scandium la bateriile alcaline de nichel le va crește durata de serviciu.
Creșterea agricolă
În agricultură, semințele precum porumb, sfeclă, mazăre, grâu și floarea-soarelui pot fi tratate cu sulfat de scandiu (concentrația este în general 10-3 ~ 10-8mol/L, plantele diferite vor avea diferite), iar efectul real al promovării germinării a fost obținut. După 8 ore, greutatea uscată a rădăcinilor și mugurilor a crescut cu 37% și, respectiv, 78% în comparație cu răsadurile, dar mecanismul este încă studiat.
Din atenția lui Nielsen asupra datoriei datelor de masă atomice până astăzi, Scandium a intrat în viziunea oamenilor doar o sută sau douăzeci de ani, dar aproape că a stat pe bancă timp de o sută de ani. Abia până la dezvoltarea viguroasă a științei materiale la sfârșitul secolului trecut, i -a adus vitalitate. Astăzi, elementele rare de pământ, inclusiv Scandium, au devenit vedete fierbinți în știința materialelor, jucând roluri în continuă schimbare în mii de sisteme, aducând mai multă comoditate în viața noastră în fiecare zi și creând o valoare economică care este și mai dificil de măsurat.
Timpul post: 29-2023 iunie