Scandium, med grundstofsymbol Sc og atomnummer på 21, er letopløseligt i vand, kan interagere med varmt vand og bliver let mørkere i luften. Dens vigtigste valens er +3. Det er ofte blandet med gadolinium, erbium og andre grundstoffer, med et lavt udbytte og et indhold på cirka 0,0005% i skorpen. Scandium bruges ofte til at fremstille specialglas og lette højtemperaturlegeringer.
På nuværende tidspunkt er de påviste reserver af skandium i verden kun 2 millioner tons, hvoraf 90~95% er indeholdt i bauxit-, phosphorit- og jerntitanmalm og en lille del i uran, thorium, wolfram og sjældne jordarters malme, hovedsagelig distribueret i Rusland, Kina, Tadsjikistan, Madagaskar, Norge og andre lande. Kina er meget rig på skandiumressourcer med enorme mineralreserver relateret til skandium. Ifølge ufuldstændige statistikker er reserverne af skandium i Kina omkring 600000 tons, som er indeholdt i Bauxit- og phosphoritaflejringer, porfyr- og kvartsvene wolframaflejringer i Sydkina, sjældne jordarters aflejringer i Sydkina, Bayan Obo sjældne jordarters jernmalmaflejringer i Indre Mongoliet og Panzhihua vanadium titanium magnetit aflejring i Sichuan.
På grund af knapheden på skandium er prisen på skandium også meget høj, og på sit højeste blev prisen på skandium oppustet til 10 gange guldprisen. Selvom prisen på skandium er faldet, er den stadig fire gange prisen på guld!
Opdag historie
I 1869 bemærkede Mendeleev et hul i atommasse mellem calcium (40) og titanium (48), og forudsagde, at der også var et uopdaget mellemliggende atommasse-element her. Han forudsagde, at dets oxid er X ₂ O Å. Scandium blev opdaget i 1879 af Lars Frederik Nilson fra Uppsala Universitet i Sverige. Han udvindede det fra den sorte sjældne guldmine, en kompleks malm, der indeholder 8 typer metaloxider. Han har udvundetErbium(III)oxidfra sort sjælden guldmalm, og opnåetYtterbium(III)oxidfra dette oxid, og der er et andet oxid af lettere grundstof, hvis spektrum viser, at det er et ukendt metal. Dette er metal forudsagt af Mendeleev, hvis oxid erSc203. Selve scandiummetallet blev fremstillet afScandium chloridved elektrolytisk smeltning i 1937.
Mendeleev
Elektron konfiguration
Elektronkonfiguration: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1
Scandium er et blødt, sølvhvidt overgangsmetal med et smeltepunkt på 1541 ℃ og et kogepunkt på 2831 ℃.
I en længere periode efter dets opdagelse blev brugen af scandium ikke påvist på grund af dets vanskeligheder ved produktion. Med den stigende forbedring af metoder til separation af sjældne jordarter er der nu et modent procesflow til rensning af scandiumforbindelser. Fordi scandium er mindre basisk end yttrium og lanthanid, er hydroxidet det svageste, så det sjældne jordarters blandingsmineral indeholdende scandium vil blive adskilt fra sjældne jordarters grundstof ved "trinvis udfældning"-metoden, når Scandium(III)hydroxid behandles med ammoniak efter overføres til opløsning. Den anden metode er at separere Scandium nitrat ved polær nedbrydning af nitrat. Fordi scandiumnitrat er det nemmeste at nedbryde, kan scandium adskilles. Derudover er den omfattende genvinding af ledsagende skandium fra uran, thorium, wolfram, tin og andre mineralforekomster også en vigtig kilde til skandium.
Efter opnåelse af en ren scandiumforbindelse omdannes den til ScCl Å og smeltes sammen med KCl og LiCl. Den smeltede zink bruges som katode til elektrolyse, hvilket får scandium til at udfældes på zinkelektroden. Derefter fordampes zinken for at opnå metallisk scandium. Dette er et letvægts sølv hvidt metal med meget aktive kemiske egenskaber, som kan reagere med varmt vand for at generere brintgas. Så metalskandiumet du ser på billedet er forseglet i en flaske og beskyttet med argongas, ellers vil scandium hurtigt danne et mørkegult eller gråt oxidlag, der mister sin skinnende metalliske glans.
Ansøgninger
Belysningsindustrien
Anvendelsen af scandium er koncentreret i meget lyse retninger, og det er ikke en overdrivelse at kalde det Lysets Søn. Det første magiske våben af scandium kaldes scandium natrium lampe, som kan bruges til at bringe lys til tusindvis af husstande. Dette er et metalhalogen Elektrisk lys: Pæren er fyldt med natriumiodid og Scandium triiodide, og scandium og natriumfolie tilføjes samtidig. Under højspændingsudladning udsender henholdsvis skandiumioner og natriumioner lys med deres karakteristiske emissionsbølgelængder. Natriums spektrallinjer er 589,0 og 589,6 nm, to berømte gule lys, mens spektrallinjerne i scandium er 361,3 ~ 424,7 nm, en serie af næsten ultraviolet og blåt lys emissioner. Fordi de komplementerer hinanden, er den overordnede lysfarve hvidt lys. Det er netop fordi scandiumnatriumlamper har egenskaberne høj lyseffektivitet, god lysfarve, strømbesparelse, lang levetid og stærk tågebrydningsevne, at de kan bruges i vid udstrækning til tv-kameraer, pladser, sportssteder og vejbelysning, og er kendt som tredje generations lyskilder. I Kina bliver denne type lampe gradvist promoveret som en ny teknologi, mens denne type lampe i nogle udviklede lande blev meget brugt allerede i begyndelsen af 1980'erne.
Scandiums andet magiske våben er solcelleceller, som kan samle lyset spredt på jorden og omdanne det til elektricitet for at drive det menneskelige samfund. Scandium er det bedste barrieremetal i metalisolerende halvleder silicium solceller og solceller.
Dets tredje magiske våben kaldes γ En strålekilde, dette magiske våben kan skinne klart af sig selv, men denne form for lys kan ikke modtages med det blotte øje, det er en højenergi fotonstrøm. Vi udvinder normalt 45Sc fra mineraler, som er de eneste naturlige isotoper af scandium. Hver 45Sc-kerne indeholder 21 protoner og 24 neutroner. 46Sc, en kunstig radioaktiv isotop, kan bruges som γ Strålingskilder eller sporstofatomer kan også bruges til strålebehandling af ondartede tumorer. Der er også applikationer som yttrium gallium scandium granat laser,Scandium fluoridglas infrarød optisk fiber og scandiumbelagt katodestrålerør på fjernsynet. Det ser ud til, at scandium er født med lysstyrke.
Legeringsindustrien
Scandium i sin elementære form er blevet brugt i vid udstrækning til doping af aluminiumslegeringer. Så længe der tilsættes et par tusindedele scandium til aluminium, vil der blive dannet en ny Al3Sc-fase, som vil spille en Metamorphism-rolle i aluminiumslegering og få legeringens struktur og egenskaber til at ændre sig markant. Tilsætning af 0,2% ~ 0,4% Sc (hvilket virkelig svarer til andelen af tilsætning af salt til rørstegte grøntsager derhjemme, kun en lille smule er nødvendig) kan øge omkrystallisationstemperaturen af legeringen med 150-200 ℃ og væsentligt forbedre høj - temperaturstyrke, strukturel stabilitet, svejseydelse og korrosionsbestandighed. Det kan også undgå skørhedsfænomenet, der er let at opstå under længerevarende arbejde ved høje temperaturer. Højstyrke og høj sejhed aluminiumslegering, ny højstyrke korrosionsbestandig svejsbar aluminiumlegering, ny højtemperatur aluminiumlegering, højstyrke neutronbestrålingsbestandig aluminiumlegering osv., har meget attraktive udviklingsmuligheder inden for rumfart, luftfart, skibe, atomreaktorer, lette køretøjer og højhastighedstog.
Scandium er også en fremragende modifikator til jern, og en lille mængde scandium kan forbedre styrken og hårdheden af støbejern markant. Derudover kan scandium også bruges som additiv til højtemperatur wolfram og kromlegeringer. Udover at lave bryllupstøj til andre har scandium naturligvis et højt smeltepunkt og dets massefylde ligner aluminium, og det bruges også i letvægtslegeringer med højt smeltepunkt, såsom scandium titanium legering og scandium magnesium legering. Men på grund af sin høje pris bruges det generelt kun i avancerede fremstillingsindustrier som rumfærger og raketter.
Keramisk materiale
Scandium, et enkelt stof, bruges generelt i legeringer, og dets oxider spiller en vigtig rolle i keramiske materialer på lignende måde. Det tetragonale zirconia keramiske materiale, der kan bruges som elektrodemateriale til fastoxidbrændselsceller, har en unik egenskab, hvor ledningsevnen af denne elektrolyt stiger med stigende temperatur og iltkoncentration i miljøet. Imidlertid kan krystalstrukturen af dette keramiske materiale i sig selv ikke eksistere stabilt og har ingen industriel værdi; Det er nødvendigt at dope nogle stoffer, der kan fikse denne struktur for at bevare dens oprindelige egenskaber. Tilsætning af 6~10% Scandiumoxid er som en betonstruktur, så zirconia kan stabiliseres på et firkantet gitter.
Der er også tekniske keramiske materialer såsom højstyrke og højtemperaturbestandigt siliciumnitrid som fortætningsmidler og stabilisatorer.
Som fortætningsmiddel,Scandium oxidkan danne en ildfast fase Sc2Si2O7 ved kanten af fine partikler og dermed reducere højtemperaturdeformationen af ingeniørkeramik. Sammenlignet med andre oxider kan det bedre forbedre de mekaniske højtemperaturegenskaber af siliciumnitrid.
Katalytisk kemi
I kemiteknik bruges scandium ofte som katalysator, mens Sc2O3 kan bruges til dehydrering og deoxidation af ethanol eller isopropanol, nedbrydning af eddikesyre og fremstilling af ethylen fra CO og H2. Pt Al-katalysatoren, der indeholder Sc2O3, er også en vigtig katalysator til rensning af tung oliehydrogenering og raffineringsprocesser i den petrokemiske industri. I katalytiske krakningsreaktioner, såsom cumene, er aktiviteten af Sc-Y zeolitkatalysator 1000 gange højere end aktiviteten af aluminiumsilicatkatalysator; Sammenlignet med nogle traditionelle katalysatorer vil udviklingsmulighederne for scandiumkatalysatorer være meget lyse.
Atomenergiindustrien
Tilsætning af en lille mængde Sc2O3 til UO2 i højtemperaturreaktorkernebrændsel kan undgå gittertransformation, volumenstigning og revnedannelse forårsaget af UO2 til U3O8-konvertering.
Brændselscelle
Tilsvarende vil tilføjelse af 2,5 % til 25 % scandium til nikkel alkalibatterier øge deres levetid.
Landbrugsopdræt
I landbruget kan frø som majs, roer, ærter, hvede og solsikke behandles med Scandium sulfat (koncentrationen er generelt 10-3~10-8mol/L, forskellige planter vil have forskellig), og den faktiske effekt af at fremme spiring er opnået. Efter 8 timer steg tørvægten af rødder og knopper med henholdsvis 37 % og 78 % sammenlignet med frøplanter, men mekanismen er stadig under undersøgelse.
Fra Nielsens opmærksomhed på atommassedataens gæld til i dag er scandium kun gået ind i folks vision i hundrede eller tyve år, men det har næsten siddet på bænken i hundrede år. Det var først under den kraftige udvikling af materialevidenskaben i slutningen af sidste århundrede, at den bragte vitalitet til ham. I dag er sjældne jordarters grundstoffer, herunder skandium, blevet varme stjerner inden for materialevidenskab, og de spiller stadigt skiftende roller i tusindvis af systemer, bringer mere bekvemmelighed til vores liv hver dag og skaber økonomisk værdi, der er endnu sværere at måle.
Indlægstid: 29-jun-2023