Scandium, med elementsymbol Sc og atomnummer på 21, er lett løselig i vann, kan samhandle med varmt vann og blir lett mørkere i luften. Hovedvalensen er +3. Det er ofte blandet med gadolinium, erbium og andre grunnstoffer, med lavt utbytte og et innhold på omtrent 0,0005 % i skorpen. Scandium brukes ofte til å lage spesialglass og lette høytemperaturlegeringer.
For tiden er de påviste reservene av skandium i verden bare 2 millioner tonn, hvorav 90~95% er inneholdt i bauksitt-, fosforitt- og jerntitanmalm, og en liten del i uran, thorium, wolfram og sjeldne jordmalmer, hovedsakelig distribuert i Russland, Kina, Tadsjikistan, Madagaskar, Norge og andre land. Kina er veldig rikt på skandiumressurser, med enorme mineralreserver knyttet til skandium. I følge ufullstendig statistikk er reservene av skandium i Kina omtrent 600 000 tonn, som finnes i bauksitt- og fosforittforekomster, porfyr- og kvartsvene wolframforekomster i Sør-Kina, sjeldne jordartsforekomster i Sør-Kina, Bayan Obo sjeldne jordmalmforekomster i Indre Mongolia, og Panzhihua vanadium titan magnetitt avsetning i Sichuan.
På grunn av knappheten på skandium er prisen på skandium også svært høy, og på toppen ble prisen på skandium blåst opp til 10 ganger gullprisen. Selv om prisen på skandium har falt, er den fortsatt fire ganger prisen på gull!
Oppdage historie
I 1869 la Mendeleev merke til et gap i atommasse mellom kalsium (40) og titan (48), og spådde at det også var et uoppdaget mellomliggende atommasseelement her. Han spådde at oksidet er X ₂ O Å. Scandium ble oppdaget i 1879 av Lars Frederik Nilson ved Uppsala universitet i Sverige. Han hentet det fra den svarte sjeldne gullgruven, en kompleks malm som inneholder 8 typer metalloksider. Han har trukket utErbium(III)oksidfra svart sjelden gullmalm, og oppnåddYtterbium(III)oksidfra dette oksidet, og det er et annet oksid av lettere grunnstoff, hvis spektrum viser at det er et ukjent metall. Dette er metallet forutsagt av Mendeleev, hvis oksid erSc203. Selve skandiummetallet ble produsert avScandium kloridved elektrolytisk smelting i 1937.
Mendeleev
Elektronkonfigurasjon
Elektronkonfigurasjon: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1
Scandium er et mykt, sølvhvitt overgangsmetall med et smeltepunkt på 1541 ℃ og et kokepunkt på 2831 ℃.
I en betydelig periode etter oppdagelsen ble bruken av skandium ikke demonstrert på grunn av vanskeligheten med produksjonen. Med den økende forbedringen av separasjonsmetoder for sjeldne jordarter, er det nå en moden prosessflyt for rensing av skandiumforbindelser. Fordi skandium er mindre alkalisk enn yttrium og lantanid, er hydroksydet det svakeste, så det sjeldne jordartsmetallet blandede mineralet som inneholder skandium vil bli separert fra det sjeldne jordartelementet ved "trinnfelling"-metoden når Scandium(III)hydroksid behandles med ammoniakk etter blir overført til løsning. Den andre metoden er å separere Scandium nitrat ved polar dekomponering av nitrat. Fordi skandiumnitrat er lettest å dekomponere, kan skandium separeres. I tillegg er den omfattende utvinningen av medfølgende skandium fra uran, thorium, wolfram, tinn og andre mineralforekomster også en viktig kilde til skandium.
Etter å ha oppnådd en ren skandiumforbindelse, omdannes den til ScCl Å og smeltes sammen med KCl og LiCl. Den smeltede sinken brukes som katode for elektrolyse, noe som får skandium til å utfelles på sinkelektroden. Deretter fordampes sinken for å oppnå metallisk skandium. Dette er et lett sølvhvitt metall med svært aktive kjemiske egenskaper, som kan reagere med varmt vann for å generere hydrogengass. Så metallskandiumet du ser på bildet er forseglet i en flaske og beskyttet med argongass, ellers vil skandium raskt danne et mørkegult eller grått oksidlag, og miste sin skinnende metalliske glans.
Søknader
Belysningsindustrien
Bruken av skandium er konsentrert i veldig lyse retninger, og det er ikke en overdrivelse å kalle det Lysets Sønn. Det første magiske våpenet til scandium kalles scandium sodium lamp, som kan brukes til å bringe lys til tusenvis av husstander. Dette er et metallhalogen Elektrisk lys: pæren er fylt med natriumjodid og Scandium triiodide, og scandium og natriumfolie tilsettes samtidig. Under høyspenningsutladning sender henholdsvis skandiumioner og natriumioner ut lys med sine karakteristiske emisjonsbølgelengder. Spektrallinjene til natrium er 589,0 og 589,6 nm, to kjente gule lys, mens spektrallinjene til scandium er 361,3 ~ 424,7 nm, en serie med nesten ultrafiolett og blått lys. Fordi de utfyller hverandre, er den generelle lysfargen som produseres hvitt lys. Det er nettopp fordi scandium natrium lamper har egenskapene høy lyseffektivitet, god lysfarge, strømsparing, lang levetid og sterk tåkebrytende evne at de kan brukes mye til TV-kameraer, torg, sportsarenaer og veibelysning, og er kjent som tredje generasjons lyskilder. I Kina markedsføres denne lampetypen gradvis som en ny teknologi, mens i enkelte utviklede land ble denne lampetypen mye brukt allerede tidlig på 1980-tallet.
Det andre magiske våpenet til scandium er fotovoltaiske solceller, som kan samle lyset spredt på bakken og gjøre det om til elektrisitet for å drive det menneskelige samfunn. Scandium er det beste barrieremetallet i metallisolerende halvledersilisiumsolceller og solceller.
Det tredje magiske våpenet kalles γ En strålekilde, dette magiske våpenet kan skinne sterkt på egen hånd, men denne typen lys kan ikke mottas med det blotte øye, det er en høyenergifotonstrøm. Vi ekstraherer vanligvis 45Sc fra mineraler, som er de eneste naturlige isotoper av scandium. Hver 45Sc kjerne inneholder 21 protoner og 24 nøytroner. 46Sc, en kunstig radioaktiv isotop, kan brukes som γ Strålekilder eller sporatomer kan også brukes til strålebehandling av ondartede svulster. Det er også applikasjoner som yttrium gallium scandium granatlaser,Scandium fluoridglass infrarød optisk fiber, og skandiumbelagt katodestrålerør på TV. Det ser ut til at scandium er født med lysstyrke.
Legeringsindustri
Scandium i sin elementære form har blitt mye brukt til doping av aluminiumslegeringer. Så lenge det tilsettes noen få tusendeler skandium til aluminium, vil det dannes en ny Al3Sc-fase, som vil spille en Metamorphism-rolle i aluminiumslegering og gjøre at strukturen og egenskapene til legeringen endres betydelig. Tilsetning av 0,2% ~ 0,4% Sc (som egentlig er lik andelen av å tilsette salt til stekte grønnsaker hjemme, bare litt er nødvendig) kan øke rekrystalliseringstemperaturen til legeringen med 150-200 ℃, og betydelig forbedre høy - temperaturstyrke, strukturell stabilitet, sveiseytelse og korrosjonsbestandighet. Det kan også unngå sprøhetsfenomenet som lett kan oppstå ved langvarig arbeid ved høye temperaturer. Høystyrke og høy seighet aluminiumslegering, ny høyfast korrosjonsbestandig sveisbar aluminiumslegering, ny høytemperatur aluminiumslegering, høystyrke nøytronbestrålingsbestandig aluminiumslegering, etc., har svært attraktive utviklingsmuligheter innen romfart, luftfart, skip, atomreaktorer, lette kjøretøy og høyhastighetstog.
Scandium er også en utmerket modifisering for jern, og en liten mengde scandium kan forbedre styrken og hardheten til støpejern betydelig. I tillegg kan scandium også brukes som tilsetning for høytemperatur wolfram og kromlegeringer. Selvfølgelig, i tillegg til å lage bryllupsklær for andre, har scandium et høyt smeltepunkt og dens tetthet ligner på aluminium, og brukes også i lettvektslegeringer med høyt smeltepunkt som scandium titanlegering og scandium magnesiumlegering. Men på grunn av den høye prisen, brukes den vanligvis bare i avanserte produksjonsindustrier som romferger og raketter.
Keramisk materiale
Scandium, et enkelt stoff, brukes vanligvis i legeringer, og dets oksider spiller en viktig rolle i keramiske materialer på lignende måte. Det tetragonale zirkoniumoksid keramiske materialet, som kan brukes som et elektrodemateriale for fastoksid brenselceller, har en unik egenskap hvor ledningsevnen til denne elektrolytten øker med økende temperatur og oksygenkonsentrasjon i miljøet. Imidlertid kan krystallstrukturen til dette keramiske materialet i seg selv ikke eksistere stabilt og har ingen industriell verdi; Det er nødvendig å dope noen stoffer som kan fikse denne strukturen for å opprettholde dens opprinnelige egenskaper. Å tilsette 6~10% Scandium-oksid er som en betongkonstruksjon, slik at zirkoniumoksid kan stabiliseres på et firkantet gitter.
Det finnes også tekniske keramiske materialer som høystyrke og høytemperaturbestandig silisiumnitrid som fortettemidler og stabilisatorer.
Som en fortetting,Skandiumoksidkan danne en ildfast fase Sc2Si2O7 ved kanten av fine partikler, og dermed redusere høytemperaturdeformasjonen av ingeniørkeramikk. Sammenlignet med andre oksider kan det bedre forbedre de høytemperaturmekaniske egenskapene til silisiumnitrid.
Katalytisk kjemi
I kjemiteknikk brukes ofte scandium som katalysator, mens Sc2O3 kan brukes til dehydrering og deoksidering av etanol eller isopropanol, dekomponering av eddiksyre og produksjon av etylen fra CO og H2. Pt Al-katalysatoren som inneholder Sc2O3 er også en viktig katalysator for tungoljehydrogeneringsrensing og raffineringsprosesser i petrokjemisk industri. I katalytiske krakkingsreaksjoner som kumene er aktiviteten til Sc-Y zeolittkatalysator 1000 ganger høyere enn aktiviteten til aluminiumsilikatkatalysator; Sammenlignet med noen tradisjonelle katalysatorer vil utviklingsutsiktene for skandiumkatalysatorer være svært lyse.
Kjernekraftindustrien
Tilsetning av en liten mengde Sc2O3 til UO2 i høytemperaturreaktorkjernebrensel kan unngå gittertransformasjon, volumøkning og sprekkdannelse forårsaket av UO2 til U3O8-konvertering.
Brenselcelle
Tilsvarende vil tilsetning av 2,5 % til 25 % scandium til nikkel alkalibatterier øke levetiden.
Landbruksoppdrett
I landbruket kan frø som mais, rødbeter, erter, hvete og solsikke behandles med Scandium sulfat (konsentrasjonen er vanligvis 10-3~10-8mol/L, forskjellige planter vil ha forskjellig), og den faktiske effekten av å fremme spiring har blitt oppnådd. Etter 8 timer økte tørrvekten av røtter og knopper med henholdsvis 37 % og 78 % sammenlignet med frøplanter, men mekanismen er fortsatt under utredning.
Fra Nielsens oppmerksomhet til gjelden til atommassedata til i dag, har scandium kommet inn i folks visjon i bare hundre eller tjue år, men det har nesten sittet på benken i hundre år. Det var ikke før den kraftige utviklingen av materialvitenskapen på slutten av forrige århundre at den brakte vitalitet til ham. I dag har sjeldne jordartselementer, inkludert skandium, blitt varme stjerner i materialvitenskap, og spiller stadig skiftende roller i tusenvis av systemer, gir mer bekvemmelighet til livene våre hver dag, og skaper økonomisk verdi som er enda vanskeligere å måle.
Innleggstid: 29. juni 2023