Skandium, Elemendi sümbol SC ja aatomnumbriga 21 on hõlpsasti lahustuv vees, võib sooja veega suhelda ja õhus kergesti tumeneb. Selle peamine valents on+3. Sageli segatakse seda gadoliiniumi, erbiumi ja muude elementidega, madala saagisega ja sisaldusega umbes 0,0005% koorikus. Skandiumi kasutatakse sageli spetsiaalse klaasi ja kergete temperatuuride sulamite valmistamiseks.
Praegu on maailmas skandiumi tõestatud reservides vaid 2 miljonit tonni, millest 90 ~ 95% sisaldavad boksiidi, fosforiiti ja raudse titaanmaagi ning väikese osa uraanist, tooriumis, volfram- ja haruldaste maakidena, mida levitatakse peamiselt Venemaal, Hiinas, Tadžikistanis, Madagascaril, Norras ja teistes riikides. Hiina on Skandiumi ressursside poolest väga rikas, kusjuures tohutute maavarade varud on seotud skandiumiga. Mittetäieliku statistika kohaselt on Hiinas asuvate skandiumi reservide kohaselt umbes 600000 tonni, mis sisalduvad boksiidi- ja fosforiidimaardlates, porfüüri- ja kvartsveenide volframimaardlates Lõuna -Hiinas, haruldaste muldmetallide ladestused Lõuna -Hiinas, Bayan OBO haruldaste rauamaade maardlad sisemises Mongoolia ja Panzhium Inanaimas.
Skandiumi nappuse tõttu on ka skandiumi hind väga kõrge ja haripunktis suurenes skandiumi hind 10 -kordse kulla hinnast. Kuigi skandiumi hind on langenud, on see ikkagi kulda hind neli korda!
Ajaloo avastamine
Aastal 1869 märkas Mendeleev kaltsiumi (40) ja titaani (48) vahelise aatomimassi lõhet ning ennustas, et siin on ka avastamata vahepealne aatommassi element. Ta ennustas, et selle oksiid on x ₂ o Å. Skandiumi avastas 1879. aastal Rootsis Uppsala ülikoolist Lars Frederik Nilson. Ta kaevandas selle mustast haruldasest kullakaevandusest, keerukast maagist, mis sisaldab 8 tüüpi metalloksiide. Ta on väljavõetudErbium (III) oksiidmustast haruldasest kullamaakist ja saadudYtterbium (iii) oksiidSellest oksiidist ja seal on veel üks kergema elemendi oksiid, mille spekter näitab, et see on tundmatu metall. See on metall, mida ennustas Mendeleev, mille oksiid onSc₂o₃. Skandiummetall ise toodetiSkandiumkloriidelektrolüütilise sulamise teel 1937. aastal.
Mendeleev
Elektronide konfiguratsioon
Elektroni konfiguratsioon: 1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 4S2 3D1
Skandium on pehme, hõbedane valge siirdemetall, mille sulamistemperatuur on 1541 ℃ ja keemistemperatuur 2831 ℃.
Pärast selle avastamist märkimisväärselt aja jooksul ei näidatud skandiumi kasutamist selle tootmisraskuste tõttu. Haruldaste muldmetallide elementide eraldusmeetodite suureneva paranemisega on praegu küpse protsesside voog skandiumühendite puhastamiseks. Kuna skandium on vähem aluseline kui ytrium ja lantaniid, on kõige nõrgem hüdroksiid, seega eraldatakse haruldaste maapealsete segunenud mineraalide segunenud mineraali haruldaste maade elemendist „astmeliste sademete” meetodi abil, kui SCANDIUM (III) hüdroksiidi töödeldakse pärast ammoniaaki pärast lahusesse ülekandmist. Teine meetod on eraldada skandiumnitraadi nitraadi polaarse lagunemise teel. Kuna skandiumnitraati on kõige lihtsam lagundada, saab skandiumi eraldada. Lisaks on oluline skandiumi allikas ka kaasasoleva skandiumi põhjalik taastumine uraanist, tooriumist, volframist, tinast ja muudest mineraalide ladestustest.
Pärast puhta skandiumi ühendi saamist muundatakse see SCCL Å ja sulatatakse KCL ja LICL -iga. Sulanud tsinki kasutatakse elektrolüüsi katoodina, põhjustades skandiumi sadestumist tsinklektroodil. Seejärel aurutatakse tsink metallilise skandiumi saamiseks. See on kerge hõbevalge metall, millel on väga aktiivsed keemilised omadused, mis võivad vesinikugaasi genereerimiseks reageerida kuuma veega. Nii et pildil nähtav metallist skandium on suletud pudelisse ja kaitstud argoonigaasiga, vastasel juhul moodustab skandium kiiresti tumekollase või halli oksiidi kihi, kaotades läikiva metallise läige.
Rakendused
Valgustustööstus
Skandiumi kasutamine on koondunud väga heledatesse suundadesse ja seda ei ole liialdus nimetada valguse pojaks. Skandiumi esimest võlurelva nimetatakse Skandiumi naatriumlambiks, mida saab kasutada tuhandetele leibkondadele valguse toomiseks. See on metallhalogeniidne elektrituli: pirn on täidetud naatriumjodiidi ja skandiumi triiodiidiga ning samal ajal lisatakse skandiumi ja naatriumfooliumi. Kõrgepinge väljutamise ajal kiirgavad skandiumioonid ja naatriumioonid vastavalt nende iseloomulike emissiooni lainepikkuste valgust. Naatriumi spektraaljooned on 589,0 ja 589,6 nm, kaks kuulsat kollast tulet, samas kui skandiumi spektraaljooned on 361,3 ~ 424,7 nm, mis on seeria ultraviolettkiirguse ja sinise valguse emissiooni seeria. Kuna need täiendavad üksteist, on toodetud üldine hele värv valge tuli. Just seetõttu, et Skandiumi naatriumlampidel on kõrge helendava efektiivsuse omadused, hea helevärv, energiasääst, pikk kasutusaeg ja tugev udumurdmisvõime, mida saab laialdaselt kasutada telekaamerate, ruutude, spordikohtade ja maanteevalgustuse jaoks ning neid tuntakse kolmanda põlvkonna valgusallikatena. Hiinas edendatakse seda tüüpi lampi järk -järgult uue tehnoloogiana, mõnes arenenud riigis kasutati seda tüüpi lampi laialdaselt juba 1980. aastate alguses.
Skandiumi teine võlurelv on päikeseenergia fotogalvaanilised rakud, mis võivad koguda maapinnale hajutatud valgust ja muuta see inimühiskonna juhtimiseks elektriks. Skandium on parim barjäärmetall metalli isolaatori pooljuhtide pooljuhtide ja päikeseenergia rakkudes.
Selle kolmandat võlurelva nimetatakse γ-kiiriallikaks, see võlurelv võib iseseisvalt särada, kuid sedalaadi valgust ei saa palja silmaga vastu võtta, see on suure energiatarbega footonivool. Tavaliselt kaevandame 45SC mineraalidest, mis on ainsad skandiumi loomulikud isotoobid. Iga 45SC tuum sisaldab 21 prootonit ja 24 neutronit. 46SC, kunstlikku radioaktiivset isotoopi, saab kasutada γ -kiirgusallikate või märgistaja aatomitena, mida saab kasutada ka pahaloomuliste kasvajate kiiritusravi jaoks. On ka selliseid rakendusi nagu yttrium gallium skandium granaatlaser,Skandiumfluoriiidklaasist infrapuna optiline kiud ja skandiumiga kaetud katoodkiire toru televisioonis. Näib, et Skandium sünnib heledusega.
Sulamistööstus
Skandiumi selle elementaarsel kujul on laialdaselt kasutatud alumiiniumisulamite dopinguks. Kuni alumiiniumile lisatakse paar tuhandikku skandiumi, moodustub uus Al3SC faas, mis mängib metamorfismi rolli alumiiniumisulamist ja muudab sulami struktuuri ja omadused märkimisväärselt. Kui lisada 0,2% ~ 0,4% SC (mis on tegelikult sarnane soola lisamisega segatud köögiviljadele kodus, on vaja ainult natuke) võib suurendada sulami ümberkristallimise temperatuuri 150–200 ℃ ja parandada oluliselt kõrge temperatuuri tugevust, struktuurset stabiilsust, keevituskindlust ja korrosioonikindlust. Samuti saab see vältida omaebatud nähtust, mida on kõrgel temperatuuril pikaajalise töö ajal lihtne esineda. Kõrge tugevus ja kõrge sitkusega alumiiniumsulam, uus ülitugev korrosiooniresistentne keevitatav alumiiniumsulam, uutel kõrge temperatuuriga alumiiniumisulamist, ülitugeva neutronite kiirituskirjastuskindla alumiiniumsulami jms, on väga atraktiivsed arenguprobleemid kosmose-, lennundus-, laev, tuumarea reaktorid, kõrged sõidukid.
Skandium on ka raua jaoks suurepärane modifikaator ja väike kogus skandiumi võib malmi tugevust ja kõvadust märkimisväärselt parandada. Lisaks saab Skandiumi kasutada ka kõrgtemperatuuriliste volframi- ja kroomisulamite lisandina. Muidugi, lisaks teistele pulmarõivaste valmistamisele on Skandiumil kõrge sulamistemperatuur ja selle tihedus sarnaneb alumiiniumiga ning seda kasutatakse ka kõrge sulamistemperatuuriga kergete sulamitega, näiteks Skandium titaansulamist ja Skandiummagneesiumsulamist. Kuid kõrge hinna tõttu kasutatakse seda tavaliselt ainult tipptasemel töötlevates tööstustes, näiteks kosmosesüstikud ja raketid.
Keraamiline materjal
Skandiumi, üksikut ainet, kasutatakse tavaliselt sulamites ja selle oksiidid mängivad sarnaselt keraamilistes materjalides olulist rolli. Tetragonaalsel tsirkooniumoksiidi keraamiline materjal, mida saab kasutada tahke oksiidi kütuseelementide elektroodimaterjalina, on ainulaadne omadus, kus selle elektrolüüdi juhtivus suureneb temperatuuri ja hapniku kontsentratsiooni tõusuga keskkonnas. Selle keraamilise materjali enda kristallstruktuur ise ei saa aga stabiilselt eksisteerida ja sellel pole tööstuslikku väärtust; Originaalsete omaduste säilitamiseks on vaja leppida mõned ained, mis suudavad selle struktuuri parandada. 6 ~ 10% skandiumoksiidi lisamine on nagu betoonstruktuur, nii et tsirkooniumide stabiliseerub ruudukujulisel võrel.
Seal on ka inseneride keraamilisi materjale, nagu ülitugevad ja kõrgtemperatuurilised resistentsed räninitriidid, nagu see on määral ja stabilisaatorid.
Densifierina,Skandiumoksiidvõib moodustada peenete osakeste servas tulekindla faasi SC2SI2O7, vähendades sellega inseneri keraamika kõrge temperatuuri deformatsiooni. Võrreldes teiste oksiididega saab see paremini parandada räni nitriidi kõrgtemperatuurilisi mehaanilisi omadusi.
Katalüütiline keemia
Keemiatehnoloogias kasutatakse skandiumi sageli katalüsaatorina, samas kui SC2O3 -d saab kasutada etanooli või isopropanooli dehüdratsiooniks ja deoksüdatsiooniks, äädikhappe lagunemiseks ja etüleeni tootmiseks CO ja H2 -st. SC2O3 sisaldav PT AL katalüsaator on samuti oluline katalüsaator naftakeemia tööstuses raskete õli hüdrogeenimise puhastamise ja rafineerimisprotsesside jaoks. Katalüütiliste pragunemisreaktsioonide, näiteks kumeen korral on SC-y tseoliidi katalüsaatori aktiivsus 1000 korda suurem kui alumiiniumist silikaadi katalüsaatoril; Võrreldes mõne traditsioonilise katalüsaatoriga on skandiumkatalüsaatorite arenguväljavaated väga heledad.
Tuumaenergia tööstus
Kui lisada väikese koguse SC2O3 UO2-le kõrge temperatuuriga reaktoris tuumakütuses, võib vältida võre muundamist, mahu suurenemist ja UO2 põhjustatud pragunemist U3O8 muundamisele.
Kütuseelement
Sarnaselt suurendab niklilise leelise akude skandiumi 2,5% -l 25% -le lisamine nende kasutusaega.
Põllumajanduslik aretus
Põllumajanduses saab selliseid seemneid nagu maisi, peedi, herne, nisu ja päevalille ravida skandiumsulfaadiga (kontsentratsioon on tavaliselt 10-3 ~ 10-8mol/L, erinevatel taimedel on erinev) ja idanemise soodustamise tegelik mõju on saavutatud. 8 tunni pärast suurenes juurte ja pungade kuiv mass vastavalt seemikutega võrreldes vastavalt 37% ja 78%, kuid mehhanismi on endiselt uuritud.
Alates Nielseni tähelepanust aatommassi andmete võlale kuni tänapäevani on Skandium jõudnud inimeste visioonile vaid sada või kakskümmend aastat, kuid see on peaaegu sada aastat pingil istunud. Alles eelmise sajandi lõpus materiaalse teaduse jõulise arendamise tõi see talle elujõu. Tänapäeval on haruldaste muldmetallide elementidest, sealhulgas skandiumiks, muutunud materjaliteaduses kuumadeks tähedeks, mänginud tuhandetes süsteemides pidevalt muutuvaid rolle, toob meie ellu iga päev rohkem mugavust ja luues majanduslikku väärtust, mida on veelgi keerulisem mõõta.
Postiaeg: 29. juuni 20123