Scandium, elemendi sümboliga Sc ja aatomnumbriga 21, lahustub vees kergesti, võib suhelda kuuma veega ja tumeneb õhu käes kergesti. Selle peamine valents on +3. Seda segatakse sageli gadoliiniumi, erbiumi ja muude elementidega, madala saagisega ja umbes 0,0005% sisaldusega maakoores. Skandiumi kasutatakse sageli spetsiaalse klaasi ja kergete kõrgtemperatuuriliste sulamite valmistamiseks.
Praegu on maailmas tõestatud skandiumivarud vaid 2 miljonit tonni, millest 90–95% sisalduvad boksiidi-, fosforiidi- ja raua-titaanimaakides ning väike osa uraani-, tooriumi-, volframi- ja haruldaste muldmetallide maakides, peamiselt levitatakse Venemaal, Hiinas, Tadžikistanis, Madagaskaril, Norras ja teistes riikides. Hiina on skandiumivarude poolest väga rikas, kuna skandiumiga on seotud tohutud maavarad. Puuduliku statistika kohaselt on skandiumi varud Hiinas umbes 600 000 tonni, mis sisalduvad boksiidi- ja fosforiidimaardlates, porfüüri- ja kvartsisoonte volframimaardlates Lõuna-Hiinas, haruldaste muldmetallide maardlates Lõuna-Hiinas, Bayan Obo haruldaste muldmetallide rauamaagi maardlas. Sise-Mongoolia ja Panzhihua vanaadium-titaanmagnetiidi ladestus Sichuanis.
Skandiumi nappuse tõttu on ka skandiumi hind väga kõrge ning selle tipul paisutati skandiumi hind 10-kordseks kulla hinnast. Kuigi skandiumi hind on langenud, on see kulla hinnast siiski neli korda kõrgem!
Ajaloo avastamine
1869. aastal märkas Mendelejev aatommassi lõhet kaltsiumi (40) ja titaani (48) vahel ning ennustas, et siin leidub ka avastamata vahepealset aatommassi elementi. Ta ennustas, et selle oksiid on X ₂ O Å. Skandiumi avastas 1879. aastal Lars Frederik Nilson Uppsala ülikoolist Rootsist. Ta ekstraheeris selle mustast haruldasest kullakaevandusest, keerulisest maagist, mis sisaldab 8 tüüpi metallioksiide. Ta on välja võtnudErbium(III)oksiidmustast haruldasest kullamaagist ja saadudÜtterbium(III)oksiidsellest oksiidist ja on veel üks kergema elemendi oksiid, mille spekter näitab, et tegemist on tundmatu metalliga. See on Mendelejevi ennustatud metall, mille oksiid onSc₂O3. Metallist skandium ise toodetiskandiumkloriidelektrolüütilise sulatamise teel 1937. aastal.
Mendelejev
Elektronide konfiguratsioon
Elektronide konfiguratsioon: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1
Skandium on pehme hõbevalge siirdemetall sulamistemperatuuriga 1541 ℃ ja keemistemperatuuriga 2831 ℃.
Märkimisväärse aja jooksul pärast selle avastamist ei tõestatud skandiumi kasutamist selle tootmisraskuste tõttu. Haruldaste muldmetallide elementide eraldusmeetodite täiustumisega on skandiumühendite puhastamiseks nüüdseks arenenud küpsed protsessid. Kuna skandium on vähem leeliseline kui ütrium ja lantaniid, on hüdroksiid kõige nõrgem, nii et skandiumi sisaldav haruldaste muldmetallide segamineraal eraldatakse haruldaste muldmetallide elemendist astmelise sadestamise meetodil, kui skandium(III)hüdroksiidi töödeldakse pärast ammoniaagiga. viiakse lahusesse. Teine meetod on skandiumnitraadi eraldamine nitraadi polaarse lagundamise teel. Kuna skandiumnitraati on kõige lihtsam lagundada, saab skandiumit eraldada. Lisaks on skandiumi oluliseks allikaks ka kaasneva skandiumi igakülgne taastamine uraanist, tooriumist, volframist, tinast ja muudest maavaradest.
Pärast puhta skandiumühendi saamist muundatakse see ScCl Å-ks ja koos sulatatakse KCl ja LiCl-ga. Sula tsinki kasutatakse elektrolüüsi katoodina, põhjustades skandiumi sadestumist tsinkelektroodile. Seejärel tsink aurustatakse metallilise skandiumi saamiseks. See on väga aktiivsete keemiliste omadustega kerge hõbevalge metall, mis võib kuuma veega reageerides tekitada vesinikgaasi. Seega on pildil nähtav metallskandium suletud pudelisse ja kaitstud argoongaasiga, vastasel juhul moodustab skandium kiiresti tumekollase või halli oksiidikihi, kaotades oma läikiva metallilise läike.
Rakendused
Valgustustööstus
Skandiumi kasutusalad on koondunud väga eredatesse suundadesse ja pole liialdus nimetada seda Valguse Pojaks. Skandiumi esimest võlurelva nimetatakse skandiumnaatriumlampiks, millega saab tuua valgust tuhandetesse majapidamistesse. See on metallhalogeniid Elektrivalgusti: pirn on täidetud naatriumjodiidi ja skandiumtrijodiidiga ning samaaegselt lisatakse skandium ja naatriumfoolium. Kõrgepingelahenduse ajal kiirgavad skandiumiioonid ja naatriumioonid neile iseloomuliku emissioonilainepikkusega valgust. Naatriumi spektrijooned on 589,0 ja 589,6 nm, kaks kuulsat kollast tuld, samas kui skandiumi spektrijooned on 361,3–424,7 nm, mis on peaaegu ultraviolettkiirguse ja sinise valguse emissioonide jada. Kuna need täiendavad üksteist, on üldine valgusvärv valge valgus. Just seetõttu, et skandiumnaatriumlampidel on kõrge valgustõhusus, hea valguse värvus, energiasäästlikkus, pikk kasutusiga ja tugev udupurustusvõime, saab neid laialdaselt kasutada telekaamerate, väljakute, spordisaalide ja teevalgustuse jaoks. ja neid tuntakse kolmanda põlvkonna valgusallikatena. Hiinas propageeritakse seda tüüpi lampe järk-järgult uue tehnoloogiana, samas kui mõnes arenenud riigis kasutati seda tüüpi lampe laialdaselt juba 1980. aastate alguses.
Skandiumi teine võlurelv on päikese fotogalvaanilised elemendid, mis suudavad koguda maapinnale hajutatud valgust ja muuta selle elektriks, et juhtida inimühiskonda. Scandium on parim tõkkemetall metallist isolaatorist pooljuht-räni päikesepatareides ja päikesepatareides.
Selle kolmandat maagilist relva nimetatakse γ A ray allikaks, see võlurelv võib iseenesest eredalt särada, kuid sellist valgust ei saa palja silmaga vastu võtta, tegemist on suure energiaga footonivooluga. Tavaliselt ekstraheerime mineraalidest 45Sc, mis on skandiumi ainsad looduslikud isotoobid. Iga 45Sc tuum sisaldab 21 prootonit ja 24 neutronit. Tehislikku radioaktiivset isotoopi 46Sc saab kasutada γ-na Kiirgusallikana või märgistusaatomeid saab kasutada ka pahaloomuliste kasvajate kiiritusravis. Samuti on selliseid rakendusi nagu ütrium-gallium skandium-granaatlaser,skandiumfluoriidklaasist infrapuna Optiline kiud ja skandiumiga kaetud katoodkiiretoru televisioonis. Tundub, et skandium sünnib heledusega.
Sulamitööstus
Skandiumi elementaarsel kujul on laialdaselt kasutatud alumiiniumisulamite dopimiseks. Seni kuni alumiiniumile lisatakse mõni tuhandik skandiumi, moodustub uus Al3Sc faas, mis mängib alumiiniumsulamis metamorfismi rolli ning paneb sulami struktuuri ja omadused oluliselt muutuma. 0,2% ~ 0,4% Sc lisamine (mis on tõesti sarnane kodus praetud köögiviljade segamisel soola lisamise osakaalule, on vaja ainult natuke) võib sulami ümberkristallimistemperatuuri tõsta 150-200 ℃ võrra ja tõsta oluliselt kõrget temperatuuri. -temperatuuritugevus, konstruktsiooni stabiilsus, keevitusjõudlus ja korrosioonikindlus. Samuti võib see vältida rabestumise nähtust, mis võib kergesti tekkida pikaajalisel kõrgel temperatuuril töötamisel. Kõrge tugevusega ja suure sitkusega alumiiniumsulam, uus ülitugev korrosioonikindel keevitatav alumiiniumsulam, uus kõrgtemperatuuriline alumiiniumsulam, ülitugev neutronkiirgusele vastupidav alumiiniumsulam jne omavad väga atraktiivseid arenguväljavaateid lennunduses, lennunduses, laevades, tuumareaktorid, kergsõidukid ja kiirrongid.
Skandium on ka suurepärane raua modifikaator ning väike kogus skandiumit võib oluliselt parandada malmi tugevust ja kõvadust. Lisaks saab skandiumit kasutada ka kõrge temperatuuriga volframi- ja kroomisulamite lisandina. Lisaks teistele pulmarõivaste valmistamisele on skandiumil loomulikult kõrge sulamistemperatuur ja selle tihedus sarnaneb alumiiniumiga ning seda kasutatakse ka kõrge sulamistemperatuuriga kergetes sulamites nagu skandium-titaanisulam ja skandium-magneesiumisulam. Kuid selle kõrge hinna tõttu kasutatakse seda tavaliselt ainult tipptasemel tootmisharudes, nagu kosmosesüstikud ja raketid.
Keraamiline materjal
Skandiumi kui ühtset ainet kasutatakse üldiselt sulamites ja selle oksiididel on samamoodi oluline roll keraamilistes materjalides. Tetragonaalsel tsirkooniumoksiidkeraamilisel materjalil, mida saab kasutada tahkeoksiidkütuseelementide elektroodimaterjalina, on ainulaadne omadus, kus selle elektrolüüdi juhtivus suureneb koos temperatuuri ja hapniku kontsentratsiooni tõusuga keskkonnas. Kuid selle keraamilise materjali kristallstruktuur ise ei saa stabiilselt eksisteerida ja sellel puudub tööstuslik väärtus; Mõned ained, mis suudavad seda struktuuri fikseerida, on vaja dopingeerida, et säilitada selle algsed omadused. 6–10% skandiumoksiidi lisamine on nagu betoonkonstruktsioon, nii et tsirkooniumoksiidi saab stabiliseerida ruudukujulisel võrel.
Samuti on tihendajatena ja stabilisaatoritena insenerikeraamilisi materjale, nagu ülitugev ja kõrge temperatuurikindel räninitriid.
tihendajana,skandiumoksiidvõib moodustada peenosakeste servas tulekindla faasi Sc2Si2O7, vähendades seega insenerkeraamika deformatsiooni kõrgel temperatuuril. Võrreldes teiste oksiididega võib see paremini parandada räni nitriidi kõrgel temperatuuril mehaanilisi omadusi.
Katalüütiline keemia
Keemiatehnikas kasutatakse skandiumit sageli katalüsaatorina, Sc2O3 aga etanooli või isopropanooli dehüdratsiooniks ja deoksüdeerimiseks, äädikhappe lagundamiseks ning etüleeni tootmiseks CO-st ja H2-st. Sc2O3 sisaldav Pt Al katalüsaator on samuti oluline katalüsaator naftakeemiatööstuse raskete õlide hüdrogeenimispuhastus- ja rafineerimisprotsessides. Katalüütilistel krakkimisreaktsioonidel, nagu kumeen, on Sc-Y tseoliitkatalüsaatori aktiivsus 1000 korda kõrgem kui alumiiniumsilikaatkatalüsaatoril; Võrreldes mõne traditsioonilise katalüsaatoriga on skandiumkatalüsaatorite väljavaated väga eredad.
Tuumaenergia tööstus
Väikese koguse Sc2O3 lisamine UO2-le kõrgtemperatuurilises reaktori tuumkütuses võib vältida võre muundumist, mahu suurenemist ja pragunemist, mis on põhjustatud UO2 muundamisest U3O8-ks.
Kütuseelement
Samamoodi pikendab 2,5–25% skandiumi lisamine nikkel-leelispatareidele nende kasutusiga.
Põllumajanduslik aretus
Põllumajanduses saab seemneid, nagu mais, peet, hernes, nisu ja päevalill, töödelda skandiumsulfaadiga (kontsentratsioon on tavaliselt 10–3–10–8 mol/l, erinevatel taimedel on erinev mõju) ja tegelik idanemist soodustav toime. on saavutatud. 8 tunni pärast suurenes juurte ja pungade kuivmass seemikute omaga võrreldes vastavalt 37% ja 78%, kuid mehhanismi uuritakse endiselt.
Alates Nielseni tähelepanust aatommassi andmete võlale tänapäevani on skandium inimeste nägemusse sattunud vaid sada-kakskümmend aastat, kuid peaaegu sada aastat pingil istunud. Alles materjaliteaduse jõuline areng möödunud sajandi lõpul tõi talle elujõudu. Tänapäeval on haruldastest muldmetallidest, sealhulgas skandiumist, saanud materjaliteaduse kuumad tähed, mis mängivad tuhandetes süsteemides pidevalt muutuvaid rolle, toovad meie ellu iga päev rohkem mugavust ja loovad majanduslikku väärtust, mida on veelgi raskem mõõta.
Postitusaeg: 29. juuni 2023