Scandio, co símbolo do elemento Sc e o número atómico 21, é facilmente soluble en auga, pode interactuar coa auga quente e escurece facilmente no aire. A súa valencia principal é +3. A miúdo mestúrase con gadolinio, erbio e outros elementos, cun baixo rendemento e un contido aproximado de 0,0005% na codia. O escandio úsase a miúdo para fabricar vidro especiais e aliaxes lixeiras de alta temperatura.
Na actualidade, as reservas probadas de escandio no mundo son só 2 millóns de toneladas, o 90~95% das cales están contidas en minerais de bauxita, fosforita e ferro titanio, e unha pequena parte en minerais de uranio, torio, wolframio e terras raras, principalmente. distribuído en Rusia, China, Taxiquistán, Madagascar, Noruega e outros países. China é moi rica en recursos de escandio, con enormes reservas minerais relacionadas co escandio. Segundo estatísticas incompletas, as reservas de escandio en China son de preto de 600.000 toneladas, que están contidas en depósitos de bauxita e fosforita, depósitos de volframio de vea de pórfido e de cuarzo no sur da China, depósitos de terras raras no sur de China, depósitos de mineral de ferro de Bayan Obo en terras raras. Mongolia Interior e Panzhihua depósito de magnetita de titanio vanadio en Sichuan.
Debido á escaseza de escandio, o prezo do escandio tamén é moi alto e, no seu punto álxido, o prezo do escandio inflárase ata 10 veces o prezo do ouro. Aínda que o prezo do escandio caeu, aínda é catro veces o prezo do ouro!
Descubrindo a Historia
En 1869, Mendeleiev notou unha brecha na masa atómica entre o calcio (40) e o titanio (48), e predixo que aquí tamén había un elemento de masa atómica intermedia sen descubrir. El predixo que o seu óxido é X ₂ O Å. O escandio foi descuberto en 1879 por Lars Frederik Nilson da Universidade de Uppsala en Suecia. Extraeuno da mina de ouro raro negro, un mineral complexo que contén 8 tipos de óxidos metálicos. ExtraeuÓxido de erbio (III).a partir de mineral de ouro raro negro, e obtidoÓxido de iterbio (III).deste óxido, e hai outro óxido de elemento máis lixeiro, cuxo espectro mostra que é un metal descoñecido. Este é o metal predido por Mendeleiev, cuxo óxido éSc₂O₃. O escandio metal en si foi producidoCloruro de escandiopor fusión electrolítica en 1937.
Mendeleiev
Configuración electrónica
Configuración electrónica: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1
O escandio é un metal de transición brando e branco prata cun punto de fusión de 1541 ℃ e un punto de ebulición de 2831 ℃.
Durante un período de tempo considerable despois do seu descubrimento, o uso de escandio non se demostrou debido á súa dificultade na produción. Coa mellora crecente dos métodos de separación de elementos de terras raras, agora hai un fluxo de proceso maduro para purificar compostos de escandio. Debido a que o escandio é menos alcalino que o itrio e o lantánido, o hidróxido é o máis débil, polo que o mineral mesturado de elementos de terras raras que contén escandio separarase do elemento de terras raras mediante o método de "precipitación escalonada" cando o hidróxido de escandio (III) sexa tratado con amoníaco despois de tratarse con amoníaco. trasladando a solución. O outro método é separar o nitrato de escandio mediante a descomposición polar do nitrato. Debido a que o nitrato de escandio é o máis fácil de descompoñer, pódese separar o escandio. Ademais, a recuperación integral do escandio acompañante de depósitos de uranio, torio, wolframio, estaño e outros minerais tamén é unha importante fonte de escandio.
Despois de obter un composto de escandio puro, convértese en ScCl Å e fúndese con KCl e LiCl. O cinc fundido úsase como cátodo para a electrólise, o que fai que precipite escandio sobre o electrodo de cinc. Despois, o cinc é evaporado para obter escandio metálico. Este é un metal branco prata lixeiro con propiedades químicas moi activas, que pode reaccionar coa auga quente para xerar hidróxeno gaseoso. Así, o escandio metálico que ves na imaxe está selado nunha botella e protexido con gas argón, se non, o escandio formará rapidamente unha capa de óxido amarelo escuro ou gris, perdendo o seu brillo metálico brillante.
Aplicacións
Industria da iluminación
Os usos do escandio concéntranse en direccións moi brillantes, e non é unha esaxeración chamalo Fillo da Luz. A primeira arma máxica do escandio chámase lámpada de escandio sódico, que se pode usar para levar luz a miles de fogares. Este é un halogenuro metálico Luz eléctrica: a lámpada énchese con ioduro de sodio e triioduro de escandio, e engádense ao mesmo tempo escandio e folla de sodio. Durante a descarga de alta tensión, os ións escandio e sodio emiten, respectivamente, luz das súas lonxitudes de onda de emisión características. As liñas espectrais do sodio son 589,0 e 589,6 nm, dúas famosas luces amarelas, mentres que as liñas espectrais do escandio son 361,3~424,7 nm, unha serie de emisións de luz ultravioleta e azul preto. Debido a que se complementan, a cor da luz xeral producida é a luz branca. É precisamente porque as lámpadas de escandio sódico teñen as características de alta eficiencia luminosa, boa cor de luz, aforro de enerxía, longa vida útil e forte capacidade de romper a néboa que poden ser amplamente utilizadas para cámaras de televisión, prazas, locais deportivos e iluminación viaria. e son coñecidas como fontes de luz de terceira xeración. En China, este tipo de lámpadas estase promovendo gradualmente como unha nova tecnoloxía, mentres que nalgúns países desenvolvidos, este tipo de lámpadas foi moi utilizada xa a principios dos anos 80.
A segunda arma máxica do escandio son as células solares fotovoltaicas, que poden recoller a luz espallada no chan e convertela en electricidade para impulsar a sociedade humana. O escandio é o mellor metal de barreira nas células solares e células solares de silicio semicondutores illantes metálicos.
A súa terceira arma máxica chámase fonte de raios γ A, esta arma máxica pode brillar por si mesma, pero este tipo de luz non se pode recibir a simple vista, é un fluxo de fotóns de alta enerxía. Normalmente extraemos 45Sc dos minerais, que son os únicos isótopos naturais do escandio. Cada núcleo de 45Sc contén 21 protóns e 24 neutróns. O 46Sc, un isótopo radioactivo artificial, pode usarse como fontes de radiación γ ou átomos trazadores tamén se poden usar para radioterapia de tumores malignos. Tamén hai aplicacións como o láser granate de itrio galio escandio,Fluoruro de escandioinfravermello de vidro Fibra óptica e tubo de raios catódicos revestido de escandio na televisión. Parece que o escandio nace con brillo.
Industria de aliaxes
O escandio na súa forma elemental foi amplamente utilizado para dopar aliaxes de aluminio. Mentres se engaden algunhas milésimas de escandio ao aluminio, formarase unha nova fase Al3Sc, que desempeñará un papel de metamorfismo na aliaxe de aluminio e fará que a estrutura e as propiedades da aliaxe cambien significativamente. Engadindo 0,2% ~ 0,4% Sc (que é realmente semellante á proporción de sal para revolver vexetais fritidos na casa, só se necesita un pouco) pode aumentar a temperatura de recristalización da aliaxe en 150-200 ℃ e mellorar significativamente a alta temperatura. - Resistencia á temperatura, estabilidade estrutural, rendemento de soldadura e resistencia á corrosión. Tamén pode evitar o fenómeno de fragilización que é fácil de producir durante un traballo a longo prazo a altas temperaturas. A aliaxe de aluminio de alta resistencia e alta tenacidade, a nova aliaxe de aluminio soldable de alta resistencia resistente á corrosión, a nova aliaxe de aluminio de alta temperatura, a aliaxe de aluminio resistente á irradiación de neutróns de alta resistencia, etc., teñen perspectivas de desenvolvemento moi atractivas no sector aeroespacial, aviación, buques, etc. reactores nucleares, vehículos lixeiros e trens de alta velocidade.
O escandio tamén é un excelente modificador para o ferro, e unha pequena cantidade de escandio pode mellorar significativamente a resistencia e dureza do ferro fundido. Ademais, o escandio tamén se pode usar como aditivo para aliaxes de tungsteno e cromo a alta temperatura. Por suposto, ademais de facer roupa de voda para outros, o escandio ten un alto punto de fusión e a súa densidade é semellante ao aluminio, e tamén se usa en aliaxes lixeiras de alto punto de fusión como a aliaxe de escandio titanio e a aliaxe de escandio magnesio. Non obstante, debido ao seu alto prezo, xeralmente só se usa en industrias de fabricación de gama alta, como os transbordadores espaciais e os foguetes.
Material cerámico
O escandio, unha soa substancia, úsase xeralmente nas aliaxes, e os seus óxidos xogan un papel importante nos materiais cerámicos dun xeito similar. O material cerámico de circonio tetragonal, que se pode usar como material de electrodo para pilas de combustible de óxido sólido, ten unha propiedade única na que a condutividade deste electrólito aumenta co aumento da temperatura e da concentración de osíxeno no ambiente. Porén, a estrutura cristalina deste material cerámico en si non pode existir de forma estable e non ten valor industrial; É necesario dopar algunhas substancias que poden fixar esta estrutura para manter as súas propiedades orixinais. Engadir 6 ~ 10% de óxido de escandio é como unha estrutura de formigón, polo que o zirconio pode estabilizarse nunha rede cadrada.
Tamén hai materiais cerámicos de enxeñería como o nitruro de silicio de alta resistencia e resistente a altas temperaturas como densificadores e estabilizadores.
Como densificador,Óxido de escandiopode formar unha fase refractaria Sc2Si2O7 no bordo das partículas finas, reducindo así a deformación a alta temperatura da cerámica de enxeñería. En comparación con outros óxidos, pode mellorar mellor as propiedades mecánicas de alta temperatura do nitruro de silicio.
Química catalítica
En enxeñaría química, o escandio úsase a miúdo como catalizador, mentres que o Sc2O3 pode usarse para a deshidratación e desoxidación de etanol ou isopropanol, a descomposición do ácido acético e a produción de etileno a partir de CO e H2. O catalizador de Pt Al que contén Sc2O3 tamén é un catalizador importante para os procesos de purificación e refino de hidroxenación de petróleo pesado na industria petroquímica. Nas reaccións de craqueo catalítico como o cumeno, a actividade do catalizador de zeolita Sc-Y é 1000 veces maior que a do catalizador de silicato de aluminio; En comparación con algúns catalizadores tradicionais, as perspectivas de desenvolvemento dos catalizadores de escandio serán moi brillantes.
Industria da enerxía nuclear
Engadir unha pequena cantidade de Sc2O3 a UO2 no combustible nuclear de reactores de alta temperatura pode evitar a transformación da rede, o aumento de volume e a fisuración causada pola conversión de UO2 a U3O8.
Pila de combustible
Do mesmo xeito, engadir un 2,5% a un 25% de escandio ás baterías alcalinas de níquel aumentará a súa vida útil.
Cría agrícola
Na agricultura, sementes como millo, remolacha, chícharos, trigo e xirasol pódense tratar con sulfato de escandio (a concentración é xeralmente de 10-3~10-8mol/L, as diferentes plantas terán diferentes) e o efecto real de promover a xerminación. conseguiuse. Despois de 8 horas, o peso seco de raíces e xemas aumentou un 37% e un 78% respectivamente en comparación coas mudas, pero o mecanismo aínda está en estudo.
Desde a atención de Nielsen á débeda dos datos de masas atómicas ata hoxe, o escandio entrou na visión da xente só hai cen ou vinte anos, pero case leva cen anos sentado no banco. Non foi ata o vigoroso desenvolvemento da ciencia dos materiais a finais do século pasado cando lle trouxo vitalidade. Hoxe en día, os elementos de terras raras, incluído o escandio, convertéronse en estrelas quentes na ciencia dos materiais, xogando papeis en constante cambio en miles de sistemas, aportando cada día máis comodidade ás nosas vidas e creando un valor económico que é aínda máis difícil de medir.
Hora de publicación: 29-Xun-2023