SCandium, con Element Symbol SC e il numero atomico di 21, è facilmente solubile in acqua, può interagire con acqua calda e si oscura facilmente nell'aria. La sua valenza principale è+3. È spesso miscelato con gadolinio, erbio e altri elementi, con una bassa resa e un contenuto di circa 0,0005% nella crosta. Lo scansium viene spesso utilizzato per produrre leghe speciali in vetro e leggero ad alta temperatura.
Al momento, le comprovate riserve di scandium nel mondo sono solo 2 milioni di tonnellate, il 90 ~ 95% delle quali sono contenute in bauxite, fosforite e minerali di titanio di ferro e una piccola parte di uranio, tungsteno e minerali delle terre rare, principalmente distribuite in Russia, Cina, Tajikistan, Madacar, Norway e altri paesi. La Cina è molto ricca di risorse di scansium, con enormi riserve minerali relative allo scansium. Secondo le statistiche incomplete, le riserve di scandium in Cina sono circa 600000 tonnellate, che sono contenute in depositi di bauxite e fosforite, depositi di tungsteno vene e vene di quarzo nella Cina meridionale, nel sud della Magnetite in Cina.
A causa della scarsità di scandium, anche il prezzo di scandium è molto alto e, al massimo, il prezzo dello scandium è stato gonfiato a 10 volte il prezzo dell'oro. Sebbene il prezzo dello scandium sia diminuito, è ancora quattro volte il prezzo dell'oro!
Scoprire la storia
Nel 1869, Mendeleev notò un divario nella massa atomica tra calcio (40) e titanio (48) e prevedeva che qui c'era anche un elemento di massa atomica intermedia da scoprire. Ha previsto che il suo ossido è x ₂ o Å. Scandium fu scoperto nel 1879 da Lars Frederik Nilson dell'Università di Uppsala in Svezia. Lo ha estratto dalla miniera nera in oro rara, un minerale complesso che contiene 8 tipi di ossidi di metallo. Ha estrattoOssido di erbio (III)dal minerale d'oro raro nero e ottenutoOssido di itterbio (III)Da questo ossido, e c'è un altro ossido di elemento più chiaro, il cui spettro mostra che è un metallo sconosciuto. Questo è il metallo previsto da Mendeleev, il cui ossido èSc₂o₃. Il metallo scanso stesso è stato prodotto daCloruro di scandiummediante fusione elettrolitica nel 1937.
Mendeleev
Configurazione elettronica
Configurazione elettronica: 1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 4S2 3D1
Lo scansium è un metallo di transizione bianco morbido e argento con un punto di fusione di 1541 ℃ e un punto di ebollizione di 2831 ℃.
Per un periodo di tempo considerevole dopo la sua scoperta, l'uso di scandium non è stato dimostrato a causa della sua difficoltà nella produzione. Con il crescente miglioramento dei metodi di separazione degli elementi delle terre rare, ora esiste un flusso di processo maturo per purificare i composti di scansium. Poiché lo scandium è meno alcalino di ittrio e lantanide, l'idrossido è il più debole, quindi l'elemento di terre rare minerali misti contenenti scandium verrà separato dall'elemento terrestre raro mediante metodo di "precipitazione del passo" quando l'idrossido di scandium (III) viene trattato con ammoniaca dopo essere stato trasferito in soluzione. L'altro metodo è separare il nitrato di scandium mediante decomposizione polare del nitrato. Poiché il nitrato di scansium è il più semplice da decomporre, lo scandium può essere separato. Inoltre, il recupero completo di scandium di accompagnamento da uranio, torio, tungsteno, stagno e altri depositi minerali è anche un'importante fonte di scandium.
Dopo aver ottenuto un composto di scansium puro, viene convertito in SCCL Å e CO fuso con KCl e LICL. Lo zinco fuso viene utilizzato come catodo per l'elettrolisi, causando il precipitazione di scandium sull'elettrodo di zinco. Quindi, lo zinco viene evaporato per ottenere scandium metallico. Questo è un metallo bianco argento leggero con proprietà chimiche molto attive, che possono reagire con acqua calda per generare gas idrogeno. Quindi lo scansium metallico che vedi nella foto è sigillato in una bottiglia e protetto con gas argon, altrimenti lo scandium formerà rapidamente uno strato di ossido di giallo scuro o grigio, perdendo la sua lucente lucentezza metallica.
Applicazioni
Industria dell'illuminazione
Gli usi dello scansium sono concentrati in direzioni molto luminose e non è un'esagerazione chiamarlo figlio della luce. La prima arma magica di scandium si chiama lampada di sodio scandium, che può essere utilizzata per portare luce a migliaia di famiglie. Questa è una luce elettrica alide metallica: il bulbo è riempito con ioduro di sodio e triioduro di scansium e lo stesso tempo vengono aggiunti scandium e lamina di sodio. Durante lo scarico ad alta tensione, gli ioni scansium e gli ioni di sodio emettono rispettivamente la luce delle loro lunghezze d'onda di emissione caratteristiche. Le linee spettrali del sodio sono 589,0 e 589,6 nm, due famose luci gialle, mentre le linee spettrali di scandium sono 361,3 ~ 424,7 nm, una serie di emissioni quasi ultraviolette e di luce blu. Poiché si completano a vicenda, il colore della luce generale prodotto è la luce bianca. È proprio perché le lampade di sodio scansium hanno le caratteristiche dell'elevata efficienza luminosa, del buon colore della luce, del risparmio energetico, della durata di lunga durata e della forte capacità di rottura della nebbia che possono essere ampiamente utilizzate per telecamere televisive, quadrati, luoghi sportivi e illuminazione su strada e sono conosciute come fonti di luce di terza generazione. In Cina, questo tipo di lampada viene gradualmente promosso come una nuova tecnologia, mentre in alcuni paesi sviluppati, questo tipo di lampada è stato ampiamente utilizzato già nei primi anni '80.
La seconda arma magica di scandium sono le celle solari fotovoltaiche, che possono raccogliere la luce sparsa a terra e trasformarla in elettricità per guidare la società umana. Lo scansium è il miglior metallo barriera nelle celle solari e celle solari in silicio a semiconduttore isolante in metallo.
La sua terza arma magica si chiama γ una fonte di raggi, questa arma magica può brillare da sola, ma questo tipo di luce non può essere accolta dall'occhio nudo, è un flusso di fotoni ad alta energia. Di solito estraiamo 45SC da minerali, che sono gli unici isotopi naturali di scandium. Ogni nucleo 45SC contiene 21 protoni e 24 neutroni. 46SC, un isotopo radioattivo artificiale, può essere usato come fonti di radiazioni γ o atomi di traccianti possono anche essere usati per la radioterapia di tumori maligni. Ci sono anche applicazioni come il Laser Garnet di ytttrium gallio scandium,Fluoruro di scandiumFibra ottica a infrarossi in vetro e tubo a raggi catodici rivestiti in scandium in televisione. Sembra che lo scandium nasca con luminosità.
Industria in lega
Lo scandium nella sua forma elementare è stato ampiamente utilizzato per le leghe di alluminio doping. Finché qualche millesimo di scandium viene aggiunta all'alluminio, si formerà una nuova fase AL3SC, che svolgerà un ruolo di metamorfismo nella lega di alluminio e farà significativamente la struttura e le proprietà del cambiamento in lega. L'aggiunta dello 0,2% ~ 0,4% SC (che è davvero simile alla proporzione di aggiunta di sale per mescolare le verdure fritte a casa, è necessario solo un po ') può aumentare la temperatura di ricristallizzazione della lega di 150-200 ℃ e migliorare significativamente la resistenza ad alta temperatura, la stabilità strutturale, la stabilità strutturale di saldatura e la resistenza alla corrosione. Può anche evitare il fenomeno di abbracci che è facile da verificarsi durante il lavoro a lungo termine ad alte temperature. Lega di alluminio ad alta resistenza e ad alta tenacia, nuova lega di alluminio saldabile resistente alla corrosione ad alta resistenza, nuova lega di alluminio ad alta temperatura, neutroni ad alta resistenza di irradiazione resistente all'irradiazione in alluminio, ecc.
Lo scansium è anche un eccellente modificatore per il ferro e una piccola quantità di scandium può migliorare significativamente la forza e la durezza della ghisa. Inoltre, lo scandium può anche essere usato come additivo per le leghe di tungsteno e cromo ad alta temperatura. Naturalmente, oltre a preparare abiti da sposa per gli altri, lo scandium ha un punto di fusione elevato e la sua densità è simile all'alluminio ed è anche usato in leghe leggermente leggermente di fusione come la lega di titanio di scandium e la lega di magnesio di scansium. Tuttavia, a causa del suo prezzo elevato, è generalmente utilizzato solo in industrie manifatturiere di fascia alta come navette spaziali e razzi.
Materiale ceramico
Lo scansium, una singola sostanza, è generalmente utilizzato nelle leghe e i suoi ossidi svolgono un ruolo importante nei materiali ceramici in modo simile. Il materiale ceramico di zirconia tetragonale, che può essere utilizzato come materiale elettrodo per celle a combustibile a ossido solido, ha una proprietà unica in cui la conduttività di questo elettrolitico aumenta con l'aumentare della temperatura e della concentrazione di ossigeno nell'ambiente. Tuttavia, la struttura cristallina di questo materiale ceramico stesso non può esistere stabilmente e non ha valore industriale; È necessario drogare alcune sostanze che possono fissare questa struttura per mantenere le sue proprietà originali. L'aggiunta del 6 ~ 10% di ossido di scandium è come una struttura in cemento, in modo che la zirconia possa essere stabilizzata su un reticolo quadrato.
Esistono anche materiali ceramici ingegneristici come nitruro di silicio resistente ad alta resistenza e ad alta temperatura come densificatori e stabilizzatori.
Come densificatore,Ossido di scandiumpuò formare una fase refrattaria SC2SI2O7 sul bordo delle particelle fini, riducendo così la deformazione ad alta temperatura della ceramica ingegneristica. Rispetto ad altri ossidi, può migliorare meglio le proprietà meccaniche ad alta temperatura del nitruro di silicio.
Chimica catalitica
Nell'ingegneria chimica, lo scandium viene spesso usato come catalizzatore, mentre SC2O3 può essere usato per disidratazione e desossidazione di etanolo o isopropanolo, decomposizione di acido acetico e produzione di etilene da CO e H2. Il catalizzatore PT Al contenente SC2O3 è anche un importante catalizzatore per i processi di purificazione e raffinazione dell'idrogenazione di petrolio pesante nell'industria petrolchimica. Nelle reazioni di cracking catalitico come il cumene, l'attività del catalizzatore di zeolite SC-Y è 1000 volte superiore a quella del catalizzatore di silicato di alluminio; Rispetto ad alcuni catalizzatori tradizionali, le prospettive di sviluppo dei catalizzatori di scandium saranno molto luminose.
Industria dell'energia nucleare
L'aggiunta di una piccola quantità di SC2O3 a UO2 nel combustibile nucleare del reattore ad alta temperatura può evitare la trasformazione reticolare, l'aumento del volume e il crack causato dalla conversione UO2 a U3O8.
Cella a combustibile
Allo stesso modo, l'aggiunta del 2,5% al 25% di scandium alle batterie alcali in nichel aumenterà la loro durata.
Allevamento agricolo
In agricoltura, semi come mais, barbabietola, pisello, grano e girasole possono essere trattati con solfato di scandium (la concentrazione è generalmente 10-3 ~ 10-8mol/L, le diverse piante avranno diverse) e è stato raggiunto l'effetto effettivo della promozione della germinazione. Dopo 8 ore, il peso secco delle radici e delle gemme è aumentato rispettivamente del 37% e del 78% rispetto alle piantine, ma il meccanismo è ancora in fase di studio.
Dall'attenzione di Nielsen al debito dei dati di massa atomici ad oggi, Scandium è entrato nella visione delle persone per soli cento o due anni, ma è quasi seduto in panchina per cento anni. Non è stato fino al vigoroso sviluppo della scienza materiale alla fine del secolo che gli ha portato vitalità. Oggi, gli elementi delle terre rare, incluso Scandium, sono diventati star calde nella scienza dei materiali, interpretano ruoli in continua evoluzione in migliaia di sistemi, portando più comodità alla nostra vita ogni giorno e creando valore economico che è ancora più difficile da misurare.
Tempo post: 29-2023 giugno