SCandiumMit Elementsymbol SC und Atomzahl von 21 ist in Wasser leicht löslich, kann mit heißem Wasser interagieren und sich leicht in der Luft verdunkelt. Seine Hauptvalenz beträgt+3. Es wird oft mit Gadolinium, Erbium und anderen Elementen mit geringer Ausbeute und einem Gehalt von ungefähr 0,0005% in der Kruste gemischt. Skandium wird häufig verwendet, um spezielle Glas- und leichte Hochtemperaturlegierungen herzustellen.
Gegenwärtig sind die nachgewiesenen Reserven von Skandium der Welt nur 2 Millionen Tonnen, von denen 90 ~ 95% in Bauxit-, Phosphorit- und Eisen -Titanerzen enthalten sind, und ein kleiner Teil in Uranium, Thorium, Tungsten und Seltenen Erden und anderen Ländern. China ist sehr reich an Scandium -Ressourcen mit riesigen Mineralreserven im Zusammenhang mit Skandium. Laut unvollständigen Statistiken sind die Reserven von Skandium in China etwa 600000 Tonnen, die in Bauxit- und Phosphoritablagerungen, Porphyr- und Quarzvenen -Wolframablagerungen in Südchina, Seltenerdablagerungen in Südchina, Bayan Obo Earth Iron Ore -Ablagerung in der Innenmongolia und Panzhihihua -Ablagerung in der Innenmongolia und in Sichthihihihihihihihihihihua enthalten sind.
Aufgrund der Skandiumknappheit ist der Skandiumpreis ebenfalls sehr hoch, und auf seinem Höhepunkt wurde der Skandiumpreis auf das 10 -fache des Goldpreises aufgeblasen. Obwohl der Preis für Skandium gefallen ist, ist es immer noch viermal so hoch wie der Goldpreis!
Geschichte entdecken
Im Jahr 1869 bemerkte Mendeleev eine Lücke in der Atommasse zwischen Kalzium (40) und Titan (48) und sagte voraus, dass es hier auch ein unentdecktes mittleres Atommassenelement gab. Er sagte voraus, dass sein Oxid x ₂ o Å ist. Scandium wurde 1879 von Lars Frederik Nilson von der Uppsala University in Schweden entdeckt. Er extrahierte es aus der schwarzen seltenen Goldmine, einem komplexen Erz, das 8 Arten von Metalloxiden enthält. Er hat extrahiertErbium (III) Oxidaus schwarzem seltenen Golderz und erhaltenYtterbium (iii) oxidAus diesem Oxid, und es gibt ein anderes Oxid aus leichterem Element, dessen Spektrum zeigt, dass es sich um ein unbekanntes Metall handelt. Dies ist das von Mendeleev vorhergesagte Metall, dessen Oxid istSc₂o₃. Das Scandium -Metall selbst wurde aus produziertSkandiumchloriddurch elektrolytisches Schmelzen im Jahr 1937.
Mendeleev
Elektronenkonfiguration
Elektronenkonfiguration: 1S2 2S2 2P6 3S2 3p6 4S2 3D1
Scandium ist ein weiches, silberweißes Übergangsmetall mit einem Schmelzpunkt von 1541 ℃ und einem Siedepunkt von 2831 ℃.
Für einen beträchtlichen Zeitraum nach seiner Entdeckung wurde die Verwendung von Skandium aufgrund seiner Produktionsstörung nicht nachgewiesen. Mit der zunehmenden Verbesserung von Methoden der Trennungsmethoden für Seltenerdelemente gibt es heute einen ausgereiften Prozessfluss zum Reinigen von Skandiumverbindungen. Da Skandium weniger alkalisch als Yttrium und Lanthanid ist, ist das Hydroxid das schwächste, daher wird das gemischte Mineral -Mineral mit seltenem Erden durch „Stiefniederschläge“ von der Methode „Stiefniederschläge“ vom Skandium (iii) Hydroxid mit Ammonia mit Ammonia behandelt. Die andere Methode besteht darin, Skandium -Nitrat durch polare Zersetzung von Nitrat zu trennen. Da Skandiumnitrat am einfachsten zu zersetzen ist, kann Skandium getrennt werden. Darüber hinaus ist die umfassende Erholung des begleitenden Skandiums aus Uran-, Thorium-, Wolfram-, Zinn- und anderen Mineralablagerungen ebenfalls eine wichtige Quelle für Skandium.
Nach dem Erhalten einer reinen Skandiumverbindung wird sie in SCCL Å umgewandelt und mit KCL und LiCl geschmolzen. Das geschmolzene Zink wird als Kathode für die Elektrolyse verwendet, wodurch Skandium auf der Zinkelektrode ausfällt. Dann wird das Zink verdampft, um metallisches Skandium zu erhalten. Dies ist ein leichtes Silber -Weißmetall mit sehr aktiven chemischen Eigenschaften, das mit heißem Wasser reagieren kann, um Wasserstoffgas zu erzeugen. Das Metallskandium, das Sie auf dem Bild sehen, ist also in einer Flasche versiegelt und mit Argongas geschützt. Andernfalls bildet Scandium schnell eine dunkelgelbe oder graue Oxidschicht und verliert seinen glänzenden metallischen Glanz.
Anwendungen
Beleuchtungsindustrie
Die Verwendung von Skandium wird in sehr helle Richtungen konzentriert, und es ist keine Übertreibung, es als Sohn des Lichts zu nennen. Die erste magische Waffe von Skandium wird als Scandium -Natriumlampe bezeichnet, mit der man Tausenden von Haushalten Licht bringt. Dies ist ein Metallhalogenid -elektrisches Licht: Die Glühbirne ist mit Natriumiodid und Skandium -Triiodid gefüllt, und gleichzeitig werden Skandium und Natriumfolie zugesetzt. Während der Hochspannungsentladung emittieren Skandiumionen bzw. Natriumionen das Licht ihrer charakteristischen Emissionswellenlängen. Die Spektralleitungen von Natrium betragen 589,0 und 589,6 nm, zwei berühmte gelbe Lichter, während die Spektrallinien von Skandium 361,3 ~ 424,7 nm betragen, eine Reihe von Emissionen von nahezu ultravioletten und blauen Licht. Da sie sich gegenseitig ergänzen, ist die erzeugte allgemeine helle Farbe weißes Licht. Gerade weil Scandium -Natriumlampen die Eigenschaften einer hohen Leuchtmitteleffizienz, einer guten Lichtfarbe, der Kraftsparung, des langen Lebenslebens und der starken Fähigkeit zur Nebelbrechung aufweisen, können sie für Fernsehkameras, Quadrate, Sportveranstalte und Straßenbeleuchtung weit verbreitet sein und als Lichtquellen der dritten Generation bekannt sind. In China wird diese Art von Lampe allmählich als neue Technologie gefördert, während in einigen Industrieländern diese Art von Lampe bereits in den frühen 1980er Jahren verwendet wurde.
Die zweite magische Waffe von Skandium sind Solarphotovoltaikzellen, die das auf dem Boden verstreute Licht sammeln und es in Elektrizität verwandeln kann, um die menschliche Gesellschaft zu antreiben. Scandium ist das beste Barrieretall in Metallisolator -Semikonduktor -Silizium -Solarzellen und Solarzellen.
Seine dritte magische Waffe heißt γ eine Strahlquelle, diese magische Waffe kann alleine hell leuchten, aber diese Art von Licht kann nicht vom bloßen Auge empfangen werden, es ist ein hochenergischer Photonenfluss. Wir extrahieren normalerweise 45SC aus Mineralien, was die einzigen natürlichen Skandiumisotope sind. Jeder 45 -SC -Kern enthält 21 Protonen und 24 Neutronen. 46SC, ein künstliches radioaktives Isotop, kann als γ -Strahlungsquellen verwendet werden oder Tracer -Atome können auch zur Strahlentherapie von malignen Tumoren verwendet werden. Es gibt auch Anwendungen wie Yttrium Gallium Scandium Granat Laser,SkandiumfluoridGlasfaserglas -Infrarot -Faser und skandiumbeschichtete Kathodenstrahlröhre im Fernsehen. Es scheint, dass Skandium mit Helligkeit geboren wird.
Legierungsindustrie
Scandium in seiner elementaren Form wurde häufig für Dotierung von Aluminiumlegierungen verwendet. Solange ein paar Tausendstel Skandium zu Aluminium hinzugefügt werden, wird eine neue Al3SC -Phase gebildet, die eine Metamorphismus -Rolle in der Aluminiumlegierung spielen und die Struktur und Eigenschaften der Legierungsänderung erheblich verändert. Durch das Hinzufügen von 0,2% ~ 0,4% SC (was dem Anteil des Hinzufügens von Salz zu Hause zu Hause wirklich ähnlich ist, ist nur ein wenig erforderlich), kann die Rekristallisierungstemperatur der Legierung um 150-200 ° C erhöhen und die Hochtemperaturstärke, die Stabilität, die Schweißleistung und die Korrosionsbeständigkeit signifikant verbessern. Es kann auch das Verspringtungsphänomen vermeiden, das bei langfristigen Arbeit bei hohen Temperaturen leicht zu erfolgen ist. Hochfestige und hohe Aluminiumlegierung mit hoher Härte, neue, hochfeste korrosionsresistente schweißbare Aluminiumlegierung, neue hochtemperaturgelegte Aluminiumlegierung, hochfestes Neutronenbesteuerungsbeständigkeitsbeständiger Aluminiumlegierungen usw. haben sehr attraktive Entwicklungsaussichten in der Luft- und Raumfahrt, Schiffen, Kernschriften, leichten Fahrzeugen und hohen Spaltungen.
Scandium ist auch ein ausgezeichneter Modifikator für Eisen, und eine kleine Menge Skandium kann die Festigkeit und Härte von Gusseisen erheblich verbessern. Darüber hinaus kann Skandium auch als Additiv für Hochtemperatur-Wolfram- und Chromlegierungen verwendet werden. Natürlich hat Scandium zusätzlich zu einer Hochzeitskleidung für andere einen hohen Schmelzpunkt und seine Dichte ähnelt Aluminium und wird auch in leichten Legierungen mit hohem Schmelzpunkt wie Scandium -Titan -Legierung und Scandium -Magnesiumlegierung verwendet. Aufgrund seines hohen Preises wird es jedoch im Allgemeinen nur in High-End-Fertigungsindustrien wie Space Shuttles und Raketen verwendet.
Keramikmaterial
Scandium, eine einzelne Substanz, wird im Allgemeinen in Legierungen verwendet, und seine Oxide spielen in ähnlicher Weise eine wichtige Rolle bei Keramikmaterialien. Das tetragonale Zirkonia -Keramikmaterial, das als Elektrodenmaterial für feste Oxid -Brennstoffzellen verwendet werden kann, weist eine einzigartige Eigenschaft auf, bei der die Leitfähigkeit dieses Elektrolyts mit zunehmender Temperatur und Sauerstoffkonzentration in der Umwelt zunimmt. Die Kristallstruktur dieses Keramikmaterials selbst kann jedoch nicht stabil existieren und hat keinen industriellen Wert. Es ist notwendig, einige Substanzen zu dotieren, die diese Struktur beheben können, um ihre ursprünglichen Eigenschaften aufrechtzuerhalten. Das Hinzufügen von 6 ~ 10% Skandiumoxid ist wie eine Betonstruktur, so dass Zirkonia auf einem quadratischen Gitter stabilisiert werden kann.
Es gibt auch technische Keramikmaterialien wie hochfeste und hochtemperaturbeständige Siliziumnitrid als Densifatier und Stabilisatoren.
Als Verdichtung,SkandiumoxidKann eine refraktäre Phase SC2SI2O7 am Rand feiner Partikel bilden, wodurch die Hochtemperaturdeformation der technischen Keramik verringert wird. Im Vergleich zu anderen Oxiden kann es die mechanischen Hochtemperatureigenschaften von Siliziumnitrid besser verbessern.
Katalytische Chemie
In der Chemieingenieurwesen wird Skandium häufig als Katalysator verwendet, während SC2O3 zur Dehydration und Desoxidation von Ethanol oder Isopropanol, der Zersetzung von Essigsäure und der Produktion von Ethylen aus CO und H2 verwendet werden kann. Der Pt al -Katalysator, der SC2O3 enthält, ist auch ein wichtiger Katalysator für die Reinigung und Raffinerierungsprozesse in der petrochemischen Industrie. Bei katalytischen Rissreaktionen wie Cumene ist die Aktivität des SC-y-Zeolithkatalysators 1000-mal höher als der des Aluminium-Silikatkatalysators; Im Vergleich zu einigen traditionellen Katalysatoren werden die Entwicklungsaussichten von Skandiumkatalysatoren sehr hell sein.
Kernenergieindustrie
Wenn Sie eine kleine Menge SC2O3 zu UO2 im Hochtemperatur-Reaktor-Kernbrennstoff zu einem Hochtemperatur-Reaktor-Brennstoff vermeiden, können Gittertransformation, Volumenerhöhung und Risse, die durch UO2 zu U3O8-Umwandlung verursacht werden, vermeiden.
Kraftstoffzelle
In ähnlicher Weise wird die Zugabe von 2,5% bis 25% Skandium zu Nickelalkali -Batterien ihre Lebensdauer erhöhen.
Landwirtschaftliche Zucht
In der Landwirtschaft können Samen wie Mais, Rübe, Erbse, Weizen und Sonnenblumen mit Skandiumsulfat behandelt werden (die Konzentration beträgt im Allgemeinen 10-3 ~ 10-8 mol/l, verschiedene Pflanzen haben unterschiedlich), und die tatsächliche Wirkung der Förderung der Keimung wurde erreicht. Nach 8 Stunden stieg das Trockengewicht von Wurzeln und Knospen im Vergleich zu Sämlingen um 37% bzw. 78%, aber der Mechanismus wird noch untersucht.
Von Nielsens Aufmerksamkeit bis hin zur Schulden von Atommassendaten bis heute hat Scandium nur hundert oder zwanzig Jahre lang in die Vision der Menschen eingetreten, aber es hat fast hundert Jahre auf der Bank gesessen. Erst die kräftige Entwicklung der Materialwissenschaft im späten letzten Jahrhundert brachte sie ihm Vitalität. Heutzutage sind Seltene Erdenelemente, einschließlich Skandium, zu heißen Stars in der Materialwissenschaft geworden, spielen sich in Tausenden von Systemen ständig ändernde Rollen, bringen jeden Tag mehr Bequemlichkeit in unser Leben und schaffen wirtschaftliche Wert, die noch schwieriger zu messen sind.
Postzeit: Jun-29-2023