SCandium, com símbolo de elemento SC e número atômico de 21, é facilmente solúvel em água, pode interagir com água quente e escurecer facilmente no ar. Sua valência principal é+3. É frequentemente misturado com gadolínio, erbio e outros elementos, com baixo rendimento e um conteúdo de aproximadamente 0,0005% na crosta. O escândio é frequentemente usado para fazer vidro especiais e ligas leves de alta temperatura.
Atualmente, as reservas comprovadas de escândio no mundo são apenas 2 milhões de toneladas, dos quais 90 ~ 95% estão contidos em minérios de titânio de bauxita, fosforita e ferro, e uma pequena parte em urânio, tório, tungstênio e madáfego raros, principalmente distribuídos na Rússia, China, Tajiquenista, Madágasco, não -distribuídos, na Rússia, na China, na China, Tajiquenista, Madágasco, não -distribuídos, na Rússia, na China, na China, Tajiquenista, Madágasco, China. A China é muito rica em recursos de escândio, com enormes reservas minerais relacionadas ao Scandium. De acordo com estatísticas incompletas, as reservas de escândio na China são de cerca de 600000 toneladas, que estão contidas nos depósitos de bauxito e fosforita, depósitos de tungstênio de porfírio e veia de quartzo, depositos de inhores de ferro raros da China.
Devido à escassez de escândio, o preço do escândio também é muito alto e, no auge, o preço do escândio foi inflado a 10 vezes o preço do ouro. Embora o preço do escândio tenha caído, ainda é quatro vezes o preço do ouro!
Descobrindo a história
Em 1869, Mendeleev notou uma lacuna na massa atômica entre cálcio (40) e titânio (48) e previu que também havia um elemento de massa atômica intermediária não descoberta aqui. Ele previu que seu óxido é x ₂ o Å. Scandium foi descoberto em 1879 por Lars Frederik Nilson, da Universidade de Uppsala, na Suécia. Ele o extraiu da mina de ouro raro preto, um minério complexo que contém 8 tipos de óxidos metálicos. Ele extraiuÓxido de erbio (III)de minério de ouro raro preto e obtidoÓxido de Ytterbium (III)A partir desse óxido, e há outro óxido de elemento mais leve, cujo espectro mostra que é um metal desconhecido. Este é o metal previsto por Mendeleev, cujo óxido éSc₂o₃. O próprio metal de escândio foi produzido a partir deCloreto de escândiopor fusão eletrolítica em 1937.
Mendeleev
Configuração de elétrons
Configuração de elétrons: 1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 4S2 3D1
Escandium é um metal de transição branca de prata macia com um ponto de fusão de 1541 ℃ e um ponto de ebulição de 2831 ℃.
Por um período considerável de tempo após sua descoberta, o uso de escândio não foi demonstrado devido à sua dificuldade na produção. Com a crescente melhora dos métodos de separação de elementos de terras raras, agora existe um fluxo de processo maduro para purificar compostos de escândio. Como o escândio é menos alcalino que o yttrium e o lantanida, o hidróxido é o mais fraco, portanto o elemento de terra raro mineral misto que contém escândio será separado do elemento de terra raro pelo método de "precipitação de etapa" quando o hidróxido de escândio (iii) é tratado com amônia após ser transferido para solução. O outro método é separar o nitrato de escândio por decomposição polar de nitrato. Como o nitrato de escândio é o mais fácil de decompor, o escândio pode ser separado. Além disso, a recuperação abrangente do escândio que acompanha de urânio, tório, tungstênio, estanho e outros depósitos minerais também é uma importante fonte de escândio.
Depois de obter um composto puro de escândio, ele é convertido em SCCL Å e Co derreteu com KCl e LiCl. O zinco fundido é usado como cátodo para a eletrólise, fazendo com que o escândio precipite no eletrodo de zinco. Então, o zinco é evaporado para obter escândio metálico. Este é um metal branco prateado leve com propriedades químicas muito ativas, que podem reagir com água quente para gerar gás hidrogênio. Portanto, o escândio de metal que você vê na imagem é selado em uma garrafa e protegido com gás de argônio, caso contrário, o escândio formará rapidamente uma camada de óxido amarelo ou cinza escuro, perdendo seu brilho metálico brilhante.
Aplicações
Indústria de iluminação
Os usos do escândio estão concentrados em direções muito brilhantes, e não é um exagero chamá -lo de filho da luz. A primeira arma mágica de escândio é chamada Scandium Sodium Lamp, que pode ser usada para trazer luz a milhares de famílias. Esta é uma luz elétrica de halogeneto de metal: a lâmpada é preenchida com iodeto de sódio e triiodeto de escândio, e o escândio e a folha de sódio são adicionados ao mesmo tempo. Durante a descarga de alta tensão, íons escândio e íons de sódio emitem respectivamente a luz de seus comprimentos de onda de emissão característicos. As linhas espectrais de sódio são 589,0 e 589,6 nm, duas famosas luzes amarelas, enquanto as linhas espectrais de escândio são 361,3 ~ 424,7 nm, uma série de emissões de luz quase ultravioleta e azul. Como eles se complementam, a cor leve produzida é a luz branca. É precisamente porque as lâmpadas de sódio de escândio têm as características de alta eficiência luminosa, boa cor clara, economia de energia, vida útil longa e forte capacidade de quebra de neblina que elas podem ser amplamente usadas para câmeras de televisão, quadrados, locais esportivos e iluminação de estradas e são conhecidos como fontes de luz de terceira geração. Na China, esse tipo de lâmpada está sendo gradualmente promovido como uma nova tecnologia, enquanto em alguns países desenvolvidos, esse tipo de lâmpada era amplamente utilizado no início dos anos 80.
A segunda arma mágica de escândio são células fotovoltaicas solares, que podem coletar a luz espalhada no chão e transformá -la em eletricidade para impulsionar a sociedade humana. Escandium é o melhor metal de barreira no isolador de metal semicondutor de células solares de silício e células solares.
Sua terceira arma mágica é chamada γ uma fonte de raios, esta arma mágica pode brilhar por conta própria, mas esse tipo de luz não pode ser recebido a olho nu, é um fluxo de fótons de alta energia. Geralmente extraímos 45SC de minerais, que é os únicos isótopos naturais de escândio. Cada núcleo 45SC contém 21 prótons e 24 nêutrons. 46SC, um isótopo radioativo artificial, pode ser usado como fontes de radiação γ ou átomos de traçador também podem ser usados para radioterapia de tumores malignos. Também existem aplicações como laser de granada de escândio de gálio de gálio,Fluoreto de escândioFibra óptica por infravermelho de vidro e tubo de raio de cátodo revestido de escândio na televisão. Parece que o escândio nasce com brilho.
Indústria de ligas
O escândio em sua forma elementar tem sido amplamente utilizado para doping de ligas de alumínio. Enquanto alguns milésimos de escândio forem adicionados ao alumínio, será formada uma nova fase de AL3SC, que desempenhará um papel de metamorfismo na liga de alumínio e tornará significativamente a estrutura e as propriedades da liga. Adicionar 0,2% ~ 0,4% SC (que é realmente semelhante à proporção de adicionar sal para agitar vegetais fritos em casa, apenas um pouco é necessário) pode aumentar a temperatura de recristalização da liga em 150-200 ℃ e melhorar significativamente a força de alta temperatura, a estabilidade estrutural, o desempenho da soldagem e a resistência à corrosão. Também pode evitar o fenômeno de fragilização que é fácil de ocorrer durante o trabalho de longo prazo em altas temperaturas. Alta de alta resistência e alta tenússura de alumínio, nova liga de alumínio soldável resistente à corrosão de alta resistência, nova liga de alumínio de alta temperatura, liga de alumínio resistente a nêutrons de alta resistência, etc.
O escândio também é um excelente modificador para o ferro, e uma pequena quantidade de escândio pode melhorar significativamente a força e a dureza do ferro fundido. Além disso, o escândio também pode ser usado como aditivo para ligas de tungstênio e cromo de alta temperatura. É claro que, além de fazer roupas de casamento para os outros, o Scandium tem um ponto de fusão alto e sua densidade é semelhante ao alumínio, e também é usado em altas ligas leves de ponto de fusão, como liga de titânio de escândio e liga de magnésio de scandium. No entanto, devido ao seu alto preço, geralmente é usado apenas em indústrias de manufatura de ponta, como ônibus espaciais e foguetes.
Material de cerâmica
O escândio, uma única substância, é geralmente usada em ligas, e seus óxidos desempenham um papel importante nos materiais de cerâmica de maneira semelhante. O material de cerâmica de zircônia tetragonal, que pode ser usado como material de eletrodo para células de combustível de óxido sólido, possui uma propriedade única em que a condutividade desse eletrólito aumenta com o aumento da temperatura e a concentração de oxigênio no ambiente. No entanto, a estrutura cristalina desse material cerâmico em si não pode existir de maneira estável e não tem valor industrial; É necessário dopar algumas substâncias que podem corrigir essa estrutura para manter suas propriedades originais. A adição de 6 a 10% de óxido de escândio é como uma estrutura de concreto, para que a zircônia possa ser estabilizada em uma treliça quadrada.
Também existem materiais de cerâmica de engenharia, como nitreto de silício resistente a alta resistência e alta temperatura, como densificadores e estabilizadores.
Como densificador,Óxido de escândiopode formar uma fase refratária SC2SI2O7 na borda de partículas finas, reduzindo assim a deformação de alta temperatura da cerâmica de engenharia. Comparado com outros óxidos, pode melhorar melhor as propriedades mecânicas de alta temperatura do nitreto de silício.
Química Catalítica
Na engenharia química, o escândio é frequentemente usado como catalisador, enquanto o SC2O3 pode ser usado para desidratação e desoxidação de etanol ou isopropanol, decomposição de ácido acético e produção de etileno a partir de CO e H2. O catalisador PT AL que contém SC2O3 também é um catalisador importante para os processos de purificação e refino de hidrogenação de óleo pesado na indústria petroquímica. Nas reações de rachaduras catalíticas, como o cumeno, a atividade do catalisador de zeólito SC-Y é 1000 vezes maior que a do catalisador de silicato de alumínio; Comparados com alguns catalisadores tradicionais, as perspectivas de desenvolvimento de catalisadores de escândio serão muito brilhantes.
Indústria de energia nuclear
A adição de uma pequena quantidade de SC2O3 ao UO2 em combustível nuclear de reator de alta temperatura pode evitar a transformação da rede, aumento de volume e rachaduras causadas pela conversão UO2 para U3O8.
Célula de combustível
Da mesma forma, adicionar 2,5% a 25% de escândio às baterias de alcalina de níquel aumentará sua vida útil.
Criação agrícola
Na agricultura, sementes como milho, beterraba, ervilha, trigo e girassol podem ser tratadas com sulfato de escândio (a concentração geralmente é de 10-3 ~ 10-8mol/L, plantas diferentes terão diferente) e o efeito real da promoção da germinação foi alcançado. Após 8 horas, o peso seco das raízes e brotos aumentou 37% e 78%, respectivamente, em comparação com as mudas, mas o mecanismo ainda está em estudo.
Desde a atenção de Nielsen até a dívida de dados de massa atômica até hoje, o Scandium entra na visão das pessoas há apenas cento ou vinte anos, mas quase fica no banco há cem anos. Não foi até o vigoroso desenvolvimento da ciência material no final do século passado que trouxe vitalidade a ele. Hoje, elementos de terras raras, incluindo escândio, tornaram-se estrelas quentes na ciência dos materiais, desempenhando papéis em constante mudança em milhares de sistemas, trazendo mais conveniência para nossas vidas todos os dias e criando um valor econômico que é ainda mais difícil de medir.
Hora de postagem: Jun-29-2023