Scandio, con el símbolo de elemento SC y el número atómico de 21, es fácilmente soluble en el agua, puede interactuar con agua caliente y se oscurece fácilmente en el aire. Su valencia principal es+3. A menudo se mezcla con gadolinio, erbio y otros elementos, con un bajo rendimiento y un contenido de aproximadamente 0.0005% en la corteza. El escandio a menudo se usa para hacer vidrio especial y aleaciones livianas de alta temperatura.
En la actualidad, las reservas probadas de escandio en el mundo son solo 2 millones de toneladas, 90 ~ 95% están contenidas en minerales de bauxita, fosforita y titanio de hierro, y una pequeña parte en uranio, torio, tungsteno y minerales de tierras raras, principalmente distribuidas en Rusia, China, Tojikistán, Madagascar, Norway y otros países. China es muy rica en recursos de escandio, con enormes reservas minerales relacionadas con el escandio. Según estadísticas incompletas, las reservas de escandio en China son de aproximadamente 600000 toneladas, que están contenidas en depósitos de bauxita y fosforita, depósitos de pórfido y tungsteno de vena de cuarzo en el sur de China, depósitos de tierras raras en el sur de China, depósito de hierro de tierra raro en el mongolia Inner y Panzhihihihuhuhuhuhuhuhuhihiium en el titanium magnite.
Debido a la escasez de escandio, el precio del escandio también es muy alto, y en su punto máximo, el precio del escandio se infló a 10 veces el precio del oro. Aunque el precio del escandio ha caído, ¡todavía es cuatro veces el precio del oro!
Descubriendo la historia
En 1869, Mendeleev notó una brecha en la masa atómica entre el calcio (40) y el titanio (48), y predijo que también había un elemento de masa atómica intermedio no descubierto aquí. Él predijo que su óxido es x ₂ o Å. Scandium fue descubierto en 1879 por Lars Frederik Nilson de la Universidad de Uppsala en Suecia. Lo extrajo de la mina de oro rara negra, un mineral complejo que contiene 8 tipos de óxidos metálicos. El ha extraídoErbium (iii) óxidode mineral de oro raro negro, y obtuvoÓxido de Ytterbium (iii)De este óxido, y hay otro óxido de elemento más ligero, cuyo espectro muestra que es un metal desconocido. Este es el metal predicho por Mendeleev, cuyo óxido esSc₂o₃. El metal de escandio en sí fue producido deCloruro de escandiopor fusión electrolítica en 1937.
Mendeleev
Configuración de electrones
Configuración electrónica: 1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 4S2 3D1
Scandium es un metal de transición blanco suave y plateado con un punto de fusión de 1541 ℃ y un punto de ebullición de 2831 ℃.
Durante un período de tiempo considerable después de su descubrimiento, el uso del escandio no se demostró debido a su dificultad en la producción. Con la mejora creciente de los métodos de separación de elementos de tierras raras, ahora hay un flujo de proceso maduro para purificar compuestos de escandio. Debido a que el escandio es menos alcalino que el itrio y el lantánido, el hidróxido es el más débil, por lo que el elemento de tierra rara que contiene el mineral que contiene escandio se separará del elemento de tierra rara por el método de "precipitación de paso" cuando el hidroxido de escandio (III) se trata con amoníaco después de ser transferido a una solución. El otro método es separar el nitrato de escandio por descomposición polar del nitrato. Debido a que el nitrato de escandio es el más fácil de descomponer, el escandio se puede separar. Además, la recuperación integral del escandio acompañante del uranio, torio, tungsteno, estaño y otros depósitos minerales también es una fuente importante de escandio.
Después de obtener un compuesto de escandio puro, se convierte en SCCL Å y se derrite con KCl y LiCl. El zinc fundido se usa como cátodo para la electrólisis, lo que hace que el escandio precipite en el electrodo de zinc. Luego, el zinc se evapora para obtener escandio metálico. Este es un metal blanco plateado ligero con propiedades químicas muy activas, que pueden reaccionar con agua caliente para generar gas de hidrógeno. Entonces, el escandio de metal que ves en la imagen está sellado en una botella y protegido con gas argón, de lo contrario, Scandium formará rápidamente una capa de óxido amarillo o gris oscuro, perdiendo su brillo metálico brillante.
Aplicaciones
Industria de la iluminación
Los usos del escandio se concentran en direcciones muy brillantes, y no es una exageración llamarlo hijo de la luz. La primera arma mágica del escandio se llama lámpara de sodio de escandio, que puede usarse para llevar luz a miles de hogares. Esta es una luz eléctrica de haluro de metal: la bombilla se llena con yoduro de sodio y triioduro de escandio, y el escandio y la lámina de sodio se agregan al mismo tiempo. Durante la descarga de alto voltaje, los iones de escandio y los iones de sodio emiten respectivamente la luz de sus longitudes de onda de emisión características. Las líneas espectrales de sodio son 589.0 y 589.6 nm, dos luces amarillas famosas, mientras que las líneas espectrales de escandio son 361.3 ~ 424.7 nm, una serie de emisiones de luz casi ultravioleta y azul. Debido a que se complementan entre sí, el color de luz general producido es la luz blanca. Es precisamente porque las lámparas de sodio de escandio tienen las características de alta eficiencia luminosa, buen color de luz, ahorro de energía, larga vida útil y una fuerte capacidad de ruptura de niebla que pueden usarse ampliamente para cámaras de televisión, cuadrados, lugares deportivos e iluminación de carreteras, y se conocen como las fuentes de luz de tercera generación. En China, este tipo de lámpara se promueve gradualmente como una nueva tecnología, mientras que en algunos países desarrollados, este tipo de lámpara se utilizó ampliamente a principios de la década de 1980.
La segunda arma mágica del escandio son las células solares fotovoltaicos, que pueden recolectar la luz dispersa en el suelo y convertirla en electricidad para impulsar la sociedad humana. Scandium es la mejor barrera de metal en las células solares de silicio semiconductores de aislantes de metal y las células solares.
Su tercer arma mágica se llama γ una fuente de rayos, esta arma mágica puede brillar intensamente por sí sola, pero este tipo de luz no puede ser recibida a simple vista, es un flujo de fotones de alta energía. Por lo general, extraemos 45SC de minerales, que son los únicos isótopos naturales de escandio. Cada núcleo de 45sc contiene 21 protones y 24 neutrones. 46SC, un isótopo radiactivo artificial, se puede usar como fuentes de radiación γ o los átomos de trazadores también se pueden usar para la radioterapia de tumores malignos. También hay aplicaciones como el láser de granate de Scandium Scandium de ITTRIUM,Fluoruro de escandioFibra óptica infrarroja de vidrio y tubo de rayos de cátodo recubierto de escandio en la televisión. Parece que Scandium nace con brillo.
Industria de aleación
El escandio en su forma elemental se ha utilizado ampliamente para dopaje de aleaciones de aluminio. Mientras se agregue unas pocas milésimas de escandio al aluminio, se formará una nueva fase AL3SC, que desempeñará un papel de metamorfismo en la aleación de aluminio y hará significativamente la estructura y propiedades de la aleación. Agregar 0.2% ~ 0.4% SC (que es realmente similar a la proporción de agregar sal a las verduras salteadas en el hogar, solo se necesita un poco) puede aumentar la temperatura de recristalización de la aleación en 150-200 ℃ y mejorar significativamente la resistencia a la alta temperatura, la estabilidad estructural, el rendimiento de la soldadura y la resistencia a la corrosión. También puede evitar el fenómeno del fragilidad que es fácil de ocurrir durante el trabajo a largo plazo a altas temperaturas. Aleación de aluminio de alta resistencia y alta resistencia, nueva aleación de aluminio de aluminio resistente a la corrosión de alta resistencia, la nueva aleación de aluminio de alta temperatura, aleación de aluminio resistente a la irradiación de neutrones de alta resistencia, etc., tienen perspectivas de desarrollo muy atractivas en aeroespaciales, aviación, barcos, reactores nucleares, vehículos ligeros y trenes de alta velocidad.
Scandium también es un excelente modificador para el hierro, y una pequeña cantidad de escandio puede mejorar significativamente la resistencia y la dureza del hierro fundido. Además, el escandio también se puede usar como aditivo para las aleaciones de tungsteno y cromo de alta temperatura. Por supuesto, además de hacer ropa de boda para otros, Scandium tiene un alto punto de fusión y su densidad es similar al aluminio, y también se usa en aleaciones livianas de alto punto de fusión, como la aleación de titanio de escandio y la aleación de magnesio de escandio. Sin embargo, debido a su alto precio, generalmente solo se usa en industrias manufactureras de alta gama, como transbordadores espaciales y cohetes.
Material cerámico
Scandium, una sola sustancia, se usa generalmente en aleaciones, y sus óxidos juegan un papel importante en los materiales cerámicos de manera similar. El material cerámico de circonio tetragonal, que puede usarse como material de electrodo para celdas de combustible de óxido sólido, tiene una propiedad única donde la conductividad de este electrolito aumenta al aumentar la temperatura y la concentración de oxígeno en el medio ambiente. Sin embargo, la estructura cristalina de este material cerámico en sí no puede existir de manera estable y no tiene valor industrial; Es necesario dopar algunas sustancias que pueden fijar esta estructura para mantener sus propiedades originales. Agregar 6 ~ 10% de óxido de escandio es como una estructura de concreto, de modo que la circonia se puede estabilizar en una red cuadrada.
También hay materiales cerámicos de ingeniería, como nitruro de silicio resistente a alta resistencia y alta temperatura como densificadores y estabilizadores.
Como densificador,Óxido de escandiopuede formar una fase refractaria SC2SI2O7 en el borde de las partículas finas, reduciendo así la deformación de alta temperatura de la cerámica de ingeniería. En comparación con otros óxidos, puede mejorar mejor las propiedades mecánicas de alta temperatura del nitruro de silicio.
Química catalítica
En ingeniería química, el escandio a menudo se usa como catalizador, mientras que SC2O3 se puede usar para la deshidratación y desoxidación de etanol o isopropanol, descomposición de ácido acético y la producción de etileno de Co y H2. El catalizador PT Al que contiene SC2O3 también es un catalizador importante para la purificación de hidrogenación de petróleo pesado y procesos de refinación en la industria petroquímica. En las reacciones catalíticas de agrietamiento como el cumeno, la actividad del catalizador de zeolita SC-Y es 1000 veces mayor que la del catalizador de silicato de aluminio; En comparación con algunos catalizadores tradicionales, las perspectivas de desarrollo de los catalizadores de escandio serán muy brillantes.
Industria de la energía nuclear
Agregar una pequeña cantidad de SC2O3 a UO2 en el combustible nuclear del reactor de alta temperatura puede evitar la transformación de la red, el aumento del volumen y el agrietamiento causado por la conversión de UO2 a U3O8.
Pila de combustible
Del mismo modo, agregar 2,5% a 25% de escandio a las baterías de níquel alcalino aumentará su vida útil.
Cría agrícola
En la agricultura, las semillas como el maíz, la remolacha, el guisante, el trigo y el girasol pueden tratarse con sulfato de escandio (la concentración generalmente es 10-3 ~ 10-8mol/L, se han logrado diferentes plantas diferentes), y se ha logrado el efecto real de promover la germinación. Después de 8 horas, el peso seco de las raíces y los brotes aumentó en un 37% y un 78% respectivamente en comparación con las plántulas, pero el mecanismo aún está en estudio.
Desde la atención de Nielsen hasta la deuda de los datos de masa atómica hasta hoy, Scandium ha entrado en la visión de las personas durante solo cien o veinte años, pero casi se ha quedado en el banco durante cien años. No fue hasta el desarrollo vigoroso de la ciencia material a fines del siglo pasado que le trajo vitalidad. Hoy, los elementos de tierras raras, incluido el escandio, se han convertido en estrellas calientes en la ciencia de los materiales, desempeñando papeles en constante cambio en miles de sistemas, brindando más conveniencia a nuestras vidas todos los días y creando un valor económico que es aún más difícil de medir.
Tiempo de publicación: junio 29-2023