Scandium, avec le symbole d'élément SC et le nombre atomique de 21, est facilement soluble dans l'eau, peut interagir avec l'eau chaude et s'assombrit facilement dans l'air. Sa valence principale est + 3. Il est souvent mélangé avec du gadolinium, de l'erbium et d'autres éléments, avec un faible rendement et une teneur d'environ 0,0005% dans la croûte. Le scandium est souvent utilisé pour fabriquer du verre spécial et des alliages à haute température légers.
À l'heure actuelle, les réserves éprouvées du scandium dans le monde ne représentent que 2 millions de tonnes, dont 90 ~ 95% sont contenues dans des minerais de bauxite, de phosphorite et de titane, et une petite partie dans l'uranium, le thorium, le tungstène et les mines de milaies rares, noracre et d'autres pays. La Chine est très riche en ressources de scandium, avec d'énormes réserves minérales liées au scandium. Selon des statistiques incomplètes, les réserves de scandium en Chine sont d'environ 600000 tonnes, qui sont contenues dans les dépôts de bauxites et de phosphorites, de porphyre et de veine de quartz, de dépôts de tungstène dans le sud de la Chine, de dépôts de terres rares en Chine du Sud, Bayan Obo Eartan Rare Earth Ore, le dépôt de magnétite de la Mongolie et de la panzhua vanadium Titanium Titanium dans le Sichuan.
En raison de la rareté du scandium, le prix du scandium est également très élevé, et à son apogée, le prix du scandium a été gonflé à 10 fois le prix de l'or. Bien que le prix du scandium ait chuté, il est toujours quatre fois le prix de l'or!
Découvrir l'histoire
En 1869, Mendeleev a remarqué un écart dans la masse atomique entre le calcium (40) et le titane (48), et a prédit qu'il y avait également un élément de masse atomique intermédiaire non découverte ici. Il a prédit que son oxyde est x ₂ o Å. Scandium a été découvert en 1879 par Lars Frederik Nilson de l'Université d'Uppsala en Suède. Il l'a extrait de la mine d'or rare noir, un minerai complexe qui contient 8 types d'oxydes métalliques. Il a extraitOxyde d'erbium (iii)du minerai d'or rare noir et obtenuYtterbium (iii) oxydeDe cet oxyde, et il y a un autre oxyde d'élément plus léger, dont le spectre montre qu'il s'agit d'un métal inconnu. C'est le métal prévu par Mendeleev, dont l'oxyde estSc₂o₃. Le scandium metal lui-même a été produit à partir deChlorure de scandiumpar fusion électrolytique en 1937.
Mendeleev
Configuration d'électrons
Configuration d'électrons: 1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 4S2 3D1
Le scandium est un métal de transition blanc doux et argenté avec un point de fusion de 1541 ℃ et un point d'ébullition de 2831 ℃.
Pendant une période considérable après sa découverte, l'utilisation du scandium n'a pas été démontrée en raison de sa difficulté de production. Avec l'amélioration croissante des méthodes de séparation des éléments de Terre rares, il existe désormais un flux de processus mature pour la purification des composés de scandium. Étant donné que le scandium est moins alcalin que l'yttrium et le lanthanure, l'hydroxyde est le plus faible, donc la méthode de la «précipitation à pas de précipitation de la terre rare est séparée de l'élément de terre rare par l'ammoniac après avoir été transféré en solution. L'autre méthode consiste à séparer le nitrate de scandium par décomposition polaire du nitrate. Parce que le nitrate de scandium est le plus facile à décomposer, le scandium peut être séparé. De plus, la récupération complète du scandium d'accompagnement à partir de l'uranium, du thorium, du tungstène, de l'étain et d'autres dépôts minéraux est également une source importante de scandium.
Après avoir obtenu un composé de scandium pur, il est converti en sccl Å et co-a fondu avec KCL et LICL. Le zinc fondu est utilisé comme cathode pour l'électrolyse, provoquant le précipité du scandium sur l'électrode de zinc. Ensuite, le zinc est évaporé pour obtenir le scandium métallique. Il s'agit d'un métal blanc argenté léger avec des propriétés chimiques très actives, qui peuvent réagir avec l'eau chaude pour générer de l'hydrogène gazeux. Ainsi, le scandium métallique que vous voyez sur l'image est scellé dans une bouteille et protégé avec du gaz argon, sinon le scandium formera rapidement une couche d'oxyde jaune foncé ou gris, perdant son éclat métallique brillant.
Applications
Industrie de l'éclairage
Les utilisations du scandium sont concentrées dans des directions très brillantes, et ce n'est pas une exagération de l'appeler le fils de la lumière. La première arme magique du scandium est appelée Scandium Sodium Lamp, qui peut être utilisée pour apporter de la lumière à des milliers de ménages. Il s'agit d'une lumière électrique halogénure en métal: l'ampoule est remplie d'iodure de sodium et de triiodure de scandium, et du scandium et du papier d'aluminium de sodium sont ajoutés en même temps. Pendant les débits à haute tension, les ions de scandium et les ions sodium émettent respectivement la lumière de leurs longueurs d'onde d'émission caractéristiques. Les lignes spectrales de sodium sont de 589,0 et 589,6 nm, deux feux jaunes célèbres, tandis que les lignes spectrales de scandium sont de 361,3 ~ 424,7 nm, une série d'émissions de proches ultraviolets et de lumière bleue. Parce qu'ils se complètent, la couleur lumineuse globale produite est la lumière blanche. C'est précisément parce que les lampes à sodium Scandium ont les caractéristiques d'une efficacité lumineuse élevée, d'une bonne couleur lumineuse, d'une sauvegarde de puissance, d'une longue durée de vie et d'une forte capacité de rupture de brouillard qu'ils peuvent être largement utilisées pour les caméras de télévision, les carrés, les sites sportifs et l'éclairage des routes, et sont connus comme les sources lumineuses de troisième génération. En Chine, ce type de lampe est progressivement promu comme une nouvelle technologie, tandis que dans certains pays développés, ce type de lampe a été largement utilisé dès le début des années 80.
La deuxième arme magique du scandium est les cellules solaires photovoltaïques, qui peuvent collecter la lumière dispersée sur le sol et la transformer en électricité pour conduire la société humaine. Le scandium est le meilleur métal barrière dans les cellules solaires et les cellules solaires de silicium à semi-conducteur métallique.
Sa troisième arme magique est appelée γ une source de rayons, cette arme magique peut briller à elle seule, mais ce type de lumière ne peut pas être reçu à l'œil nu, c'est un flux de photons à haute énergie. Nous extraissons généralement le 45SC des minéraux, qui est les seuls isotopes naturels de scandium. Chaque noyau 45SC contient 21 protons et 24 neutrons. 46SC, un isotope radioactif artificiel, peut être utilisé comme radiothérapie γ ou atomes de traceur peut également être utilisé pour la radiothérapie des tumeurs malignes. Il existe également des applications comme le laser Garnet Yttrium Gallium Scanium,Fluorure de scandiumFibre optique infrarouge en verre et tube à rayons cathodiques enduit de scandium à la télévision. Il semble que le scandium naît avec une luminosité.
Industrie en alliage
Le scandium dans sa forme élémentaire a été largement utilisé pour le dopage des alliages en aluminium. Tant que quelques milliers de scandium sont ajoutés à l'aluminium, une nouvelle phase AL3SC sera formée, qui jouera un rôle de métamorphisme dans l'alliage d'aluminium et fera considérablement la structure et les propriétés de l'alliage. L'ajout de 0,2% ~ 0,4% de SC (ce qui est vraiment similaire à la proportion d'ajout de sel aux légumes sautés à la maison, un peu un peu est nécessaire) peut augmenter la température de recristallisation de l'alliage de 150-200 ℃, et améliorer considérablement la résistance à haute température, la stabilité structurelle, les performances de soudage et la résistance à la corrosion. Il peut également éviter le phénomène de fracture qui est facile à se produire pendant les travaux à long terme à des températures élevées. Alliage en aluminium à haute résistance et à haute ténacité, nouvel alliage d'aluminium soudable à haute résistance à la corrosion, nouvel alliage d'aluminium à haute température, alliage d'aluminium à haute irradiation à haute résistance, etc., ont des prospects très attrayants dans l'aérospatiale, l'aviation, les navires, les réacteurs nucléaires, les véhicules légers et les trains à haut taux.
Le scandium est également un excellent modificateur pour le fer, et une petite quantité de scandium peut améliorer considérablement la force et la dureté de la fonte. De plus, le scandium peut également être utilisé comme additif pour les alliages de tungstène et de chrome à haute température. Bien sûr, en plus de fabriquer des vêtements de mariage pour d'autres, Scandium a un point de fusion élevé et sa densité est similaire à l'aluminium, et est également utilisée dans des alliages légers de point de fusion élevé tels que l'alliage de titane de scandium et l'alliage de magnésium de scandium. Cependant, en raison de son prix élevé, il n'est généralement utilisé que dans les industries manufacturières haut de gamme telles que les navettes spatiales et les roquettes.
Matériau en céramique
Le scandium, une seule substance, est généralement utilisé dans les alliages, et ses oxydes jouent un rôle important dans les matériaux en céramique de la même manière. Le matériau céramique tétragonal de la zircone, qui peut être utilisé comme matériau d'électrode pour les piles à combustible à oxyde solide, a une propriété unique où la conductivité de cet électrolyte augmente avec l'augmentation de la température et la concentration d'oxygène dans l'environnement. Cependant, la structure cristalline de ce matériau en céramique elle-même ne peut pas exister de manière stable et n'a aucune valeur industrielle; Il est nécessaire de doper certaines substances qui peuvent corriger cette structure afin de maintenir ses propriétés d'origine. L'ajout de 6 à 10% d'oxyde de scandium est comme une structure en béton, de sorte que la zircone peut être stabilisée sur un réseau carré.
Il existe également des matériaux en céramique d'ingénierie tels que le nitrure de silicium à haute résistance et à haute température comme densificateurs et stabilisateurs.
En tant que densificateur,Oxyde de scandiumPeut former une phase réfractaire SC2SI2O7 au bord des particules fines, réduisant ainsi la déformation à haute température des céramiques d'ingénierie. Par rapport à d'autres oxydes, il peut mieux améliorer les propriétés mécaniques à haute température du nitrure de silicium.
Chimie catalytique
En génie chimique, le scandium est souvent utilisé comme catalyseur, tandis que SC2O3 peut être utilisé pour la déshydratation et la désoxydation de l'éthanol ou de l'isopropanol, la décomposition de l'acide acétique et la production d'éthylène à partir de CO et H2. Le catalyseur PT AL contenant SC2O3 est également un catalyseur important pour les processus de purification et de raffinage d'hydrogénation de l'huile lourde dans l'industrie pétrochimique. Dans les réactions de fissuration catalytique telles que le cumène, l'activité du catalyseur de zéolite SC-Y est 1000 fois plus élevée que celle du catalyseur de silicate en aluminium; Par rapport à certains catalyseurs traditionnels, les perspectives de développement des catalyseurs de scandium seront très brillantes.
Industrie de l'énergie nucléaire
L'ajout d'une petite quantité de SC2O3 à UO2 dans le combustible nucléaire de réacteur à haute température peut éviter la transformation du réseau, l'augmentation du volume et la fissuration causée par la conversion UO2 en U3O8.
Pile à combustible
De même, l'ajout de 2,5% à 25% de scandium aux batteries alcalines nickel augmentera leur durée de vie.
Reproduction agricole
Dans l'agriculture, des graines telles que le maïs, la betterave, le pois, le blé et le tournesol peuvent être traitées avec du sulfate de scandium (la concentration est généralement de 10-3 ~ 10-8mol / L, différentes plantes auront différentes), et l'effet réel de la promotion de la germination a été réalisé. Après 8 heures, le poids sec des racines et des bourgeons a augmenté de 37% et 78% respectivement par rapport aux semis, mais le mécanisme est toujours à l'étude.
De l'attention de Nielsen à la dette des données de masse atomique à aujourd'hui, Scandium est entré dans la vision des gens depuis cent ou vingt ans, mais il est presque assis sur le banc depuis cent ans. Ce n'est que par le développement vigoureux de la science matérielle à la fin du siècle dernier que cela lui a apporté la vitalité. Aujourd'hui, les éléments de terres rares, y compris le scandium, sont devenus des stars chaudes dans la science des matériaux, jouant des rôles en constante évolution dans des milliers de systèmes, apportant plus de commodité à nos vies chaque jour et créant une valeur économique encore plus difficile à mesurer.
Heure du poste: juin-29-2023