Scandi, amb el símbol d'element Sc i el nombre atòmic de 21, és fàcilment soluble en aigua, pot interactuar amb l'aigua calenta i s'enfosqueix fàcilment a l'aire. La seva valència principal és +3. Sovint es barreja amb gadolini, erbi i altres elements, amb un baix rendiment i un contingut aproximat del 0,0005% a l'escorça. L'escandi s'utilitza sovint per fabricar vidre especial i aliatges lleugers d'alta temperatura.
Actualment, les reserves provades d'escandi al món són només 2 milions de tones, el 90-95% de les quals estan contingudes en minerals de bauxita, fosforita i ferro titani, i una petita part en minerals d'urani, tori, tungstè i terres rares, principalment. distribuït a Rússia, Xina, Tadjikistan, Madagascar, Noruega i altres països. La Xina és molt rica en recursos d'escandi, amb enormes reserves minerals relacionades amb l'escandi. Segons estadístiques incompletes, les reserves d'escandi a la Xina són d'unes 600.000 tones, que es troben en dipòsits de bauxita i fosforita, dipòsits de pòrfir i tungstè de veta de quars al sud de la Xina, jaciments de terres rares al sud de la Xina, jaciments de mineral de ferro de terres rares de Bayan Obo a Mongòlia Interior i dipòsit de magnetita de titani de vanadi de Panzhihua a Sichuan.
A causa de l'escassetat d'escandi, el preu de l'escandi també és molt alt, i en el seu punt àlgid, el preu de l'escandi es va inflar fins a 10 vegades el preu de l'or. Tot i que el preu de l'escandi ha baixat, encara és quatre vegades el preu de l'or!
Descobrint la Història
El 1869, Mendeleiev va notar una bretxa en la massa atòmica entre el calci (40) i el titani (48), i va predir que també hi havia un element de massa atòmica intermèdia no descobert aquí. Va predir que el seu òxid és X ₂ O Å. L'escandi va ser descobert el 1879 per Lars Frederik Nilson de la Universitat d'Uppsala a Suècia. El va extreure de la mina d'or rar negre, un mineral complex que conté 8 tipus d'òxids metàl·lics. Ha extretÒxid d'erbi (III).de mineral d'or rar negre i obtingutÒxid d'iterbi (III).d'aquest òxid, i hi ha un altre òxid d'element més lleuger, l'espectre del qual mostra que es tracta d'un metall desconegut. Aquest és el metall predit per Mendeleiev, l'òxid del qual ésSc₂O₃. El metall d'escandi en si es va produirClorur d'escandiper fusió electrolítica el 1937.
Mendeleiev
Configuració electrònica
Configuració electrònica: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1
L'escandi és un metall de transició suau i blanc platejat amb un punt de fusió de 1541 ℃ i un punt d'ebullició de 2831 ℃.
Durant un període de temps considerable després del seu descobriment, l'ús de l'escandi no es va demostrar a causa de la seva dificultat de producció. Amb la millora creixent dels mètodes de separació d'elements de terres rares, ara hi ha un flux de procés madur per a la purificació de compostos d'escandi. Com que l'escandi és menys alcalí que l'itri i els lantànids, l'hidròxid és el més feble, de manera que el mineral barrejat d'elements de terres rares que conté escandi es separarà de l'element de terres rares mitjançant el mètode de "precipitació gradual" quan l'hidròxid d'escandi (III) es tracti amb amoníac després es trasllada a la solució. L'altre mètode és separar el nitrat d'escandi mitjançant la descomposició polar del nitrat. Com que el nitrat d'escandi és el més fàcil de descompondre, es pot separar l'escandi. A més, la recuperació integral de l'escandi que l'acompanya d'urani, tori, tungstè, estany i altres jaciments minerals també és una font important d'escandi.
Després d'obtenir un compost d'escandi pur, es converteix en ScCl Å i es fon amb KCl i LiCl. El zinc fos s'utilitza com a càtode per a l'electròlisi, fent que l'escandi precipiti a l'elèctrode de zinc. Després, el zinc s'evapora per obtenir escandi metàl·lic. Es tracta d'un metall blanc platejat lleuger amb propietats químiques molt actives, que pot reaccionar amb l'aigua calenta per generar hidrogen gasós. Així, l'escandi metàl·lic que veieu a la imatge està segellat en una ampolla i protegit amb gas argó; en cas contrari, l'escandi formarà ràpidament una capa d'òxid groc fosc o gris, perdent la seva brillantor metàl·lica.
Aplicacions
Indústria de la il·luminació
Els usos de l'escandi es concentren en direccions molt brillants, i no és una exageració anomenar-lo el Fill de la Llum. La primera arma màgica de l'escandi s'anomena làmpada de sodi d'escandi, que es pot utilitzar per portar llum a milers de llars. Es tracta d'un halogenur metàl·lic Llum elèctrica: la bombeta s'omple amb iodur de sodi i triiodur d'escandi, i s'afegeixen al mateix temps escandi i làmina de sodi. Durant la descàrrega d'alta tensió, els ions d'escandi i els ions de sodi emeten, respectivament, llum de les seves longituds d'ona d'emissió característiques. Les línies espectrals del sodi són de 589,0 i 589,6 nm, dues famoses llums grogues, mentre que les línies espectrals de l'escandi són de 361,3 ~ 424,7 nm, una sèrie d'emissions de llum ultraviolada i blava. Com que es complementen, el color de la llum general produït és la llum blanca. És precisament perquè les làmpades d'escandi de sodi tenen les característiques d'alta eficiència lluminosa, bon color de llum, estalvi d'energia, llarga vida útil i una forta capacitat de trencament de la boira que es poden utilitzar àmpliament per a càmeres de televisió, places, instal·lacions esportives i il·luminació de carreteres. i es coneixen com a fonts de llum de tercera generació. A la Xina, aquest tipus de làmpades s'estan promocionant gradualment com una nova tecnologia, mentre que en alguns països desenvolupats, aquest tipus de làmpades es va utilitzar àmpliament a principis dels anys vuitanta.
La segona arma màgica de l'escandi són les cèl·lules solars fotovoltaiques, que poden recollir la llum dispersa a terra i convertir-la en electricitat per impulsar la societat humana. L'escandi és el millor metall de barrera en cèl·lules solars i cèl·lules solars de silici semiconductors aïllants metàl·lics.
La seva tercera arma màgica s'anomena font de raigs γ A, aquesta arma màgica pot brillar per si sola, però aquest tipus de llum no es pot rebre a ull nu, és un flux de fotons d'alta energia. Normalment extraem 45Sc dels minerals, que són els únics isòtops naturals de l'escandi. Cada nucli de 45Sc conté 21 protons i 24 neutrons. El 46Sc, un isòtop radioactiu artificial, es pot utilitzar com a fonts de radiació γ o àtoms traçadors també es poden utilitzar per a la radioteràpia de tumors malignes. També hi ha aplicacions com el làser granat d'itri gal·li escandi,Fluorur d'escandifibra òptica infraroja de vidre i tub de raigs catòdic recobert d'escandi a la televisió. Sembla que l'escandi neix amb brillantor.
Indústria d'aliatges
L'escandi en la seva forma elemental s'ha utilitzat àmpliament per dopar aliatges d'alumini. Mentre s'afegeixin unes mil·lèsimes d'escandi a l'alumini, es formarà una nova fase Al3Sc, que tindrà un paper de metamorfisme en l'aliatge d'alumini i farà que l'estructura i les propietats de l'aliatge canviïn significativament. Afegir 0,2% ~ 0,4% Sc (que és realment similar a la proporció d'afegir sal per remenar les verdures fregides a casa, només cal una mica) pot augmentar la temperatura de recristal·lització de l'aliatge en 150-200 ℃ i millorar significativament l'alta. -Resistència a la temperatura, estabilitat estructural, rendiment de soldadura i resistència a la corrosió. També pot evitar el fenomen de fragilitat que és fàcil de produir durant el treball a llarg termini a altes temperatures. L'aliatge d'alumini d'alta resistència i alta tenacitat, nou aliatge d'alumini soldable resistent a la corrosió d'alta resistència, nou aliatge d'alumini d'alta temperatura, aliatge d'alumini resistent a la irradiació de neutrons d'alta resistència, etc., tenen perspectives de desenvolupament molt atractives en aeroespacial, aviació, vaixells, reactors nuclears, vehicles lleugers i trens d'alta velocitat.
L'escandi també és un excel·lent modificador del ferro, i una petita quantitat d'escandi pot millorar significativament la força i la duresa del ferro colat. A més, l'escandi també es pot utilitzar com a additiu per als aliatges de tungstè i crom d'alta temperatura. Per descomptat, a més de fer roba de casament per a altres, l'escandi té un alt punt de fusió i la seva densitat és similar a l'alumini, i també s'utilitza en aliatges lleugers d'alt punt de fusió com ara l'aliatge de titani d'escandi i l'aliatge de magnesi d'escandi. No obstant això, a causa del seu alt preu, generalment només s'utilitza en indústries de fabricació de gamma alta com els transbordadors espacials i els coets.
Material ceràmic
L'escandi, una substància única, s'utilitza generalment en aliatges, i els seus òxids tenen un paper important en els materials ceràmics de manera similar. El material ceràmic de zirconi tetragonal, que es pot utilitzar com a material d'elèctrode per a piles de combustible d'òxid sòlid, té una propietat única on la conductivitat d'aquest electròlit augmenta amb l'augment de la temperatura i la concentració d'oxigen a l'entorn. Tanmateix, l'estructura cristal·lina d'aquest material ceràmic en si no pot existir de manera estable i no té cap valor industrial; Cal dopar algunes substàncies que poden fixar aquesta estructura per mantenir les seves propietats originals. Afegir un 6 ~ 10% d'òxid d'escandi és com una estructura de formigó, de manera que el zirconi es pot estabilitzar en una gelosia quadrada.
També hi ha materials ceràmics d'enginyeria com el nitrur de silici d'alta resistència i resistent a altes temperatures com a densificadors i estabilitzadors.
Com a densificador,Òxid d'escandipot formar una fase refractària Sc2Si2O7 a la vora de les partícules fines, reduint així la deformació a alta temperatura de la ceràmica d'enginyeria. En comparació amb altres òxids, pot millorar millor les propietats mecàniques d'alta temperatura del nitrur de silici.
Química catalítica
En enginyeria química, l'escandi s'utilitza sovint com a catalitzador, mentre que Sc2O3 es pot utilitzar per a la deshidratació i desoxidació d'etanol o isopropanol, la descomposició de l'àcid acètic i la producció d'etilè a partir de CO i H2. El catalitzador de Pt Al que conté Sc2O3 també és un catalitzador important per als processos de purificació i refinació d'hidrogenació del petroli pesat a la indústria petroquímica. En reaccions de craqueig catalític com el Cumene, l'activitat del catalitzador de zeolita Sc-Y és 1000 vegades superior a la del catalitzador de silicat d'alumini; En comparació amb alguns catalitzadors tradicionals, les perspectives de desenvolupament dels catalitzadors d'escandi seran molt brillants.
Indústria de l'energia nuclear
L'addició d'una petita quantitat de Sc2O3 a UO2 al combustible nuclear del reactor d'alta temperatura pot evitar la transformació de la gelosia, l'augment de volum i l'esquerda causada per la conversió d'UO2 a U3O8.
Pila de combustible
De la mateixa manera, afegir un 2,5% a un 25% d'escandi a les bateries alcalines de níquel augmentarà la seva vida útil.
Cria agrícola
En l'agricultura, les llavors com el blat de moro, la remolatxa, el pèsol, el blat i el gira-sol es poden tractar amb sulfat d'escandi (la concentració és generalment de 10-3~10-8mol/L, les diferents plantes tindran diferents) i l'efecte real de promoure la germinació s'ha aconseguit. Després de 8 hores, el pes sec de les arrels i els brots va augmentar un 37% i un 78% respectivament en comparació amb les plàntules, però el mecanisme encara està en estudi.
Des de l'atenció de Nielsen al deute de les dades de la massa atòmica fins a l'actualitat, l'escandi ha entrat a la visió de la gent durant només cent o vint anys, però gairebé s'ha assegut al banc durant cent anys. No va ser fins al vigorós desenvolupament de la ciència dels materials a finals del segle passat que li va aportar vitalitat. Avui en dia, els elements de terres rares, inclòs l'escandi, s'han convertit en estrelles calents en la ciència dels materials, jugant un paper en constant canvi en milers de sistemes, aportant més comoditat a les nostres vides cada dia i creant un valor econòmic que és encara més difícil de mesurar.
Hora de publicació: 29-juny-2023