Скандий | это. Что такое Скандий?

Содержание

Скандий

Scandium sublimed dendritic and 1cm3 cube.jpg

Умеренно мягкий, лёгкий редкоземельный металл серебристого цвета с жёлтым отливом

Скандий / Scandium (Sc), 21

1,36 (шкала Полинга)

a=3,309 c=5,268 (α-Sc) Å

Ска́ндий (лат. Scandium ; обозначается символом Sc) — элемент побочной подгруппы третьей группы, четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 21. Простое вещество скандий (CAS-номер: 7440-20-2) — лёгкий металл серебристого цвета с характерным жёлтым отливом. Существует в двух кристаллических модификациях: α-Sc с гексагональной решёткой типа магния, β-Sc с кубической объёмноцентрированной решёткой, температура перехода α↔β 1336 °C [1] .

Содержание

Нахождения в природе

Месторождения

Самые значительные месторождения тортвейтита (минерала, наиболее богатого скандием) расположены на Мадагаскаре и в Норвегии [2] .

История

Элемент был предсказан Д. И. Менделеевым (как эка-бор) и открыт в 1879 году шведским химиком Ларсом Нильсоном. Нильсон назвал элемент в честь Скандинавии.

Физические свойства

Скандий — лёгкий металл серебристого цвета с характерным жёлтым отливом. Существует в двух кристаллических модификациях: α-Sc с гексагональной решёткой типа магния (a=3,3085 Å; с=5,2680 Å; z=2; пространственная группа P63/mmc), β-Sc с кубической объёмноцентрированной решёткой, температура перехода α↔β 1336 °C, ΔH перехода 4,01 кДж/моль. Температура плавления 1541 °C, температура кипения 2837 °C. Скандий — мягкий металл, с чистотой 99,5 % и выше (в отсутствие O2) легко поддается механической обработке [1] .

Химические свойства

Геохимия и минералогия

Среднее содержание скандия в земной коре 10 г/т. Близки по химическим и физическим свойствам к скандию иттрий, лантан и лантаноиды. Во всех природных соединениях скандий, так же как и его аналоги алюминий, иттрий, лантан, проявляет положительную валентность, равную трём, поэтому в окислительно-восстановительных процессах он участия не принимает. Скандий является рассеянным элементом и входит в состав многих минералов. Собственно скандиевых минералов известно 2: тортвейтит (Sc, Y)2 Si2O7 (Sc2O3 до 53,5 %) и стерреттит Sc[PO4] • 2H2O (Sc2O3 до 39,2 %). Относительно небольшие концентрации обнаружены примерно в 100 минералах. В связи с тем, что по свойствам скандий близок к Mg, Al, Ca, Mn 2+ , Fe 2+ , TR (редкоземельным элементам), Hf, Th, U, Zr, главная масса его рассеивается в минералах, содержащих эти элементы. Имеет место изовалентное замещение скандием элементов группы TR, особенно в существенно иттриевых минералах (ксенотим, ассоциация Sc — Y в тортвейтите и замещение Al в берилле). Гетеровалентное замещение скандием Fe 2+ и магния в пироксенах, амфиболах, оливине, биотите широко развито в основных и ультраосновных породах, а замещение циркония — в поздние стадии магматического процесса и в пегматитах.

Основные минералы-носители скандия: флюорит (до 1 % Sc2O3), касситерит (0,005-0,2 %), вольфрамит (0-0,4 %), ильменорутил (0,0015-0,3 %), торианит (0,46 % Sc2O3), самарскит (0,45 %), виикит (1,17 %), ксенотим (0,0015-1,5 %), берилл (0,2 %), баццит (скандиевый берилл, 3-14,44 %). В процессе формирования магматических пород и их жильных производных скандий в главной своей массе рассеивается преимущественно в тёмноцветных минералах магматических пород и в незначительной степени концентрируется в отдельных минералах постмагматических образований. Наиболее высокие (30 г/т Sc2O3) концентрации скандия приурочены к ультраосновным и основным породам, в составе которых ведущую роль играют железо-магнезиальные минералы (пироксен, амфибол и биотит). В породах среднего состава среднее содержание Sc2O3 10 г/т, в кислых — 2 г/т. Здесь скандий рассеивается также в тёмноцветных минералах (роговой обманке, биотите) и устанавливается в мусковите, цирконе, сфене. Концентрация в морской воде 0,00004 мг/л [3] .

Получение

Следует отметить значительные ресурсы скандия в золе каменных углей и проблему разработки технологии извлечения скандия при переработке углей на искусственное жидкое топливо.

Мировые ресурсы скандия

Скандий является рассеянным литофильным элементом (элемент горных пород), поэтому для технологии добычи этого элемента важно полное извлечение его из перерабатываемых руд и по мере развития металлургии руд-носителей скандия, его ежегодный объём добычи будет возрастать. Ниже приведены основные руды-носители и масса выделяемого из них попутного скандия:

    — 71 млн тонн переработки в год, содержат попутный скандий в объёме 710—1420 тонн; руды — 50 млн тонн в год, попутный скандий 50—500 тонн в год; — 2 млн тонн в год, попутный скандий 20—40 тонн в год; — попутный скандий около 30—70 тонн в год; — 200 тысяч тонн в год, попутный скандий 20—25 тонн в год; — 100 тысяч тонн в год, попутный скандий 5—12 тонн в год.

Всего известно более сотни скандий-содержащих минералов, собственные его минералы (тортвейтит, джервисит) очень редки [4] .

Скандий присутствует в каменном угле и для его добычи можно вести переработку доменных чугунолитейных шлаков, которая была начата в последние годы в ряде развитых стран.

Производство и потребление скандия

Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена.
Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники.
Эта отметка установлена 12 мая 2011.

В 1988 году производство оксида скандия в мире составило:

Страна Объём добычи,
не менее,
кг/год
Китай 50
Франция 100
Норвегия 120
США 500
Япония 30
Казахстан 700
Украина 610
Россия 958

Следует учесть колоссальные ресурсы скандия в России и бывшем Советском Союзе (данные по добыче весьма разрозненны, но объёмы добычи, по оценкам независимых специалистов, равны или превышают официальную мировую добычу). В целом, по оценкам независимых специалистов, в настоящее время основными продуцентами скандия (оксида скандия) являются Россия, Китай, Украина и Казахстан. Публикуемые в печати объёмы скандия/оксида скандия в США, Японии, Франции — это в большей степени вторичный металл и металл, закупленный на мировом рынке. В определённой степени в ближайшие годы ожидается значительный объём поступлений скандиевого сырья из Австралии, Канады, Бразилии.

Следует также отметить, что запасы редкоземельного сырья в Монголии, содержащего скандий, это также перспективный источник скандия для скандиевой промышленности и развития металлургии скандия.

Скандий смело можно назвать металлом XXI века и прогнозировать резкий рост его добычи, рост цен и спрос в связи с переработкой огромного количества каменных углей (особенно переработка каменных углей России) на жидкое топливо. Последние пять лет цены на металлический скандий на мировом рынке колеблются от 12 до 20 тыс. долл за один кг (время от времени наблюдаются резкие скачки цен на скандий и его оксид, мало объяснимые с точки зрения специалистов). [источник не указан 476 дней]

Читать статью  Поделки из металла - 75 фото идей необычных металлических изделий

Применение

Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена.
Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники.
Эта отметка установлена 11 мая 2011.

Скандий — моноизотопный элемент, в природе встречается только один стабильный изотоп скандий-45.

Металлургия

Применение скандия в виде микролегирующей примеси оказывает значительное влияние на ряд практически важных сплавов, так например прибавление 0,4 % скандия к сплавам алюминий-магний повышает временное сопротивление разрыву на 35 %, а предел текучести на 65—84 %, и при этом относительное удлинение остаётся на уровне 20—27 %. Добавка 0,3—0,67 % к хрому, повышает его устойчивость к окислению вплоть до температуры 1290 °C, и аналогичное но ещё более ярко выраженное действие оказывает на жаростойкие сплавы типа «нихром» и в этой области применение скандия куда как эффективнее иттрия. Оксид скандия обладает рядом преимуществ для производства высокотемпературной керамики перед другими оксидами, так прочность оксида скандия при нагревании возрастает и достигает максимума при 1030 °C, в то же время оксид скандия обладает минимальной теплопроводностью и высочайшей стойкостью к термоудару. Скандат иттрия это один из лучших материалов для конструкций, работающих при высоких температурах. Определённое количество оксида скандия постоянно расходуется для производства германатных стёкол для оптоэлектроники.

Сплавы скандия

Главным по объёму применением скандия является его применение в алюминиево-скандиевых сплавах, применяемых в спортивной экипировке (мотоциклы, бейсбольные биты и т. п.) — везде, где требуются высокопрочные материалы. В сплаве с алюминием скандий обеспечивает дополнительную прочность и ковкость. Предел прочности на разрыв у чистого скандия около 400 Мпа (40 кг/мм), у титана например 250—350 МПа, а у нелегированного иттрия 300 Мпа. Применение скандиевых сплавов в авиации и ракетостроении позволит значительно снизить стоимость перевозок и резко повысить надёжность эксплуатируемых систем, в то же время при снижении цен на скандий и его применение для производства автомобильных двигателей так же значительно увеличит их ресурс и частично КПД. Очень важно и то обстоятельство что скандий упрочняет алюминиевые сплавы легированные гафнием. Важной и практически не изученной областью применения скандия является то обстоятельство что подобно легированию иттрием алюминия, легирование чистого алюминия скандием также повышает электропроводность проводов, и эффект резкого упрочнения имеет большие перспективы для применения такого сплава для транспортировки электроэнергии (ЛЭП). Сплавы скандия наиболее перспективные материалы в производстве управляемых снарядов. Ряд специальных сплавов скандия, композитов на скандиевой связке весьма перспективен в области конструирования скелета киборгов. В последние годы важная роль скандия (и отчасти иттрия и лютеция) выявилась в производстве некоторых по составу суперпрочных мартенситностареющих сталей, некоторые образцы которых показали прочность свыше 700 кг/мм 2 (свыше 7000 МПа).

Сверхтвёрдые материалы

Скандий используется для получения сверхтвёрдых материалов. Так, например, легирование карбида титана карбидом скандия весьма резко поднимает микротвёрдость (в 2 раза), что делает этот новый материал четвёртым по твёрдости после алмаза (около 98,7 — 120 ГПа), нитрида бора (боразона), (около 77—87 ГПа), сплава бор-углерод-кремний (около 68—77 ГПа), и существенно больше чем у карбида бора(43,2 — 52 ГПа), карбида кремния (37 ГПа), микротвёрдость сплава карбида скандия и карбида титана около 53,4 ГПа (у карбида титана например 29,5 ГПа). Особенно интересны сплавы скандия с бериллием, обладающие уникальными характеристиками по прочности и жаростойкости.

Так, например, бериллид скандия (1 атом скандия и 13 атомов бериллия) обладает наивысшим благоприятным сочетанием плотности, прочности и высокой температуры плавления, и может явится лучшим материалом для строительства аэрокосмической техники, превосходя в этом отношении лучшие сплавы из известных человечеству на основе титана, и ряд композиционных материалов (в том числе ряд материалов на основе нитей углерода и бора).

Микроэлектроника

Оксид скандия (температура плавления 2450 °C) имел важнейшую роль в производстве супер-ЭВМ: ферриты с малой индукцией при использовании в устройствах хранения информации позволяют увеличить скорость обмена данными в несколько раз из-за снижения остаточной индукции с 2 — 3 КГаусс до 0,8 — 1 КГаусс.)

Источники света

Порядка 80 кг скандия (в составе Sc2O3) в год используется для производства осветительных элементов высокой интенсивности. Иодид скандия добавляется в ртутно-газовые лампы, производящие очень правдоподобные источники искусственного света, близкого к солнечному, которые обеспечивают хорошую цветопередачу при съёмке на телекамеру.

Изотопы скандия

Радиоактивный изотоп скандий-47 (период полураспада 3,35 сут) является одним из лучших источников позитронов.

Ядерная энергетика

В атомной промышленности с успехом применяется гидрид и дейтерид скандия — прекрасный замедлитель нейтронов, и мишень (бустер) в мощных и компактных нейтронных генераторах.

Диборид скандия (температура плавления 2250 °C) применяется в качестве компонента жаропрочных сплавов, а также как материал катодов электронных приборов. В атомной промышленности находит применение бериллид скандия в качестве отражателя нейтронов, и в частности этот материал, равно как и бериллид иттрия предложен в качестве отражателя нейтронов в конструкции атомной бомбы.

Медицина

Важную роль оксид скандия может сыграть в медицине (высококачественные зубные протезы).

Лазерные материалы

Высокотемпературной сверхпроводимости, производстве лазерных материалов (ГСГГ). Галлий-скандий-гадолиниевый гранат при легировании его ионами хрома и неодима позволил получить 4,5 % КПД и рекордные параметры в частотном режиме генерации сверхкоротких импульсов, что даёт весьма оптимистичные предпосылки для создания сверхмощных лазерных систем для получения термоядерных микровзрывов уже на основе чистого дейтерия (инерциальный синтез) уже в самом ближайшем будущем. Так например ожидается [кем?] что в ближайшие 10—13 лет лазерные материалы на основе ГСГГ и боратов скандия займут ведущую роль в разработке и оснащении лазерными системами активной обороны для самолётов и вертолётов в развитых странах, и параллельно с этим развитие крупной термоядерной энергетики с привлечением гелия-3 (добываемого на Луне [источник не указан 917 дней] ), в смесях с гелием-3 лазерный термоядерный микровзрыв уже получен.

Производство солнечных батарей

Оксид скандия в сплаве с оксидом гольмия используется в производстве фотопреобразователей на основе кремния в качестве покрытия. Это покрытие имеет широкую область прозрачности (400—930 нм), и снижает спектральный коэффициент отражения света от кремния до 1—4 %, и при его применении у такого модифицированного фотоэлемента увеличивается ток короткого замыкания на 35—70 %, что в свою очередь позволяет увеличить выходную мощность фотопреобразователей в 1,4 раза.

МГД-генераторы

Хромит скандия используется как один из лучших и наиболее долговечных материалов для изготовления электродов МГД-генераторов, к основной керамической массе добавляют предварительно окисленный хром и спекают, что придаёт материалу повышенную прочность и электропроводность. Наряду с диоксидом циркония как электродным материалом для МГД-генераторов, хромит скандия обладает более высокой стойкостью к эрозии соединениями цезия (используемого в качестве плазмообразующей добавки).

Рентгеновские зеркала

Скандий широко применяется для производства многослойных рентгеновских зеркал (композиции: скандий-вольфрам, скандий-хром, скандий-молибден). Теллурид скандия очень перспективный материал для производства термоэлементов (высокая термо-э.д.с, 255 мкВ/К и малая плотность и высокая прочность).

Читать статью  Обработка металла: виды, способы, классы, станки

В последние годы значительный интерес для авиакосмической и атомной техники приобрели тугоплавкие сплавы (интерметаллические соединения) скандия с рением (температура плавления до 2575 °C), рутением (температура плавления до 1840 °C), железом (температура плавления до 1600 °C), (жаропрочность, умеренная плотность и др).

Огнеупорные материалы

Важную роль в качестве огнеупорного материала специального назначения оксид скандия (температура плавления 2450 °C) играет в производстве сталеразливочных стаканов для разливки высоколегированных сталей, по стойкости в потоке жидкого металла оксид скандия превосходит все известные и применяемые материалы (так например наиболее устойчивая окись иттрия уступает в 8,5 раза оксиду скандия) и в этой области можно сказать незаменим. Его широкому применению препятствует лишь весьма высокая цена, и в известной степени альтернативным решением в этой области является применение скандатов иттрия армированных нитевидными кристаллами оксида алюминия для увеличения прочности), а также применение танталата скандия.

Производство фианитов

Важную роль играет оксид скандия для производства фианитов, где он является самым лучшим стабилизатором.

Некоторое количество скандия расходуется для легирования жаростойких сплавов никеля с хромом и железом (нихромы и фехрали) для резкого увеличения срока службы при использовании в качестве нагревательной обмотки для печей сопротивления.

Люминофоры

Борат скандия, равно как и борат иттрия применяется в радиоэлектронной промышленности в качестве матрицы для люминофоров.

Пластичный металл Латунь — исторический экскурс, основные свойства, характеристики и фото сплава

Латунь – металлический материал, в основе которого медь и легирующий компонент цинк. Сплав может содержать свинцовые, железные, никельные элементы. Иногда присутствует олово, но в малых количествах. Латунь по металлургической таблице не принадлежит к бронзовой группе.

История

Химический элемент цинк отрыт в 16 веке, но желтый металл хорошо знаком человечеству много веков до того момента. Древние народы, обитавшие в южном Причерноморье, для получения латунного сплава соединяли медь со смитсонитом, цинковой рудой.

Во времена римского политика Августа латунь именовали как «орихалк», что в буквальном переводе означает «златомедь». Желтый металл похож на золото, из него печатались древнеримские монеты, изготавливались украшения, предметы домашнего быта.

В конце 18 века английский ученый Д.Эмерсон получил латунь, сплавив медь с промышленным цинком. Он запатентовал метод и получил британский патент. В 18 веке, до широкого использования латуни в металлургии, ее применяли для подделки золота на территории Западной Европы и России.

Основные характеристики латуни

Латунь сочетает в себе положительные свойства и достоинства составных металлов. Металлурги используют материал в промышленности для улучшений свойств металлов, которые в совокупности более сильны, чем по отдельности. Желтый металл имеет устойчивость к коррозийным процессам, повышенную прочность, может без разрушений находиться длительное время в водных и щелочных растворах.

Химические свойства

Структуру латуни формируют два классических компонента — цинк, медь. В традиционном варианте доля меди не превышает 70%, а цинка – 30%. Разработано несколько сортов технологической латуни, в которой содержание цинка меньше, всего 48%. В металлургической промышленности почти половина всего используемого цинка извлекают из отходов и вторичной переработки.

Есть два вида латуни, имеющих различия во внутренней структуре и химическому составу:

  • альфа тип (однофазные), содержание цинка 35 процентов;
  • альфа-бета тип (двухфазные), в сплаве 50% цинка и 6% свинца.

Латунь по внешним характеристикам имеет сходство с некоторыми марками бронзы, но не принадлежит к бронзовым материалам.

В составе специальных марок латунных сплавов имеется олово в малых долях. Его применяют в качестве легирующего компонента для улучшения свойств металла. Кроме олова, химический состав латуни может содержать свинец, никель, марганец и другие металлы, способные совершенствовать характеристики материала.

Физические свойства

Характеристики латуни зависят от дополнительных легирующих элементов, добавляемых для улучшения технологических параметров. Например, величина плотности варьируется в диапазоне 8300-8700 кг/м3.

Основные физические свойства латуни такие:

  • удельная теплоёмкость при нагревании до 20 C составляет 0,377 кДж·кг−1·K−1;
  • удельное электрическое сопротивление 0,07*10−6 Ом·м;
  • не является ферромагнетиком, не приобретает магнитных свойств при воздействии критических температур;
  • температура плавления составляет в среднем 900 градусов;
  • высокая сопротивляемость коррозии и разрушениям;
  • прочна;
  • пластична,
  • хорошо поддается ковке и обработке;
  • устойчива к перепадам температур.

Латунь как конгломерат нескольких металлов обладает слабой проводимостью электрического тока. Составные металлы создают искажение кристаллических решеток. Возникающие поля напряжения формируют удельное сопротивление. Медь сама по себе является прекрасным проводником электрического тока, поэтому все провода медные.

Температура плавления латунного сплава зависит от процентного содержания цинка. Чем больше цинка, тем легче расплавить латунь.

Латунный металлопрокат хорошо подвергается дуговой и газовой сварке. Хорошо полируется, прокатывается. Сопротивляется воздействию атмосферных условий лучше, чем чистая медь.

Добавления в латунный сплав висмута и свинца снижают эластичные свойства металла, делая его хрупким при воздействии высоких температур (при 500 градусах).

Влияние составных элементов

Для расширения спектра использования латуни и улучшения ее свойств, в сплав добавляют легирующие компоненты. Каждый составной элемент оказывает определенное воздействие:

  • кремний понижает значение твердости, делает материал менее прочным, но устойчивым к износам при длительном трении;
  • марганец повышает прочность и сопротивляемость коррозии;
  • олово, алюминий и железо в небольших пропорциях присоединяют к сплаву вместе с марганцем для улучшения значений прочности;
  • свинец почти перестали добавлять в качестве легирующего элемента, он снижает механические свойства сплава, ухудшает пластичность, упругость;
  • никель повышает сопротивляемость коррозии и дает возможность использовать металл в щелочных средах;
  • алюминий, оксид алюминия создает защитное покрытие на поверхности металла, которое не дает окислительным процессам оказывать разрушительное воздействие;
  • олово является легким металлом, его добавление способствует улучшению параметров прочности и устойчивости к коррозии.

Сплав с оловом широко применяют для создания комплектующих деталей для кораблей, которые постоянно работают в условиях морской воды.

Способы производства

Латунь относится к таким конгломератам, которые хорошо поддаются методам обработки – ковка, штамповка. При низкой температуре плавления металл демонстрирует хорошие свойства текучести, благодаря чему его широко применяют в литейных цехах.

При плавке латуни активно испаряется цинк.

В металлургической промышленности латунь добывают в специальных огнеупорных емкостях (тиглях), в плавильных печах, в которых тепло передается с помощью излучения от газообразных продуктов сгорания топлива. В печах плавление происходит в короткие сроки и с экономичным расходом энергии.

Области применения сплава

В древние времена латунь применяли в ювелирном деле из-за ее сходства с натуральным золотом. Благодаря пластичности и хорошей податливости ковке, из нее печатали монеты, изготавливали украшения, футляры.

Латунные сплавы совершенствуются с помощью добавления других металлических компонентов для того, чтобы улучшить характеристики металлопроката и расширить возможности его применения в агрессивных средах (в корабельном строительстве, в химических цехах).

В строительстве

Желтый металл давно зарекомендовал себя как ценный материал для создания деталей для сантехники, труб, приборов, для строительства различных сооружений. Из желтого металла изготавливают:

  • крепежи (болты и гайки, патрубки, штампованные детали);
  • изделия для конструкций теплотехники, приборов, аппаратуры, трубы конденсаторов;
  • сантехнические детали (крановые смесители, муфты, тройники, фитинги);
  • фурнитура для мебели (дверные ручки, скобы, дверные петли).
Читать статью  Свинец: цена, масса, температура плавления, добыча, характеристики, использование

Механические свойства, устойчивость к влаге, прочность и доступная цена позволяют использовать желтый металл в различных сферах без опаски, что материал разрушится или заржавеет.

Применение в часах и искусстве

В часовой промышленности латунь нашла особенно широкое применение благодаря свойствам податливости, пластичности и невысокой стоимости. Изделия из желтого металла выглядят презентабельно, а часовой механизм надежно работает долгие годы. Материал не ржавеет, не окисляется, выдерживает долгое пребывание во влажной среде, не поддаваясь коррозийным процессам.

В декоративном искусстве латунь ценится за возможность создавать дизайнерские изделия с эффектом присутствия золота. Для создания ювелирных украшений применяют такие поделочные двухкомпонентные сплавы латуни:

  • зеленая (цинк 40%);
  • золотистый томпак (цинк 25%);
  • классическая желтая (цинк 33%).

Латунь это сплав с уникальными характеристиками. Широко применяется практически во всех конструкциях, применяемых в сложных внешних условиях и агрессивных средах. Ювелирные украшения из латуни выглядят роскошно, а при должном уходе не теряют своей красоты долгие годы.

Скандий – полезные свойства и особенности металла

Глобальная добыча этого металла измеряется килограммами, стоимость – тысячами долларов за кг. Скандий называют металлом третьего тысячелетия.

Скандий

Что представляет собой

Скандий – это элемент № 21 периодической системы Д. И. Менделеева:

  • Чистый скандий – почти невесомое вещество серебристого цвета с желтоватым отливом, по которому его можно отличить от других легких металлов.
  • Относится к группе редкоземельных металлов. Первый по атомному номеру не лантаноид из «редкоземельной триады» скандий-иттрий-лантан.
  • Структура кристаллической решетки представлена двумя видами в зависимости от температуры (рубеж – 1336°C).
  • По составу это моноизотоп – скандий-45.

Международное обозначение-символ – Sc (Scandium).

Биологического значения не имеет.

Как был открыт

Первым в истории науки существование элемента предсказал Дмитрий Менделеев. Он назвал вещество эка-бором, «вычислил» его атомную массу, свойства.

Через девять лет (в 1879 году) гипотезу Менделеева подтвердил шведский ученый Ларс Нильсен.

Он дал элементу имя в честь Скандинавского полуострова, на котором располагается Швеция.

Крупицы металла получили к 1914 году.

Физико-химические характеристики

Редкоземельный металл легок, мягок, но хрупок. Химические свойства скандия типичны для «редких земель»: хорошее взаимодействие с кислотами, проблемная окисляемость на воздухе, парамагнетизм.

Скандий металл

При отсутствии примесей (особенно O2) металл легко обрабатывается.

Свойства атома
Название, символ, номер Скандий / Scandium (Sc), 21
Атомная масса
(молярная масса)
44,955912(6) а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация [Ar] 3d1 4s2
Радиус атома 162 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус 144 пм
Радиус иона (+3e) 72,3 пм
Электроотрицательность 1,36 (шкала Полинга)
Электродный потенциал
Степени окисления 3
Энергия ионизации
(первый электрон)
630,8 (6,54) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.) 2,99 г/см³
Температура плавления 1 814 K
Температура кипения 3 110 K
Уд. теплота плавления 15,8 кДж/моль
Уд. теплота испарения 332,7 кДж/моль
Молярная теплоёмкость 25,51 Дж/(K·моль)
Молярный объём 15,0 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки гексагональная (α-Sc)
Параметры решётки a=3,309 c=5,268 (α-Sc)
Отношение c/a 1,592
Прочие характеристики
Теплопроводность (300 K) 15,8 Вт/(м·К)
Номер CAS 7440-20-2

Как представлен на планете

Чистый скандий на Земле не обнаружен.

Он представлен другими формами:

  • Собственные минералы – джервисит и тортвейтит. В составе последнего – химическая формула Sc, Y2Si2O7 – скандия почти половина. Редкость.
  • Чаще это компонент сотни других минералов, железных, урановых руд, углей.

Тонна земной коры содержит 10 граммов скандия.

Это сопоставимо с концентрацией свинца, но извлечение материала усложняет распыленность по литосфере.

Спектральный анализ установил насыщенность скандием некоторых типов звезд.

Месторождения сосредоточены на территории бывшего СССР и Монголии. В России это Якутия, Алтай, Красноярский край, Мурманская область.

Квартет поставщиков сырья на мировой рынок – Китай (91%), Россия, Казахстан, Украина. Как потенциальные игроки рассматриваются Австралия, Бразилия, Канада.

90% скандиевого сырья на мировой рынок поставляет Китай.

Технология получения

Извлечение скандия – многоступенчатый затратный процесс:

  1. Первым получают гидрооксид. Для этого отходы вольфрамовых руд обжигают, обрабатывают смесью воды, аммиака и серной кислоты.
  2. Гидроокись обезвоживают (620-730°С).
  3. Полученную окись избавляют от примесей, разделяют по фракциям.
  4. Повышенно чистый материал (оксид металла) получают рафинированием плюс прокаливание.

Второй способ получения предусматривает превращение окиси во фторид:

  • Сырье дважды обрабатывают фтористым водородом.
  • Фтористый скандий восстанавливают металлическим кальцием.
  • Смесь металлического скандия и шлака плавят, разделяют в вакууме.

Для получения продукта чистоты 95%+ задействуют вакуумную дистилляцию.

Рентабелен способ получения скандия из каменноугольной золы и отходов переработки углей в синтетическое жидкое топливо.

Где используется

На практике скандий как металл используется редко. Чаще это сплавы, соединения. Особенно популярен оксид.

Умеренно мягкий, лёгкий редкоземельный металл серебристого цвета с жёлтым отливом - Скандий

Умеренно мягкий, лёгкий редкоземельный металл серебристого цвета с жёлтым отливом – Скандий

Металлургия

Скандий востребован как лигатура, улучшающая характеристики продукции:

  • У алюминиево-магниевых сплавов повышается порог сопротивляемости, текучести. , нихромовые становятся устойчивее к окислению. В данном сегменте скандий действует эффективнее иттрия.
  • Компонент сверхтвердых материалов: с карбидом титана, кремния, нитридом бора, бериллием. Твердость повышается кратно.

Оксид скандия входит в состав огнеупора, из которого сделаны емкости для разливки сталей специальных марок. По жаростойкости оставляет позади всех «конкурентов».

Другие отрасли промышленности

Прочностные характеристики скандиевых сплавов, соединений оценены оборонным и гражданским сектором:

  • Оксид металла – основа начинки суперкомпьютеров. Скорость обмена данными увеличивается в разы.
  • Производство стекол для оптоэлектроники и жаростойкой керамики. Здесь используются достоинства оксида металла: минимальная теплопроводность плюс неразрушимость структуры термоударом.
  • Соединение с иттрием – материал номер один для конструкций, функционирующих в экстремальных условиях.
  • Атомщики применяют гидрид и дейтерид как замедлитель нейтронов. Бериллид отражает поток нейтронов (в том числе в ядерных боеголовках).

Это также материал рентгеновских зеркал, автомобилей, воздушных лайнеров, ракет, спутников, солнечных батарей, лазерных компонентов, элементов повышенной светимости.

Радиоактивный изотоп-46 – маркер в нефтепереработке, контролер хода выплавки металлов. Скандий-47 оптимален как источник позитронов.

Непромышленный сегмент

Скандий-46 используют онкологи.

Оксид металла – лучший стабилизатор при производстве фианитов.

Из сплавов с алюминием изготавливают байки, щитки, биты, другое снаряжение для физкультуры, фитнеса, спорта.

Перспективы

Направления использования алюминиево-скандиевых сплавов в будущем:

  • Передача электроэнергии. Такое соединение повышает прочность и пропускную способность электропроводов.
  • Производство самонаводящихся снарядов.
  • Сплавы тестируются как материал остова боевых роботов.

Единственный недостаток, сдерживающий применение металла, – цена.

Стоимость

Диапазон стоимости скандия на мировом рынке – $13-22 тыс./кг.

На цену влияет конъюнктура рынка и вид продукции. Например, материал чистоты «пять девяток» – 99,999% оценили в $10 тыс./ кг. Мелкодисперсный порошок (249 мкм) шел по $296 тыс./кг, оксид металла – по $3,5 тыс./кг.

Источник https://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/6521

Источник https://kamushki.info/dragocennye-metally/latun

Источник https://jgems.ru/metally/skandij

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *