Sακρωτήριο, με το σύμβολο στοιχείων SC και τον ατομικό αριθμό των 21, είναι εύκολα διαλυτό στο νερό, μπορεί να αλληλεπιδράσει με ζεστό νερό και εύκολα σκουραίνει στον αέρα. Το κύριο σθένος του είναι+3. Συχνά αναμιγνύεται με το γαδολίνιο, το erbium και άλλα στοιχεία, με χαμηλή απόδοση και περιεχόμενο περίπου 0,0005% στην κρούστα. Το Scandium χρησιμοποιείται συχνά για να δημιουργήσει ειδικά γυαλί και ελαφριά κράματα υψηλής θερμοκρασίας.
Επί του παρόντος, τα αποδεδειγμένα αποθέματα σκανδίου στον κόσμο είναι μόνο 2 εκατομμύρια τόνοι, το 90 ~ 95% των οποίων περιέχονται σε μεταλλεύματα βωξίτη, φωσφορίας και σιδήρου και σε άλλες χώρες. Η Κίνα είναι πολύ πλούσια σε πόρους Scandium, με τεράστια ορυκτά αποθέματα που σχετίζονται με το Scandium. Σύμφωνα με τα ατελείωτα στατιστικά στοιχεία, τα αποθέματα σκανδίου στην Κίνα είναι περίπου 600000 τόνοι, τα οποία περιέχονται σε αποθέσεις βωξίτη και φωσφορούτη, αποθέματα βολφραμίου με φλέβα με πορφυρές και χαλαζία σε sichuan.
Λόγω της έλλειψης του σκανδίου, η τιμή του σκανδίου είναι επίσης πολύ υψηλή, και στο αποκορύφωμά του, η τιμή του σκανδίου φουσκώθηκε σε 10 φορές την τιμή του χρυσού. Παρόλο που η τιμή του σκανδίου έχει μειωθεί, εξακολουθεί να είναι τέσσερις φορές η τιμή του χρυσού!
Ανακαλύπτοντας την ιστορία
Το 1869, ο Mendeleev παρατήρησε ένα κενό στην ατομική μάζα μεταξύ του ασβεστίου (40) και του τιτανίου (48) και προέβλεψε ότι υπήρχε επίσης ένα αδιευκρίνιστο ενδιάμεσο στοιχείο ατομικής μάζας εδώ. Προέβλεψε ότι το οξείδιο του είναι x ₂ o Å. Το Scandium ανακαλύφθηκε το 1879 από τον Lars Frederik Nilson του Πανεπιστημίου Uppsala στη Σουηδία. Το εξήγαγε από το μαύρο σπάνιο χρυσό ορυχείο, ένα πολύπλοκο μετάλλευμα που περιέχει 8 τύπους μεταλλικών οξειδίων. Έχει εξαγάγειΟξείδιο του Erbium (III)από μαύρο σπάνιο χρυσό μετάλλευμα και ληφθείΟξείδιο ytterbium (iii)Από αυτό το οξείδιο, και υπάρχει ένα άλλο οξείδιο του ελαφρύτερου στοιχείου, του οποίου το φάσμα δείχνει ότι είναι ένα άγνωστο μέταλλο. Αυτό είναι το μέταλλο που προβλέπεται από τον Mendeleev, του οποίου το οξείδιο είναιSc₂o₃. Το ίδιο το μέταλλο σκάνδαλο παρήχθη απόΣκανδιέδιομε ηλεκτρολυτική τήξη το 1937.
Μεσαιωνικό mendeleev
Διαμόρφωση ηλεκτρονίων
Διαμόρφωση ηλεκτρονίων: 1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 4S2 3D1
Το Scandium είναι ένα μαλακό, ασημένιο λευκό μετάβαση μετάλλου με σημείο τήξης 1541 ℃ και σημείο βρασμού 2831 ℃.
Για σημαντικό χρονικό διάστημα μετά την ανακάλυψή του, η χρήση του σκανδίου δεν αποδείχθηκε λόγω της δυσκολίας του στην παραγωγή. Με την αυξανόμενη βελτίωση των μεθόδων διαχωρισμού των στοιχείων σπάνιων γαιών, υπάρχει πλέον μια ώριμη ροή διεργασίας για τον καθαρισμό των ενώσεων σκανδιναβίου. Επειδή το Scandium είναι λιγότερο αλκαλικό από το Yttrium και το λανθανίδιο, το υδροξείδιο είναι το πιο αδύναμο, έτσι ώστε το μικτό ορυκτό που περιέχει το Σκανδ. Η άλλη μέθοδος είναι να διαχωριστούν το νιτρικό σκάνδαλο με πολική αποσύνθεση των νιτρικών. Επειδή το νιτρικό σκάνδιο είναι το πιο εύκολο να αποσυντεθεί, το σκάνδιο μπορεί να διαχωριστεί. Επιπλέον, η συνολική ανάκαμψη του συνοδευτικού σκανδίου από το ουράνιο, το θόριο, το βολφράμιο, το κασσίτερο και άλλες ορυκτές αποθέσεις αποτελεί επίσης σημαντική πηγή σκανδίου.
Μετά την απόκτηση μιας καθαρής ένωσης σκανδάλου, μετατρέπεται σε SCCL Α και CO που λιώνει με KCL και LICL. Ο τετηγμένος ψευδάργυρος χρησιμοποιείται ως κάθοδος για ηλεκτρόλυση, προκαλώντας το σκάνδιο να καταβυθιστεί στο ηλεκτρόδιο ψευδαργύρου. Στη συνέχεια, ο ψευδάργυρος εξατμίζεται για να αποκτήσει μεταλλικό σκάνδιο. Πρόκειται για ένα ελαφρύ ασημένιο λευκό μέταλλο με πολύ δραστικές χημικές ιδιότητες, οι οποίες μπορούν να αντιδράσουν με ζεστό νερό για να παράγουν αέριο υδρογόνου. Έτσι, το μεταλλικό σκάνδιο που βλέπετε στην εικόνα είναι σφραγισμένη σε ένα μπουκάλι και προστατεύεται από αέριο αργού, διαφορετικά το Scandium θα σχηματίσει γρήγορα ένα σκούρο κίτρινο ή γκρι οξειδίου στρώμα, χάνοντας τη λαμπερή μεταλλική λάμψη του.
Αιτήσεις
Βιομηχανία φωτισμού
Οι χρήσεις του σκανδίου είναι συγκεντρωμένες σε πολύ φωτεινές κατευθύνσεις και δεν είναι υπερβολή για να το ονομάσουμε γιο του φωτός. Το πρώτο μαγικό όπλο του σκανδίου ονομάζεται λάμπα νατρίου σκανδίου, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να φέρει φως σε χιλιάδες νοικοκυριά. Πρόκειται για ένα μεταλλικό ηλεκτρικό φως αλογονιδίου: ο λαμπτήρας γεμίζει με ιωδιούχο νάτριο και σκανδιναϊκό τριαϊωδίδιο, ενώ ταυτόχρονα προστίθενται σκανδιναβές και φύλλο νατρίου. Κατά τη διάρκεια της απόρριψης υψηλής τάσης, τα ιόντα σκανδάλου και τα ιόντα νατρίου αντίστοιχα εκπέμπουν φως των χαρακτηριστικών μήκους κύματος εκπομπής τους. Οι φασματικές γραμμές του νατρίου είναι 589,0 και 589,6 nm, δύο διάσημα κίτρινα φώτα, ενώ οι φασματικές γραμμές του σκανδίου είναι 361,3 ~ 424,7 nm, μια σειρά από εκπομπές σχεδόν υπεριώδους και μπλε φωτός. Επειδή συμπληρώνουν ο ένας τον άλλον, το συνολικό φως που παράγεται είναι λευκό φως. Είναι ακριβώς επειδή οι λαμπτήρες νατρίου σκανδίου έχουν τα χαρακτηριστικά της υψηλής φωτεινής απόδοσης, του καλού χρώματος του φωτός, της εξοικονόμησης ενέργειας, της μακράς διάρκειας ζωής και της δυνατότητας σπασίματος ομίχλης ότι μπορούν να χρησιμοποιηθούν ευρέως για τηλεοπτικές κάμερες, τετράγωνα, αθλητικούς χώρους και φωτισμό δρόμου και είναι γνωστές ως πηγές φωτός τρίτης γενιάς. Στην Κίνα, αυτός ο τύπος λαμπτήρα προωθείται σταδιακά ως νέα τεχνολογία, ενώ σε ορισμένες ανεπτυγμένες χώρες, αυτός ο τύπος λαμπτήρα χρησιμοποιήθηκε ευρέως ήδη από τις αρχές της δεκαετίας του 1980.
Το δεύτερο μαγικό όπλο του σκανδίου είναι ηλιακά φωτοβολταϊκά κύτταρα, τα οποία μπορούν να συλλέγουν το φως διάσπαρτο στο έδαφος και να το μετατρέψουν σε ηλεκτρική ενέργεια για να οδηγήσουν την ανθρώπινη κοινωνία. Το Scandium είναι το καλύτερο μεταλλικό φραγμό σε μεταλλικό μονωτικό ημιαγωγό ηλιακών κυττάρων πυριτίου και ηλιακών κυττάρων.
Το τρίτο μαγικό όπλο του ονομάζεται γ μια πηγή ακτίνων, αυτό το μαγικό όπλο μπορεί να λάμψει έντονα από μόνο του, αλλά αυτό το είδος φωτός δεν μπορεί να ληφθεί από το γυμνό μάτι, είναι μια ροή φωτονίων υψηλής ενέργειας. Συνήθως εξαγάγουμε 45SC από ορυκτά, που είναι τα μόνα φυσικά ισότοπα του σκανδίου. Κάθε πυρήνας 45SC περιέχει 21 πρωτόνια και 24 νετρόνια. Το 46SC, ένα τεχνητό ραδιενεργό ισότοπο, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως γ ακτινοβολία γ ή τα άτομα ιχνηθέτη μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για ακτινοθεραπεία κακοήθων όγκων. Υπάρχουν επίσης εφαρμογές όπως το Yttrium Gallium Scandium Garnet Laser,Φθόριο σκανδιναβίουΓυαλί υπέρυθρες οπτικές ίνες, και σκάντιο επικαλυμμένο με σκάνδαλο Cathode Ray Tube στην τηλεόραση. Φαίνεται ότι το Scandium γεννιέται με φωτεινότητα.
Βιομηχανία κράματος
Το Scandium στη στοιχειακή του μορφή έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως για κράματα αλουμινίου ντόπινγκ. Όσο μερικά χιλιοστά σκανδίου προστίθενται στο αλουμίνιο, θα σχηματιστεί μια νέα φάση AL3SC, η οποία θα διαδραματίσει ρόλο μεταμορφισμού στο κράμα αλουμινίου και θα κάνει σημαντικά τη δομή και τις ιδιότητες της αλλαγής κράματος. Η προσθήκη 0,2% ~ 0,4% SC (που είναι πραγματικά παρόμοια με το ποσοστό της προσθήκης αλατιού για να ανακατεύουμε τα τηγανητά λαχανικά στο σπίτι, μόνο λίγο χρειάζεται) μπορεί να αυξήσει τη θερμοκρασία ανακρυστάλλωσης του κράματος κατά 150-200 ℃ και να βελτιώσει σημαντικά την αντοχή υψηλής θερμοκρασίας, τη δομική σταθερότητα, την απόδοση συγκόλλησης και την αντίσταση στη διάσπαση. Μπορεί επίσης να αποφευχθεί το φαινόμενο της ευφυΐας που είναι εύκολο να συμβεί κατά τη διάρκεια μακροπρόθεσμων εργασιών σε υψηλές θερμοκρασίες. Το κράμα αλουμινίου υψηλής αντοχής και υψηλής αντοχής, το νέο κράμα αλουμινίου υψηλής αντοχής, το νέο κράμα αλουμινίου υψηλής θερμοκρασίας, το κράμα αλουμινίου υψηλής αντοχής κ.λπ.
Το Scandium είναι επίσης ένας εξαιρετικός τροποποιητής για το σίδερο και μια μικρή ποσότητα σκανδίου μπορεί να βελτιώσει σημαντικά τη δύναμη και τη σκληρότητα του χυτοσιδήρου. Επιπλέον, το Scandium μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί ως πρόσθετο για υψηλής θερμοκρασίας βολφραμίου και κράματα χρωμίου. Φυσικά, εκτός από τη δημιουργία ρούχων γάμου για τους άλλους, το Scandium έχει ένα υψηλό σημείο τήξης και η πυκνότητα του είναι παρόμοια με το αλουμίνιο και χρησιμοποιείται επίσης σε ελαφριά κράματα υψηλής τήξης όπως το κράμα μαγνησίου και το κράμα μαγνησίου σκανδίου. Ωστόσο, λόγω της υψηλής τιμής του, χρησιμοποιείται γενικά μόνο σε βιομηχανίες παραγωγής υψηλού επιπέδου, όπως διαστημικά λεωφορεία και πυραύλους.
Κεραμικό υλικό
Το Scandium, μία μόνο ουσία, χρησιμοποιείται γενικά στα κράματα και τα οξείδια του διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στα κεραμικά υλικά με παρόμοιο τρόπο. Το τετραγωνικό κεραμικό υλικό ζιρκονίας, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως υλικό ηλεκτροδίου για κύτταρα καυσίμου στερεού οξειδίου, έχει μια μοναδική ιδιότητα όπου η αγωγιμότητα αυτού του ηλεκτρολύτη αυξάνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας και της συγκέντρωσης οξυγόνου στο περιβάλλον. Ωστόσο, η κρυσταλλική δομή αυτού του κεραμικού υλικού δεν μπορεί να υπάρχει σταθερά και δεν έχει βιομηχανική αξία. Είναι απαραίτητο να doping ορισμένες ουσίες που μπορούν να διορθώσουν αυτή τη δομή προκειμένου να διατηρήσει τις αρχικές του ιδιότητες. Η προσθήκη 6 ~ 10% οξείδιο του σκανδίου είναι σαν μια δομή σκυροδέματος, έτσι ώστε η ζιρκονία να μπορεί να σταθεροποιηθεί σε ένα τετράγωνο πλέγμα.
Υπάρχουν επίσης μηχανικά κεραμικά υλικά όπως το νιτρίδιο πυριτίου υψηλής υψηλής ταχύτητας και υψηλής θερμοκρασίας ως πυκνότητας και σταθεροποιητές.
Ως πυκνότης,Οξείδιο σκανδιούμπορεί να σχηματίσει μια ανθεκτική φάση SC2SI2O7 στην άκρη των λεπτών σωματιδίων, μειώνοντας έτσι την παραμόρφωση της υψηλής θερμοκρασίας των κεραμικών μηχανικής. Σε σύγκριση με άλλα οξείδια, μπορεί να βελτιώσει καλύτερα τις μηχανικές ιδιότητες υψηλής θερμοκρασίας του νιτριδίου πυριτίου.
Καταλυτική χημεία
Στη χημική μηχανική, το σκάνδιο χρησιμοποιείται συχνά ως καταλύτης, ενώ το SC2O3 μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αφυδάτωση και την αποξείδωση της αιθανόλης ή της ισοπροπανόλης, την αποσύνθεση του οξικού οξέος και την παραγωγή αιθυλενίου από CO και Η2. Ο καταλύτης PT Al που περιέχει SC2O3 είναι επίσης ένας σημαντικός καταλύτης για τον καθαρισμό και τις διαδικασίες καθαρισμού βαρέων πετρελαίου στην πετροχημική βιομηχανία. Στις καταλυτικές αντιδράσεις πυρόλυσης όπως το cumene, η δραστικότητα του καταλύτη του ζεόλιθου SC-Y είναι 1000 φορές υψηλότερη από αυτή του καταλύτη πυριτικού αλουμινίου. Σε σύγκριση με ορισμένους παραδοσιακούς καταλύτες, οι αναπτυξιακές προοπτικές των καταλυτών σκανδίου θα είναι πολύ φωτεινές.
Βιομηχανία πυρηνικής ενέργειας
Η προσθήκη μιας μικρής ποσότητας SC2O3 σε UO2 σε πυρηνικό καύσιμο αντιδραστήρα υψηλής θερμοκρασίας μπορεί να αποφύγει τον μετασχηματισμό του πλέγματος, την αύξηση του όγκου και τη ρωγμή που προκαλείται από τη μετατροπή UO2 σε U3O8.
Κυψέλη καυσίμου
Ομοίως, η προσθήκη 2,5% έως 25% σκανδίου σε μπαταρίες αλκαλίων νικελίου θα αυξήσει τη διάρκεια ζωής τους.
Γεωργική αναπαραγωγή
Στη γεωργία, σπόρους όπως το καλαμπόκι, τα τεύτλα, το μπιζέλι, το σιτάρι και το ηλίανθο μπορούν να αντιμετωπιστούν με θειικό σκάνδιο (η συγκέντρωση είναι γενικά 10-3 ~ 10-8mol/L, διαφορετικά φυτά θα έχουν διαφορετικά) και η πραγματική επίδραση της προώθησης της βλάστησης έχει επιτευχθεί. Μετά από 8 ώρες, το ξηρό βάρος των ριζών και των μπουμπουκιών αυξήθηκε κατά 37% και 78% αντίστοιχα σε σύγκριση με τα φυτά, αλλά ο μηχανισμός εξακολουθεί να βρίσκεται υπό μελέτη.
Από την προσοχή του Nielsen στο χρέος των ατομικών μαζικών δεδομένων μέχρι σήμερα, το Scandium έχει εισέλθει στο όραμα των ανθρώπων για μόνο εκατό ή είκοσι χρόνια, αλλά έχει σχεδόν καθίσει στον πάγκο για εκατό χρόνια. Μόλις η έντονη ανάπτυξη της επιστήμης των υλικών στα τέλη του περασμένου αιώνα έφερε τη ζωτικότητα σε αυτόν. Σήμερα, τα στοιχεία σπάνιων γαιών, συμπεριλαμβανομένου του Scandium, έχουν γίνει ζεστά αστέρια στην επιστήμη των υλικών, παίζοντας συνεχώς μεταβαλλόμενους ρόλους σε χιλιάδες συστήματα, φέρνοντας μεγαλύτερη ευκολία στη ζωή μας κάθε μέρα και δημιουργώντας οικονομική αξία που είναι ακόμη πιο δύσκολο να μετρηθεί.
Χρόνος δημοσίευσης: Ιούνιος-29-2023