SKandium, mam Elementsymbol Sc an der Atomzuel 21, ass liicht waasserléislech, kann mat waarmem Waasser interagéieren a gëtt liicht däischter an der Loft. Seng Haaptvalenz ass +3. Et gëtt dacks mat Gadolinium, Erbium an aneren Elementer gemëscht, mat enger gerénger Ausbezung an engem Gehalt vun ongeféier 0,0005% an der Kuuscht. Scandium gëtt dacks benotzt fir speziell Glas a liicht Héichtemperaturlegierungen ze maachen.
Am Moment sinn déi bewisen Scandiumreserven op der Welt nëmmen 2 Milliounen Tonnen, vun deenen 90~95% a Bauxit-, Phosphorit- an Eisen-Titan-Äerzer enthale sinn, an e klengen Deel an Uran-, Thorium-, Wolfram- an Äerzer vun der seltener Äerdfassad, haaptsächlech a Russland, China, Tadschikistan, Madagaskar, Norwegen an anere Länner verdeelt. China ass ganz räich u Scandiumressourcen, mat enorme Mineralreserven am Zesummenhang mam Scandium. No onvollstännege Statistike sinn d'Scandiumreserven a China ongeféier 600.000 Tonnen, déi a Bauxit- a Phosphoritlager, Porphyr- a Quarz-Wolframlager a Südchina, seltenen Äerdlager a Südchina, Bayan Obo Äerzlager an der Bannmongolei, an Panzhihua Vanadium Titanmagnetitlager a Sichuan enthale sinn.
Wéinst der Knappheet u Scandium ass de Präis vu Scandium och ganz héich, an op sengem Héichpunkt war de Präis vu Scandium op den zéngfache Präis vu Gold an d'Luucht gaangen. Och wann de Präis vu Scandium gefall ass, ass e ëmmer nach véiermol de Präis vu Gold!
Geschicht entdecken
Am Joer 1869 huet de Mendelejew eng Lück an der Atommass tëscht Kalzium (40) an Titan (48) bemierkt a virausgesot, datt et hei och en onentdeckt Element mat enger Zwëschenatommass gëtt. Hie sot, datt säin Oxid X₂OÅ ass. Scandium gouf 1879 vum Lars Frederik Nilson vun der Universitéit Uppsala a Schweden entdeckt. Hie krut et aus der schwaarzer Goldminn, engem komplexen Äerz, deen 8 Aarte vu Metalloxiden enthält. Hie krut ...Erbium(III)-Oxidaus schwaarzem, rarem Goldäerz, a gewonnenYtterbium(III)-Oxidvun dësem Oxid, an et gëtt en anert Oxid vun engem méi liichten Element, deem säi Spektrum weist, datt et en onbekannt Metall ass. Dëst ass de Metall, deen vum Mendelejew virausgesot gouf, deem säin Oxid assSc₂O₃De Scandiummetall selwer gouf aus produzéiertScandiumchloridduerch elektrolytesch Schmelz am Joer 1937.
Mendelejew
Elektronekonfiguratioun
Elektronekonfiguratioun: 1s² 2s² 2p6 3s² 3p6 4s² 3d1
Scandium ass e mëllt, sëlwerwäisst Iwwergangsmetall mat engem Schmelzpunkt vun 1541 ℃ an engem Kachpunkt vun 2831 ℃.
Fir eng beträchtlech Zäit no senger Entdeckung gouf d'Benotzung vu Scandium wéinst senger Schwieregkeet bei der Produktioun net demonstréiert. Mat der ëmmer méi grousser Verbesserung vun de Methode fir d'Trennung vu seltenen Äerdelementer gëtt et elo e reife Prozess fir d'Reinigung vu Scandiumverbindungen. Well Scandium manner alkalesch ass wéi Yttrium a Lanthanid, ass den Hydroxid am schwaachsten, sou datt de gemëschte Mineral mat seltenen Äerdelementer, deen Scandium enthält, vum seltenen Äerdelement duerch d'"Schrëttfällungsmethod" getrennt gëtt, wann Scandium(III)-Hydroxid mat Ammoniak behandelt gëtt, nodeems et an d'Léisung transferéiert gouf. Déi aner Method ass d'Trennung vu Scandiumnitrat duerch polar Zersetzung vun Nitrat. Well Scandiumnitrat am einfachsten ze zersetzen ass, kann Scandium getrennt ginn. Zousätzlech ass déi ëmfaassend Réckgewinnung vum begleedenden Scandium aus Uran, Thorium, Wolfram, Zinn an anere Mineraloflagerungen och eng wichteg Quell vu Scandium.
Nodeems eng reng Scandiumverbindung gewonnen gouf, gëtt se an ScCl3Å ëmgewandelt a mat KCl a LiCl zesumme geschmolt. Den geschmoltenen Zink gëtt als Kathod fir d'Elektrolyse benotzt, wouduerch Scandium op der Zinkelektrod ausfällt. Duerno gëtt den Zink verdampft fir metallescht Scandium ze kréien. Dëst ass e liichte sëlwerwäisse Metall mat ganz aktive chemeschen Eegeschaften, deen mat waarmem Waasser reagéiere kann fir Waasserstoffgas ze generéieren. Dofir gëtt de Metallscandium, deen Dir op der Foto gesitt, an enger Fläsch versiegelt a mat Argongas geschützt, soss bildt Scandium séier eng donkelgiel oder gro Oxidschicht a verléiert säi glänzende metallesche Glanz.
Uwendungen
Beliichtungsindustrie
D'Benotzunge vu Scandium konzentréiere sech op ganz hell Richtungen, an et ass keng Iwwerdreiwung, et de Jong vum Liicht ze nennen. Déi éischt magesch Waff vu Scandium gëtt Scandium-Natriumlamp genannt, déi benotzt ka ginn, fir Dausende vun Haushalter Liicht ze bréngen. Dëst ass en elektrescht Liicht aus Metallhalogenid: d'Glühbir ass mat Natriumiodid a Scandiumtrijodid gefëllt, an zur selwechter Zäit ginn Scandium- a Natriumfolie derbäigesat. Wärend der Héichspannungsentladung emittéieren Scandiumionen a Natriumionen jeeweileg Liicht vun hire charakteristeschen Emissiounswellelängten. D'Spektrallinne vu Natrium sinn 589,0 an 589,6 nm, zwee bekannt giel Luuchten, während d'Spektrallinne vu Scandium 361,3~424,7 nm sinn, eng Serie vun no bei ultravioletter a bloer Liichtemissiounen. Well se sech géigesäiteg ergänzen, ass déi allgemeng produzéiert Liichtfaarf wäisst Liicht. Et ass genee well Scandium-Natriumlampen d'Charakteristike vun héijer Liichtleistung, gudder Liichtfaarf, Energiespuerméiglechkeeten, laanger Liewensdauer a staarker Niwwelverbrennungsfäegkeet hunn, datt se wäit verbreet fir Fernsehkameraen, Plazen, Sportarenaen a Stroossebeliichtung agesat kënne ginn a si als Liichtquellen vun der drëtter Generatioun bekannt. A China gëtt dës Zort Lampe lues a lues als nei Technologie gefördert, während an e puer entwéckelte Länner dës Zort Lampe schonn an den fréien 1980er Jore wäit verbreet agesat gouf.
Déi zweet magesch Waff vum Scandium si Photovoltaik-Solarzellen, déi d'Liicht, dat um Buedem gestreet gëtt, sammelen an et an Elektrizitéit ëmwandele kënnen, fir d'mënschlech Gesellschaft unzedreiwen. Scandium ass dat bescht Barrièremetall a Metallisolatoren, Hallefleeder-Silizium-Solarzellen a Solarzellen.
Seng drëtt magesch Waff nennt sech γA-Stralquell. Dës magesch Waff kann eleng hell schéngen, awer dës Zort Liicht kann net mam bloussen A opgeholl ginn, et ass e Photonenstroum mat héijer Energie. Mir extrahéieren normalerweis 45Sc aus Mineralstoffer, déi déi eenzeg natierlech Isotope vu Scandium sinn. All 45Sc-Kär enthält 21 Protonen an 24 Neutronen. 46Sc, en künstlecht radioaktivt Isotop, kann als γ-Stralungsquellen oder Traceratome benotzt ginn, déi och fir d'Bestrahlung vu bösartigen Tumoren benotzt kënne ginn. Et gëtt och Uwendungen wéi Yttrium-Gallium-Scandium-Granatlaser.ScandiumfluoridGlas-Infrarout-Glasfaser, an e Scandium-beschichtete Kathodenstrahlröhrchen am Fernseh. Et schéngt, datt Scandium mat Hellegkeet gebuer gëtt.
Legierungsindustrie
Scandium a senger elementarer Form gëtt wäit verbreet fir Aluminiumlegierungen ze dotéieren benotzt. Soulaang e puer Dausendstel Scandium dem Aluminium bäigefüügt ginn, gëtt eng nei Al3Sc-Phas geformt, déi eng Metamorphismus-Roll an der Aluminiumlegierung spillt an d'Struktur an d'Eegeschafte vun der Legierung däitlech ännert. D'Zousätz vun 0,2%~0,4% Sc (wat wierklech ähnlech ass wéi den Undeel vum Salzzusaz zu gebratenem Geméis doheem, nëmmen e bëssen ass néideg) kann d'Rekristallisatiounstemperatur vun der Legierung ëm 150-200 ℃ erhéijen, an d'Héichtemperaturfestigkeit, d'Strukturstabilitéit, d'Schweissleistung an d'Korrosiounsbeständegkeet däitlech verbesseren. Et kann och de Versprëdegungsphänomen vermeiden, deen einfach bei laangfristeger Aarbecht bei héijen Temperaturen optriede kann. Héichfestigkeit an héich Zähheet Aluminiumlegierungen, nei héichfestig korrosiounsbeständeg schweissbar Aluminiumlegierungen, nei Héichtemperatur-Aluminiumlegierungen, héichfestig Neutronenbestrahlungsbeständeg Aluminiumlegierungen, etc., hunn ganz attraktiv Entwécklungsperspektiven an der Loft- a Raumfaart, Loftfaart, Schëffer, Atomreaktoren, liichte Gefierer an Héichvitesszich.
Scandium ass och e ganz gudde Modifikator fir Eisen, an eng kleng Quantitéit Scandium kann d'Festigkeit an d'Häert vum Goss däitlech verbesseren. Zousätzlech kann Scandium och als Zousaz fir héichtemperaturbeständeg Wolfram- a Chromlegierungen benotzt ginn. Natierlech huet Scandium, nieft der Fabrikatioun vu Hochzäitskleeder fir anerer, en héije Schmelzpunkt a seng Dicht ass ähnlech wéi déi vun Aluminium, a gëtt och a liichte Legierungen mat héijem Schmelzpunkt wéi Scandium-Titanlegierung a Scandium-Magnesiumlegierung benotzt. Wéinst sengem héije Präis gëtt et awer meeschtens nëmmen an High-End-Produktiounsindustrien wéi Raumschëffer a Rakéiten benotzt.
Keramikmaterial
Scandium, eng eenzeg Substanz, gëtt allgemeng a Legierungen benotzt, an seng Oxiden spillen op ähnlech Aart a Weis eng wichteg Roll a Keramikmaterialien. Dat tetragonalt Zirkoniumoxid-Keramikmaterial, dat als Elektrodenmaterial fir Festoxid-Brennstoffzellen benotzt ka ginn, huet eng eenzegaarteg Eegeschaft, wou d'Leetfäegkeet vun dësem Elektrolyt mat zouhuelender Temperatur an Sauerstoffkonzentratioun an der Ëmwelt eropgeet. Wéi och ëmmer, d'Kristallstruktur vun dësem Keramikmaterial selwer kann net stabil existéieren an huet keen industrielle Wäert; et ass néideg, verschidde Substanzen ze dotéieren, déi dës Struktur fixéiere kënnen, fir seng ursprénglech Eegeschaften z'erhalen. D'Zousätzlech vun 6~10% Scandiumoxid ass wéi eng Betonstruktur, sou datt Zirkoniumoxid op engem quadratesche Gitter stabiliséiert ka ginn.
Et ginn och technesch Keramikmaterialien wéi héichfestig an héichtemperaturbeständeg Siliziumnitrid als Verdichtungsmëttel a Stabilisatoren.
Als Verdichtungsvermëttler,Scandiumoxidkann eng refraktär Phas Sc2Si2O7 um Rand vu feine Partikelen bilden, wouduerch d'Héichtemperaturdeformatioun vun der Ingenieurskeramik reduzéiert gëtt. Am Verglach mat aneren Oxiden kann et d'Héichtemperaturmechanesch Eegeschafte vum Siliziumnitrid besser verbesseren.
Katalytesch Chimie
An der chemescher Ingenieurskonscht gëtt Scandium dacks als Katalysator benotzt, während Sc2O3 fir d'Dehydratioun an d'Deoxidatioun vun Ethanol oder Isopropanol, d'Zersetzung vun Essigsäure an d'Produktioun vun Ethylen aus CO an H2 benotzt ka ginn. De PtAl-Katalysator, deen Sc2O3 enthält, ass och e wichtege Katalysator fir d'Hydrierungsreinigung a Raffinéierungsprozesser vu schwéierem Ueleg an der petrochemescher Industrie. A katalytesche Rëssreaktiounen, wéi zum Beispill Cumen, ass d'Aktivitéit vum Sc-Y-Zeolit-Katalysator 1000-mol méi héich wéi déi vum Aluminiumsilikat-Katalysator; am Verglach mat e puer traditionelle Katalysatoren sinn d'Entwécklungsaussichten vu Scandium-Katalysatoren ganz gutt.
Nuklearenergieindustrie
D'Zousätzlech vun enger klenger Quantitéit Sc2O3 zu UO2 am Brennstoff vun Héichtemperaturreaktoren kann d'Gittertransformatioun, d'Volumenzounahme an d'Rëssbildung, déi duerch d'Ëmwandlung vun UO2 an U3O8 verursaacht ginn, verhënnert.
Brennstoffzell
Ähnlech wäert d'Zousätz vun 2,5% bis 25% Scandium zu Nickel-Alkali-Batterien hir Liewensdauer verlängeren.
Landwirtschaftlech Zucht
An der Landwirtschaft kënne Somen wéi Mais, Rüben, Ierbsen, Weess a Sonneblummen mat Scandiumsulfat behandelt ginn (d'Konzentratioun ass am Allgemengen 10-3~10-8mol/L, verschidde Planzen hunn ënnerschiddlech Resultater), an den tatsächlechen Effekt vun der Keimungsförderung ass erreecht ginn. No 8 Stonnen ass d'Dréchegewiicht vu Wuerzelen a Knospen ëm 37% respektiv 78% am Verglach mat Keimlinger eropgaang, awer de Mechanismus gëtt nach ëmmer ënnersicht.
Vun Nielsen senger Opmierksamkeet op d'Schold vun den Atommassdaten bis haut ass Scandium eréischt honnert oder zwanzeg Joer an d'Ae vun de Leit komm, awer bal honnert Joer laang war et net do. Eréischt duerch déi kräfteg Entwécklung vun der Materialwëssenschaft um Enn vum leschte Joerhonnert huet et him Vitalitéit bruecht. Haut sinn rar Äerdelementer, dorënner Scandium, zu waarme Stäre an der Materialwëssenschaft ginn, spille stänneg verännerend Rollen an Dausende vu Systemer, bréngen all Dag méi Komfort an eist Liewen a schafen en wirtschaftleche Wäert, deen nach méi schwéier ze moossen ass.
Zäitpunkt vun der Verëffentlechung: 29. Juni 2023