Знаймо

Додати знання

приховати рекламу

Цей текст може містити помилки.

Скандій



План:


Введення

Скандій ( лат. Scandium ; Позначається символом Sc) - елемент побічної підгрупи третьої групи, четвертого періоду періодичної системи хімічних елементів Д. І. Менделєєва, з атомним номером 21. Проста речовина скандій ( CAS-номер : 7440-20-2) - легкий метал сріблястого кольору з характерним жовтим відливом. Існує в двох кристалічних модифікаціях: α-Sc з гексагональної гратами типу магнію, β-Sc з кубічної об'емноцентрірованной гратами, температура переходу α ↔ β 1336 C [1].


1. Знаходження в природі

1.1. Родовища

Найзначніші родовища тортвейтіта (мінералу, найбільш багатого скандієм) розташовані на Мадагаскарі і в Норвегії [2].

2. Історія

Елемент був передбачений Д. І. Менделєєвим (як ека-бор) і відкритий в 1879 шведським хіміком Ларсом Нільсоном. Нільсон назвав елемент на честь Скандинавії.

3. Фізичні властивості

Скандій - легкий метал сріблястого кольору з характерним жовтим відливом. Існує в двох кристалічних модифікаціях: α-Sc з гексагональної гратами типу магнію (a = 3,3085 ; с = 5,2680 ; z = 2; просторова група P6 3 / mmc), β-Sc з кубічної об'емноцентрірованной гратами, температура переходу α ↔ β 1336 C, ΔH переходу 4,01 кДж / моль. Температура плавлення 1541 C, температура кипіння 2837 C. Скандій - м'який метал, з чистотою 99,5% і вище (за відсутності O 2) легко піддається механічній обробці [1].


4. Хімічні властивості

5. Геохімія і мінералогія

Середній вміст скандію в земній корі 10 г / т. Близькі за хімічними і фізичними властивостями до скандію ітрій, лантан і лантаноїди. У всіх природних з'єднаннях скандій, так само як і його аналоги алюміній, ітрій, лантан, виявляє позитивну валентність, рівну трьом, тому в окисно-відновних процесах він участі не приймає. Скандій є розсіяним елементом і входить до складу багатьох мінералів. Власне скандієвих мінералів відомо 2: тортвейтіт (Sc, Y) 2 Si 2 O 7 (Sc 2 O 3 до 53,5%) і стерреттіт Sc [PO 4] 2H 2 O (Sc 2 O 3 до 39,2%) . Відносно невеликі концентрації виявлені приблизно в 100 мінералах. У зв'язку з тим, що за властивостями скандій близький до Mg, Al, Ca, Mn 2 +, Fe 2 +, TR ( рідкоземельних елементів), Hf, Th, U, Zr, головна маса його розсіюється в мінералах, що містять ці елементи. Має місце ізовалентное заміщення скандієм елементів групи TR, особливо в істотно ітрієвої мінералах (ксенотім, асоціація Sc - Y в тортвейтіте і заміщення Al в берилі). Гетеровалентний заміщення скандієм Fe 2 + і магнію в піроксенів, амфібол, олівін, біотит широко розвинене в основних і ультраосновних породах, а заміщення цирконію - в пізні стадії магматичного процесу і в пегматитах.

Основні мінерали-носії скандію: флюорит (до 1% Sc 2 O 3), каситерит (0,005-0,2%), вольфраму (0-0,4%), ільменорутіл (0,0015-0,3%), торіаніт (0,46% Sc 2 O 3), самарскит (0,45%), Віїк (1,17%), ксенотім (0,0015-1,5%), берил (0,2%), бацціт (скандієві берил, 3-14,44%). У процесі формування магматичних порід і їх жильних похідних скандій в головній своїй масі розсіюється переважно в темноцветних мінералах магматичних порід і в незначній мірі концентрується в окремих мінералах постмагматіческіх утворень. Найбільш високі (30 г / т Sc 2 O 3) концентрації скандію приурочені до ультраосновних і основних порід, у складі яких провідну роль відіграють залізо-магнезіальні мінерали (піроксен, амфібол і біотит). У породах середнього складу середній вміст Sc 2 O 3 10 г / т, в кислих - 2 г / т. Тут скандій розсіюється також в темноцветних мінералах (роговий обманці, біоти) і встановлюється в мусковіт, цирконі, Стено. Концентрація в морській воді 0,00004 мг / л [3].


6. Отримання

Слід відзначити значні ресурси скандію в золі кам'яного вугілля і проблему розробки технології вилучення скандію при переробці вугілля на штучне рідке паливо.

6.1. Світові ресурси скандію

Скандій є розсіяним літофільних елементом (елемент гірських порід), тому для технології видобутку цього елемента важливо повне вилучення його з переробляються руд і в міру розвитку металургії руд-носіїв скандію, його щорічний обсяг видобутку буде зростати. Нижче наведені основні руди-носії і маса виділяється з них попутного скандію:

  • Боксити - 71 млн тонн переробки на рік, містять попутний скандій в обсязі 710-1420 тонн;
  • Уранові руди - 50 млн тонн на рік, попутний скандій 50-500 тонн на рік;
  • Ільменіти - 2 млн тонн на рік, попутний скандій 20-40 тонн на рік;
  • Вольфрамітом - попутний скандій близько 30-70 тонн на рік;
  • Каситериту - 200 тисяч тонн на рік, попутний скандій 20-25 тонн на рік;
  • Циркони - 100 тисяч тонн на рік, попутний скандій 5-12 тонн на рік.

Усього відомо більше сотні скандій-містять мінералів, власні його мінерали (тортвейтіт, Джервіс) дуже рідкісні [4].

Скандій присутня в кам'яному вугіллі і для його видобутку можна вести переробку доменних чавуноливарних шлаків, яка була розпочата в останні роки в ряді розвинених країн.


6.2. Виробництво і споживання скандію

Question book-4.svg
У цьому розділі не вистачає інформації.
Інформація повинна бути проверяема, інакше вона може бути поставлена ​​під сумнів і вилучена.
Ви можете відредагувати цю статтю, додавши посилання на авторитетні джерела.
Ця позначка стоїть на статті з 12 травня 2011

У 1988 році виробництво оксиду скандію в світі склало:

Країна Обсяг видобутку,
Проте,
кг / рік
Китай 50
Франція 100
Норвегія 120
США 500
Японія 30
Казахстан 700
Україна 610
Росія 958

Слід врахувати колосальні ресурси скандію в Росії та колишньому Радянському Союзі (дані з видобутку дуже розрізнені, але обсяги видобутку, за оцінками незалежних фахівців, дорівнюють або перевищують офіційну світову видобуток). В цілому, за оцінками незалежних фахівців, в даний час основними продуцентами скандію ( оксиду скандію) є Росія, Китай, Україна і Казахстан. Опубліковані у пресі обсяги скандію / оксиду скандію в США, Японії, Франції - це більшою мірою вторинний метал і метал, закуплений на світовому ринку. Певною мірою в найближчі роки очікується значний обсяг надходжень скандієві сировини з Австралії, Канади, Бразилії.

Слід також відзначити, що запаси рідкісноземельного сировини в Монголії, що містить скандій, це також перспективне джерело скандію для скандієві промисловості та розвитку металургії скандію.

Скандій сміливо можна назвати металом XXI століття і прогнозувати різке зростання його видобутку, зростання цін і попит у зв'язку з переробкою величезної кількості кам'яних вугіль (особливо переробка кам'яного вугілля Росії) на рідке паливо. Останні п'ять років ціни на металевий скандій на світовому ринку коливаються від 12 до 20 тис. дол за один кг (час від часу спостерігаються різкі скачки цін на скандій та його оксид, мало зрозумілі з точки зору фахівців). [джерело не вказано 142 дні]


7. Застосування

Question book-4.svg
У цій статті не вистачає посилань на джерела інформації.
Інформація повинна бути проверяема, інакше вона може бути поставлена ​​під сумнів і вилучена.
Ви можете відредагувати цю статтю, додавши посилання на авторитетні джерела.
Ця позначка стоїть на статті з 11 травня 2011

Скандій - моноізотопному елемент, у природі зустрічається лише один стабільний ізотоп скандій-45.


7.1. Металургія

Застосування скандію у вигляді мікролегірующей домішки значно впливає на ряд практично важливих сплавів, так наприклад додаток 0,4% скандію до сплавів алюміній-магній підвищує тимчасовий опір на 35%, а межа плинності на 65-84%, і при цьому відносне подовження залишається на рівні 20-27%. Добавка 0,3-0,67% до хрому, підвищує його стійкість до окислення аж до температури 1290 C, і аналогічне але ще більш яскраво виражену дію надає на жаростійкі сплави типу "ніхром" і в цій галузі застосування скандію куди як ефективніше ітрію. Оксид скандію має ряд переваг для виробництва високотемпературної кераміки перед іншими оксидами, так міцність оксиду скандію при нагріванні зростає і досягає максимуму при 1030 C, в той же час оксид скандію володіє мінімальною теплопровідністю і високою стійкістю до термоудар. Скандат ітрію це один з кращих матеріалів для конструкцій працюють при високих температурах. Певна кількість оксиду скандію постійно витрачається для виробництва германатних стекол для оптоелектроніки.


7.2. Сплави скандію

Головним за обсягом застосуванням скандію є його застосування в алюмінієво-скандієвих сплавах, що застосовуються в спортивній екіпіровці (мотоцикли, бейсбольні біти і т. п.) - скрізь, де потрібно високоміцні матеріали. У сплаві з алюмінієм скандій забезпечує додаткову міцність і гнучкість. Межа міцності на розрив у чистого скандію близько 400 Мпа (40 кг / мм), у титану наприклад 250-350 МПа, а у нелегованого ітрію 300 МПа. Застосування скандієвих сплавів в авіації та ракетобудуванні дозволить значно знизити вартість перевезень і різко підвищити надійність експлуатованих систем, в той же час при зниженні цін на скандій та його застосування для виробництва автомобільних двигунів так само значно збільшить їх ресурс і частково ККД. Дуже важливо і те обставина що скандій упрочняет алюмінієві сплави леговані гафнію. Важливою і практично не вивченою областю застосування скандію є та обставина що подібно легування ітрієм алюмінію, легування чистого алюмінію скандієм так само підвищує електропровідність проводів і ефект різкого зміцнення має великі перспективи для застосування такого сплаву для транспортування електроенергії (ЛЕП). Сплави скандію найбільш перспективні матеріали у виробництві керованих снарядів. Ряд спеціальних сплавів скандію композитів на скандієві зв'язці вельми перспективний в області конструювання скелета кіборгів. В останні роки важлива роль скандію (і почасти ітрію і лютецію) виявилася у виробництві деяких за складом суперміцні мартенситностаріючі сталей, деякі зразки яких показали міцність понад 700 кг / мм 2 (понад 7000 МПа).


7.3. Надтверді

Скандій використовується для отримання надтвердих матеріалів. Так, наприклад, легування карбіду титану карбідом скандію вельми різко піднімає мікротвердість (в 2 рази), що робить цей новий матеріал четвертим по твердості після алмаза (близько 98,7 - 120 ГПа), нітриду бору ( боразона), (близько 77-87 ГПа), сплаву бор-вуглець-кремній (близько 68-77 ГПа), і значно більше ніж у карбіду бору (43,2 - 52 ГПа), карбіду кремнію (37 ГПа), мікротвердість сплаву карбіду скандію і карбіду титану близько 53,4 ГПа (у карбіду титану наприклад 29,5 ГПа). Особливо цікаві сплави скандію з берилієм, що володіють унікальними характеристиками по міцності і жаростійкості.

Так, наприклад, беріллід скандію (1 атом скандію і 13 атомів берилію) володіє найвищим сприятливим поєднанням щільності, міцності і високої температури плавлення, і може з'явиться кращим матеріалом для будівництва аерокосмічної техніки, перевершуючи в цьому відношенні найкращі сплави з відомих людству на основі титану, і ряд композиційних матеріалів (у тому числі ряд матеріалів на основі ниток вуглецю і бору).


7.4. Мікроелектроніка

Оксид скандію (температура плавлення 2450 C) мав найважливішу роль у виробництві супер-ЕОМ: ферити з малою індукцією при використанні в пристроях зберігання інформації дозволяють збільшити швидкість обміну даними в кілька разів через зниження залишкової індукції з 2 - 3 КГаусс до 0,8 - 1 КГаусс.)

7.5. Джерела світла

Близько 80 кг скандію (у складі Sc 2 O 3) в рік використовується для виробництва освітлювальних елементів високої інтенсивності. Йодид скандію додається в ртутно-газові лампи, що виробляють дуже правдоподібні джерела штучного світла, близького до сонячного, що забезпечують хорошу передачу кольору при зйомці на телекамеру.

7.6. Ізотопи скандію

Радіоактивний ізотоп 46 Sc (період напіврозпаду 83,83 добу) використовується як "мітки" у нафтопереробній промисловості, для контролю металургійних процесів і лікування ракових пухлин.

Ізотоп скандій-47 (період напіврозпаду 3,35 добу) є одним з найкращих джерел позитронів.

7.7. Ядерна енергетика

В атомній промисловості з успіхом застосовується гідрид і дейтерид скандію - прекрасний сповільнювач нейтронів, і мішень (бустер) в потужних і компактних нейтронних генераторах.

Диборид скандію (температура плавлення 2250 C) застосовується як компонент жароміцних сплавів, а також як матеріал катодів електронних приладів. В атомній промисловості знаходить застосування беріллід скандію як відбивач нейтронів, і зокрема цей матеріал, так само як і беріллід ітрію запропонований як відбивача нейтронів в конструкції атомної бомби.


7.8. Медицина

Важливу роль оксид скандію може зіграти в медицині (високоякісні зубні протези).

7.9. Лазерні матеріали

Високотемпературної надпровідності, виробництві лазерних матеріалів (ГСГГ). Галій-скандій-гадолініевие гранат при легуванні його іонами хрому і неодима дозволив отримати 4,5% ККД і рекордні параметри в частотному режимі генерації надкоротких імпульсів, що дає досить оптимістичні передумови для створення надпотужних лазерних систем для отримання термоядерних мікровзривов вже на основі чистого дейтерію (інерціальній синтез) вже в самому найближчому майбутньому. Так наприклад очікується [ ким? ] що в найближчі 10-13 років лазерні матеріали на основі ГСГГ і боратів скандію займуть провідну роль у розробці та оснащенні лазерними системами активної оборони для літаків і вертольотів в розвинених країнах, і паралельно з цим розвиток великої термоядерної енергетики із залученням гелію-3 (видобувається на Місяці [джерело не вказано 583 дні]), в сумішах з гелієм-3 лазерний термоядерний мікровибух вже отримано.


7.10. Виробництво сонячних батарей

Оксид скандію в сплаві з оксидом гольмію використовується у виробництві фотоперетворювачів на основі кремнію в якості покриття. Це покриття має широку область прозорості (400-930 нм), і знижує спектральний коефіцієнт відбиття світла від кремнію до 1-4%, і при його застосуванні у такого модифікованого фотоелемента збільшується струм короткого замикання на 35-70%, що в свою чергу дозволяє збільшити вихідну потужність фотоперетворювачів в 1,4 рази.


7.11. МГД-генератори

Хроміт скандію використовується як один з кращих і найбільш довговічних матеріалів для виготовлення електродів МГД-генераторів, до основної керамічної маси додають попередньо окислений хром і спекают, що надає матеріалу підвищену міцність і електропровідність. Поряд з діоксидом цирконію як електродним матеріалом для МГД-генераторів, хроміт скандію має більш високу стійкість до ерозії сполуками цезію (використовуваного як плазмоутворюючого добавки).


7.12. Рентгенівські дзеркала

Скандій широко застосовується для виробництва багатошарових рентгенівських дзеркал (композиції: скандій-вольфрам, скандій-хром, скандій-молібден). Теллурід скандію дуже перспективний матеріал для виробництва термоелементів (висока термо-е.д.с, 255 мкВ / К і мала щільність і висока міцність).

В останні роки значний інтерес для авіакосмічної та атомної техніки придбали тугоплавкі сплави (интерметаллические з'єднання) скандію з ренієм (температура плавлення до 2575 C), рутенієм (температура плавлення до 1840 C), залізом (температура плавлення до 1600 C), (жароміцність, помірна щільність та ін).


7.13. Вогнетривкі матеріали

Важливу роль в якості вогнетривкого матеріалу спеціального призначення оксид скандію (температура плавлення 2450 C) грає у виробництві сталерозливних стаканів для розливання високолегованих сталей, по стійкості в потоці рідкого металу оксид скандію перевершує всі відомі і вживані матеріали (так наприклад найбільш стійка окис ітрію поступається в 8,5 рази оксиду скандію) і в цій галузі можна сказати незамінний. Його широкому застосуванню перешкоджає лише дуже висока ціна, і до певної міри альтернативним рішенням у цій галузі є застосування скандатов ітрію армованих ниткоподібними кристалами оксиду алюмінію для збільшення міцності), а також застосування танталата скандію.


7.14. Виробництво фіанітів

Важливу роль відіграє оксид скандію для виробництва фіанітів, де він є найкращим стабілізатором.

Деяка кількість скандію витрачається для легування жаростійких сплавів нікелю з хромом і залізом (ніхроми і фехралі) для різкого збільшення терміну служби при використанні як нагрівальної обмотки для печей опору.

7.15. Люмінофори

Борат скандію, так само як і борат ітрію застосовується в радіоелектронній промисловості як матриці для люмінофорів.

8. Біологічна роль

Скандій не грає ніякої біологічної ролі [5].

8.1. Фізіологічна дія

Примітки

  1. 1 2 3 Редкол.: Зефиров Н. С. (гол. ред.) Хімічна енциклопедія: у 5 т - Москва: Радянська енциклопедія, 1995. - Т. 4. - С. 360. - 639 с. - 20 000 екз . - ISBN 5-85270-039-8.
  2. Популярна бібліотека хімічних елементів. Скандій. Книги. Наука і техніка - nt.ru/ri/ps/pb021.htm
  3. JP Riley and Skirrow G. Chemical Oceanography V. 1, 1965
  4. XuMuK.ru - Сканда - Хімічна енциклопедія - www.xumuk.ru/encyklopedia/2/4088.html
  5. Scandium (Sc) - Chemical properties, Health and Environmental effects - www.lenntech.com / periodic / elements / sc.htm (Англ.) . www.lenntech.com. архіві - www.webcitation.org/617v0Cl6g з першоджерела 22 серпня 2011.

Література

  • Коган. Б. І., Названова. В. А. Скандій. М., Изд-во АН УРСР, 1963. 304 с з іл.
Періодична система хімічних елементів Д. І. Менделєєва
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
1 H He
2 Li Be B C N O F Ne
3 Na Mg Al Si P S Cl Ar
4 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
5 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
6 Cs Ba La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
7 Fr Ra Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo
Лужні метали Лужноземельні метали Лантаноїди Актиноїди Перехідні метали Інші метали Металоїди Інші неметали Галогени Інертні гази
Електрохімічний ряд активності металів

Eu, Sm, Li, Cs, Rb, K, Ra, Ba, Sr, Ca, Na, Ac, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Gd, Tb, Mg, Y, Dy, Am, Ho, Er, Tm, Lu, Sc, Pu, Th, Np, U, Hf, Be, Al, Ti, Zr, Yb, Mn, V, Nb, Pa, Cr, Zn, Ga, Fe, Cd, In, Tl, Co, Ni, Te, Mo, Sn, Pb, H 2, W, Sb, Bi, Ge, Re, Cu, Tc, Te, Rh, Po, Hg, Ag, Pd, Os, Ir, Pt, Au

Елементи розташовані в порядку зростання стандартного електродного потенціалу.



Цей текст може містити помилки.

Схожі роботи | скачати
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru