Скандий – полезные свойства и особенности металла

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

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.

-50%

Большой выбор украшений из натуральных камней и минералов со скидкой -50%

Show Less

Посмотреть

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.

При отсутствии примесей (особенно O2) металл легко обрабатывается.

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.

Более 8000 видов товара из 500 разновидностей натурального камня. Ежедневное обновление!

Show Less

Посмотреть

Металлургия

Скандий востребован как лигатура, улучшающая характеристики продукции:

• У алюминиево-магниевых сплавов повышается порог сопротивляемости, текучести.
• Хромовые, 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.