S칸듐, 원소기호 Sc, 원자번호 21번, 물에 쉽게 용해되고 뜨거운 물과 상호작용할 수 있으며 공기 중에서 쉽게 어두워집니다. 주요 원자가는 +3입니다. 이는 종종 가돌리늄, 에르븀 및 기타 원소와 혼합되며, 수율이 낮고 지각 내 함량이 약 0.0005%입니다. 스칸듐은 특수 유리와 경량 고온 합금을 만드는 데 종종 사용됩니다.
현재 전 세계적으로 확인된 스칸듐 매장량은 200만 톤에 불과하며 그 중 90~95%는 보크사이트, 인산염, 철 티타늄 광석에 함유되어 있고 일부는 우라늄, 토륨, 텅스텐 및 희토류 광석에 주로 함유되어 있습니다. 러시아, 중국, 타지키스탄, 마다가스카르, 노르웨이 및 기타 국가에 분포합니다. 중국은 스칸듐 자원이 매우 풍부하며 스칸듐과 관련된 광물 매장량이 엄청납니다. 불완전한 통계에 따르면 중국의 스칸듐 매장량은 약 600,000톤으로 중국 남부의 보크사이트 및 인광 광상, 반암 및 석영 광맥 텅스텐 광상, 중국 남부의 희토류 광상, 중국의 Bayan Obo 희토류 철광석 광상에 포함되어 있습니다. 내몽골, 쓰촨성 Panzhihua 바나듐 티타늄 자철광 매장지.
스칸듐의 부족으로 인해 스칸듐 가격도 매우 높으며, 최고조에 달했을 때 스칸듐 가격은 금 가격의 10배까지 치솟았습니다. 스칸듐 가격이 떨어졌지만 여전히 금 가격의 4배에 달합니다!
역사의 발견
1869년 멘델레예프는 칼슘(40)과 티타늄(48) 사이의 원자 질량 차이를 발견하고 여기에도 발견되지 않은 중간 원자 질량 원소가 있을 것이라고 예측했습니다. 그는 그 산화물이 X 2 O Å라고 예측했습니다. 스칸듐은 1879년 스웨덴 웁살라 대학의 라르스 프레데릭 닐슨(Lars Frederik Nilson)에 의해 발견되었습니다. 그는 8종의 금속산화물을 함유한 복합광석인 흑희귀금광에서 추출했다. 그가 추출한에르븀(III) 산화물검은 희귀 금광석에서 얻어지는이테르븀(III) 산화물이 산화물에는 더 가벼운 원소의 또 다른 산화물이 있는데, 그 스펙트럼은 그것이 알려지지 않은 금속임을 보여줍니다. 이것은 멘델레예프가 예측한 금속이며, 그 산화물은 다음과 같습니다.Sc²O₃. 스칸듐 금속 자체는 다음에서 생산되었습니다.염화스칸듐1937년 전해 용해에 의해.
멘델레예프
전자 구성
전자 구성: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1
스칸듐은 융점 1541℃, 끓는점 2831℃의 부드러운 은백색 전이금속이다.
스칸듐은 발견 이후 상당 기간 동안 생산이 어려워 활용이 실증되지 않았다. 희토류 원소 분리 방법의 개선이 증가함에 따라 이제 스칸듐 화합물 정제를 위한 성숙한 공정 흐름이 존재합니다. 스칸듐은 이트륨, 란타나이드에 비해 알칼리성이 낮기 때문에 수산화물이 가장 약하므로 수산화 스칸듐(III)을 암모니아로 처리한 후 “단계 침전”법에 의해 스칸듐이 함유된 희토류 원소 혼합 광물이 희토류 원소와 분리됩니다. 용액으로 옮겨지고 있습니다. 또 다른 방법은 질산염을 극성분해하여 질산스칸듐을 분리하는 방법이다. 질산스칸듐은 분해가 가장 쉽기 때문에 스칸듐을 분리할 수 있습니다. 또한 우라늄, 토륨, 텅스텐, 주석 및 기타 광물 매장지에서 수반되는 스칸듐을 종합적으로 회수하는 것도 스칸듐의 중요한 공급원입니다.
순수한 스칸듐 화합물을 얻은 후 ScCl Å로 변환되어 KCl 및 LiCl과 함께 용융됩니다. 용융된 아연은 전기분해의 음극으로 사용되어 스칸듐이 아연 전극에 침전되도록 합니다. 그런 다음 아연을 증발시켜 금속 스칸듐을 얻습니다. 이것은 매우 활동적인 화학적 특성을 지닌 가벼운 은백색 금속으로 뜨거운 물과 반응하여 수소 가스를 생성할 수 있습니다. 따라서 사진에 보이는 금속 스칸듐은 병에 밀봉되어 아르곤 가스로 보호됩니다. 그렇지 않으면 스칸듐이 빠르게 어두운 노란색 또는 회색 산화물 층을 형성하여 반짝이는 금속 광택을 잃게 됩니다.
응용
조명 산업
스칸듐의 용도는 매우 밝은 방향에 집중되어 있어 빛의 아들이라 불러도 과언이 아닙니다. 스칸듐의 첫 번째 마법 무기는 스칸듐 나트륨 램프로, 수천 가구에 빛을 비추는 데 사용할 수 있습니다. 이것은 메탈 할라이드 전등입니다. 전구에 요오드화 나트륨과 삼요오드화 스칸듐을 채우고 스칸듐과 나트륨 호일을 동시에 첨가합니다. 고전압 방전 중에 스칸듐 이온과 나트륨 이온은 각각 고유한 방출 파장의 빛을 방출합니다. 나트륨의 스펙트럼 선은 두 가지 유명한 노란색 빛인 589.0 및 589.6nm이고, 스칸듐의 스펙트럼 선은 361.3~424.7nm로 근자외선 및 청색광 방출의 계열입니다. 그것들은 서로를 보완하기 때문에 생성되는 전체 조명 색상은 백색광입니다. 스칸듐 나트륨 램프는 높은 발광 효율, 좋은 조명 색상, 절전, 긴 수명, 강한 안개 차단 능력 등의 특성을 갖고 있기 때문에 텔레비전 카메라, 광장, 스포츠 경기장 및 도로 조명에 널리 사용할 수 있습니다. 3세대 광원으로 알려져 있습니다. 중국에서는 이러한 램프가 점차 새로운 기술로 홍보되고 있으며, 일부 선진국에서는 이미 1980년대 초반부터 이러한 램프가 널리 사용되었습니다.
스칸듐의 두 번째 마법무기는 태양광전지로, 땅에 산란된 빛을 모아 전기로 바꿔 인류사회를 구동할 수 있다. 스칸듐은 금속 절연체 반도체 실리콘 태양전지 및 태양전지에서 최고의 차단 금속입니다.
세 번째 마법무기는 γA광원이라 불리는데, 이 마법무기는 스스로 밝게 빛날 수 있지만 이런 빛은 육안으로는 받을 수 없는 고에너지 광자 흐름이다. 우리는 일반적으로 스칸듐의 유일한 천연 동위원소인 미네랄에서 45Sc를 추출합니다. 각 45Sc 핵에는 21개의 양성자와 24개의 중성자가 포함되어 있습니다. 인공 방사성 동위원소인 46Sc를 γ 방사선원으로 활용하거나 추적원자를 악성종양의 방사선치료에 활용할 수도 있다. 이트륨 갈륨 스칸듐 가넷 레이저와 같은 응용 분야도 있습니다.스칸듐 불화물유리 적외선 광섬유 및 텔레비전의 스칸듐 코팅 음극선 관. 스칸듐은 밝기를 가지고 태어나는 것 같습니다.
합금산업
원소 형태의 스칸듐은 알루미늄 합금 도핑에 널리 사용되어 왔습니다. 수천분의 1의 스칸듐이 알루미늄에 추가되면 새로운 Al3Sc 상이 형성되어 알루미늄 합금에서 변성 역할을 하고 합금의 구조와 특성이 크게 변하게 됩니다. 0.2%~0.4% Sc를 추가하면(집에서 튀긴 야채를 볶을 때 소금을 추가하는 비율과 매우 유사하며 약간만 필요함) 합금의 재결정 온도를 150~200℃까지 높일 수 있으며 높은 온도를 크게 향상시킬 수 있습니다. -온도강도, 구조적 안정성, 용접성, 내식성. 또한 고온에서 장기간 작업 시 발생하기 쉬운 취성 현상을 방지할 수 있습니다. 고강도 및 고인성 알루미늄 합금, 새로운 고강도 내식성 용접 가능 알루미늄 합금, 새로운 고온 알루미늄 합금, 고강도 중성자 조사 방지 알루미늄 합금 등은 항공 우주, 항공, 선박, 산업 분야에서 매우 매력적인 개발 전망을 가지고 있습니다. 원자로, 경자동차 및 고속열차.
스칸듐은 철에 대한 우수한 개질제이기도 하며, 소량의 스칸듐으로도 주철의 강도와 경도를 크게 향상시킬 수 있습니다. 또한 스칸듐은 고온 텅스텐 및 크롬 합금의 첨가제로도 사용할 수 있습니다. 물론 남을 위한 웨딩복을 만드는 것 외에도 스칸듐은 녹는점이 높고 밀도가 알루미늄과 비슷하며 스칸듐 티타늄 합금, 스칸듐 마그네슘 합금 등 고융점 경량 합금에도 사용됩니다. 그러나 가격이 비싸기 때문에 일반적으로 우주 왕복선, 로켓 등 고급 제조 산업에만 사용됩니다.
세라믹 소재
단일 물질인 스칸듐은 일반적으로 합금에 사용되며, 스칸듐의 산화물도 마찬가지로 세라믹 재료에서 중요한 역할을 합니다. 고체산화물 연료전지의 전극재료로 활용될 수 있는 정방정계 지르코니아 세라믹 소재는 주변 온도와 산소 농도가 증가함에 따라 전해질의 전도도가 증가하는 독특한 특성을 갖고 있다. 그러나 이 세라믹 재료 자체의 결정 구조는 안정적으로 존재할 수 없으며 산업적 가치도 없다. 원래의 특성을 유지하려면 이 구조를 고정할 수 있는 일부 물질을 도핑해야 합니다. 산화스칸듐을 6~10% 첨가하면 마치 콘크리트 구조물과 같아서 정사각형 격자 위에 지르코니아가 안정될 수 있습니다.
고밀도화제 및 안정제로서 고강도 및 고온 내성 질화 규소와 같은 엔지니어링 세라믹 재료도 있습니다.
밀도화제로서,산화스칸듐미세 입자의 가장자리에 내화상 Sc2Si2O7을 형성하여 엔지니어링 세라믹의 고온 변형을 줄일 수 있습니다. 다른 산화물과 비교하여 질화 규소의 고온 기계적 특성을 더 잘 향상시킬 수 있습니다.
촉매화학
화학 공학에서는 스칸듐이 촉매로 자주 사용되는 반면, Sc2O3는 에탄올이나 이소프로판올의 탈수 및 탈산소, 아세트산 분해, CO와 H2로부터 에틸렌 생산에 사용될 수 있습니다. Sc2O3를 함유한 Pt Al 촉매는 석유화학 산업의 중유 수소화 정제 및 정제 공정에 중요한 촉매이기도 합니다. 큐멘과 같은 접촉 분해 반응에서 Sc-Y 제올라이트 촉매의 활성은 알루미늄 규산염 촉매의 활성보다 1000배 더 높습니다. 일부 전통적인 촉매와 비교할 때 스칸듐 촉매의 개발 전망은 매우 밝습니다.
원자력 산업
고온의 원자로 핵연료에 UO2에 소량의 Sc2O3를 첨가하면 UO2에서 U3O8로의 전환으로 인한 격자 변형, 부피 증가 및 균열을 방지할 수 있습니다.
연료전지
마찬가지로 니켈 알칼리 배터리에 스칸듐을 2.5%~25% 추가하면 수명이 늘어납니다.
농업 육종
농업에서 옥수수, 사탕무, 완두콩, 밀 및 해바라기와 같은 종자는 황산 스칸듐(농도는 일반적으로 10-3~10-8mol/L이며 식물마다 다름)으로 처리할 수 있으며 실제 발아 촉진 효과가 있습니다. 달성되었습니다. 8시간 후 뿌리와 새싹의 건조중량은 묘목에 비해 각각 37%, 78% 증가했으나 그 메커니즘은 아직 연구 중이다.
닐슨의 원자 질량 데이터 부채에 대한 관심부터 오늘날까지 스칸듐은 불과 120년 동안 사람들의 시야에 들어왔지만 거의 100년 동안 벤치에 앉아 있었습니다. 그에게 활력을 불어넣은 것은 지난 세기 후반 물질과학이 활발히 발전하면서부터였다. 오늘날 스칸듐을 포함한 희토류 원소는 재료과학 분야에서 뜨거운 별이 되어 수천 개의 시스템에서 끊임없이 변화하는 역할을 수행하고 매일 우리 삶에 더 많은 편의를 제공하며 측정하기 훨씬 더 어려운 경제적 가치를 창출하고 있습니다.
게시 시간: 2023년 6월 29일