Կախարդական հազվագյուտ երկրային տարրեր Սկանդիում

Sշիվ, Element Symbic SCH- ի եւ 21-ի ատոմային թիվը ջրի մեջ հեշտությամբ լուծելի է, կարող է շփվել տաք ջրի հետ եւ հեշտությամբ մթնել օդում: Դրա հիմնական վալենսը + 3 է: Այն հաճախ խառնվում է գեոլինիումի, erbium- ի եւ այլ տարրերի հետ, ցածր բերքատվությամբ եւ ընդերքում մոտավորապես 0,0005% բովանդակություն: Սկանդիան հաճախ օգտագործվում է հատուկ ապակու եւ թեթեւ բարձր ջերմաստիճանի համաձուլվածքներ պատրաստելու համար:

Ներկայումս աշխարհում սկանդիի ապացուցված պաշարները կազմում են ընդամենը 2 միլիոն տոննա, որոնց 90 ~ 95% -ը պարունակվում է բոքսիտի, ֆոսֆորիտ եւ երկաթի տիտրիումի հանքավայրերում, եւ հիմնականում մի փոքր դեր, որոնք հիմնականում տարածվում են Ռուսաստանում, Չինաստանում, Տաջիկստանում, Մադագասարում, Նորվեգիայում եւ այլ երկրներում: Չինաստանը շատ հարուստ է սկանդիումի ռեսուրսներով, հսկայական հանքային պաշարներով, որոնք կապված են սկանդիայի հետ: Համաձայն թերի վիճակագրության, Չինաստանում սկանդիայի պաշարները մոտ 600000 տոննա են, որոնք պարունակվում են Հարավային Չինաստանում գտնվող Բայսիտի եւ քվարցի վին վոլֆրամի հանքավայրերում, Բայան Օբոյի հազվագյուտ հողի երկաթի հանքավայրում, Սիչուանում:

Սկանդիայի սակավության պատճառով սկանդիայի գինը նույնպես շատ բարձր է, եւ իր գագաթնակետին, սկանդիայի գինը ուռճացվեց մինչեւ 10 անգամ ոսկու գինը: Չնայած սկանդիի գինը ընկել է, այն դեռ չորս անգամ ոսկու գին է:

Պատմություն հայտնաբերելը

1869-ին Մենդելեեւը նկատեց ատոմային զանգվածի բացը կալցիումի (40) եւ տիտանի (48) միջեւ եւ կանխատեսեց, որ այստեղ նույնպես չբացահայտված միջանկյալ ատոմային զանգվածային տարր է եղել: Նա կանխատեսեց, որ իր օքսիդը x ₂ օ. Սկանդիումը հայտնաբերվել է 1879 թվականին Շվեդիայի Ուփսալայի համալսարանի Լարս Ֆրեդերիկ Նիլսոնի կողմից: Նա այն արդյունահանեց սեւ հազվագյուտ ոսկու հանքից, բարդ հանքաքար, որն պարունակում է 8 տեսակի մետաղական օքսիդներ: Նա արդյունահանվել էErbium (iii) օքսիդսեւ հազվագյուտ ոսկե հանքաքարից եւ ձեռք բերվածYtterbium (iii) օքսիդԱյս օքսիդից, եւ կա ավելի թեթեւ տարրերի մեկ այլ օքսիդ, որի սպեկտրը ցույց է տալիս, որ դա անհայտ մետաղ է: Սա Մենդելեեւի կողմից կանխատեսվող մետաղն է, որի օքսիդըSc₂o₃Մի շարք Ստեղծվեց ինքնուրույն սկանդիի մետաղըՍկանդիում քլորիդ1937-ին էլեկտրոլիտիկ հալմամբ:

Մաղձ

Էլեկտրոնի կազմաձեւում

Էլեկտրոնի կազմաձեւում. 1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 4S2 3D1

Սկանդիում մետաղ

Scandium- ը փափուկ, արծաթափայլ սպիտակ անցումային մետաղ է `1541-ի հալման կետով եւ 2831-ի եռացրած կետի:

Բացահայտումից հետո զգալի ժամանակահատվածում սկանդիայի օգտագործումը չի ցուցադրվել արտադրության իր դժվարության պատճառով: Հազվագյուտ երկրային տարերության տարանջատման մեթոդների մեծացումով այժմ կա հասուն գործընթացների հոսք `սկանդիումի միացությունները մաքրելու համար: Քանի որ սկանդիան ավելի քիչ ալկալային է, քան Yttrium- ը եւ Lanthanide- ը, հիդրօքսիդը ամենաթույլն է, ուստի հազվագյուտ հանքանյութը պարունակող սկանդիան, երբ սկանդիի (III) հիդրօքսիդի հետ բուժվում է: Մյուս մեթոդը նիտրատի բեւեռային տարրալուծմամբ անջատել է սկանդիում նիտրատը: Քանի որ սկանդիում նիտրատը քայքայվելու ամենադյուրինն է, սկանդիան կարող է առանձնացվել: Բացի այդ, ուրանի, տորիումի, վոլֆրամի, անագի եւ հանքային այլ հանքավայրերի ուղեկցող սկանդիայի համապարփակ վերականգնումը նույնպես սկանդիայի կարեւոր աղբյուր է:

Մաքուր սկանդիումի միացություն ստանալուց հետո այն վերածվում է SCCL Å եւ CO հալված KCL- ի եւ LICL- ի հետ: Հալած ցինկը օգտագործվում է որպես էլեկտրոլիզի կաթոդ, առաջացնելով սկանդիա ցինկի էլեկտրոդի վրա: Այնուհետեւ ցինկը գոլորշիացված է մետաղական սկանդի ստանալու համար: Սա թեթեւ արծաթագույն սպիտակ մետաղ է `շատ ակտիվ քիմիական հատկություններով, որոնք կարող են արձագանքել տաք ջրով` ջրածնի գազ ստեղծելու համար: Այսպիսով, նկարում տեսած մետաղական սկանդիան կնքված է շշով եւ պաշտպանվում է արգոնային գազով, հակառակ դեպքում սկանդիան արագորեն կկազմի մուգ դեղին կամ մոխրագույն օքսիդի շերտը, կորցնելով իր փայլուն մետաղական փայլը:

Ծրագրեր

Լուսավորության արդյունաբերություն

Սկանդիայի օգտագործումը կենտրոնացած է շատ պայծառ ուղղություններով, եւ չափազանց մեծություն չէ այն անվանել լույսի Որդի: Սկանդիայի առաջին կախարդական զենքը կոչվում է սկանդիում նատրիումի լամպ, որը կարող է օգտագործվել, որպեսզի լույսը հասնի հազարավոր տնային տնտեսությունների: Սա մետաղական հալոգեն էլեկտրական լույս է. Լամպը լցված է նատրիումի յոդիդով եւ սկանդիումի տրիոդիդով, իսկ սկանդիումն ու նատրիումի փայլաթիթեղը ավելացվում են միեւնույն ժամանակ: Բարձրավոլտ լարման ժամանակ սկանդիում իոններ եւ նատրիումի իոններ համապատասխանաբար արտանետում են իրենց բնորոշ արտանետումների ալիքի երկարությունները: Նատրիումի սպեկտրային գծերը կազմում են 589.0 եւ 589.6 NM, երկու հայտնի դեղին լույսեր, մինչդեռ սկանդիայի սպեկտրային գծերը կազմում են 361.3 ~ 424,7 նմ, մի շարք ուլտրամանուշակագույն եւ կապույտ լույսի արտանետումների շարք: Քանի որ դրանք լրացնում են միմյանց, արտադրված ընդհանուր լույսի գույնը սպիտակ լույս է: Հենց այն է, որ սկանդիի նատրիումի լամպերը ունեն բարձր լուսավոր արդյունավետության, լավ թեթեւ գույնի, էլեկտրական խնայողության, երկարատեւ ծառայության կյանքի եւ ուժեղ մառախուղի ուժեղացման ունակության բնութագրեր, որոնք դրանք կարող են լայնորեն կիրառվել հեռուստատեսային տեսախցիկների եւ ճանապարհի լուսավորության համար: Չինաստանում լամպի այս տեսակը աստիճանաբար խթանում է որպես նոր տեխնոլոգիա, իսկ որոշ զարգացած երկրներում, այս տեսակի լամպը լայնորեն օգտագործվում էր 1980-ականների սկզբի սկզբին:

Սկանդիայի երկրորդ կախարդական զենքը արեւային ֆոտովոլտային բջիջներն են, որոնք կարող են հավաքել գետնին ցրված լույսը եւ այն վերածել էլեկտրաէներգիայի, մարդկային հասարակությունը վարելու համար: Scandium- ը մետաղական միջսենյակային կիսահաղորդչային սիլիկոնային արեւային բջիջների եւ արեւային բջիջների լավագույն պատնեշ է:

Դրա երրորդ կախարդական զենքը կոչվում է γ ճառագայթների աղբյուր, այս կախարդական զենքը կարող է ինքնուրույն փայլել, բայց այս տեսակի լույսը չի կարող ստացվել անզեն աչքով: Մենք սովորաբար ստանում ենք 45SC հանքանյութերից, ինչը սկանդիայի միակ բնական իզոտոպներն են: Յուրաքանչյուր 45sc միջուկ պարունակում է 21 պրոտոն եւ 24 նեյտրոն: 46SC, արհեստական ​​ռադիոակտիվ իզոտոպ, որը կարող է օգտագործվել որպես γ ճառագայթային աղբյուրներ կամ հետախուզիչ ատոմներ կարող են օգտագործվել նաեւ չարորակ ուռուցքների ճառագայթային թերապիայի համար: Կան նաեւ դիմումներ, ինչպիսիք են Yttrium Gallium Scandium Garnet լազերը,Սկանդիում ֆտորիդԱպակի ինֆրակարմիր օպտիկական մանրաթել եւ սկանդիում պատված կաթոդային ճառագայթների խողովակ հեռուստատեսությամբ: Թվում է, թե սկանդիան ծնվում է պայծառությամբ:

Ալյումինե արդյունաբերություն

Իր տարրական ձեւով սկանդիան լայնորեն կիրառվել է ալյումինե խառնուրդների դոպինգի համար: Քանի դեռ ալյումինում ավելացվում է մի քանի հազարերորդ սկանդիում, կստեղծվի նոր AL3SC փուլ, որը փոխաբերական դերը կխաղա ալյումինե խառնուրդով եւ կդարձնի Ալյումինի կառուցվածքը եւ հատկությունները: Ավելացնելով 0.2% ~ 0.4% SC (ինչը իսկապես նման է տանը տապակած բանջարեղենը տապալելու համար, անհրաժեշտ է ընդամենը մի քիչ, կարող է մեծացնել համաձուլվածքի ջերմաստիճանը 150-200-ով եւ զգալիորեն բարելավել բարձր ջերմաստիճանի կայունությունը եւ կոռոզիայով զբաղվելը: Այն կարող է խուսափել նաեւ ընդգծված երեւույթից, որը հեշտ է առաջանալ երկարատեւ աշխատանքի ընթացքում բարձր ջերմաստիճանում: Բարձր ամրություն եւ բարձր կոշտություն Ալյումինե խառնուրդ, նոր բարձրորակ կոռոզիոն դիմացկուն զոդող ալյումինե խառնուրդ, նոր բարձր ջերմաստիճանի ալյումինե խառնուրդ, բարձրորակ նեյտրոնային ճառագայթման դիմացկուն ալյումինե խառնուրդներ եւ այլն:

Սկանդիան նաեւ երկաթի համար հիանալի փոփոխիչ է, եւ փոքր քանակությամբ սկանդիա կարող է զգալիորեն բարելավել չուգունի ուժն ու կարծրությունը: Բացի այդ, սկանդիան կարող է օգտագործվել նաեւ որպես հավելանյութ `բարձր ջերմաստիճանի վոլֆրամի եւ քրոմի խառնուրդների համար: Իհարկե, մյուսների համար հարսանեկան հագուստ պատրաստելը, սկանդիան ունի մեծ հալման կետ, եւ դրա խտությունը նման է ալյումինի եւ օգտագործվում է բարձր հալման կետի թեթեւ համաձուլվածքներ: Այնուամենայնիվ, բարձր գնի պատճառով այն հիմնականում օգտագործվում է միայն բարձրորակ արտադրական արդյունաբերություններում, ինչպիսիք են տիեզերական կափարիչներն ու հրթիռները:

Կերամիկական նյութ

Սկանդիումը, մեկ նյութ, ընդհանուր առմամբ օգտագործվում է համաձուլվածքների մեջ, եւ նրա օքսիդները նման ձեւով կարեւոր դեր են խաղում կերամիկական նյութերում: Tetragonal ցիրկոնիա կերամիկական նյութը, որը կարող է օգտագործվել որպես էլեկտրոդական նյութ պինդ օքսիդի վառելիքի բջիջների համար, ունի եզակի գույք, որտեղ այս էլեկտրոլիտի հաղորդունակությունն աճում է միջավայրում ջերմաստիճանի եւ թթվածնի համակենտրոնացման միջոցով: Այնուամենայնիվ, այս կերամիկական նյութի բյուրեղյա կառուցվածքը ինքնին չի կարող կայուն գոյություն ունենալ եւ արդյունաբերական արժեք չունի. Անհրաժեշտ է դոպինգ դնել որոշ նյութեր, որոնք կարող են շտկել այս կառուցվածքը `իր սկզբնական հատկությունները պահպանելու համար: 6 ~ 10% Scandium օքսիդ ավելացնելը նման է կոնկրետ կառուցվածքի, այնպես որ ցիրկոնիան կարող է կայունանալ քառակուսի վանդակով:

Կան նաեւ ճարտարագիտական ​​կերամիկական նյութեր, ինչպիսիք են բարձր ամրությունն ու բարձր ջերմաստիճանի դիմացկուն սիլիկոնային նիտրիդը, որպես խիտ եւ կայունացուցիչ:

Որպես դաժան,Սկանդիումի օքսիդԿարող է ձեւավորել հրակայուն փուլ SC2SI2O7 նուրբ մասնիկների եզրին, դրանով իսկ նվազեցնելով ինժեներական կերամիկայի բարձր ջերմաստիճանի դեֆորմացումը: Համեմատեք այլ օքսիդների հետ, այն կարող է ավելի լավ բարելավել սիլիկոնային նիտրիդի բարձր ջերմաստիճանի մեխանիկական հատկությունները:

Կատալիտիկ քիմիա

Քիմիական տեխնիկայի մեջ սկանդիան հաճախ օգտագործվում է որպես կատալիզատոր, մինչդեռ SC2O3- ը կարող է օգտագործվել էթանոլի կամ isopropanol- ի ջրազրկման եւ դետեկտիվացման, քացախաթթվի տարրալուծման եւ ETHYLEN- ի եւ H2- ի արտադրություն: SC2O3 պարունակող PT Al կատալիզատորը նաեւ կարեւոր կատալիզատոր է ծանր նավթի ջրածնի մաքրման եւ զտման գործընթացների վերամշակման գործընթացների համար: Catalytic կոտրվող ռեակցիաներում, ինչպիսիք են կումենը, SC-Y Zeolite Catalyst- ի գործունեությունը 1000 անգամ ավելի բարձր է, քան ալյումինե սիլիկատների կատալիզատորը. Համեմատած որոշ ավանդական կատալիզների հետ, սկանդիումի կատալիաների զարգացման հեռանկարները շատ պայծառ կլինեն:

Միջուկային էներգիայի արդյունաբերություն

Բարձր ջերմաստիճանի ռեակտորի միջուկային վառելիքի միջուկային վառելիքի միջուկային վառելիքը կարող է խուսափել վանդակավոր վառելիքի միջուկային վերափոխումից, ծավալի բարձրացումից եւ U3O8 փոխարկմամբ առաջացած վանդակավոր վերափոխումից:

Վառելիքի բջիջ

Նմանապես, Nickel Alkali մարտկոցների համար 2,5% -ից 25% սկանդիա ավելացնելը կավելացնի նրանց ծառայության կյանքը:

Գյուղատնտեսական բուծում

Գյուղատնտեսության մեջ, եգիպտացորենի, ճիճվի, սիսեռի, ցորենի եւ արեւածաղկի սերմերը կարելի է բուժել սկանդիումի սուլֆատով (համակենտրոնացումը, ընդհանուր առմամբ, 10-3 ~ 10-8 մոլ / լ է, տարբեր բույսեր կունենան), եւ ձեռք է բերվել բողբոջման իրական ազդեցությունը: 8 ժամ հետո արմատների եւ բշտիկների չոր քաշը աճել է համապատասխանաբար 37% -ով եւ 78% -ով, համեմատած սածիլների հետ, բայց մեխանիզմը դեռ ուսումնասիրության փուլում է:

Նիելսենի ուշադրությունից այսօր ատոմային զանգվածային տվյալների պարտքի վրա Սկանդիան մտել է մարդկանց տեսլականը ընդամենը հարյուր կամ քսան տարի, բայց գրեթե հարյուր տարի է, ինչ գրեթե նստել է նստարանին: Անցյալ դարի վերջին նյութական գիտության բուռն զարգացումը չէր, որ այն կենսունակություն բերեց նրան: Այսօր հազվագյուտ երկրային տարրերը, ներառյալ սկանդիան, ավելի շատ աստղեր են դարձել նյութերի գիտության մեջ, խաղալով անընդհատ փոփոխվող դերեր հազարավոր համակարգերում, ամեն օր ավելի հարմարավետություն բերելով մեր կյանքին: