金属钪

金属钪（Scandium）是一种具有特殊物理和化学性质的稀土元素，原子序数21，属于周期表中的ⅢB族。它在自然界中以少量存在，通常与其他稀土元素一起被发现。它具有轻盈、高熔点、高热中子俘获截面以及出色的金属光泽等特点。由于其独特的电子结构，钪在多个领域显示出了重要的应用潜力。

金属钪广泛应用于各种工业领域，包括：

铝合金添加剂：少量钪可显著提高铝合金的强度和耐热性，用于制造飞机部件、自行车车架等。

燃料电池电解质：在固体氧化物燃料电池中，钪稳定的电解质材料提高了电池性能和稳定性。

高性能陶瓷：钪用于制造高性能陶瓷，如钇稳定氧化锆陶瓷，用于牙科和切割工具。

特殊玻璃：钪用于制造特殊光学玻璃，提高玻璃的折射率和色散性能。

示踪剂和中子源：在科学研究中，钪用于制造示踪剂和中子源，用于材料分析和检测。

金属钪的制备通常包括以下几个步骤：

1.氟化钪或氯化钪的制取：从含钪的矿物中提取并转化为氟化钪或氯化钪。

2.金属热还原：使用金属热还原法，如钙热还原或镁热还原，将氟化钪或氯化钪还原为金属钪。这一步骤在高温和保护气氛下进行，以避免金属钪的氧化。

3.真空蒸馏提纯：通过高温真空蒸馏去除粗钪中的杂质，提高金属钪的纯度。

4.深度除杂：采用区熔、电迁移或真空电子束熔炼技术进一步去除金属钪中的杂质，以达到超高纯度的要求。

目前国内外针对工业化粗钪提纯采用的是真空蒸馏法，一般包括蒸钙和蒸钪两道工序。重熔蒸钙时，温度较低，为1200～1400 ℃,需惰性气氛或真空度小于10-2Pa; 蒸馏钪时，温度需提高至1600～1700 ℃,真空度10-2～10-4Pa。在较低温度蒸馏钪时，蒸馏速度越低，钪中杂质蒸出效果越好。钪蒸馏可在真空中频感应电炉、真空碳管炉、真空钽片炉内进行。真空感应炉升温迅速，但温控精度较差，且炉内温度随着物料量减少而略微变化；真空碳管炉发热体和保温层为碳材质，真空钽片炉发热体和保温层为纯金属，相比碳管炉，钽片炉可避免碳质发热体高温时对金属坩埚腐蚀以及物料渗碳污染影响，但钽片炉设备成本较高。钪蒸馏过程中，合理设计金属钪收集装置冷凝区的温度梯度也极为重要，有利于蒸馏效率与产品纯度的提高。