钪

钪(Sc, Scandium)在元素周期表中第四周期第Ⅲ副族,原子序数为21,原子量为44.956。钪的原子半径较小(1.6641× 10-10 m),没有4 f电子,其镧系收缩未能使原子尺寸减小到相应尺寸,从而导致了钪与稀土元素性质有着显著的差别,这个差别几乎不能使钪进入稀土家族,但由于它在自然界与稀土元素伴生并且有些性质相似,因此,习惯上将钪列入稀土元素。因为钪首次发现于斯堪的纳维亚(Scandinavia)半岛的矿物中,所以取名为钪(Scandium)。钪共有28种同位素，范围从钪 36到to 57。钪45是唯一稳定的同位素，其含量约占地壳中天然资源的100％。 剩余的同位素具有放射性，其半衰期从纳秒到几分钟到几小时到几天不等，因此，它们自然不在地壳中发现。 通过核反应堆中会产生钪的放射性同位素。

纯金属钪为银白而微带黄色,具有金属光泽,相当柔软可不经退火而轧成薄片,金属钪是一种很活泼的金属,很容易与酸作用,易与空气中的氧、二氧化碳和水等化合,很快失去像铅一样的光泽,但与水侵蚀较慢。氧化钪(Sc2O3)是最常见的钪的化合物,外观为白色粉末,经高温灼烧的氧化钪不易溶于稀酸,但溶于沸的浓硝酸中,氟化钪(ScF3)为白色粉末,不溶于水,是制备金属钪的重要化合物。

钪显然在太阳和某些恒星上的资源比地球上更丰富的元素。它是太阳中第23最丰富的元素，而在地球上第50最丰富的元素。它广泛分布在地球上，极少量地存在于800多种矿物质中。绿柱石（海蓝宝石品种）的蓝色据说是由于钪引起的。它是在斯堪的那维亚和马达加斯加发现的稀有矿物苏铁矿中的主要成分。从辛瓦尔德黑钨矿中提取钨后残留的残留物中以及wiikite和bazzite中也发现了钪。目前大多数钪是从苏铁矿中回收的，或者是从铀厂尾矿中提取的副产品。钪是典型的稀散亲石元素,在地壳中的平均丰度为36 ppm，已知含钪的矿物多达800多种。目前在我国江西稀土矿中发现了规模较大的富钪矿床。钪广泛分布于其它矿物中,例如:钛铁矿,锆铁矿,锆英石,铝土矿,稀土矿,钛辉石,钒钛磁铁矿,钨矿,锡矿,铀矿和煤等矿物中。全世界钪的储量23约为200万t,拥有钪资源较多的国家依次为中国、美国、俄罗斯。钪主要以类质同象的形式，存在于其他矿物中。

钪主要用于陶瓷，激光，磷光体和晶体。氧化钪因其高折射率值，透明性和层硬度而适用于UV，AR和带通涂料的高折射率组分，因此已报道将氧化硅与氟化硅或氟化镁组合用于AR中具有较高的破坏阈值。 钪金属被应用于各种超合金中，它们具有轻质的金属性能。按重量计钪的主要应用是用于航空航天小型零件的钪铝合金。它们被用于俄罗斯军用飞机，特别是MiG-21和MiG-29。某些运动器材依靠高性能材料制成，是用钪铝合金制成的。

八十年代,随着世界市场钪价格的狂涨,国内掀起了分离钪的研究热潮,提取主要集中于含钛原料—生产钛白粉的硫酸废液、钛生产过程中的氯化烟尘以及选钛尾矿。从钛白水解母液中提取钪的原则流程如图1所示。


图1为钛白水解母液中提取钪的流程。
从赤泥中回收钪的方法有: ①还原熔炼法处理赤泥。②硫酸化焙烧处理赤泥。③废酸洗液浸出处理赤泥。④用碳酸钠溶液浸取。⑤直接用浓度50%的硫酸浸出。⑥用浓盐酸浸取。从赤泥中回收钪的原则流程如图2所示。


图2为赤泥中回收钪的流程。
利用选矿的方法可以先将原料中的钪进行富集,提高钪的品位,然后采用浸出,萃取,草酸沉淀,灼烧提纯等湿法冶金的工艺获得Sc2O3。目前在这方面研究的较多的有昆明理工大学张宗华教授,较成功的项目有从攀枝花尾矿中提钪和从长江三峡淤泥中提钪等。从长江三峡淤砂中提钪的工艺流程如图3所示。


图3为长江三峡淤砂中提钪的工艺流程。

与其他金属一样，过渡金属及其许多化合物是有毒的，不应吸入或吸入其粉末或气态形式。 此外，钪的同位素中，除一种同位素外，都是放射性的，应由有经验的人员处理。

1.主要化合物有氧化物(氧化钪)、卤化物(氟化钪、氯化钪等)、配位化合物[六氟合钪离子)(ScF ₆ 3-)、三氯钪铯(CsScCl ₃ ]等。主要矿物有钪钇石。钪在太阳和其他星体中的丰度远大于地壳中。以金属钙还原氟化钪可制得金属钪。

2.常压氩气保护下,将ScCl3和金属Ca在钽坩埚中，用高频电炉加热，在700～800℃温度下开始反应，在850℃反应最激烈，反应完毕后，在氩气保护下冷却，再用机械分离熔渣CaCl2，然后在10-3～10-4Pa真空中和1500～1600℃升华提纯，制得纯度约99%的金属钪。