钪的应用

背景^[1-3]

钪是稀土元素之一，为银白色金属，质较软；熔点1541°C，沸点2831°C，密度2.989克/厘米3。晶体结构有六方密堆积(1335°C以下)和体心立方。电离能为6.54电子伏特。钪在化合物中主要呈3价态，易溶于水，可与热水作用放出氢，也易溶于酸，是一种强还原剂。在空气中容易氧化成Sc2O3而失去金属光泽变成暗灰色。

钪的氧化物及氢氧化物只显碱性，但其盐灰几乎不能水解。氧化钪为白色粉末，易溶于酸中生成相应的盐。钪的氯化物为白色结晶，易溶于水并能在空气中潮解。钪的离子半径较小，形成配位化合物的能力较强；钪能与多种氨羧络合剂生成稳定的螯合物（螯：读音áo）；钪能与茜素和苯胂酸等有机试剂生成有色配合物，这个性质被用于钪的比色分析和光谱分析。常跟钆、铒等混合存在，产量很少。

钪

钪在地壳中的含量约为0.0005%，主要矿物为钪钇石，钪也存在于核裂变产物中，自然界存在的钪全部为稳定同位素钪45。另外，钪还有9种放射性同位素，即40～44Sc和46～49Sc。其中，46Sc作为示踪剂，已在化工、冶金及海洋学等方面使用。在医学上，国外还有人研究用46Sc来医治癌症。

制取钪合金

在被发现后相当长一段时间里，因为难于制得，钪的用途一直没有表现出来。随着对稀土元素分离方法的日益改进，如今用于提纯钪的化合物，已经有了相当成熟的工艺流程。因为钪比起钇和镧系元素来，氢氧化物的碱性是最弱的，所以包含了钪的稀土元素混生矿，经过处理转入溶液后用氨(或极稀的碱)处理时，氢氧化钪将首先析出，故应用"分级沉淀"法可比较容易地把它从稀土元素中分离出来。

另一种方法是利用硝酸盐的分极分解进行分离，由于硝酸钪最容易分解，可以达到分离出钪的目的。

用电解的方法可制得金属钪，在炼钪时将ScCl3、KCl、LiCl共熔，以熔融的锌为阴极电解之，使钪在锌极上析出，然后将锌蒸去可得金属钪。

另外，在加工矿石生产铀、钍和镧系元素时易回收钪。在铀、钍、钨、锡等矿藏中综合回收伴生的钪也是钪的重要来源之一。

钪用途

1，在冶金工业中，钪常用于制造合金(合金的添加剂)，以改善合金的强度、硬度和耐热和性能。如，在铁水中加入少量的钪，可显著改善铸铁的性能，少量的钪加入铝中，可改善其强度和耐热性。

2，在电子工业中，钪可用作各种半导体器件，如钪的亚硫酸盐在半导体中的应用已引起了国内外的注意，含钪的铁氧体在计算机磁芯中也颇有前途。

3，在化学工业上，用钪化合物作酒精脱氢及脱水剂，生产乙烯和用废盐酸生产氯时的高效催化剂。

4，在玻璃工业中，可以制造含钪的特种玻璃。

5，在电光源工业中，含钪和钠制成的钪钠灯，具有效率高和光色正的优点。

6，自然界中钪均以45Sc形式存在，另外，钪还有9种放射性同位素，即40～44Sc和46～49Sc。其中，46Sc作为示踪剂，已在化工、冶金及海洋学等方面使用。

7，在医学上，国外还有人研究用46Sc来医治癌症。

应用^[4][5]

用于钪对高强高导铝合金导线材料组织性能的影响研究

采用熔炼铸造工艺,在6201铝合金中加入不同含量的钪,获得铸态铝合金材料,铸态合金进行时效处理后进行热挤压变形,获得铝合金电工圆杆。对圆杆材料分别进行T5,T6,T8热处理,测试各个状态材料的机械性能,导电性能和耐腐蚀性能。

利用金相显微镜,SEM,TEM配合EDS对材料进行组织观察表征,研究了Sc在铝合金中的存在方式及Sc对材料的强化作用机制,探索了Sc对6201铝合金组织性能的影响。

结果表明,T5态合金的强度随着含钪量的增加而增大,含钪量为0.2wt%时达到值304MPa,比未加钪的合金提高了46.2%,同时导电率为53.8%IACS,下降了6.9%。钪的加入细化了合金的组织,同时在时效后析出了第二相,强化了基体；由盐雾腐蚀实验和极化曲线可以看出,钪的加入提高了合金的耐蚀性。

T6态合金在时效时间为10h时,硬度达到峰值,同时导电率也在10h时达到值；而随着钪含量的增加,硬度增大,导电率降低；合金耐蚀性随着钪含量的增加而增强。T8大变形量工艺时效合金硬度较小变形量高,导电率也较高,这是因为变形促进第二相析出,时效硬化曲线与导电率曲线规律与T5、T6态相似,随着含钪量的增加,合金耐蚀性增强。

对比T5、T6和T8三种状态合金的性能,时效时间均为峰值时效的三种状态的合金T6态硬度最高,机械性能,T8态次之,T5态最差,但T8态的硬度随着含钪量的增加呈线性增长,且在含钪量为0.2wt%时硬度高于T6态,因此,T8对于合金是一种很有潜力的工艺方法。而对于导电率来说,T5态合金的导电率最高,导电性能,T8态次之,T6态最差。T8态合金耐蚀性,T6态次之,T5态最差。

参考文献

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