5.2.4. Области применения скандия

Скандий и его соединения в настоящее время применяют в производстве легких сплавов, электронной технике, светотехнике, производстве специальной керамики. Возможности Применения скандия ограничены высокой ценой. В 1988 г. оксид скандия (1г) стоил 2,8 долл., дистиллированный металл (чистота 99,99 %) — 15 долл. Высокая цена связана с малыми объемами производства (около 100 кг в год в пересчете на металл). Основные производители скандиевой продукции - КНР, Франция.

Легкие сплавы. Скандий представляет интерес как конструкционный материал для ракето- и самолетостроения, астронавтики, поскольку, обладая значительно более высокой температурой плавления, чем алюминий, имеет ту же плотность. Особый интерес представляют сплавы Al — Sc, Mg — Sc, Mg — Sc — Li, Mg — Y — Sc. Так как добавка десятых долей процента скандия к алюминию и его сплавам обусловливает повышение прочностных, в определенных случаях пластических свойств, рост сопротивления против коррозионного растрескивания, улучшение свариваемости деформированных полуфабрикатов. При кристаллизации расплава в процессе образования слитков большая часть скандия входит в пересыщенный раствор, а оставшаяся часть выделяется в виде частиц Al₃Sc , которые обусловливают измельчение литого зерна.

Легирование 0,4 % скандия сплавов алюминия и магния увеличивает временное сопротивление на 20 – 35 %, а предел текучести на 60 — 80 %. При этом относительное удлинение остается достаточно высоким (15 — 20 %).

Электронная техника. Важная область применения оксида скандия — производство ферритов для ЭВМ с индукцией 0,08 — 0,1 Тл, что в 3 раза меньше, чем у ферритов из оксидов железа, магния, марганца. Такие ферриты меньше перегреваются при перемагничивании, что увеличивает быстродействие магнитной памяти ЭВМ.

Светотехника. Мателлогалогенидные (иодидные) ртутные лампы с добавками скандия используют для освещения промышленных зданий и спортивных сооружений.

Производство керамики. Разработаны различные виды керамики на основе Zr0₂ и Hf0₂ с добавками Sc₂0₃, успешно работающие при высоких температурах.

Другие области применения. Гидрид скандия используют в ядерной технике как высокотемпературный замедлитель нейтронов. Борид скандия ScB₂ предложено использовать как компонент легких жаропрочных сплавов, а также в материалах катодов электронных приборов. Оксид скандия — компонент германатных оптических стекол, люминофоров.

5.2.5. Сырьевые источники скандия

Скандий — типичный рассеянный литофильный элемент. Содержание его в земной коре 10^-3 % (по массе). Собственных месторождений не образует.

Собственные минералы скандия — тортвейтит Sc₂[Si₂0₇] и стереттит ScP0₄·2Н₂0 — большая редкость и промышленного значения не имеют. Более распространены минералы, в которых скандий присутствует в виде изоморфной примеси в количестве 0,005 - 0,3 % Sc₂0₃. Скандийсодержащие минералы (оксиды, карбонаты, силикаты, фосфаты, вольфраматы) содержат ионы, характеризующиеся близким к Sc³⁺ (0,083 нм) радиусом иона, нм: Fe²⁺ 0,080, РЗЭ 0,102 - 0,080, Mg²⁺ 0,074, Са²⁺ 0,104, Мп²⁺ 0,091, Zr⁴⁺ 0,082, Th⁴+ 0,095, U⁴⁺ 0,089. Изоморфизм обусловлен также близостью других кристаллохимических констант скандия и перечисленных элементов.

Проблема промышленного получения скандия может быть решена при использовании рассеянного скандия, извлекаемого попутно из руд цветных и редких металлов. При концентрировании скандия в отходах производства (растворах, шламах, шлаках и пр.) создаются условия для извлечения без нарушения основной технологии.

Титановое сырье. В титановом сырье содержится Sc₂0₃ (до 0,1 % в ильмените, до 0,3 % в сфене). При обогащений ильменитовых концентратов путем восстановительной электроплавки скандий переходит в титановый шлак.

Цирконийсодержащие руды. Цирконы и другие минералы циркония содержат 0,001 - 0,08 % Sc₂0₃. При переработке цирконового концентрата спеканием известью и хлоридом кальция скандий концентрируется в основном в маточниках после выделения основного сульфата циркония.

Руды вольфрама. Содержание Sc₂0₃ в вольфрамитах 0,005 - 1,0 %. При гидрометаллургической переработке, включающей спекание концентрата с Na₂C0₃ и последующее выщелачивание, скандий остается в кеке от выщелачивания, и его содержание повышается в 2 - 3 раза по сравнению с содержанием в вольфрамите.

Руды урана содержат 10^-3 – 10^-4 % Sc₂0₃. При вскрытии урановых руд серной или азотной кислотами скандий переходит вместе с ураном в раствор. При вскрытии руд растворами Na₂C0₃ скандий в основном концентрируется в кеках от выщелачивания.

Руды алюминия. Бокситы содержат 0,001 - 0,01 % Sc₂0₃. Ввиду больших масштабов переработки бокситы могут стать важным источником скандия. При переработке бокситов по способу Байера и способу спекания скандий преимущественно остается в красном шламе.

Другие источники скандия - некоторые железные руды (содержание 0,001 - 0,005 % Sc₂0₃), руды олова (0,02 - 0,22 % Sc₂0₃), концентраты берилла (0,1 - 0,2 % Sc₂О₃), золы некоторых углей (0,01% Sc₂0₃), фосфориты.