5.2.7. Получение металлического скандия

Металлический скандий впервые получен в 1937 г. В.Фишером электролизом расплава хлоридов скандия, калия и лития при 700 - 800 ^оС на жидком катоде из химически чистого цинка. Из сплава цинка с 2 % Sc цинк отгоняли в вакууме. В результате получили губчатый скандий чистотой 94 -98 %, содержавший железо и кремний.

В настоящее время скандий получают в основном металлотермическим способом путем восстановления безводного ScF₃ или ScCl₃ магнием или кальцием в инертной атмосфере :

2 ScCl₃ + З Са =З СаС1₂ + 2 Sc (5.23)

Процесс ведут в тиглях из тантала или молибдена. В связи с тем, что скандий и шлак разделяют при температуре выше 1600 ^оС, фторид скандия восстанавливают вначале при 850 ^оС, повышая в конце процесса температуру до 1600 ^оС. После отделения шлака металл переплавляют в вакууме 10^-3 Па для удаления остатков летучих примесей. Сохраняя тот же вакуум, возгоняют скандий при 1700 ^оС. Выход чистого металла достигает 95 %. Чтобы уменьшить загрязнение скандия танталом, рекомендуется добавлять металлы, образующие со скандием сплавы и позволяющие проводить восстановление при более низкой температуре. При магниетермическом восстановлении берут избыток магния для образования сплава Sc — Mg. При восстановлении кальцием вводят дополнительно цинк, поскольку сплав Sc - Са не образуется. Для понижения температуры плавления шлака вводят LiF:

2 ScF₃ + З Са + 8 Zn + 12 LiF = 2 (Sc·4Zn) + 3 (CaF₂·4LiF) (5.24)

Процесс ведут в атмосфере аргона при 1100 °С. Цинк и примесь кальция отгоняют в вакууме. Губку скандия переплавляют. Известен также способ восстановления ScF₃ алюминием:

ScF₃ + З А1 = Sc + 3 A1F (5.25)

Реакция начинается при 810 ^оС. Полное восстановление скандия происходит при 930 ^оС через 7 - 8 мин.

Восстанавливая хлорид скандия кальцием при 900 °С в среде аргона, можно получить металл, загрязненный примесями Са, CaO, CaCl₂, Si, ScCl₃. Примеси за исключением кремния отмываются водой. Кремний отделяют обработкой 10 %-ным раствором NaOH. Высушенный на воздухе, а затем в вакууме (10^-3 - 10^-4 Па) при 500 - 600 °С, металл имеет чистоту 97 - 97,5 %. Более высокая степень чистоты (более 99 %) достигается дистилляцией в вакууме (10^-4 Па).

Известен способ получения скандия электролизом расплава фтороскандата натрия, в котором растворено 2 % Sc₂0₃ при 800 °С в среде аргона. Выделяющийся металл непрерывно механически отделяют; в электролит добавляют необходимое количество фтороскандата натрия и оксида скандия.

5.3. Металлургия тория и урана

5.3.1. Общие сведения о металлах

Элемент торий был открыт в 1828 г. Берцелиусом в минерале, кайленном в Норвегии и позже названном торитом (ThSi0₄). Элемент назван по имени бога грома в скандинавской мифологии - Тора.

Чистый торий был получен только в 1934 г. ван Аркелем термической диссоциацией иодида тория. Радиоактивность тория была обнаружена в 1896 г. Кюри.

Уран открыт в 1789 г. Клапротом в урановой смолке (U₃0₈). Более 40 лет после открытия за металлический уран принимали его диоксид. Только в 1841 г. Пелиго был получен металлический уран восстановлением его хлорида калием. Радиоактивность минералов урана была открыта в 1896 г. Беккерелем. В 1898 г. Мария и Пьер Кюри открыли радий в урановых рудах.

До 1900 г. урановые руды перерабатывали в небольших количествах с целью получения соединений урана, применявшихся в живописи (урановая желтая), для окраски стекла и керамики. С 1900 по 1942 г. урановые руды перерабатывали главным образом для извлечения радия. С 1942 г. и по настоящее время основная цель переработки руд - производство урана для ядерных реакторов.