【知識】鈧金屬相關介紹

一、鈧元素性質：光明之神

一盞加鈧的鈉鹵素燈，它光芒四射，穿雲破霧，且省電長壽命。這使得鈧有了“光明之神”的美譽！

1879年，瑞典的化學教授L.F.Nilson和P.T.Cleve，差不多同時在稀有礦物矽鈹釔礦和黑稀金礦，發現了一種新元素。Nilson用他的故鄉斯堪的納維亞半島給鈧命名為Scandium（縮寫為Sc，鈧）。鈧就是門捷列夫當初所預言的“類硼”元素。

鈧 在元素週期表中，排行21，位於第四週期第三副族。在自然界中，鈧只有一種穩定同位素Sc45，且恒為3+價。原子量為44.956，原子半徑 (1.6641A) , 沒有4f 電子, 其鑭系收縮未能使原子尺寸減小到相應尺寸,從而導致了鈧與稀土元素性質有著顯著的差別, 這個差別幾乎不能使 鈧進入稀土家族。 但由於鈧在自然界與鑭系稀土元素伴生並且有些性質相似, 故習慣上將鈧列入稀土元素。

鈧是一種柔軟、銀白色的過渡性金 屬，質軟。密度2.9890克/釐米3。熔點1541℃。沸點2831℃。常見化合價+3。第一電離能為6.54電子伏特。金屬鈧的化學性質活潑能夠與 氧、氫、氟、碘和酸堿發生反應，分別生成Sc2O3，ScH3，ScF3，ScI3，ScCl3，Sc（OH）3，Sc2（SO4）3 和 Sc2（C2O4）3 等化合物。易溶于水，可與熱水作用放出氫氣。鈧在空氣中容易形成一個暗黃色或灰色的氧化層，從而失去閃亮的光澤而變暗。

二、金屬鈧的用途－味精元素

因 為金屬鈧難以制得，在其發現以後的100年裏，鈧的用途一直沒有表現出來。隨著稀土元素分離方法的日益改進，如今用於提純鈧的化合物，已經有了相當成熟的 工藝流程。獲得了純淨的鈧的化合物之後，將其轉化為ScCl3，與KCl、LiCl共熔，用熔融的鋅作為陰極進行電解，使鈧就會在鋅極上析出，然後將鋅蒸 去可以得到金屬鈧。

近30 年來，金屬鈧在國內外取得了較多的應用實踐，並取得了極好的效果。

目前，金屬鈧已在鐳射 (Gd3Sc2Ga3O12鐳射材料，GSGG，新型雷射器），電光源（鈧鈉鹵素燈），合金（Al－Sc合金，Ga－Sc合金用於航空航太、導彈、汽車和 船舶等的結構部件；加鈧中子篩檢程式）和民用（Ga－Sc合金金屬陶瓷粘結劑和高級塗層材料；ScB2材料用於輕型耐溫合金和電子槍陰極部件，加鈧電池）等 領域有較好的應用。

三、鈧的自然產出狀態：分散但不稀缺

鈧是典型的分散親石元素，但並不稀有。它在地殼中的平均豐度為22～30ppm（即22～30克/噸，換算為三氧化二鈧35～48克/噸），高於Ag，Au，Pb，Sb，Mo，Hg、W和Bi許多，而與B，Br，Sn，Ge和As的豐度相當。

在自然界中，鈧不受氧化還原影響，很難還原為金屬，很少能形成顯著富集體(礦床），而是廣泛地分散於各種造岩礦物中（特別是鎂和鐵的矽酸鹽）和含鈧礦物中。

自 然界中含鈧的礦物多達800種以上，但三氧化二鈧含量>0.05%的礦物很少。目前已知的鈧獨立礦物僅有鈧釔礦 ((Sc,Y)2Si2O7, Sc2O3 含量為33.8%～42.3%)、水磷鈧礦(ScPO4.2H2O, Sc2O3含量為39.22%)、鈹矽 鈧礦(Be3(Sc, Al)2Si6O18,Sc2O3 含量為14.6% )、鋯鈧釔礦（（Sc,Zr)2Si2O7) 和鈦矽酸稀金礦 (Sc( Nb,Ti,Si)2O5, Sc2O3 含量為18.0%～20.0% ) 等少數幾種, 且礦源很少, 在自然界中較為罕見。

鈧 主要以類質同象的形式存在於如鈦鐵礦、鋯鐵礦、鋯英石、鋁土礦、稀土礦、鈦輝石、釩鈦磁鐵礦、鎢礦、錫礦、鈾礦和煤等礦物中。Goldschmidt 等 在1930年代 認為，Sc3+的富集於與岩石礦物中，與類質同象置換極為有關, 尤其是Sc3+ 與Fe3+、Mg2+、Al3+的類質同晶置換。後 來，Ringwood 又補充認為，是生成含氧或羥基配合物, 特別是在結晶岩和雲英岩中富集鈧更是如此。鈧與其所共生元素的離子半徑和配位數以及電負性 等性質的綜合相似性, 決定了它可與許多其他離子進行類質同象置換。

鈧在各類岩石中的含量，岩漿岩以輝石岩（含三氧化二鈧200～300克/噸)和輝長岩最高（76克/噸）。交代蝕變岩以花崗偉晶岩、含鎢錫的雲英岩、鈉長石化岩、雲母化岩最為富集，鋁土礦和煤含鈧也相當高。特別是煤灰，含三氧化二鈧可達40～600克/噸。

原礦石含鈧量（三氧化二鈧，克/噸）如下：鋁土礦石40～150；磷礦石10～25；鎢礦石78～337；釩鈦磁鐵礦石13～40；鐵鈮稀土礦石50；貧錳礦石181；離子型稀土礦石20～50；氟碳鈰礦，鉭鈮礦和鈾礦石等也含有鈧(據林河成，2010）。

精礦物含鈧量（三氧化二鈧，克/噸）分別為：黑鎢礦＞500；鈦鐵礦60；鋁土礦95；選鈦尾礦77；錫石100（據林河成，2010）。

提鈧原料含鈧量（三氧化二鈧，克/噸）為：煉鎢的鎢渣150～600；煉鋁的赤泥40～150；選鈦的尾礦77；煉鈦白的水解母液25－100；高鈦渣氯化的煙塵 736（據林河成，2010）。

全球鈧的資源極為豐富，工業儲量約200萬噸（以金屬鈧計，統計不完全）。中國的鈧資源也很豐富，工業儲量約65萬噸（據不完全統計），占世界總工業儲量的33%。

四、鈧的生產：冶煉副產品

由 於含鈧礦物很多，從礦物直接提取鈧製品較複雜又困難。目前，我國主要以廢渣、廢水、煙塵等為原料先提取三氧化二鈧，再提煉金屬鈧。最主要是從鈦鐵礦生產鈦 白的廢液、氯化物煙塵、生產氧化鋁的赤泥中回收鈧。國外，還有從鈾礦石生產加工過程中回收鈧。至今，還未能從精礦（含鈧）直接提取三氧化二鈧。

從長遠看，今後我國用於提取鈧的原料主要是四川的釩鈦磁鐵礦和煉鋁的赤泥。其主要原因是它們的礦物量很大，鈧的總含量多，適合用於長期的開發利用，且提取鈧的技術可以實現。當然，也可以從中國火電廠的巨量粉煤灰中提取。

五、鈧的產銷：市場容量有限

1970～1980 年代，我國鈧產量較少，主要出口日本，美國和歐洲。出口量約40公斤，國內銷量約20公斤。1990年代初，歐洲及日本急需鈧且需量較大，我國近10個廠生產鈧，產能猛增至700公斤左右，產量達150公斤，出口130公斤，國內銷量約20公斤。

2000 年以來，因俄羅斯大量生產的鈧產品，衝擊市場，造成我國一些生產廠家關閉或停產。目前全世界鈧的總銷量約450公斤，中國總銷量約占世界總銷量的14%。

近 30 多年來，金屬鈧的市場價格變化很快。1990 年初99.99%鈧的市場價7.5萬美元/公斤。後因俄羅斯低價拋售鈧，99.99%鈧市場價狂跌為 0.81萬美元/公斤。2002年市價2.0萬美元/公斤。2007年市價降為1.25萬美元/公斤。99.99%鈧的長期價格趨勢將維持在 1.3～1.5萬美元/公斤的水準上，主因是世界鈧產量與消費量接近平衡。2011年，99.99%的鈧價格在600～700美元/公斤之間 （Scandium Metal 7440-20-2;Unit Price:US $686.60 / piece; Unit Type:piece;Package Weight:1.0kg (2.20lb.);Package Size:11cm x 11cm x 11cm (4.33in x 4.33in x 4.33in);Place of Origin:Inner Mongolia China ；Content(percent):99.999%；Grade:99.999%）。

世 界生產鈧的主要國家有中國、俄羅斯、日本、美國、挪威、法國和烏克蘭等。俄羅斯和中國為主要生產國，兩國的產量及銷量之和大於總量的90%。據估計，目前 世界金屬鈧的銷售量約450～500公斤，我國約為60～70 公斤，占世界總銷量的13.4%～14.0%，我國目前鈧產品主要以內銷為主，出口量極 少。隨著Al－Sc合金及電光源材料的快速發展，今後我國乃至世界的鈧銷量將會快速增長。

綜上所述，鈧金屬的來源與利用問題，根本不在於鈧礦資源儲量多少問題，而在於冶煉渣、塵、液的回收鈧、新材料的研發及鈧資源回收的環境污染問題。


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