基本介紹
- 中文名：氧化鈧
- 外文名：scandium oxide;discandium trioxide
- 分子式：Sc2O3
- 相對分子質量：138.2
氧化鈧介紹,生產工藝,套用,
氧化鈧介紹
氧化鈧(Sc2O3)是鈧製品中較為重要的產品之一。它的物化性質與稀土氧化物(如La2O3,Y2O3和Lu2O3等)相近,故在生產中採用的生產方法極為相似。Sc2O3可生成金屬鈧(Sc)，不同鹽類(ScCl3,ScF3,ScI3,Sc2(C2O4)3等)及多種鈧合金(Al-Sc,Al-Zr-Sc系列)的產物。這些鈧製品具有實用的技術價值及較好的經濟效果。由於Sc2O3具有一些特性,所以在鋁合金、電光源、雷射、催化劑、激活劑、陶瓷和宇航等方面已有較好的套用，其發展前景十分廣闊。
20世紀70年代，我國開始研製Sc2O3產品，且有公斤級的產品進入市場。80年代，我國Sc2O3生產進入高潮，產量達百公斤級水平以上，主要出口日本、美國。90年代以來,俄羅斯大量生產Sc2O3產品且低價拋入國際市場，嚴重地衝擊了中國的氧化鈧的生產，使Sc2O3的生產處於低谷，不少生產線下馬，使我國產能及產量處於萎縮狀態。但近年來由於我國Sc-Al合金和電光源材料的發展，促進了Sc2O3工業生產的發展。我國的鈧資源十分豐富。據報導，目前全世界鈧的工業儲量約200萬噸，我國約有60萬噸～ 65萬噸，占世界總含量的30%左右。
生產工藝
生產工藝技術及設備經過多年來的研究和生產實踐後，目前從含鈧原料中提取Sc2O3的工藝技術有下列幾種方法：
①萃取法。生產中使用較多,其具有產量大、質量好、回收率高、成本低及生產中可連續作業的特點。
②離子交換法。生產中也常被採用。其具有產量小，純度較高，收率較低，成本較高及生產周期長的特點。
③萃淋樹脂色層法。其具有生產周期短，純度高，收率高和成本低的特點。
④液膜萃取法。它是膜分離與液液萃取相結合的一種新型分離技術。但目前尚未有生產實踐。曾有人用乳狀液膜從含Sc為60mg/L，經一級提取Sc可富集到1400mg/L。從我國多年提取Sc2O3來看，幾乎以採用前兩個工藝
技術(萃取法和離子交換法)為主。
技術(萃取法和離子交換法)為主。
萃取法
(1)用萃取法從鈧精礦中生產氧化鈧工藝過程：用鹽酸溶解鈧精礦後獲得ScCl3溶液，再進行淨化除鈦鐵等雜質。將淨化液作為原料。用50%磷酸三丁酯(TBP)與煤油製成萃取劑。調配後的料液和萃取劑放入萃取槽中萃取鈧，酸洗和蒸餾水反萃鈧後，獲得含鈧純液(ScCl3液)再用草酸進行沉澱，烘乾、灼燒即得純Sc2O3產品。主要工藝過程為：鈧精礦-酸溶-淨化-TBP萃取鈧-酸洗-反萃鈧-草酸沉澱-烘乾-灼燒-包裝-入庫(純Sc2O3產品)。
主要設備：酸溶槽，萃取槽，沉澱槽，灼燒爐和包裝機等。
離子交換法
工藝過程：用鎢廢渣(含Sc2O378g/t～ 377g/t)作原料。將它用鹽酸溶解後過濾,料液經淨化除雜，獲得得ScCl3淨液進行調配後作為離子交換的料液用。製備吸附柱及分離柱後待用。將料液(ScCl3液)從柱上端流入吸附柱後達到Sc3+飽和待用。再將吸附柱與分離柱串連後，將淋洗劑從吸附柱頂流入並流經分離柱，待最後一根分離柱穩定地流出ScCl3液，可不斷接收該ScCl3液(純ScCl3液)於集容器內，再調節酸度後用草酸進行沉澱，過濾，烘乾和灼燒成純Sc2O3產品。主要工藝過程為：鎢廢渣-酸溶-淨化-吸附柱-淋洗-接收ScCl3液-調酸-沉澱鈧-烘乾-灼燒-包裝-入庫(純Sc2O3產品)。
主要設備：酸溶槽，吸附柱，分離柱，沉澱槽，灼燒電爐和包裝機等。
萃淋樹脂色層法
工藝過程:用HCl溶解氯化煙塵後進行淨化除雜而製成ScCl3料液。以50%TBP-煤油萃取劑在萃取槽內萃取鈧，酸洗雜質、反萃取鈧後獲得純Sc-Cl3溶液，再用H2C2O4沉澱Sc，灼燒即得Sc2O3純品。主要工藝過程為：氧化煙塵-鹽酸溶解-淨化-淨ScCl3液-萃取-酸洗-反萃-沉澱-灼燒-包裝-入庫(純Sc2O3產品)。
液膜萃取法
以鈦白廢液(含Sc2O325g/m3)為原料。用P204-煤油作萃取劑的硫酸介質體系中，於萃取槽內進行對料液萃取鈧，用H2SO4和H2O2酸洗除雜後，以NaOH液反萃鈧製成Sc(OH)3富集物,鹽酸溶解Sc(OH)3成為ScCl3液,草酸沉澱鈧(兩次)灼燒，包裝即為純Sc2O3產品。主要過程為：鈦白廢液-調配-萃取-酸洗-反萃-Sc(OH)3產物-溶解-沉澱-灼燒-包裝-入庫(純Sc2O3產物)。
套用
由於Sc2O3產品具有獨特的物化性質，故在20世紀80年代以來，在許多高新技術和工業部門中獲得了較好的套用發展。目前我國及世界的Sc2O3在合金、電光源、催化劑、激活劑和陶瓷等領域的套用狀況敘述於後。
合金中的套用
目前由鈧與鋁製成的鋁鈧合金(Al-Sc)具有密度小(Sc為3.0g/cm3,Al為2.7g/cm3，強度大、硬度高、可塑性好、耐腐蝕和熱穩定性較強等優點，因此，在飛彈、宇航、航空、汽車和船舶等的結構件獲得較好的套用，並逐步轉向民用,如運動器件(曲棍球和棒球的柄棒)，電腦和手機殼等，其具有強度高、剛度大和質量輕的特點，很有實用價值。
鈧在合金中主要起著變質和細化晶粒的作用，使生成新相的Al3Sc型而呈現了性能優異的特色。Al-Sc合金已形成了系列的合金系列，如俄羅斯已達到17種Al-Sc系列，我國也有幾種合金(如Al-Mg-Sc-Zr及Al-Zn-Mg-Sc合金)。這類合金的特性其它材料無法代替，故從發展上看，其套用發展及潛力是很大的，可望成為今後的套用大戶。如俄羅斯已工業化生產，且用於輕型結構件發展較快，我國也正在加快研製和套用，特別是在宇航和航空方面前景最好。
新型電光源材料中的套用
用純Sc2O3轉化為ScI3後與NaI製成新型的第三代電光源材料，並加工成鈧-鈉鹵素燈作照明用(每隻燈約用Sc2O3≥ 99%的材料為0.1mg～ 10mg。這種燈在高壓電作用下,鈧譜線呈蘭色,鈉譜線呈黃色，兩色互相配合而產生了接近太陽光的光，使燈光具有光度高、光色好、節電能、壽命長和破霧力強等優點。
雷射材料中的套用
用純Sc2O3≥ 99.9%加入於釓鎵石榴石(GGG)可製成釓鎵鈧石榴石(GGSG)，其構成為Gd3Sc2Ga3O12型式。由它做成的第三代雷射器所發出的發射功率比同體積的雷射器提高3.0倍，已達到了大功率化和小型化的雷射裝置，提高了雷射振盪輸出功率，改進了雷射器的使用性能。在製備單晶時，每爐料3kg～ 5kg,加入Sc2O3≥ 99.9%原料為1.0kg左右。目前這種雷射器在軍工技術上的套用日益廣泛，也逐步推向民用工業。從發展看，今後在軍用和民用的潛力較大。
電子材料中的套用
純的Sc2O3可用作彩色電視顯象管陰極電子槍的氧化陰極激活劑,效果較好。在彩管陰極上端噴一層一毫米厚的Ba、Sr、Ca氧化層，上面再彌散一層0.1毫米厚的Sc2O3。在氧化層陰極中因Mg、Sr與Ba發生反應，促使Ba還原,釋出的電子更活躍，發出大電流電子，使螢光體發光，比不用Sc2O3塗層的陰極可提高電流密度4倍，使電視畫面更清晰，使陰極壽命提高3倍。每台21英寸顯像陰極用Sc2O3量為0.1mg。目前在世界上一些國家已用此陰極，如日本用的較多，可提高市場競爭力，促進電視機的銷量。
