[科普中国]-氧化钪

介绍

氧化钪(Sc2O3)是钪制品中较为重要的产品之一。它的物化性质与稀土氧化物(如La2O3,Y2O3和Lu2O3等)相近,故在生产中采用的生产方法极为相似。Sc2O3可生成金属钪(Sc)，不同盐类(ScCl3,ScF3,ScI3,Sc2(C2O4)3等)及多种钪合金(Al-Sc,Al-Zr-Sc系列)的产物。这些钪制品具有实用的技术价值及较好的经济效果。由于Sc2O3具有一些特性,所以在铝合金、电光源、激光、催化剂、激活剂、陶瓷和宇航等方面已有较好的应用，其发展前景十分广阔。

20世纪70年代，我国开始研制Sc2O3产品，且有公斤级的产品进入市场。80年代，我国Sc2O3生产进入高潮，产量达百公斤级水平以上，主要出口日本、美国。90年代以来,俄罗斯大量生产Sc2O3产品且低价抛入国际市场，严重地冲击了中国的氧化钪的生产，使Sc2O3的生产处于低谷，不少生产线下马，使我国产能及产量处于萎缩状态。但近年来由于我国Sc-Al合金和电光源材料的发展，促进了Sc2O3工业生产的发展。我国的钪资源十分丰富。据报导，目前全世界钪的工业储量约200万吨，我国约有60万吨～ 65万吨，占世界总含量的30%左右。1

生产工艺生产工艺技术及设备经过多年来的研究和生产实践后，目前从含钪原料中提取Sc2O3的工艺技术有下列几种方法：

①萃取法。生产中使用较多,其具有产量大、质量好、回收率高、成本低及生产中可连续作业的特点。

②离子交换法。生产中也常被采用。其具有产量小，纯度较高，收率较低，成本较高及生产周期长的特点。

③萃淋树脂色层法。其具有生产周期短，纯度高，收率高和成本低的特点。

④液膜萃取法。它是膜分离与液液萃取相结合的一种新型分离技术。但目前尚未有生产实践。曾有人用乳状液膜从含Sc为60mg/L，经一级提取Sc可富集到1400mg/L。从我国多年提取Sc2O3来看，几乎以采用前两个工艺
技术(萃取法和离子交换法)为主。2

萃取法(1)用萃取法从钪精矿中生产氧化钪工艺过程：用盐酸溶解钪精矿后获得ScCl3溶液，再进行净化除钛铁等杂质。将净化液作为原料。用50%磷酸三丁酯(TBP)与煤油制成萃取剂。调配后的料液和萃取剂放入萃取槽中萃取钪，酸洗和蒸馏水反萃钪后，获得含钪纯液(ScCl3液)再用草酸进行沉淀，烘干、灼烧即得纯Sc2O3产品。主要工艺过程为：钪精矿-酸溶-净化-TBP萃取钪-酸洗-反萃钪-草酸沉淀-烘干-灼烧-包装-入库(纯Sc2O3产品)。

主要设备：酸溶槽，萃取槽，沉淀槽，灼烧炉和包装机等。

离子交换法工艺过程：用钨废渣(含Sc2O378g/t～ 377g/t)作原料。将它用盐酸溶解后过滤,料液经净化除杂，获得得ScCl3净液进行调配后作为离子交换的料液用。制备吸附柱及分离柱后待用。将料液(ScCl3液)从柱上端流入吸附柱后达到Sc3+饱和待用。再将吸附柱与分离柱串连后，将淋洗剂从吸附柱顶流入并流经分离柱，待最后一根分离柱稳定地流出ScCl3液，可不断接收该ScCl3液(纯ScCl3液)于集容器内，再调节酸度后用草酸进行沉淀，过滤，烘干和灼烧成纯Sc2O3产品。主要工艺过程为：钨废渣-酸溶-净化-吸附柱-淋洗-接收ScCl3液-调酸-沉淀钪-烘干-灼烧-包装-入库(纯Sc2O3产品)。

主要设备：酸溶槽，吸附柱，分离柱，沉淀槽，灼烧电炉和包装机等。

萃淋树脂色层法工艺过程:用HCl溶解氯化烟尘后进行净化除杂而制成ScCl3料液。以50%TBP-煤油萃取剂在萃取槽内萃取钪，酸洗杂质、反萃取钪后获得纯Sc-Cl3溶液，再用H2C2O4沉淀Sc，灼烧即得Sc2O3纯品。主要工艺过程为：氧化烟尘-盐酸溶解-净化-净ScCl3液-萃取-酸洗-反萃-沉淀-灼烧-包装-入库(纯Sc2O3产品)。

液膜萃取法以钛白废液(含Sc2O325g/m3)为原料。用P204-煤油作萃取剂的硫酸介质体系中，于萃取槽内进行对料液萃取钪，用H2SO4和H2O2酸洗除杂后，以NaOH液反萃钪制成Sc(OH)3富集物,盐酸溶解Sc(OH)3成为ScCl3液,草酸沉淀钪(两次)灼烧，包装即为纯Sc2O3产品。主要过程为：钛白废液-调配-萃取-酸洗-反萃-Sc(OH)3产物-溶解-沉淀-灼烧-包装-入库(纯Sc2O3产物)。

应用由于Sc2O3产品具有独特的物化性质，故在20世纪80年代以来，在许多高新技术和工业部门中获得了较好的应用发展。目前我国及世界的Sc2O3在合金、电光源、催化剂、激活剂和陶瓷等领域的应用状况叙述于后。

合金中的应用目前由钪与铝制成的铝钪合金(Al-Sc)具有密度小(Sc为3.0g/cm3,Al为2.7g/cm3，强度大、硬度高、可塑性好、耐腐蚀和热稳定性较强等优点，因此，在导弹、宇航、航空、汽车和船舶等的结构件获得较好的应用，并逐步转向民用,如运动器件(曲棍球和棒球的柄棒)，电脑和手机壳等，其具有强度高、刚度大和质量轻的特点，很有实用价值。

钪在合金中主要起着变质和细化晶粒的作用，使生成新相的Al3Sc型而呈现了性能优异的特色。Al-Sc合金已形成了系列的合金系列，如俄罗斯已达到17种Al-Sc系列，我国也有几种合金(如Al-Mg-Sc-Zr及Al-Zn-Mg-Sc合金)。这类合金的特性其它材料无法代替，故从发展上看，其应用发展及潜力是很大的，可望成为今后的应用大户。如俄罗斯已工业化生产，且用于轻型结构件发展较快，我国也正在加快研制和应用，特别是在宇航和航空方面前景最好。

新型电光源材料中的应用用纯Sc2O3转化为ScI3后与NaI制成新型的第三代电光源材料，并加工成钪-钠卤素灯作照明用(每只灯约用Sc2O3≥ 99%的材料为0.1mg～ 10mg。这种灯在高压电作用下,钪谱线呈兰色,钠谱线呈黄色，两色互相配合而产生了接近太阳光的光，使灯光具有光度高、光色好、节电能、寿命长和破雾力强等优点。

激光材料中的应用用纯Sc2O3≥ 99.9%加入于钆镓石榴石(GGG)可制成钆镓钪石榴石(GGSG)，其构成为Gd3Sc2Ga3O12型式。由它做成的第三代激光器所发出的发射功率比同体积的激光器提高3.0倍，已达到了大功率化和小型化的激光装置，提高了激光振荡输出功率，改进了激光器的使用性能。在制备单晶时，每炉料3kg～ 5kg,加入Sc2O3≥ 99.9%原料为1.0kg左右。目前这种激光器在军工技术上的应用日益广泛，也逐步推向民用工业。从发展看，今后在军用和民用的潜力较大。

电子材料中的应用纯的Sc2O3可用作彩色电视显象管阴极电子枪的氧化阴极激活剂,效果较好。在彩管阴极上端喷一层一毫米厚的Ba、Sr、Ca氧化层，上面再弥散一层0.1毫米厚的Sc2O3。在氧化层阴极中因Mg、Sr与Ba发生反应，促使Ba还原,释出的电子更活跃，发出大电流电子，使荧光体发光，比不用Sc2O3涂层的阴极可提高电流密度4倍，使电视画面更清晰，使阴极寿命提高3倍。每台21英寸显像阴极用Sc2O3量为0.1mg。目前在世界上一些国家已用此阴极，如日本用的较多，可提高市场竞争力，促进电视机的销量。