Оборудование для аффинажа
и выщелачивания - "Альфа-9М"
Золота хватит на всех!
УДК 622.7
Скандий- металл XXI века
Ключевые слова: скандий, сверхтвёрдые материалы, каменный уголь, оксид скандия
Следует отметить значительные ресурсы скандия в золе каменных углей до 10 г/т и проблему разработки технологии извлечения скандия припереработке углей на искуственное жидкое топливо. Наш подход к данной проблеме заключается в применении процесса селективной сорбции, посредством которого задача извлечения микрокомпонента упрощается и удешевляется в сотни раз.
Мировые ресурсы скандия
При развитии технологии скандия стоит учесть что важнейшим вопросом его технологии является полное извлечение его из перерабатываемых руд и по мере развития металлургии рудносителей скандия, его ежегодный объём добычи будет возрастать
Основные руды-носители объём попутного скандия:
Бокситы — 71 млн тонн переработки в год, содержат попутный скандий в объёме 710—1420
тонн,
Урановые руды — 50 млн тонн в год, попутный скандий 50—500 тонн в год,
Ильмениты — 2 млн тонн в год, попутный скандий 20—40 тонн в год,
Вольфрамиты — попутный скандий около 30—70 тонн в год,
Касситериты — 200 тысяч тонн в год, попутный скандий 20—25 тонн в год,
Цирконы — 100 тысяч тонн в год, попутный скандий 5—12 тонн в год.
Итого налицо ресурсы которые по большей части совершенно не используются(!) и при том ресурсы большие. В этой же связи стоит указать на каменноугольный скандий, и как первый шаг его добычи — переработка доменных чугунолитейных шлаков начавшаяся в последние годы в ряде развитых стран.
Производство и потребление скандия В 1988 году производство оксида скандия в мире составило:
Китай — 50—60 кг/год./ Франция — 100 кг/год. /Норвегия — 120 кг/год./ США — 500 кг/год.
Япония — более 30 кг/год. / Казахстан — более 700 кг/год./ Украина — более 610 кг/год.
Россия — более 958 кг/год.
Цены
Скандий смело можно назвать металлом XXI века и прогнозировать резкий рост его добычи, рост цен и спрос в связи с переработкой огромного количества каменных углей (особенно переработка каменных углей России), на жидкое топливо. К сожалению, очень высокие цены на скандий будут сохраняться довольно долго (последние пять лет цены на металлический скандий на мировом рынке колеблются от 12 до 20 тыс. долл за один кг (время от времени наблюдаются резкие скачки цен на скандий и его оксид, мало объяснимые с точки зрения специалистов, так например в 1991 году по данным Горного бюро США, оксид скандия оценивался в 3500 долл/кг (99,9 %), 10 000 долл/кг (99,999 %), металлический порошок крупностью 250 мкм (дистиллят 99,9 %) — 296 000 долл/кг, куски дендритов (99,9 %) — 248 000 долл/кг), в зависимости от чистоты металла, а оксид скандия в среднем 3500 долл/кг). Их снижение (порядка уровня цен на чистый бериллий) произойдёт по мере насыщения промышленности и разработки технологий утилизации скандия уже в середине и во второй половине XXI столетия.
Применение
Скандий моноизотопный элемент и на 100 % состоит из атомов скандий45.
Порядка 80 кг скандия (в составе Sc2O3) в год используется для производства осветительных элементов высокой интенсивности. Иодид скандия добавляется в ртутногазовые лампы, производящие очень правдоподобные источники искусственного света, близкого к солнечному, которые обеспечивают хорошую цветопередачу при съёмке на телекамеру.
Оксид скандия (температура плавления 2450°C) имеет важнейшую роль в производстве супер ЭВМ (ферриты с малой индукцией). Изотопы скандия -- Радиоактивный изотоп Sc46 (период полураспада 83,83 сут) используется в качестве «метки» в нефтеперерабатывающей промышленности, для контроля металлургических процессов, и
лечения раковых опухолей.
Сплавы скандия
Главным по объёму применением скандия является его применение в алюминиевоскандиевых сплавах, применяемых в аэрокосмической промышленности, спортивной экипировке (мотоциклы, бейсбольные биты и т. п.) — везде, где требуется высокопрочные материалы. В сплаве с алюминием скандий обеспечивает дополнительную прочность и ковкость. Предел прочности на разрыв у чистого скандия около 400 Мпа (40 кг/мм), у титана например 250—350 Мпа, а у нелегированного иттрия 300 Мпа. Применение скандиевых сплавов в авиации и ракетостроении позволит значительно снизить стоимость перевозок и резко повысить надежность эксплуатируемых систем, в то же время при снижении цен на скандий и его применение для производства автомобильных двигателей так же значительно увеличит их ресурс и частично КПД. Очень важно и то обстоятельство что скандий упрочняет алюминиевые сплавы легированые гафнием.
Сверхтвердые материалы
Скандий используется для получения сверхтвёрдых материалов. Так, например, легирование карбида титана карбидом скандия весьма резко поднимает микротвёрдость (в 2 раза), что делает этот новый материал четвёртым по твёрдости после алмаза (около 98,7 — 120 ГПа), нитрида бора (боразона), (около 77—87 ГПа), сплава боруглеродкремний (около 68—77 ГПа), и существенно больше чем у карбида бора(43,2 — 52 ГПа), карбида кремния (37 ГПа), микротвёрдость сплава карбида скандия и карбида титана около 53,4 ГПа (у карбида титана например 29,5 ГПа). Особенно интересны сплавы скандия с бериллием, обладающие уникальными характеристиками по прочности и жаростойкости.
Металлургия
Применение скандия в виде микролегирующей примеси оказывает значительное влияние на ряд практически важных сплавов, так например прибавление 0,4 % скандия к сплавам алюминий-магний повышает временное сопротивление на 35 %, а предел текучести на 65—84 %, и при этом относительное удлинение остаётся на уровне 20—27 %. Добавка 0,3—0,67 % к хрому, повышает его устойчивость к окислению вплоть до температуры 1290°C, и аналогичное но ещё более ярко выраженное действие оказывает на жаростойкие сплавы типа
«нихром» и в этой области применение скандия куда как эффективнее иттрия. Оксид скандия обладает рядом преимуществ для производства высокотемпературной керамики перед другими оксидами, так прочность оксида скандия при нагревании возрастает и достигает максимума при 1030 °C, в то же время оксид скандия обладает минимальной теплопроводностью и высочайшей стойкостью к термоудару. Скандат иттрия это один из лучших материалов для конструкций работающих при высоких температурах. Определённое количество оксида
скандия постоянно расходуется для производства германатных стёкол для оптоэлектроники. Скандий-галлиевая связка является одним из лучших металлических клеев и специальных покрытий.
Производство солнечных батарей
Оксид скандия в сплаве с оксидом гадолиния используется в производстве фотопреобразователей на основе кремния в качестве покрытия. Это покрытие имеет широкую область прозрачности (400—930 нм), и снижает спектральный коэффициент отражения света от кремния до 1—4 %, и при его применении у такого модифицированного фотоэлемента увеличивается ток короткого замыкания на 35—70 %, что в свою очередь позволяет увеличить выходную мощность фотопреобразователей в 1,4 раза..
Огнеупорные материалы
Важную роль в качестве огнеупорного материала специального назначения оксид скандия (температура плавления 2450 °C) играет в производстве сталеразливочных стаканов для разливки высоколегированных сталей, по стойкости в потоке жидкого металла оксид скандия превосходит все известные и применяемые материалы (так например наиболее устойчивая окись иттрия уступает в 8,5 раза оксиду скандия) и в этой области можно сказать незаменим. Его широкому применению препятствует лишь весьма высокая цена, и в известной степени альтернативным решением в этой области является применение скандатов иттрия армированых нитевидными кристаллами оксида алюминия для увеличения прочности), а так же применение танталата скандия. Как видно из вышеизложенного, скандий ключевой элемент развития новой техники. Без скандия не будет высоких технологий. Пора бизнесу обратить на него внимание. Извлечение скандия элемент бизнеспланов по переработке отходов, который делает практически любой бизнес план инвестиционно привлекательным. Например скандий из ЗШО содержится до 10 г/т, с учетом стоимости скандия это добавка к выручке 200 $US/т золы. Уголь окупается, зола ценнее!
Ключевые слова: скандий, сверхтвёрдые материалы, каменный уголь, оксид скандия