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作为稀土家族中最分散的元素，被称为21世纪重要的“绿色能源科技金属”“关键性”或“战略性”矿产资源——激光武器、航空航天器上的关键材料、绿色固体燃料电池、光亮无比的钪钠灯、治疗肿瘤的医学器件、石油化工的催化剂等，都离不开钪。然而，2016年全球范围钪的实际产量不超过1吨，也就是说平均每7千余人才能分到1克钪。因此，钪比稀散元素还要稀缺，比稀土元素还要难得，比黄金还要昂贵。 那么，钪到底是何种金属？它又发挥何种“超能力”？我们又如何获取它呢？ 贵族金属 钪（Sc），原子序数21，位于元素周期表中第四周期第Ⅲ副族，与钇、镧系元素同属稀土家族，但又有其成矿之特殊性，往往与其他稀土元素不共同成矿，而与钛、钒、铁等组合在一起。我国科学家对钪的深入研究始于四川的攀枝花铁矿。钪不仅在地壳中含量低（其中上地壳中仅为7×10-6，相当于每一吨地壳物质里面含7克钪），而且自然界中形成钪独立矿物的概率极低，仅为 0.4%。 目前的调查结果显示，这些稀少的独立矿物主要分布在欧洲的少数几个国家和非洲的马达加斯加，且没有实际的工业价值。1879年，瑞典化学家尼尔森首先在欧洲斯堪的纳维亚半岛的硅铍钇矿和黑稀金矿中发现了钪。通常，钪分散在含有其它元素的众多矿物里，如同盐或糖溶解在水里一样，肉眼是无法直接发现钪的存在的。因此，想要获得纯金属钪十分困难。从钪的发现到首次成功提取，人类花费了整整半个世纪的时间。 纯金属钪为银白微带黄色，呈金属光泽，相当柔软，置于空气中很容易与氧气、二氧化碳、水相化合，因此要填充氩气密封保存。市场上更常见的则是呈白色土状且不溶于水的氧化钪。钪具备众多优越的物理性质，例如，比之铁、镍、稀土镧、铈、镨及钕等还要高的熔点（1541℃），仅次于元素铼（5627℃）、钼（5560℃）和钴（2870℃）的高沸点（2832℃）。同时，钪作为稀土家族中最轻的成员，密度很低，还有延展性好、催化性能优异等特点，是材料界中的多面手与高能者。 贵比黄金 国际市场上交易的钪产品主要是金属钪和氧化钪，纯度越高价格也就越贵。2017年，99.99%纯度的氧化钪价格为4600美元/千克，蒸馏金属钪的价格高达226000美元/千克，是黄金价格（44445美元/千克）的5倍。但钪产品的价格波动较大，1990年至2006年一路下跌。以蒸馏金属钪为例，1993年的价格高达372000美元 /千克，至2005年仅为162500美元/千克，降了一半。 2006 年之后其价格又有所回升。 在稀土家族中，钪的价格远远高于其他轻稀土元素，甚至高于稀缺的重稀土元素铽和镝。以稀土价格暴涨的2011年为例，国内氧化钪（99%）的价格（26000元/千克）比其他稀土氧化物当年价格最高的氧化铕（12000元/千克）和氧化铽（10200元 / 千克）高出1倍多。 画龙点睛 钪的应用被人们广泛关注也只是近30年来的事情。因为稀少且名贵，钪及其化合物在工业应用方面具画龙点睛之用。 作为优化铝及铝合金性能最有效的元素，只需添加微量的钪（ 0.07% ～ 0.35%）就能明显提高合金的强度、韧性、抗腐蚀性和焊接性能。铝钪合金被认为是新一代轻质结构材料，在航空、航天、舰船的焊接荷重结构件以及碱性腐蚀介质环境用的管材、铁路油罐、轻型汽车、高速列车关键结构部件等具有广泛应用。俄罗斯在钪铝合金研发方面遥遥领先，最先用于“米格 -29 型”战斗机及导弹的导向尾翼。其后是美国，其战斗机和航天器结构中也可见铝-镁-钪合金的身影。当下时髦的3D打印技术中，新型高强度铝-镁-钪合金材料大显身手，它比大多数 3D 打印用的铝硅粉材料更加坚固。2015年空客公司的子公司 APWorks 用此材料打印出世界上第一款 3D打印摩托车，命名为光明骑士，其重量仅35千克，比一般电动摩托车轻30%。 当然，除了这些高大上的用途外，钪铝合金制作的运动器材，如曲棍球球杆手柄、棒球棒、垒球棒，以及山地自行车、高级跑车等在美国等发达国家已较为常见。 参考资料：赵芝,王登红,张国华.钪——稀散家族中的稀土稀土家族中的贵族[J].国土资源科普与文化,2019,(3):15-17 |
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