Новый эпизод нашего сериала о технологически важных элементах. Скандий: свойства, использование, добыча, цена.
А также почему данные по добыче скандия не афишируются и как российские подлодки выпускают ракеты из-под арктического льда.
Свойства
Открытие скандия растянулось на 90 с лишним лет. Изначально, в 1869 году наличие этого элемента и его свойства предсказал Менделеев. Спустя 10 лет был получен оксид скандия. В 1937 году был выделен металлический скандий. И только в 1960 году удалось добиться получения чистого металла.
Своё наименование он получил от Скандинавского полуострова, что было в духе второй половины XIX века, после того как один из элементов назвали в честь России.
Часть учёных относят его к редкоземельным металлам в силу схожести свойств и нахождения скандия в одних и тех же месторождениях с другими РЗМ.
Это лёгкий, мягкий, нетоксичный элемент серебристо-белого цвета (на воздухе тускнеет). По плотности он близок к алюминию, но имеет гораздо более высокую температуру плавления (1541°C против 660°C). Хорошо поддаётся обработке.
Применение
Ключевое направление использования – алюминиево-скандиевые сплавы. На него расходуется порядка 75-80% металла. Добавление незначительного количества (от 0,1% до 0,5%) скандия к алюминию значительно увеличивает прочность последнего, стойкость к растрескиванию при высоких температурах, устойчивость к коррозии и обеспечивает меньший размер зерна. При этом сохраняется лёгкость.
СССР и США создали этот сплав независимо друг от друга для использования в оборонной промышленности (детали самолётов, огнестрельного оружия и другие применения).
Впоследствии его взяли на вооружение изготовители спортивного инвентаря (рамы для велосипедов, удилища, каркасы палаток и другие товары).
В настоящее время изучаются перспективы его использования в автомобильной промышленности (бамперы, рамы, колёса, поршни и многое другое).
Проблема заключается в том, что по соотношению «цена/качество» скандий проигрывает титану, а также углеродному волокну. А потому его добавляют только туда, где требуется получить нужный результат без большой оглядки на стоимость (главным образом в оборонном секторе).
Вторым по значению направлением применения скандия являются твёрдооксидные топливные элементы (ТОТЭ). Эти устройства преобразуют протекающую в них химическую реакцию в электрическую и тепловую энергию без использования вращающихся элементов. Ключевые составляющие ТОТЭ: анод, катод и твёрдый электролит. Последний может быть выполнен из оксида циркония с добавлением скандия. В данном случае эксплуатируется высокая электропроводность рассматриваемого металла, а также способность стабилизировать повышение температуры (реакция проходит при 600-1000°C).
Подобные топливные элементы используются, в частности, дата-центрами в качестве резервных источников питания. В России данные устройства не культивируются, в то время как на Западе они формируют 10-15% спроса на скандий.
Оксид скандия и йодид скандия добавляют в лампы высокой интенсивности, имитирующие солнечный свет. Подобные лампы необходимы для стадионных мачт, маяков, а также в кино- и телеиндустрии. Яркое освещение позволяет камерам хорошо передавать цвета в тёмное время суток.
Лазерные кристаллы на основе гадолиний-скандий-галлиевого граната востребованы в оборонных программах.
Незначительные количества применяются в ювелирном деле, электронике, медицине и научных исследованиях.
Изотоп скандий-46 используется в качестве трассирующего агента для отслеживания движения различных фракций на нефтеперерабатывающих заводах, а также для выявления утечек в подземных трубах.
Наконец, сульфат скандия (в очень низкой концентрации) используется в качестве добавки для стимулирования прорастания семян пшеницы, кукурузы и гороха.
Добыча
В земной коре скандий достаточно распространён (находится в четвёртом десятке). Его содержание сопоставимо с кобальтом или свинцом. Проблема заключается в том, что он очень сильно рассеян и в следовых количествах содержится в сотнях минералов.
Добывать его как основной элемент нет никакого смысла. Потому он извлекается в качестве побочного продукта при переработке руд урана, алюминия, титана, циркония, железа, никеля и редкоземельных металлов.
Всего в мире производится порядка 80 тонн оксида скандия в год, из которых 20-30 тонн попадает на мировой рынок.
Лидерами являются: Китай (60 тонн), Филиппины (8 тонн) и Россия. Также работы по извлечению выполняют Малайзия, Казахстан, Канада и другие страны.
В Китае скандий является побочным продуктом добычи железной руды, РЗМ, титана и циркония. Похожая ситуация и в других странах: Филиппины (никель), Россия (уран), Казахстан (уран).
Главными держателями резервов выступают Китай, Канада, Россия, США, Мадагаскар, Казахстан и Австралия. В Соединённых Штатах добыча прекратилась в 1969 году и с тех пор не возобновлялась.
В целом информация по скандию в англоязычных источниках крайне скудная. Ссылаясь на секретность и отсутствие данных, из года в год публикуются стандартные фразы о невозможности предоставить достоверные показатели.
Россия
СССР был мировым лидером по производству оксида скандия, которое доходило до 10 тонн. Из сплава на основе титана, алюминия, лития и скандия были изготовлены детали обшивки космического корабля «Буран», который является одной из вершин советской космонавтики.
По некоторым сведениям, сплав скандия и алюминия используется также в обтекателях ракет, с помощью которых подводные лодки, находясь под арктическими льдами, пробивают себе полынью перед тем как осуществить основной пуск.
В настоящее время скандий получают на одном предприятии в Курганской области как побочный продукт уранодобывающего производства. Мощность составляет до 2 тонн оксида скандия в год.
Потенциально существенным источником скандия могут стать отвалы Качканарского ГОКа в Свердловской области, а также месторождения редкоземельных металлов в Якутии.
Пока же Россия является нетто-импортёром металла. В 2021 году импорт составил 345 кг, из которых 340 кг – Китай и 5 кг – Казахстан. Главной коммерческой формой является оксид скандия.
Цена
Цена на чистый скандий в 2022 году стала рекордной за последние пять лет и составила $260 за грамм (минимальная партия - 2 грамма), что по нынешнему курсу составляет 18,9 млн. руб. за 1 кг.
Исключительно высокая цена на металл является главным сдерживающим фактором его широкомасштабного применения.
Возможно, вам также будет интересно:
Если узнали что-то новое, просьба оставить лайк. Подпишитесь на канал, и мы обещаем ещё много интересного.