Российские специалисты компании «РУСАЛ» нашли максимально эффективный и экономически выгодный способ получения скандия - элемента периодической системы Дмитрия Ивановича Менделеева, с атомным номером 21. Наши ученые выяснили, что этот легкий редкий металл можно получать из остатков от производства алюминия. И новое и важнейшее для различных отраслей России производство скандия будет запущено уже в текущем году.
Раньше производственные отходы складывались на шламовые поля, которые в дальнейшем необходимо было утилизировать. Таким образом, Россия производит скандий из отходов алюминиевого производства, - обширное для нашей страны, и существенно экономит на утилизации отходов. После проведенных исследований выяснилось, что «чистота» оксида скандия в результате превышает 99%.
В природе же объемы скандия очень малы. Это один из самых дорогих металлов в мире, крайне важный для технологичных, инновационных разработок. Он дороже золота во много раз, и редок оттого, что рассеян по минералам.
Так, скандий рассеян в урановых рудах, в титане, алюминии и редкоземельных минералах. Например, для получения порядка 100 грамм скандия необходимо обработать больше тонны исходной руды. Однако СССР удавалось добывать около 10 тонн в год, в то время как другие страны получали максимум сотни килограммов. Советский Союз являлся неоспоримым лидером по добыче данного металла Но после распада СССР производство скандия было фактически остановлено, поскольку обходилось государству слишком дорого. Теперь, с открытием нового эффективного способа добычи химического элемента номер 21, у России есть все предпосылки вернуть себе пальму первенства.
Среднее содержание скандия в земной коре составляет 10 г/т. Главным по объему применение скандия отмечается в алюминиево-скандиевых сплавах в спортивной экипировке (мотоциклы, велосипеды, бейсбольные биты). В сплаве с алюминием скандий обеспечивает дополнительную прочность и ковкость изделий.
Так, скандий использовался в сплаве для производства космического шаттла «Буран». Применение скандиевых сплавов в авиации и гражданском ракетостроении позволяет значительно снизить стоимость перевозок и резко повысить надежность эксплуатируемых систем. А при снижении цен на скандий, выгодным будет и его применение для производства автомобильных двигателей - применение здесь скандия значительно увеличивает их ресурс и частично КПД.
В последние годы значительный интерес для авиакосмической и атомной техники приобрели тугоплавкие сплавы скандия с рением, рутением, железом.
Сплавы скандия - наиболее перспективные материалы в производстве управляемых снарядов. Ряд специальных сплавов скандия, композитов на скандиевой связке весьма перспективен в области конструирования скелетов киборгов.
Скандий используется для получения сверхтвердых материалов. Так, легирование (добавление в состав материалов примесей для улучшения физических и химических свойств основного материала) карбида титана карбидом скандия поднимает микротвердость титана в два раза, что делает этот новый материал четвертым по твёрдости после алмаза. А бериллид скандия (1 атом скандия и 13 атомов бериллия) обладает наивысшим благоприятным сочетанием плотности, прочности и высокой температуры плавления и во многих отношениях подходит для аэрокосмической техники, превосходя лучшие сплавы из известных человечеству на основе титана и ряд композиционных материалов.
В атомной промышленности с успехом применяется гидрид и дейтерид скандия — прекрасные замедлители нейтронов и мишень (бустер) в мощных и компактных нейтронных генераторах.
Диборид скандия (температура плавления 2250°C) применяется в качестве компонента жаропрочных сплавов, а также как материал катодов электронных приборов. В атомной промышленности находит применение бериллид скандия в качестве отражателя нейтронов. Бериллид скандия, как и бериллид иттрия, предложен в качестве отражателя нейтронов в конструкции атомной бомбы.
Скандий используется в устройствах высокотемпературной сверхпроводимости, производстве лазерных материалов. Галлий-скандий-гаддолиниевый гранат - так называемый ГСГГ - при легировании его ионами хрома и неодима позволил получить 4,5 % КПД и рекордные параметры в частотном режиме генерации сверхкоротких импульсов. Ожидается, что в ближайшие годы лазерные материалы на основе ГСГГ и боратов скандия займут ведущую роль в разработке и оснащении лазерными системами активной обороны для самолетов и вертолетов и параллельно с этим - развитие крупной термоядерной энергетики с привлечением гелия-3.
Оксид скандия в сплаве с оксидом гольмия используется в производстве фотопреобразователей на основе кремния в качестве покрытия. Такое покрытие имеет широкую область прозрачности и снижает спектральный коэффициент отражения света от кремния до 1-4 %.
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. Его широкому применению препятствует лишь высокая цена.
Важную роль играет оксид скандия для производства фианитов. В этой сфере он является самым лучшим стабилизатором.
В Советском Союзе оксид скандия имел важнейшую роль в производстве супер-ЭВМ: ферриты с малой индукцией при использовании в устройствах хранения информации позволяют увеличить скорость обмена данными в несколько раз.
Порядка 80 кг скандия (в составе оксида скандия) в год используется для производства осветительных элементов высокой интенсивности. Иодид скандия добавляется в ртутно-газовые лампы, производящие очень правдоподобные источники искусственного света, близкого к солнечному, которые обеспечивают хорошую цветопередачу при съемке на телекамеру.
Радиоактивный изотоп Скандий - 46 используется в качестве так называемой «метки» в нефтеперерабатывающей промышленности, для контроля металлургических процессов и лечения раковых опухолей. Важную роль оксид скандия может сыграть в изготовлении высококачественных зубных протезов. Скандий широко применяется для производства многослойных рентгеновских зеркал.
Важной и практически не изученной областью применения скандия является электричество. Легирование чистого алюминия скандием повышает электропроводность проводов. Эффект резкого упрочнения имеет большие перспективы для применения такого сплава для транспортировки электроэнергии (ЛЭП).