Скандий, физические и химические свойства, важнейшие соединения, сырьевые источники. Способы выделения скандия из растворов.

Ф из-хим. свойства. Sc- серебристо-белый металл с плотностью 3,02 г/см³, tпл 1541°С. Непосредственно реагирует с кислородом, галогенами, серой, углеродом. На воздухе образующаяся на по­верхности металла пленка предотвращает дальнейшее окисление. С азотом реа­гирует выше 500°С с образованием нитрида ScN. При нагревании вытесняет во­дород из воды, легко растворяется в минеральных кислотах, за исключением хромовой и плавиковой кислот, медленно реагирует с концентрированным рас­твором гидроксида натрия.

Применение: - Является компотном легких сплавов с высокими прочностью и коррозионной устойчивостью; - Катализатор высокотемпературной пара-орто-конверсии водорода; Нейтронный фильтр в ядерной технике.

Сырьевые источники. В природе известен один стабильный изотоп ⁴⁵Sc; известно 12 искус­ственных радиоактивных изотопов. Со­держание его в земной коре 10^-3% (по массе). Собственных месторождений не образует.

Собственные минералы скандия:- тортвейтит Sc₂[Si₂0₇] и стереттит ScP0₄*2Н₂0 - большая редкость и промышленного значения не имеют. Более распространены минералы, в кото­рых скандий присустсвует в виде изоморфной примеси в ко­личестве 0,005-0,3% Sc₂0₃.

Промышленное получение скандия осуществляется путем извлечения его попутно из руд цветных и редких металлов. При концент­рировании скандия в отходах производства (растворах, шламах, шлаках и пр.) создаются условия для извлечения без нарушения основной технологии:

Примеры источником скандия:

- титановое сырье (сод-ся Sc₂0₃: 0,1% - в ильмените, 0,3%- в сфене). При обогащении ильменитовых концентратов путем восстановительной элек­троплавки скандий переходит в титановый шлак;

- цирконий содержащие руды (содержат 0,001-0,08% Sc₂0₃). При переработке цирконового концентрата спеканием известью и хлоридом кальция Sc концентрируется в основном в маточниках после выделения основного сульфата циркония;

- руды вольфрама (сод-ие Sc₂0₃ в вольфрамитах 0,005-1,0%). При гидрометаллургической переработке, включаю­щей спекание концентрата с Na₂C0₃ и последующее выщелачи­вание, скандий остается в кеке от выщелачивания, и его содержание повышается в 2-3 раза по сравнению с содер­жанием в вольфрамите;

- руды урана (содержат 10^-3-10^-4% Sc₂0₃);

- руды алюминия (бокситы содержат 0,001 - 0,01 % Sc₂0₃);

- некоторые Fe-ые руды (сод-ие 0,001-0,005% Sc₂0₃).

Способы выделения скандия из растворов. Содержание скандия в продуктах переработки минерально­го сырья составляет сотые - десятые доли процента. Поэто­му из исходных продуктов вначале получают концентраты, которые затем перерабатывают на соединения скандия.

Для извлечения скандия из продуктов в раствор применя­ют выщелачивание кислотами (например, соляной кислотой), разложение хлорированием, серной кислотой или гидроксидом натрия с последующим водным или кислотным выщелачиванием.

Для выделения скандия из растворов используют следую­щие основные способы:

- осаждение в составе малорастворимых соединений;

- экстракция органическими растворителями;

- ио­нообменные способы.

Осаждение гидроксида используют для отделения от щелочных и щелочно-земельных металлов:

ScCl₃+3NH₃·Н₂0=Sc(OH)₃+3N₄HCl.

Используя разницу рН осаждения гидроксидов, возможно в некоторой степени очистить скандий от Zr, Ti, Th и Се (+4), так как они осаждаются при более низких рН, чем гидроксид скандия, и от ряда РЗЭ и Fe (+2), осаждающихся при более высоких значениях рН. Метод не дает возможность отделить Fe (+3), в присутствии которого Sc(OH)₃ осаждается при более низком значении рН, и от алюминия, имеющего близкое значение рН осаждения. Недостаток его — плохая фильтруемость осадков.

Осаждение оксалата. В результате осаждения оксалата скандия возможно отделение скандия от алюминия и железа:

2ScCl₃+ЗН₂C₂О₄+6Н₂О=Sc₂(C₂0₄)₃·6Н₂0+6НС1.

При избытке щавелевой кислоты осаждение неполное вследствие образования комплексного аниона [Sc(c₂0₄)₃]^3-. Условия осаждения: рН = 2+3, температура 90°С, продолжительность 4 ч.

При выделении оксалата скандия, особенно из бедных растворов, более полному осаждению способствует присутствие кальция, играющего роль носителя. Для отделения от РЗЭ используют разницу в устойчивости комплексных соединений, образуемых оксалатами скандия и РЗЭ и ЭДТА.

При кипячении раствора, содержащего эти комплексные соединения, менее прочные соединения РЗЭ разлагаются, и РЗЭ могут быть выделены из раствора в составе оксалатов. После отделения раствора, вводя в него твердую щавелевую кислоту, скандий выделяют в осадок.

Осаждение карбоната. Карбонат скандия растворяется в отличие от соединений РЗЭ, Fe, Мп, Са в избытке раствора Na₂C0₃ или (NH₄)₂C0₃ с образованием комплексных соединений, что рекомендовано использовать для очистки от РЗЭ, Fe, Мn, Са:

Sc³⁺ +4 Na₂C0₃=Na₅[Sc(CO₃)₄]+3Na⁺

Sc³⁺ +2 (NH₄)₂C0₃=NH₄[Sc(CO₃)₂]+3NH₄⁺

Карбонатный комплекс при кипячении разрушается. В осадок выделяется плохо растворимый карбонат скандия переменного состава. Недостаток карбонатной обработки — необходимость применения большого объема растворов соды или карбоната аммония в связи с умеренной растворимостью в них соединений скандия и плохая фильтруемость осадков.

Осаждение фторида. ScF₃ — малорастворим, но растворяется (в отличие от фторидов РЗЭ и тория) в растворе NH₄F с образованием фтороскандата: ScF₃+3NH₄F=(NH₄)₃[ScF₆]. Для выделения фторида скандия из бедных растворов применяют фториды и кремнефториды натрия и калия, плавиковую кислоту, кремнефтористоводородную кислоту; осадитель берут с избытком.

Недостаток метода - трудность перевода фторида скандия в растворимое состояние. Для этого необходима обработка концентрированной серной кислотой при 180-250°С или 20 — 30%-ным раствором NaOH при 60-80°С в течение 2 – 3 ч.

Ионный обмен. Метод применяют:

а) для выделения соединения скандия из разбавленного раствора; б) для очистки растворов соединений скандия от примесей.

С целью повышения эффективности при очистке скандия от наиболее трудно отделяемых примесей (РЗЭ, Y, Th) применяют сочетание ионообменного разделения на катионитах с комплексообразованием (при десорбции). Хорошие десорбенты — лимонная кислота и этилен-диаминтетрауксусная кислота. Устойчивость комплексных соединений повышается в ряду La < Y < Yb < Sc, так что при десорбции в первую очередь вымывается скандии. Процесс включает:

1) пропускание раствора с разделяемой смесью через колонку со смолой в аммонийной или водородной форме стадия сорбции:

Sc³⁺+3NН₄R=ScR+3NH₄⁺

2) десорбцию ионов раствором лимонной кислоты (или ЭДТА):

ScR₃+2Н₃С₆Н₅0₇=H₃[Sc(C₆H₅O₇)₂]+3HR.

Экстракция. Один из наиболее разработанных способов — экстракция роданидного комплекса H[Sc(CNS)₄] диэтиловым эфиром из хлоридных или нитратных растворов. Как видно, коэффициенты распределения скандия и ряда сопуствующих элементов сильно различаются (рН = 3,5).

Перед экстракцией Fe(+3) восстанавливают до Fe(+2). Скандий реэкстрагируют, многократно обрабатывая экстракт водой. Недостаток способа — огнеопасность экстрагента, большой расход роданида аммония.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: