Металлургия редких металлов

ПОЛУЧЕНИЕ СКАНДИЯ

Металлический скандий впервые получен в 1937 г. В. Фи­шером электролизом расплава хлоридов скандия, калия и ли­тия при 700 - 800 °С на жидком катоде из химически чисто­го цинка. Из сплава цинка с 2 % Sc цинк отгоняли в ваку­уме. В результате получили губчатый скандий чистотой 94 - 98 %, содержавший железо и кремний.

В настоящее время скандий получают в основном металло - термическим способом путем восстановления безводного ScF3 или ScCl3 магнием или кальцием в инертной атмосфере

(ag298.ScC/ = -857 кДж/моль; ДG°98,CaC/ = -727 кДж/моль): 2 2

2ScCl3 + ЗСа = ЗСаС12 + 2Sc. (12.11)

Процесс ведут в тиглях из тантала или молибдена. В связи с тем, что скандий и шлак разделяют при температуре вып^е 1600 °С, фторид скандия восстанавливают вначале при 850 С, повышая в конце процесса температуру до 1600 С. После отделения шлака металл переплавляют в вакууме 10"3 Па для удаления остатков летучих примесей. Сохраняя тот же вакуум, возгоняют скандий при 1700 °С. Выход чис­того металла достигает 95 %. Чтобы уменьшить загрязнение скандия танталом, рекомендуется добавлять металлы, обра­зующие со скандием сплавы и позволяющие проводить восста­новление при более низкой температуре. При магниетермиче - ском восстановлении берут избыток магния для образования сплава Sc - Mg. При восстановлении кальцием вводят допол­нительно цинк, поскольку сплав Sc - Ca не образуется. Для понижения температуры плавления шлака вводят LiF. Схема восстановления:

2ScF3 + ЗСа + 8Zn + 12LiF = 2(Sc-4Zn) + 3(CaF2-4LiF)

Процесс ведут в аргоне при 1100 °С. Цинк и примесь кальция отгоняют в вакууме. Губку скандия переплавляют.

Известен также способ восстановления ScF3 алюминием:

ScF3 + ЗАІ = Sc + 3A1F.

Реакция начинается при 810 °С. Полное восстановление скандия происходит при 930 °С через 7-8 мин.

Восстанавливая хлорид скандия кальцием при 900 °С в среде аргона, можно получить металл, загрязненный приме­сями Ca, CaO, СаС12, Si, ScCl3. Примеси за исключением кремния отмываются водой. Кремний отделяют обработкой 10 %-ным раствором NaOH. Высушенный на воздухе, а затем в вакууме (Ю-2Па) металл после плавления в вакууме (Ю-3 - 10"4 Па) при 500 - 600 °С имеет чистоту 97 - 97,5%. Бо­лее высокая степень чистоты (более 99 %) достигается дис­тилляцией в вакууме (Ю-4 Па).

Известен способ получения скандия электролизом распла­ва фтороскандата натрия, в котором растворено 2 % Sc203 при 800 С в среде аргона. Выделяющийся металл непрерывно механически отделяют; в электролит добавляют необходимое количество фтороскандата натрия и оксида скандия.