（英文：scandium），17種ree之一，IIIB鈧是元素周期表中最輕的過渡族元素，也是地殼中分布廣泛的元素之一，地殼中的豐度值為22×10-6。鈧的元素符號為Sc，其原子序數(shù)為21，原子量為44.9559，屬于第四周期第ⅢB族元素。鈧是一種銀白色的、中等硬度的金屬。它在空氣中相當(dāng)穩(wěn)定，但由于在表面形成Sc2O3氧化物，它的顏色會慢慢從銀白色變?yōu)榈S色。
鈧的熔點為1541℃，沸點為2836℃，在-273 °C到熔點的 溫度區(qū)間內(nèi)為順磁性物質(zhì)。鈧在地殼的分布極為分散，很少在地質(zhì)作用過程中形成高含量的獨立礦物和礦床。金屬鈧及其化合物具有優(yōu)良的理化性質(zhì)，在燃料電池、半導(dǎo)體、金屬冶煉、醫(yī)療等行業(yè)領(lǐng)域中都有非常重要的應(yīng)用價值。
發(fā)現(xiàn)歷史
1869年，俄羅斯化學(xué)家德米特里·門捷列夫（Dmitri Mendeleev）根據(jù)周期律預(yù)測了一種原子質(zhì)量在40和48之間的元素的存在，他稱之為“準(zhǔn)硼”（ekaboron），該元素排序位于鋁和之間。1879年，拉斯-弗雷德里克-尼爾森（Lars Fredrik Nilson）在黑稀金礦和硅鈹釔礦進(jìn)行光譜分析時檢測到鈧的存在，并成功制備了2克高純度的氧化鈧，經(jīng)過性質(zhì)的比較和檢測，證實了鈧正是門捷列夫所預(yù)測的元素。他將該元素命名為scandium，來源于拉丁語Scandia，意為 "斯堪的納維亞半島"。1937年，德國化學(xué)家菲謝爾（Emil FischerFischer）通過在700-800℃下電解鉀、鋰和氯化鈧的共晶混合物，首次生產(chǎn)出了金屬鈧。1973年，美國科學(xué)家斯佩丁 (F.H.Spedding)制得純度99.9％的鈧。
分布情況
盡管被歸類為17種ree之一，但鈧在自然界分布廣泛，在地殼中豐度為22ppm，排在所有元素的第35位，與鈷含量類似。鈧在地殼的分布極為分散，很少在地質(zhì)作用過程中形成高含量的獨立礦物和礦床，限制了其的開采及應(yīng)用，給人留下不常見的印象。據(jù)資料顯示，目前已探明的鈧儲量為200萬噸，分布在俄羅斯、烏克蘭、美國、中國、澳大利亞、菲律賓、馬達(dá)加斯加、挪威、意大利和哈薩克斯坦等國家。
由于特殊的地球化學(xué)性質(zhì)，鈧的獨立鈧礦物較為稀少，截至2020年僅發(fā)現(xiàn)18種（有3種來源于隕石），但是含鈧的礦物種類卻多達(dá)800多種，在自然界中以正三價形式主要賦存于基性巖和超基性巖的鐵鎂質(zhì)礦物、富高場強(qiáng)元素礦物、表生風(fēng)化礦物及部分稀土礦中。含鈧獨立礦物主要發(fā)育于花崗偉晶巖和碳酸巖中。
土壤中的鈧可被植物吸收，而后通過食物鏈進(jìn)入動物和人體，陸地植物平均含鈧8×10-7%，脊椎動物平均含鈧4.5×10-6%，植物病原線蟲和軟體動物門含鈧量較高，可達(dá)2×10-3。鈧在人的大腦中也有分布，含量約為10μg／kg。
理化性質(zhì)
原子結(jié)構(gòu)
鈧的元素符號為Sc，其原子序數(shù)為21，原子量為44.9559，屬于第四周期第ⅢB族元素，原子核內(nèi)有 21個質(zhì)子和 19-30 個中子，核外有21個電子，電子在每能級的排布：2,8,9,2。鈧的電子結(jié)構(gòu)非常特殊，具體排布為：[Ar] 3d14s2（1s22s22p63s23p63d14s2）。盡管最外層僅有兩個電子，但由于存在能級交錯，實際上鈧?cè)菀资ト齻€電子，形成Sc3+，因此其部分性質(zhì)與鋁較為類似。鈧也存在少數(shù)非三價態(tài)的化合物，如CsScCl3等。在自然界中，鈧只有一種穩(wěn)定的同位素45Sc，此外還有37種人工放射性同位素。
物理性質(zhì)
鈧是一種銀白色的、中等硬度的金屬，是元素周期表中最輕的過渡族元素。它在空氣中相當(dāng)穩(wěn)定，但由于在表面形成Sc2O3氧化物，它的顏色會慢慢從銀白色變?yōu)榈S色。鈧能夠溶解于各類酸中（氫氟酸除外），在水溶液中均為無色。鈧的熔點為1541℃，沸點為2836℃，在-273 °C到熔點的溫度區(qū)間內(nèi)為順磁性物質(zhì)，溫度降至-273.1°C（186KPa）時成為超導(dǎo)。
鈧與釔（原子序號39，Y）和15種系元素（原子序號57-71）被劃分為ree，因常以氧化物或含氧酸鹽物種伴生，且天然豐度較低而得名。然而，由于鈧的離子半徑與其余的稀土元素相差較大，鈧與其余16種元素的性質(zhì)并不類似，某些研究并沒有把鈧納入稀土元素的討論中。
鈧有兩種晶型。 α-Sc在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下為六方密集晶格 (hcp)結(jié)構(gòu)，當(dāng)溫度升高至1337°C以上則轉(zhuǎn)變?yōu)?a href="/hebeideji/7278497159589947156.html">立方晶系(bcc)的 β-Sc。
化學(xué)性質(zhì)
（解離作用）
（二聚作用）
化合物
鈧的化學(xué)性質(zhì)比較活潑，能夠與多種非金屬單質(zhì)以及酸反應(yīng)，生成對應(yīng)的化合物，鈧在化合物里呈穩(wěn)定的三價狀態(tài)。下面是幾種常見的含鈧化合物。
生產(chǎn)制備
工業(yè)生產(chǎn)
在自然界中，除了鈧釔石含鈧較富而外，銳通常共伴生在多種礦物中，集中度不高，這給鈧的富集和提純增加了困難。在實際生產(chǎn)中，鈧通常是在其他金屬（鋁、鎢、欽、錫、和鈷）制備過程中作為副產(chǎn)品被回收的。因此，鈧的制備一般分為兩個階段：首先是將鈧從大量的伴生元素中分離富集，而后提純。工業(yè)中鈧的生產(chǎn)可分為以下三類途徑：從原生礦物中提取鈧，從工業(yè)廢渣中回收鈧以及從工業(yè)廢液中回收鈧。
從原生礦物提取鈧
由于鈧廣泛分布于各類礦物種，因此，可提取鈧的原生礦物是比較多的，主要包括稀土礦、鈦鐵礦、鎢礦、釩鈦磁鐵礦、礦和一些放射性礦物（如鈾礦）等。從礦物中提取鈧通常是依據(jù)礦物的特性和鈧礦床情況，通過重選、磁選、浮選和電選等方法富集鈧，進(jìn)而用濕法浸出鈧精礦，再對浸出液進(jìn)行萃取、凈化和焙燒獲得氧化鈧產(chǎn)物。例如，在稀土鈧中，主要利用的是鈧與酸反應(yīng)生成的鹽與其余稀有元素在乙醇等有機(jī)溶劑中的溶解度不同，將鈧從ree中分離出來；在含鈦鐵礦中，首先通過多次研磨、振動分級、搖床等流程將粗鈧礦重選為精鈧礦，而后使用鹽酸將鈧浸出，實現(xiàn)富集的目的；從鎳礦回收鈧：在高壓條件下，采用硫酸浸出得到94%的鈧，調(diào)節(jié)酸堿度使鈧沉淀。
從含鈧廢渣中回收鈧
赤泥、鎢渣、合金渣、鈦鐵礦等氯化焙燒時產(chǎn)生的氯化煙塵和粉煤灰中含有較多的鈧。從這些廢渣中回收鈧，一般使用酸進(jìn)行浸出，使鈧沉淀，這個過程可能需要經(jīng)過反復(fù)多次的萃取和沉淀，達(dá)到富集的目的，最后對富集物進(jìn)行煅燒得到氧化鈧。
從工業(yè)廢液中回收鈧
采用濕法冶金處理含有伴生鈧的礦石時，將鈧與目標(biāo)元素浸出，回收目標(biāo)元素后，鈧隨著廢液排出。因此，工業(yè)廢液也是一種回收鈧的原料來源。綜上所述，截止至今，一般采用溶劑萃取法、沉淀法、離子交換法和液膜萃取法對工業(yè)廢液中的鈧進(jìn)行提煉處理。
實驗室制備
金屬鈧的制備一般使用氯化鈧為原料，采用電解、還原等手段制得單質(zhì)鈧。
用途
金屬鈧及其化合物具有優(yōu)良的理化性質(zhì)，在燃料電池、半導(dǎo)體、金屬冶煉、醫(yī)療等行業(yè)領(lǐng)域中都有非常重要的應(yīng)用價值。
安全事項
參考資料 >
Scandium | Sc . PubChem.2023-03-11
Scandium.NLM.2023-03-11
scandium chemical element.britannica.2023-03-11
鈧礦床主要類型與成礦機(jī)制.河北省自然資源廳 海洋局.2023-03-12
Scandium.haz-map.2023-03-12
scandium.The Royal Society of Chemistry.2023-03-12