获得了纯净的钪的化合物之后,将其转化为ScCl3,与KCl、LiCl共熔,用熔融的锌作为阴极进行电解,使钪就会在锌极上析出,然后将锌蒸去可以得到金属钪。
钪的自然产出状态:分散但不稀缺
钪是典型的分散亲石元素,但并不稀有。它在地壳中的平均丰度为22-30ppm(即22-30克/吨,换算为三氧化二钪35-48克/吨),高于Ag,Au,Pb,Sb,Mo,Hg、W和Bi许多,而与B,Br,Sn,Ge和As的丰度相当。
在自然界中,钪不受氧化还原影响,很难还原为金属,很少能形成显著富集体(矿床),而是广泛地分散于各种造岩矿物中(特别是镁和铁的硅酸盐)和含钪矿物中。
自然界中含钪的矿物多达800种以上,但三氧化二钪含量>0.05%的矿物很少。目前已知的钪独立矿物仅有钪钇矿((Sc,Y)2Si2O7, Sc2O3 含量为33.8%-42.3%)、水磷钪矿(ScPO4.2H2O, Sc2O3含量为39.22%)、铍硅钪矿(Be3(Sc, Al)2Si6O18,Sc2O3 含量为14.6% )、锆钪钇矿((Sc,Zr)2Si2O7) 和钛硅酸稀金矿(Sc( Nb,Ti,Si)2O5, Sc2O3 含量为18.0%-20.0% ) 等少数几种, 且矿源很少, 在自然界中较为罕见。
钪主要以类质同象的形式存在于如钛铁矿、锆铁矿、锆英石、铝土矿、稀土矿、钛辉石、钒钛磁铁矿、钨矿、锡矿、铀矿和煤等矿物中。Goldschmidt 等在1930年代 认为,Sc3+的富集于与岩石矿物中,与类质同象置换极为有关, 尤其是Sc3+ 与Fe3+、Mg2+、Al3+ 的类质同晶置换。后来,Ringwood 又补充认为,是生成含氧或羟基配合物, 特别是在结晶岩和云英岩中富集钪更是如此。钪与其所共生元素的离子半径和配位数以及电负性等性质的综合相似性, 决定了它可与许多其它离子进行类质同象置换。
钪在各类岩石中的含量,岩浆岩以辉石岩(含三氧化二钪200-300克/吨)和辉长岩*高(76克/吨)。交代蚀变岩以花岗伟晶岩、含钨锡的云英岩、钠长石化岩、云母化岩*为富集,铝土矿和煤含钪也相当高。特别是煤灰,含三氧化二钪可达40-600克/吨。
原矿石含钪量(三氧化二钪,克/吨)如下:铝土矿石40-150;磷矿石10-25;钨矿石78-337;钒钛磁铁矿石13-40;铁铌稀土矿石50;贫锰矿石181;离子型稀土矿石20-50;氟碳铈矿,钽铌矿和铀矿石等也含有钪(据林河成,2010)。
精矿物含钪量(三氧化二钪,克/吨)分别为:黑钨矿>500;钛铁矿60;铝土矿95;选钛尾矿77;锡石100(据林河成,2010)。
提钪原料含钪量(三氧化二钪,克/吨)为:炼钨的钨渣150-600;炼铝的赤泥40-150;选钛的尾矿77;炼钛白的水解母液25-100;高钛渣氯化的烟尘 736(据林河成,2010)。
全球钪的资源极为丰富,工业储量约200万吨(以金属钪计,统计不完全)。中国的钪资源也很丰富,工业储量约65万吨(据不完全统计),占世界总工业储量的33%。
四、钪的生产:冶炼副产品
由于含钪矿物很多,从矿物直接提取钪制品较复杂又困难。目前,我国主要以废渣、废水、烟尘等为原料先提取三氧化二钪,再提炼金属钪。*主要是从钛铁矿生产钛白的废液、氯化物烟尘、生产氧化铝的赤泥中回收钪。国外,还有从铀矿石生产加工过程中回收钪。至今,还未能从精矿(含钪)直接提取三氧化二钪。
从长远看,今后我国用于提取钪的原料主要是四川的钒钛磁铁矿和炼铝的赤泥。其主要原因是它们的矿物量很大,钪的总含量多,适合用于长期的开发利用,且提取钪的技术可以实现。当然,也可以从中国火电厂的巨量粉煤灰中提取。