21  Sc
Scandium 


Voorkomen
Wingebieden
Naam
Ontdekking
Bereiding vroeger
Bereiding nu
Toepassingen en toelichting
Verdere toepassingen

 

 

 

VOORKOMEN                                                                                    

2,2.10-3 % van de aardkost (tot 16 km diepte) bestaat uit scandium; het is het 31e element in rangorde van voorkomen.

Er zijn twee (zeldzame) scandiumminera­len, thortveï­tiet {(Sc,Y)2SiO7} en kolbec­kiet of sterrettiet (ScPO4.­2H2O). Men treft scandi­um, dat tot de zeldzame aardme­talen wordt gere­kend, bovendien - in zeer kleine hoeveelheden - aan in een aantal minera­len, zoals:

allaniet-(Y) (Ca,Ce,Y)2­(Al,Fe+33(Si­O4)3OH 
bastnaesiet-(Y) (Y,La)FCO­3
euxeniet-(Y) (Y,Ca,Ce,U,Th)­(Nb,Ti,Ta)2O6
gadoliniet-(Y)  Y,Fe+2,Be2Si2O10­
monaziet-(Ce) (Ce,La,Th,Nd)PO4

 

 

 

 

 

Scandium komt ook voor in tin-, wolfraam en uraanertsen. De blauwe kleur van aquamarijn (een vorm van beril) wordt ver­oorzaakt door sporen scandium. 

WINGEBIEDEN

De belangrijkste wingebieden liggen in Austra­lië, China, Mongolië, India, Brazi­lië, de Verenigde Staten van Amerika, Malei­sië, Rusland, Tanzania, Burundi, Zambia, Madagaskar, Noorwegen, Zweden, Canada en Roemenië. 

NAAM

De naam is afgeleid van Scandia, de Latijnse benaming voor Scandi­navië. Hier werd het mineraal waarin dit element is ontdekt, aangetroffen.

ONTDEKKING

Scandium was één van de elementen die gevonden werden in de 'aarde' yttria. Deze aarde werd door J. Gadolin en A.G. Ekeberg uit gadoliniet en eu­xeniet verkregen (zie ook 58 - Cerium).

Scandium(oxide) werd in 1879 door L.F. Nilson voor het eerst geïsoleerd uit yttria. P.T. Cleve toonde een paar jaar later - nadat voldoende zouten waren bereid en onderzocht - aan, dat dit element het door Mende­lejev in 1871 voor­spelde ekaboron moest zijn. 

Pas in 1937 slaagde men er in het metaal te verkrijgen door elektrolyse van een eutectisch mengsel van gesmolten scandium-, kalium- en lithium­chloride.

BEREIDING VROEGER

Oorspronkelijk werden de zeldzame aarden geschei­den op grond van (uiterst kleine) verschillen in de oplosbaarheid van (hydr)oxi­den, oxalaten of sulfaten in loog. Het belangrijkste verschil in de oplos­baarheid treedt op bij het dubbelzout Ln2(SO4)3.Na2SO4­.xH2O, waarin Ln één van de zeld­zame aardme­talen voorstelt. De oplosbaarheid neemt licht toe naarmate de atoommassa van het lanthanide toeneemt. De verschillen zijn zo klein dat vele malen herkris­talli­se­ren (1.000 x was geen uitzonde­ring) noodza­ke­lijk was voor een redelijke schei­ding.

 

Scandium werd bereid door reductie van het chloride met natrium.

BEREIDING NU

Scandiumverbindingen worden geïsoleerd bij de zuivering van uraan­verbindin­gen, ten behoeve van de produc­tie van splijtstofstaven voor kernre­acto­ren. Hierbij wordt gebruik gemaakt van ionenwisseling en vloeistof­extrac­tie. Uraanert­sen bevatten ongeveer 0,02 - 0,08 % scandi­um.

 

Redelijk zuiver scandium wordt bereid door reductie van het fluoride met calcium of door elektrolyse van een mengsel van gesmolten scandium-, kalium­- en lithiumchlo­ride.

 

In 1960 werd voor het eerst zeer zuiver scandium bereid via het Van Arkel-de Boer-proces. Hierbij wordt scandi­umjodide ontleed door verhitten, waarbij het gevormde metaal zich afzet op de gloeidraad (zie ook 22 - Ti­taan).

 

De wereldproductie bedraagt ongeveer 50 kg per jaar.

TOEPASSINGEN EN TOELICHTING

Lekdetector

Om lekken op te sporen in pijpen bij raffina­derijen wordt een 44Sc-verbinding toegevoegd. De halve­rings­tijd van 44Sc bedraagt slechts 3 uur en 54 minuten.

 

Ruimtevaartmateriaal

Scandium is een bijzonder licht metaal en heeft een zeer hoog smeltpunt (hoger dan dat van aluminium). Deze eigen­schappen maken het uitermate geschikt voor toepassingen in lucht- en ruimtevaart, zowel in omstan­digheden waar met zeer lichte constructies ge­werkt moet worden, als in situaties waarbij het materiaal aan extreem ho­ge temperaturen wordt blootgesteld. De ontwikkeling van de productie van scandium op grote schaal is destijds sterk gestimuleerd door de US-Airforce en de NASA, onder andere ten behoeve van het Spaceshuttle-programma.

 

Zaadontkiemer

Scandiumsulfaat {Sc2(SO4)3} stimuleert zowel het ontkie­men van zaden als de groei van jonge planten. Het heeft een positief effect op de ont­wikkeling van de wortels. Ook scandiumoxide kan hiervoor worden gebruikt. 

 

Lampen voor TV-producties

Hoogrendement lampen, die gebruikt worden bij opnamen voor film en TV, bevatten scandiumjodide (en kwikdamp). Deze lampen geven licht met een kleurtemperatuur die vrij­wel overeenkomt met daglicht en zijn daardoor uiter­mate geschikt voor TV- en filmopnamen binnen. Voor de productie van één lamp is slechts 3 à 5 mg scandium nodig.

VERDERE TOEPASSINGEN

Toepassingen als niet-ontleedbare stof (element) of als legering: 

metallurgie: kleine toevoegingen aan titaan-nikkel- of magnesium-tantaallegeringen verhogen de sterkte. 

 

Toepassingen als ontleedbare stof (verbinding):

radiotherapie (experimenteel bij diverse tumoren) 44Sc- en 45Sc-verbindingen
tracer bij het bestuderen van onderzeese zandstromingen 44Sc-verbindingen
tracer bij het bestuderen van de ontwikkeling van planten, beenweefsel en tandemail 44Sc-verbindingen