Получение металлического скандия

Впервые металлический скандий получен Фишером в 1937 г. при электролизе безводного ScCl₃ в эвтектическом расплаве KCl–LiCl при 700–800˚ С на жидком Zn-катоде (химически чистом). Скандий был получен в виде сплава с цинком (2 % Sc). Из сплава Zn отгоняли в вакууме. В результате получен губчатый скандий чистотой 94-98 %, содержащий в виде основных примесей Fe и Si.

В настоящее время металлический скандий получают электролизом расплава хлорида или металлотермией, используя в качестве исходных веществ безводные ScCl₃ и ScF₃. Восстановление проводят в инертной атмосфере, используя кальций (реже магний):

2ScCl₃ + 3Ca = 3CaCl₂ + 2Sc.

Процесс обычно проводят в тиглях из тугоплавкого металла (W или Ta), иногда в графитовых тиглях, выложенных внутри молибденом. В связи с тем, что скандий и шлак разделяются при 1500-1600˚ С (по некоторым данным при 1650˚ С), фторид скандия восстанавливают в начале при 850˚ С, повышая температуру в конце процесса до 1600˚ С. После отделения от шлака металл переплавляют в вакууме (10^-5 мм рт. ст.) для удаления остатков летучих примесей. Сохраняя тот же вакуум, возгоняют скандий при 1650-1700˚ С. Общий выход чистого металла достигает 95 %. В некоторых случаях в слитках скандия содержится от 3 до 12 % Ca. Очищать от него скандий рекомендуется вакуумной дистилляцией при 1650-1700˚ С и 10^-5 мм рт. ст. Выход металла достигает 95 % при чистоте более 99 %. Для снижения загрязнения танталом рекомендуется добавлять металлы, образующие со скандием сплавы и дающие тем самым возможность вести восстановление при более низких температурах. При магнийтермическом восстановлении берут избыток магния для образования сплава Mg-Sc. При восстановлении кальцием в связи с тем, что сплава со скандием не образуется, вводят цинк, дающий сплав с содержанием 60 % Sc. Для понижения температуры плавления шлака вводят LiF. Схема восстановления

2ScF₃ + 3Ca + 8Zn + 12LiF = 2(Sc·4Zn) + 3(CaF₂·4LiF).

Процесс ведут в аргоне при 1100˚ С. Из сплава цинк и примесь кальция отгоняют в вакууме. Полученную Sc-губку переплавляют в другой печи с водоохлаждаемым медным поддоном.

Восстанавливая хлорид скандия кальцием в атмосфере аргона при 900˚ С, можно получить металл загрязненный Ca, CaCl₂, CaO, Si, ScCl₃. Указанные примеси, за исключением кремния, отмываются водой. Кремний отделяют обработкой 10 %-ным раствором NaOH. Высушенный на воздухе, а затем в вакууме (10^-4 мм рт. ст.) металл после плавления в вакууме (10^-5–10^-6 мм рт. ст.) при 500–600˚ С имеет чистоту 97–97, 5 %. Более высокая степень чистоты (> 99 %) достигается дистилляцией при 1500-1600˚ С в вакууме (10^-5–10^-6 мм рт. ст.).

Предложено получать чистый скандий электролизом расплава фторскандиата натрия, в котором растворено 2 % Sc₂O₃, при 800˚ С в атмосфере аргона. Выделяющийся металл непрерывно механически отделяют, добавляя в электролит необходимое количество фторскан-диата натрия и оксида скандия.