09.04 鈧——稀土家族中的貴族其它頭條網

作為稀土家族中最分散的元素，被稱為21世紀重要的“綠色能源科技金屬”“關鍵性”或“戰略性”礦產資源——激光武器、航空航天器上的關鍵材料、綠色固體燃料電池、光亮無比的鈧鈉燈、治療腫瘤的醫學器件、石油化工的催化劑等，都離不開鈧。然而，2016年全球範圍鈧的實際產量不超過1噸，也就是說平均每7千餘人才能分到1克鈧。因此，鈧比稀散元素還要稀缺，比稀土元素還要難得，比黃金還要昂貴。

那麼，鈧到底是何種金屬？它又發揮何種“超能力”？我們又如何獲取它呢？

貴族金屬

鈧（Sc），原子序數21，位於元素週期表中第四周期第Ⅲ副族，與釔、鑭系元素同屬稀土家族，但又有其成礦之特殊性，往往與其他稀土元素不共同成礦，而與鈦、釩、鐵等組合在一起。我國科學家對鈧的深入研究始於四川的攀枝花鐵礦。鈧不僅在地殼中含量低（其中上地殼中僅為7×10-6，相當於每一噸地殼物質裡面含7克鈧），而且自然界中形成鈧獨立礦物的概率極低，僅為 0.4%。

目前的調查結果顯示，這些稀少的獨立礦物主要分佈在歐洲的少數幾個國家和非洲的馬達加斯加，且沒有實際的工業價值。1879年，瑞典化學家尼爾森首先在歐洲斯堪的納維亞半島的硅鈹釔礦和黑稀金礦中發現了鈧。通常，鈧分散在含有其它元素的眾多礦物裡，如同鹽或糖溶解在水裡一樣，肉眼是無法直接發現鈧的存在的。因此，想要獲得純金屬鈧十分困難。從鈧的發現到首次成功提取，人類花費了整整半個世紀的時間。

純金屬鈧為銀白微帶黃色，呈金屬光澤，相當柔軟，置於空氣中很容易與氧氣、二氧化碳、水相化合，因此要填充氬氣密封保存。市場上更常見的則是呈白色土狀且不溶於水的氧化鈧。鈧具備眾多優越的物理性質，例如，比之鐵、鎳、稀土鑭、鈰、鐠及釹等還要高的熔點（1541℃），僅次於元素錸（5627℃）、鉬（5560℃）和鈷（2870℃）的高沸點（2832℃）。同時，鈧作為稀土家族中最輕的成員，密度很低，還有延展性好、催化性能優異等特點，是材料界中的多面手與高能者。

貴比黃金

國際市場上交易的鈧產品主要是金屬鈧和氧化鈧，純度越高價格也就越貴。2017年，99.99%純度的氧化鈧價格為4600美元/千克，蒸餾金屬鈧的價格高達226000美元/千克，是黃金價格（44445美元/千克）的5倍。但鈧產品的價格波動較大，1990年至2006年一路下跌。以蒸餾金屬鈧為例，1993年的價格高達372000美元 /千克，至2005年僅為162500美元/千克，降了一半。 2006 年之後其價格又有所回升。

在稀土家族中，鈧的價格遠遠高於其他輕稀土元素，甚至高於稀缺的重稀土元素鋱和鏑。以稀土價格暴漲的2011年為例，國內氧化鈧（99%）的價格（26000元/千克）比其他稀土氧化物當年價格最高的氧化銪（12000元/千克）和氧化鋱（10200元 / 千克）高出1倍多。

畫龍點睛

鈧的應用被人們廣泛關注也只是近30年來的事情。因為稀少且名貴，鈧及其化合物在工業應用方面具畫龍點睛之用。

作為優化鋁及鋁合金性能最有效的元素，只需添加微量的鈧（ 0.07% ～ 0.35%）就能明顯提高合金的強度、韌性、抗腐蝕性和焊接性能。鋁鈧合金被認為是新一代輕質結構材料，在航空、航天、艦船的焊接荷重結構件以及鹼性腐蝕介質環境用的管材、鐵路油罐、輕型汽車、高速列車關鍵結構部件等具有廣泛應用。俄羅斯在鈧鋁合金研發方面遙遙領先，最先用於“米格 -29 型”戰鬥機及導彈的導向尾翼。其後是美國，其戰鬥機和航天器結構中也可見鋁-鎂-鈧合金的身影。當下時髦的3D打印技術中，新型高強度鋁-鎂-鈧合金材料大顯身手，它比大多數 3D 打印用的鋁硅粉材料更加堅固。2015年空客公司的子公司 APWorks 用此材料打印出世界上第一款 3D打印摩托車，命名為光明騎士，其重量僅35千克，比一般電動摩托車輕30%。