钪的基本情况

一、基本情况近30年来，由于金属钪呈现出了较好的综合性能，使制成各种材料的应用性能极佳，故促进了它被研制开发，生产和应用发展很快。目前国内外钪已用于尖端技术、新科技和军工部门。全世界钪的资源极丰富。据报导，世界钪资源的工业储量约200万t（以Sc计）。我国是钪资源较为丰富的国家，工业储量约65万t,占世界总工业储量的33%。但世界及中国的远景储量更大。这为今后开发钪工业打下坚实的基础。自然界中含钪的矿物多达800余种，在花岗晶岩中常有钪的存在，但含Sc2O3>0.05%的矿很少。钪的独立矿物较少，目前已知仅有3种，如钪氧矿、铁硅钪矿和水磷钪矿。据了解，我国一些矿物中含钪的状况如下：黑钨矿〉0.05%，钛铁矿60g/t，铝土矿40-150ppm/1（Sc2O3比国外高出1-4倍）。选钛尾矿77ppm/t（Sc2O3），锡石含SC2O30.01%。我国一些原矿物含Sc2O3的状况如下（ppm/1）：铝土矿40-150，磷矿10-25,钒钛磁铁矿13-40，钨矿78-377；离子型稀土矿20-50；铁铌稀土矿50（平均）；盆锰矿181；还有氟碳铈矿，钽铌矿和铀矿等含有钪量。钪是典型的稀散元素，在地壳中的平均丰度36ppm，比Ag，Au，Pb，Sb，Mo,Hg和Bi更丰富。而与B，Br，Sn，Ge，As和W的丰度相当。因此，在许多矿物中含有Sc元素。因为含钪的矿物很多，所以从矿物直接提取钪制品较复杂又困难。而是从处理含钪矿物的副产物如废渣\废水和烟尘回收和提取Sc2O3，再以高纯Sc2O3制备金属Sc。我国含钪废物的状况如下：处理钨矿的废渣含Sc203150-600ppm/1；处理钛铁矿生产钛白的水解母液中为10-25ppm/m3；高钛渣氧化时的烟生中为736ppm/t；处理铝土矿生产A12O3时的赤泥中为40-150ppm/1。此外，选钛尾矿中为77ppm/1；用NH4C1浸出离子型稀土矿获得料液，再用环烷酸萃取稀土后的母液中提取钪。从长远看，含后我国提取钪的原料主要应将钒钛磁铁矿的尾矿和铝土矿矿生产A12O3的赤泥作为原料较好。主要原因是其中含Sc2O3较大，生产技术可以实现。从总体上来看，我国钪资源丰富，但目前的开发利用还在起步态势，有待于加大投入，推进钪资源的开发利用。国外的钪资源的利用也不够快，目前只有俄罗斯搞得较好，并已用铝土矿处理中的赤泥为原料提取钪产品。俄罗斯、美国、挪威、马达加斯加、澳大利亚、加拿大和南非等国有钪的资源，但总体上未能有效开发。1.1提取方法在20世纪70年代末，我国已能生产高纯Sc203$99%产品。80年代利用Sc2O3作为原料研制并逐步列入生产。目前我国生产Sc有两方法：一是金属热还原蒸馏法。二是熔盐电解蒸馏法。但是，在工业生产中主要采用前者，因其具有工艺过程简便，作业较易，产品质量及回收率高，成本低，主要设备好解决及维修方便等优点。（1） 钙还原蒸馏法制取金属钪选用ScF3$99%为原料。以精炼或蒸馏钙为还原剂（Ca$99%）。将Ca和ScF3进行配料和混匀后，放入钽坩锅（或钼坩锅）的真空应炉进行还原（真空度10-5~10-6Pa，温度1550~1600°C）。还原结束除去渣（CaF2），即获得99%Sc，含杂质V1.0%,将粗Sc在1550-1600C下进行真空重熔后，再放入真空蒸馏炉内蒸馏净化（温度1750C以上），使Sc等结于冷凝器上，可获得高纯Sc$99.9%产品。还原蒸馏的化学反应式为：还原：2ScF3+3Ca=2Sc+3CaF2蒸馏：Sc（固）二Sc（气）主要设备为还原炉、蒸馏炉，铸锭机等。工艺指标为：粗Sc99%的回收率$95%。纯Sc$99.9%的回收率$95%，制取1.0kgSc耗Ca量约1.48kg。（2） 熔盐电解蒸馏法生产金属钪用$99%ScCl3为原料，与KCl（99%）LiCl（99%）进行配料后构成三元电解质体系，将其放入密封电解槽内进行熔化，再通过直流电进行电解。在石墨阳极析出C12气，在液态阴极生成Sc-Zn合金。取出合金再进行蒸馏除Zn，可制行98%Sc。将其真空重熔和蒸馏后可得纯Sc$99.9%产品。电解蒸馏的化学反应为：离解：ScCl3二Sc3++3C1-1阳极：2Cl-l-2e=Cl2t阴极：Sc3++3e=Sc!合金化：Sc+Zn=ScZn蒸馏：ScZn=Sc+Znt主要设备为密封电解槽、蒸馏炉、铸锭机等。工艺指标：ScZn蒸馏后得到Sc98%粗品，Sc回收率约90%以上，电流效率50-70%，粗Sc二蒸馏制得纯Sc$99.9%，回收率$95%。1.2产品情况选用的原辅材料的纯度有差异会使以相同的工艺技术制得Sc的质量不一样。随着市场对Sc的要求发展，促进了Sc的品种规格的增加。近年来，我国Ca还原ScF3生产Sc的状况为：Sc牌号共4种，99.9%Sc(3N),3.5N，4N,4.5N,其含Sc是100%减去稀土杂质和非稀土杂质的总和而得。有的Sc要求氧化杂质含量时，可进行测定，如99.99%SC对02,H2,N2,Cl2,C等。在1650-1700°C进行二次蒸馏后的99.99%Sc含O2120-393ppm，含H27.5-357ppm，含N218~38ppm，含Cl21-9ppm，含C30-386ppm。用Ca还原法制取的高纯Sc呈银白色，一般为蒸馏结晶块状，或定值铸态块状，表面应结净，无肉眼可见的夹杂物和氧化物脱落粉末。将Sc装入透明塑料瓶内，充氩(Ar)气密封的包装。Sc在贮存时，不允许淋雨，受潮和曝热，防止被氧化而变质。二、应用近20年来因Sc具有独特的性能，故在新型电光源、激光，合金及其它领域中获得了较好的应用，发展前景看好。2.1在新型电光源中的应用以Sc箔ScI3与Nal可制成新型电光源材料，作为钪-钠素灯之用，这目前最新型的第三代照明灯。该灯发出的光接近太阳光，具有光度高、光色好、节电能、寿命长、破雾能力强等优点。因此，最适合于电影摄像、广场、体育馆、网球场、马路和多雨多露的场地照明。如用于商场照明，可使购物者更易识别物品，色彩鲜明。实用表明，Sc-Na灯比白织灯节电80%,使用寿命高达0.5~2.5万小时，白织灯仅0.1万小时，汞灯为0.3万小时，深受世界各国用户的使用和好评，用量发展较快。我国使用Sc-Na灯较早，2000年已用灯为700万只，2006年为1600万只，增长128.6%，用Sc量约32kg，是我国用Sc的大户，今后将会迅速发展。1982年美国用灯量达1000万只以上，日本也达1000万只。预测到2018年全世界用灯量将达1.0亿只，用Sc约200kg，其发展潜力很大。2.2在激光中的应用在钇镓激光材料(GGG)中加入Sc是发展新型第三代激发材料的关键。它已被研制成功。在GGG加入Sc后，制成了Gd3Sc2Ga3O12的激光材料(GSGG)，以Sc代替部分的Gd。实用表明，用GSGG制成的新型激光器的发射功率比同体积的其它激光器提高了三倍，并可达到大功率化和小型化的要求。目前已在军工领域中获得较好的实用。并逐步向民用工业发展，其前景较好。2.3在合金中的应用纯Sc在合金材料中主要用于合金的添加剂和改性剂。在铝及铝合金中加入Sc后，可有效提高合金的综合性能。如合金的强度、硬度、耐热性、耐蚀性和焊接性等有明显提高。如Al中加入ScV0.4%，可生成Al3Sc新相而起着细化合金组织的作用，提高再结晶温度150~200°C，提高合金的强度，硬度和耐热性的综合性能。如在AlMgZr中加入Sc0.75%，使构成了AlScMgZr合金，其实用性能更优。如在Al-Li-Mg-Zr中加入Sc0.3-1.0%后的合金性能更佳。上述的Al-Sc合金在长期的高温下工作时还可防止脆化现象。因此，可作为优良的结构材料，并已用于宇航、航空、导弹，汽车和船舶的结构部件等，这是Al-Sc新合金的巨大潜力。此外，加Sc后Al-Mg(2-8.1)-Sc(0.4%)合金，经时效处理的抗拉强度提高20-35%，流动极限提高60-80%，延伸率增加20-25%。如在合金MgY（11%）Mn（0.6%）中加入Sell%后，经在300下时效处理，流动极限60~80Pa。如在GaSe中加入Se后可制成一种优良的金属陶瓷粘结剂和高级的涂层材料。如在在TnC中加入Se后，其硬度提高到接近金刚石的硬度。如在硼中加入Se后生成SeB2，可作为轻型耐温合金和电子枪用阴极部件。2.4在其它领域的应用Se在其它材料中的应用，逐步引起人们的重视和关注。如在中子过滤器材料中加入Se后，在核燃料UO2过滤时，可防止UO2发生相变，利于进行作业。如含Se的阴极枪用于彩电显像管内，使枪的电流密度提高4倍，阴极使用寿命增长3倍，使彩电画面清晰度倍增，观看效果更佳。如钇加Se的Al-Se可用于制造焊丝及体育器械，如棒球棒、垒球棒。如在铁石榴石中加入少量Se后可改进磁性，因Se代替了部分铁，使磁矩及磁导增强，居里温度下降，更利于在微波技术中的应用。如1420型Al-Se合金已用于作米格型，图204型客机及直升机的结构材料。如在电池材料中加入Se后可制成太阳能蓄电池。如在核能屏蔽材料中加入Se后，可制成用于高能辐射的核能屏蔽件。三、市场历年来，我国Se的销售分为国际市场和国内市场。从总的看来是以出口的国际市场为主。20世纪70-80年代，我国Se产量较少，主要出口日本，美国和欧洲。出口量约40kg，国内销量约20kg。90年代初，欧洲及日本急需Se且需量较大，因而我国有近10个厂生产Sc，产能猛增至700kg左右，产量达150kg，出口130kg，国内销量约20kg。2000年以来，因俄罗斯生产Se低价抛主国际市场，故冲击了我国的出口市场。目前，全世界Se的总销约450kg，中国总销量约占世界总销量的14%。估计今后在世界的总销售将增加很快，主因是源于电光源材料及Al-Se合金的迅速发展。据了解，国内外钪的销费结构为：西方的电光源占50%（中国为18%），激光占20%（中国为9%）。Al-Se合金10%（中国为58%），其它占20%（中国为4%），中国出口占本国的11%。从发展看，我国与西方的消费结构将会不断变化，且差别日益扩大。30多年来，Sc的市场变化较大，升降幅度不小。如1990年初99.99%Sc的市场7.5万美元/kg。后因俄罗斯低价抛售Sc,99.99%Sc市场狂跌为0.81万美元/kg,降低826%。2002年市价2.0万美元/kg，升高了147%（与90年代比）。2007年市价降为1.25万美元/kg。预计2008年以后，99.99%Sc的市场价将维持在1.3~1.5万美元/kg的水平上，主因是世界Sc的产量与消费量接近平衡的态势！3.1中国区域市场结构变化国内钪资源的供应主要分布在江西赣州和湖南地区，其它地区的钪矿资源也有分布，但是提取回收的较少。区域市场结构较为稳定，目前广西、包括华东地区的一些省市逐步加大了对钪金属提取的研究和生产。我国钪金属产品主要是小规模生产，产量小，销量也小，竞争力薄弱，价格不一。行业要尽快提高集中度，提高加工工艺，增加产量降低成本，以增强整体的行业水平和竞争力。3.2东北地区市场分析2006-2010年东北地区市场变化情况东北地区近年来对于钪金属产品的生产几乎是空白，钪矿的资源在东北分布也较少，在大兴安岭地区有一些。大连有少部分钪相关产品的经销商，供给东北广大地区对钪产品的少部分需求。总体来说东北地区钪的供需近年来都很少。东北地区市场影响因素2011年吉林省冶金科学院对红土矿提钪试验取得了阶段性成果，在对澳大利亚迈泰利克公司含钪红土矿进行的提钪项目中，采用了湿法冶金新工艺，制取的三氧化二钪样品经检验纯度达到99%以上，填补了这一项技术的国内空白，成为吉林昊融公司和东北地区的重大突破。东北地区市场发展趋势目前吉林的吉恩镍业集团，是国内的上市公司，通过购买股票成为澳大利亚某矿业公司的第一大股东，公司的主要业务包括勘探和开发镍矿、煤矿、铝土矿、石灰石、钪矿、金及其它基础金属等。近期公司不断进行钪提取的实验研究，对于东北地区钪金属行业的发展起到了一定的推动作用，有可能在东北地区或者国内开展此类业务，填补东北地区钪产业的空白。3.3华北地区市场分析2006-2010年华北地区市场变化情况我国的钪资源中，铝土矿和磷块岩矿床占优势，约占所有类型总储量的51%,而这些矿床主要分布在华北地区的山东、河南、山西等地。还有内蒙古白云鄂博的稀土铁矿床也是钪资源较多的地区。可以说华北地区有较为丰富的钪矿资源，但是华北地区钪金属产品的生产和销售非常少。北京有较少氧化钪的经销商，主要是北京泛德科技有限公司，是国内较大的三氧化二钪的进口经销商。山东东佳集团是我国最大的硫酸法钛白粉生产基地，在2010年，公司开始着手从钛白粉生产过程副产的稀酸中提取钪、钛、钒氧化物。华北地区市场影响因素包钢稀土是国内最著名的稀土产业上市企业之一，生产多种稀有贵金属及相关产品。公司所在地区，内蒙古包头也是国内稀土最富集的地区，是国内稀土产业的集中地。稀土中还有钪金属。公司控股股东所属的白云鄂博铁矿拥有世界稀土资源的62%，占国内已探明储量的87.1%。包钢白云鄂博矿是世界瞩目的铁、稀土等多元素共生矿。包头稀土研究院是中国唯一一个国家级稀土专业研究机构，也是国内钪资源选冶工艺研究的主要研究院所之一。这些得天独厚的资源给华北内蒙古地区发展钪产业提供了很多优势，包括雄厚的资金、资源以及技术优势等。华北地区市场发展趋势华北地区是国内钪金属行业最有发展潜力的地区，这里有较为成熟的提取生产技术，有丰富的钪矿资源，还有一些国内重点钛白粉生产企业，这些都是钪提取回收的有利因素。相信随着华北地区钪提取回收技术的进一步发展，对于丰富铝土矿资源的进一步开采利用以及钛白粉行业企业对副产品废酸的回收利用率不断加大，这一地区钪金属及相关产业的发展会越来越活跃。3.4中南地区市场分析2006-2010年中南地区市场变化情况中南地区的钪矿资源也非常丰富。云南、贵州、四川等地区有一些铝土矿和磷岩矿，攀枝花地区有丰富的钒钛磁铁矿。湖南是国内较早的钪产品生产地区。目前有一些小规模的生产企业，经销商的数量在国内也是较多的。湖南稀土金属研究院在十多年前是国内钪的主要生产销售部门。目前也是国内钪金属的主要科研院所，对钪的提取回收技术研究都处于国内前沿。这一地区是除华东以外，国内发展钪产业最多最早的地区。近年来随着国内国际钪行业的发展，地区发展也较为平稳。中南地区市场影响因素中南地区有国内主要的钪产品生产基地湖南。对于钪相关产业的发展在国内来说比较成熟，有湖南稀土金属研究院这样的国内钪科研领先的研究机构，有攀钢钒钛这样的行业实力巨头，为未来发展钪产业提供了良好动力。中南地区也有国内钛白粉行业的龙头企业，发展钪的提取回收利用也是一个优势资源，随着企业降低成本的压力越来越大，相关企业将会越来越重视这些资源回收利用的项目。中南地区市场发展趋势中南地区发展钪产业也比较有潜力，依靠当地丰富的铝土矿和钒钛磁铁矿，以攀钢钒钛这样的龙头企业为带动，可以大力发展钪矿相关产业。3.5华东地区市场分析2006-2010年华东地区市场变化情况华东地区是国内钪的主要生产销售地区。江西赣州是近几年来国内最大，最集中的钪金属的供给地。赣州素有“重稀土之乡”之称，国内的主要生产企业都集中在这一地区，很多经销商也从这里进货。目前上海、广州等地钪产品的经销商比较多，主要是一些化工企业，销售氧化钪、氯化钪和氟化钪等，还有部分是进口产品。这一地区是国内钪产业发展最充分、最活跃，繁荣的地区，钪产品的供给和需求都主要在这些地区。包括江西、江苏、上海、广东等地。华东地区市场影响因素这一地区的钪产业的发展直接对应着整个国内的情况。钪产品的供给和需求如果有较大的波动，都会使国内甚至国际市场产生大的起伏。所以这一地区市场的发展尤为重要。市场发展的影响因素较多，包括国际市场供需情况，国内钪下游产业的发展情况，供给量、价格的变化等等。目前国内钪产品用量很少，以前主要靠出口的模式也受到国际市场的冲击，出口量很小，所以要加大钪产业的发展，就要努力扩展下游需求领域，加大对相关方面的科研生产水平，提高技术降低成本，使其能够大规模生产，以采购大量的钪产品。华东地区市场发展趋势华东地区目前钪产业较为成熟，生产企业，生产技术和销售渠道等经过三十多年的发展相对其他地区处于比较成熟的阶段。这一地区的发展趋势良好，但是发展速度和潜力和华北、中南等地相比不具优势。这里有良好的资源、技术、规模等基础，未来国内钪产业的发展也主要在这一地区，这里将是推动国内钪产业又快又好发展的主要动力。3.6西北地区市场分析2006-2010年西北地区市场变化情况这一地区总体来说钪产业的发展较少，生产企业很少，但是具有一定的发展潜力。广西的贫锰矿中有相当数量的钪，另外，广西钛铁砂矿普遍伴生钪矿。广西探明钪矿资源储量的矿区2处，除官井钛铁砂矿伴生钪矿外，贺州市水岩坝烂头山钨矿也伴生钪矿。80年代后期，广西地矿测试研究中心研究成功从钛铁矿生产钛白粉水解母液中回收三氧化二钪的技术。合浦县官井钛铁砂矿尚未开发利用。广西其他钛铁砂矿中也伴生钪矿，但未计算储量。少数钛白粉生产企业回收钪。西北地区市场影响因素2010年广西有色集团所属广西冶金研究院，通过改革工艺流程和萃取条件，使氧化钪提取工艺实现重大突破，钪的提取成本大幅度降低，为大规模生产创造了条件。广西区内现有硫酸法钛白粉生产厂15家，年产需进行环保处理的废酸125万吨左右。这个技术的突破和广西众多钛白粉生产厂家，给广西地区的钪金属提取回收产生了有利的推动。西北地区市场发展趋势西北地区钪产品的市场较为空白，未来发展空间很大，西部大开发为西北地区的相关产业提供了机遇。但是由于西北地区的钪产品需求也相应很小，所以西北地区钪产业上下游都亟待发展。总体来说，西北地区发展趋势良好，对钪相关产品的产销更加重视，对钪金属的回收提取更加高效。3.7国内产品价格走势及影响因素分析国内产品2006-2010年价格回顾30年来国内钪的市场变化很快，价格起伏很大，市场需求量大时，价格猛增,相反则狂跌。90年初，价格最高时约为45万/公斤，后来受到俄罗斯大量低价产品的冲击，最低时达到5万/公斤，在2002年钪的价格又上升到13万/公斤左右，之后价格起伏较小，在2007年钪的价格不到9万/公斤。目前钪的价格处于较低水平，在每公斤在40000-60000元之间，有一些纯度较低，质量一般的产品价格在30000元左右。纯度很