Κράμα σκανδίου

A:

• Το σκάνδιο (Χημικό σύμβολο Sc και ατομικός αριθμός 21) είναι ένα ασημί-λευκό φως μεταβατικό μέταλλο. Κατατάσσεται ως στοιχείο σπανίων γαιών.
• Οι κύριες ιδιότητές του είναι το μικρό βάρος, το υψηλό σημείο τήξης και η μικρή ιοντική ακτίνα. Το σκάνδιο είναι μόνο το 50ο πιο κοινό στοιχείο στη Γη, αλλά είναι το 23ο πιο κοινό στοιχείο στον Ήλιο.
• Λόγω του μικρού μεγέθους των ιόντων του, δεν συνδυάζεται επιλεκτικά με κοινά ανιόντα που σχηματίζουν μεταλλεύματα και σπάνια σχηματίζει συγκεντρώσεις μεγαλύτερες από 100 ppm στη φύση.
• Το σκάνδιο χρησιμοποιείται κυρίως, σε βαθμούς από {{0}},1 έως 0,5%, σε κράματα αλουμινίου για αεροδιαστημικές και αθλητικές εφαρμογές, συμπεριλαμβανομένων σκελετών ποδηλάτων, ρακέτες τένις και ρόπαλα του μπέιζμπολ.
• Ο κύριος λόγος για να προσθέσετε σκάνδιο είναι ότι προσθέτει αντοχές όπως κανένα άλλο στοιχείο στα ελαφριά κράματα αλουμινίου. Πιο συγκεκριμένα, λόγω της τελειοποίησης των λεπτών κόκκων, τα κράματα σκανδίου μειώνουν τη θερμή ρωγμή στις συγκολλήσεις, αυξάνουν την αντοχή στις συγκολλήσεις και προσφέρουν καλύτερη συμπεριφορά κόπωσης.
• Χρησιμοποιείται επίσης σε λαμπτήρες αλογόνου σε μορφή ιωδιούχου σκανδίου για να αποκτήσει φως κοντά σε αυτό του φυσικού ηλιακού φωτός.
• Το Scandium έχει δύο πολύ σημαντικές πιθανές τελικές χρήσεις, ιδίως στην Ευρώπη: Κυψέλες καυσίμου στερεού οξειδίου για αποθήκευση ενέργειας και κράματα Sc-Al στους τομείς της αεροδιαστημικής και της αυτοκινητοβιομηχανίας.

A:

• Οι παγκόσμιοι παραγωγοί σκανδίου είναι η Κίνα 66%, η Ρωσία 23%, η Ουκρανία 7% και το Καζακστάν 1%.
• Η παγκόσμια προσφορά σκανδίου προέρχεται από πρωτογενείς πηγές όπως η πρώτη ύλη μεταλλεύματος και δευτερογενείς πηγές από την παραγωγή εξόρυξης όπως συμπυκνώματα, μεταλλουργικές σκωρίες και υπολείμματα.
• Το σκάνδιο παράγεται συνήθως ως συμπροϊόν ή υποπροϊόν κατά την επεξεργασία διαφόρων μεταλλευμάτων (π.χ. σιδηρομετάλλευμα, REE, τιτάνιο, ζιρκόνιο, ουράνιο, θόριο, αλουμίνιο, βολφράμιο, κασσίτερος, ταντάλιο, απατίτης, νικέλιο και κοβάλτιο) και/ ή ανακτώνται από προηγουμένως επεξεργασμένα απορρίμματα και υπολείμματα (USGS 2021 & 2022).

A:

• Το σκάνδιο δεν διαπραγματεύεται σε κανένα χρηματιστήριο μετάλλων, καθώς τα προϊόντα σκανδίου πωλούνται μεταξύ ιδιωτών σε τιμές που δεν αποκαλύπτονται.
• Data on scandium (Sc) production is very patchy and incomplete. According to the USGS (2022) the annual Sc production is estimated to 10-20 t; DERA (2021) assumes the figure to be around 14-16 t. Sc demand and supply are highly concentrated. With about 75% (>10 t) της παγκόσμιας ετήσιας παραγωγής Η Κίνα είναι ο μεγαλύτερος παραγωγός Sc. Άλλοι παραγωγοί Ρωσία (1-2 τόνος/έτος) και Φιλιππίνες (περίπου 1 τόνος/έτος) (DERA, 2021).

Α: Το σκάνδιο, όπως και άλλα μέταλλα που έχουν κράμα με αλουμίνιο, προσδίδει αντοχή και επιθυμητές ιδιότητες στο αλουμίνιο και το κάνει σε κάποιο βαθμό σε καθεμία από τις οκτώ οικογένειες κραμάτων (Σειρά). Οι προσθήκες σκανδίου δημιουργούν αντοχή προάγοντας μια μικρότερη, ομοιόμορφης δομής κόκκων στα κράματα κατά τη στερεοποίηση. Το σκάνδιο παρουσιάζει καλύτερη απόκριση αντοχής σε ορισμένες οικογένειες κραμάτων από άλλες, αλλά σχεδόν πάντα με πολύ μικρές προσθήκες – μεταξύ 0.1% και 0.45% Sc.

Α: Το Scandium προσφέρει μεταμορφωτική δύναμη χωρίς την ανάγκη για προβληματικές και δαπανηρές θερμικές επεξεργασίες. Συγκεκριμένα, οι προσθήκες σκανδίου μπορούν να αυξήσουν την ισχύ διαρροής σε μια σειρά 5000 σε μεταξύ 300Mpa και 450Mpa, ανάλογα με την ποσότητα της προσθήκης, διατηρώντας παράλληλα τα στοιχεία επιμήκυνσης (ολκιμότητας) 12-15.

Α: Επιπτώσεις του σκανδίου στην υγεία:

Το σκάνδιο δεν έχει βιολογικό ρόλο. Μόνο ίχνη φτάνουν στην τροφική αλυσίδα, επομένως η μέση ημερήσια πρόσληψη του ατόμου είναι μικρότερη από 0,1 μικρογραμμάρια.

Το σκάδιο δεν είναι τοξικό, αν και υπήρξαν προτάσεις ότι ορισμένες από τις ενώσεις του μπορεί να είναι καρκινογόνες.

Το σκάνδιο είναι ως επί το πλείστον επικίνδυνο στο εργασιακό περιβάλλον, λόγω του γεγονότος ότι η υγρασία και τα αέρια μπορούν να εισπνευστούν με τον αέρα. Αυτό μπορεί να προκαλέσει πνευμονικές εμβολές, ειδικά κατά τη μακροχρόνια έκθεση. Το σκάνδιο μπορεί να είναι απειλή για το συκώτι όταν συσσωρεύεται στο ανθρώπινο σώμα.

Α: Επιδράσεις του σκανδίου στο περιβάλλον:

Το σκάνδιο απορρίπτεται στο περιβάλλον σε πολλά διαφορετικά μέρη, κυρίως από βιομηχανίες παραγωγής βενζίνης. Μπορεί επίσης να εισέλθει στο περιβάλλον όταν πετιέται οικιακός εξοπλισμός. Το σκάνδιο θα συσσωρευτεί σταδιακά στα εδάφη και στα υδάτινα εδάφη και αυτό θα οδηγήσει τελικά σε αυξανόμενες συγκεντρώσεις σε ανθρώπους, ζώα και σωματίδια του εδάφους.

Με τα ζώα του νερού το σκάνδιο προκαλεί βλάβη στις κυτταρικές μεμβράνες, η οποία έχει αρκετές αρνητικές επιδράσεις στην αναπαραγωγή και στις λειτουργίες του νευρικού συστήματος.

Α: Τα κράματα αλουμινίου σκανδίου είναι ένας νικηφόρος συνδυασμός σκανδίου και μετάλλου αλουμινίου. Η προσθήκη σκανδίου στο αλουμίνιο περιορίζει την υπερβολική ανάπτυξη κόκκων που εμφανίζεται στη ζώνη που επηρεάζεται από τη θερμότητα των συγκολλημένων εξαρτημάτων αλουμινίου.

Α: Το αλουμίνιο μαγνήσιο σκάνδιο διαθέτει καλή συγκολλησιμότητα, εξαιρετική ανοχή σε ζημιές, καλή αντοχή στη διάβρωση, δυνατότητα ερπυσμού. Το κράμα AlMgSc AA5024 H116 Aleris επιτρέπει την απλοποίηση της διαδικασίας κατασκευής εξαρτημάτων ατράκτου αεροσκάφους. Με το AA5024 H116 AlMgSc, τα εξαρτήματα της ατράκτου του αεροσκάφους ενισχυμένα με κορδόνια μπορούν να είναι είτε με συγκολλήσεις με δέσμη λέιζερ (LBW) είτε με συγκόλληση με ανάδευση τριβής (FSW) όταν τα μεμονωμένα μέρη είναι ακόμη επίπεδα, χωρίς προηγούμενη επεξεργασία. Η μονή ή διπλή καμπυλότητα του τμήματος της ατράκτου που απαιτείται για το σώμα του αεροσκάφους επιτυγχάνεται με σχηματισμό ερπυσμού σε υψηλή θερμοκρασία.

Συνιστάται για χρήση ως φύλλο δέρματος ατράκτου με μέτρια αντοχή αλλά εξαιρετική αντοχή στη φθορά και ιδιότητες διάβρωσης και μπορεί ενδεχομένως να αντικαταστήσει τα παραδοσιακά χρησιμοποιούμενα κράματα 2xxx ακόμη και ως διάλυμα σταγόνας.

Α: Ορισμένα μειονεκτήματα των κραμάτων αλουμινίου-λιθίου περιλαμβάνουν:

• Μειωμένη ολκιμότητα
• Μειωμένη αντοχή στη θραύση
• Ανισοτροπία ιδιοτήτων εντός επιπέδου
• Ανάγκη για ψυχρή εργασία για να επιτευχθούν οι μέγιστες ιδιότητες
• Επιταχυνόμενοι ρυθμοί επέκτασης ρωγμών κόπωσης

Α: Τα κράματα Al–Li είναι ελαφρύτερα και έχουν υψηλή αντοχή εφελκυσμού και διαρροής σε σύγκριση με τα συμβατικά κράματα αλουμινίου υψηλής αντοχής. Είναι ανθεκτικά στη διάδοση των ρωγμών κόπωσης. Ωστόσο, η αντοχή τους στη διάβρωση χρειάζεται ακόμη βελτίωση.