Scandium - Sc
Scandium (Sc) is een zilverkleurig metaal uit groep 3 van het periodiek systeem. Het komt verspreid voor in mineralen, maar is zelden geconcentreerd in gemakkelijk winbare afzettingen. Voor waterbehandeling is het vooral van belang bij gespecialiseerde industriële scheidingsprocessen en terugwinning van grondstoffen.
Eigenschappen · Toepassingen · Gezondheid en veiligheid · Milieu en water
| Atoomnummer | 21 |
|---|---|
| Standaardatoomgewicht | 44.955907(4) |
| Elektronegativiteit (schaal van Pauling) | 1.36 |
| Dichtheid bij 20 °C | Ongeveer 2,99 g cm−3 |
| Smeltpunt | 1541 °C |
| Kookpunt | 2836 °C |
| Niet-gebonden atoomstraal | 0,215 nm |
| Gebruikelijke oxidatietoestand | +3 |
| Stabiele isotoop | 45Sc |
| Elektronenconfiguratie | [Ar] 3d1 4s2 |
| Eerste ionisatie-energie | 633,088 kJ mol−1 |
| Tweede ionisatie-energie | 1234,99 kJ mol−1 |
| Derde ionisatie-energie | 2388,655 kJ mol−1 |
| Ontdekking | Lars Fredrik Nilson, 1879 |
Bronnen voor de eigenschappen: Royal Society of Chemistry en CIAAW. Het standaardatoomgewicht is dimensieloos; de bijbehorende molaire massa is ongeveer 44,955907 g mol−1. De haakjes geven de onzekerheid in de laatste cijfers aan.
Eigenschappen en voorkomen van scandium
Scandium werd in 1879 ontdekt door Lars Fredrik Nilson. De naam is afgeleid van Scandia, de Latijnse naam voor Scandinavië. De identificatie ervan ondersteunde de eerdere voorspelling van Mendelejev van een element dat hij eka-boor noemde.
Natuurlijk scandium is monoisotopisch en bestaat uit stabiel 45Sc. Er bestaan ook radioactieve scandiumisotopen; één stabiele isotoop betekent dus niet dat er slechts één isotoop bekend is. De gebruikelijke oxidatietoestand in verbindingen is +3.
Scandium komt in sporenhoeveelheden voor in veel mineralen, waaronder sommige nikkel- en titaniumhoudende grondstoffen, en kan aanwezig zijn in procesresiduen. Volgens de USGS wordt het voornamelijk als bijproduct uit andere processtromen gewonnen. De beschikbaarheid hangt daarom af van het uitgangsmateriaal en een economisch haalbare scheiding, en niet alleen van de hoeveelheid scandium in de aardkorst.
Toepassingen van scandium
Belangrijke toepassingen zijn aluminium-scandiumlegeringen en scandiumhoudende materialen voor brandstofcellen met een vaste oxide-elektrolyt. Legeringen kunnen baat hebben bij veranderingen in de korrelstructuur en mechanische eigenschappen; de prestaties hangen af van de samenstelling en de verwerking.
Scandiumjodide wordt gebruikt in bepaalde metaalhalogenidelampen. Radio-isotopen zoals 46Sc hebben gespecialiseerde toepassingen als tracer. Bij deze toepassingen gaat het om verschillende chemische vormen en, bij radio-isotopen, om afzonderlijke eisen voor stralingsbescherming.
Gezondheidseffecten en veilig omgaan met scandium
Scandium heeft voor zover bekend geen essentiële biologische functie. Voor veel scandiumhoudende materialen zijn slechts beperkte toxicologische gegevens beschikbaar. Bij de risicobeoordeling moet rekening worden gehouden met de specifieke verbinding, de fysische vorm, de blootstellingsroute en de concentratie. Een gebrek aan gegevens mag niet als bewijs worden beschouwd dat een materiaal onschadelijk is.
Metaal, poeder, zouten en radio-isotopen vereisen elk een afzonderlijke beoordeling. Scandiumpoeder kan brandbaar zijn en bij werkzaamheden waarbij stof of dampen ontstaan, zijn passende maatregelen nodig om de blootstelling te beheersen. Raadpleeg het actuele veiligheidsinformatieblad voor het specifieke product en de vorm waarmee wordt gewerkt.
Zorg voor de werkzaamheden voor passende insluiting, ventilatie, hygiëne en beschermingsmiddelen. Blootstellingsincidenten moeten aan de hand van de productinformatie worden beoordeeld door een arts of deskundige op het gebied van arbeidsgeneeskunde. Industriële scandiumproducten mogen niet als voedingssupplement worden gebruikt.
Scandium in het milieu en water
Scandiumhoudende mineralen en industriële residuen kunnen bronnen van scandium zijn in waterige processtromen. Opgelost, colloïdaal en aan deeltjes gebonden scandium kunnen zich verschillend gedragen. Zuurgraad, complexvormende stoffen en andere metalen beïnvloeden de scheiding; één enkele waarde voor de totale metaalconcentratie volstaat niet om een behandelingsproces te kiezen.
Bij de milieubeoordeling moet de volledige stroom worden betrokken, inclusief zuurgraad, zoutgehalte, zwevende stoffen en andere verontreinigende stoffen. Terugwinning van scandium maakt het resterende water niet automatisch geschikt voor lozing of hergebruik. Trek resultaten voor één verbinding of laboratoriumoplossing niet zonder meer door naar elk ontvangend milieu.
Lees meer over scandium in water, inclusief de chemie ervan in water en aandachtspunten voor behandeling of terugwinning.
Industriële behandeling en terugwinning van grondstoffen
De scheiding van scandium is onderzocht in zure oplossingen uit de nikkelverwerking, raffinaat van koperuitloging en andere stromen uit de verwerking van mineralen. Deze toepassingen combineren waterbehandeling met de terugwinning van een waardevol metaal. Relevante methoden zijn onder meer:
- Selectieve ionenwisseling of adsorptie: gespecialiseerde materialen halen scandium uit de oplossing. Gepubliceerd onderzoek met chelerende harsen laat zien dat ijzer(III) zich vergelijkbaar met scandium kan gedragen. Daarom moeten selectiviteit, capaciteit en elutie worden vastgesteld voor de werkelijke voedingsstroom.
- Gecontroleerde precipitatie: door chemische omstandigheden, waaronder de pH, te veranderen, kan scandium in een vaste fase worden geconcentreerd. Andere metalen kunnen tegelijkertijd neerslaan en de teruggewonnen vaste stoffen kunnen verdere zuivering vereisen.
- Oplosmiddelextractie: sommige hydrometallurgische processchema's gebruiken een organische fase met een extractiemiddel om metalen te scheiden. Verdere terugwinningsstappen en het beheer van oplosmiddelen en waterige reststromen maken deel uit van het proces.
Onderzoeksresultaten gelden voor de geteste toevoerstroom en bedrijfsomstandigheden; ze bieden geen universele garanties voor verwijdering. Er mag niet van worden uitgegaan dat een conventionele waterontharder scandium selectief terugwint.
Een scandiumhoudende waterstroom beoordelen
Bepaal eerst het behandeldoel: vermindering van verontreinigingen, naleving van lozingseisen, hergebruik van water of terugwinning van metalen. Gebruik een analysemethode met voldoende gevoeligheid en maak onderscheid tussen opgelost en aan deeltjes gebonden materiaal wanneer dat van belang is voor het ontwerp. Beoordeel naast scandium ook de pH, concurrerende metalen en relevante complexvormende stoffen.
Laboratorium- of pilotproeven kunnen uitwijzen of een proces de vereiste scheiding bereikt en welke reststromen daarbij ontstaan. Verbruikte media, eluaten, neerslagen en andere concentraten moeten op passende wijze worden beheerd. Beslissingen over drinkwater moeten gebaseerd zijn op toepasselijke lokale eisen en een deskundige beoordeling van gezondheidsrisico's.
Raadpleeg de woordenlijst waterbehandeling voor uitleg over ionenwisseling, adsorptie, precipitatie, concentraat en andere procestermen.
Scandiumpagina voor het laatst beoordeeld op door Lenntech.
Terug naar het periodiek systeem der elementen.
Bronnen en verder lezen
- RSC: eigenschappen, toepassingen en geschiedenis van scandium.
- CIAAW: atoomgewicht en isotopensamenstelling van scandium.
- USGS: Mineral Commodity Summaries 2026 — scandium (PDF).
- MilliporeSigma: veiligheidsinformatieblad voor scandiumpoeder.
- Thermo Fisher Scientific: veiligheidsinformatieblad voor scandium(III)carbonaat.
- Oorspronkelijk onderzoek: terugwinning van scandium uit zwavelzuuroplossingen met behulp van ionenwisseling.
- Oorspronkelijk onderzoek: terugwinning van scandium uit raffinaat van koperuitloging.
- Oorspronkelijk onderzoek: scheiding van scandium uit processtromen van nikkellaterietverwerking.