AlsDmitri Mendelejew 1869 seinen Entwurf desPeriodensystems entwickelte, stellte er fest, dass es einige Lücken durch bislang unbekannte Elemente aufwies. Eine befand sich unterhalb desBors und neben dem Calcium. Dieses unbekannte Element nannte er systematischEka-Bor 1871 prognostizierte er einige Eigenschaften dieses Elementes, wie etwa eineAtommasse von etwa 45, einspezifisches Gewicht von 3,5 und dreiwertige Salze.[9][10]
1878 entdeckteJean Charles Galissard de Marignac inGadolinit dasYtterbium. Ihm standen jedoch nur kleine Mengen zur Verfügung, so dass er das Element nicht genauer untersuchen konnte. Daraufhin begannLars Fredrik Nilson größere Mengen des ebenfalls Seltenerdmetall-reichenEuxenits zu untersuchen und Marignacs Experimente zu wiederholen. Er konnte die Existenz des Ytterbiums bestätigen, fand jedoch bei der Fraktionierung zudem ein Oxid eines bislang unbekannten Elementes mit deutlich geringerem Atomgewicht.Tobias Robert Thalén konntespektroskopisch die Existenz eines neuen Elementes bestätigen. 1879 veröffentlichte Nilson seine Ergebnisse und nannte es nachSkandinavienScandium.[11] Nilsons Scandiumproben enthielten noch Ytterbium und Erbium.Per Teodor Cleve untersuchte Scandium genauer und trennte Verunreinigungen ab. Schließlich konnte er ein Atomgewicht von 45,12 bestimmen, was ziemlich genau der Vorhersage Mendelejews entsprach und diese somit bestätigte.[12][9]
Scandium gehört zu den seltenen Elementen. Elementar kommt es nicht vor, nur in einigen seltenenMineralen findet man es in angereicherter Form.[15] Scandium als Hauptbestandteil enthalten nur fünf Minerale:[16]
Ein Mineralgemisch, zunächst als eigenständiges Mineral beurteilt, wurde nachFredrik Johan Wiik alsWiikit benannt, das etwa 1 bis 1,5 % Skandiumoxid enthalten soll. Weitere darin enthaltene Elemente sind Titan, sowie Eisen, Seltene Erden, Silizium, Thorium, Uran und Zirkonium.[18]
AlsBeimengung in geringer Konzentration findet sich Scandium in einigen hundert Mineralen,[19] wobei einige Quellen mehr als 800 Mineralien angeben.[20] Es ist daher auch in Erzkonzentraten derÜbergangsmetalle als „Verunreinigung“ enthalten. Hierzu zählen russische und chinesischeWolframit- undTantalitkonzentrate. Auch bei der Aufbereitunguranhaltiger Erze fallen Scandiumverbindungen an.[21][22]
Als Ausgangsstoff dient hauptsächlich Thortveitit, das in mehreren Verfahrensschritten zumScandiumoxid aufbereitet wird. Metallisches Scandium wird anschließend durch Umsetzung zumFluorid undReduktion mitCalcium erzeugt.
LautUSGS wird die Jahresproduktion und der Jahresverbrauch auf 15–25 Tonnen Scandiumoxid geschätzt. Haupthersteller waren China, die Philippinen und Russland.[25] Scandium wird sowohl von der EU als auch den USA als kritischer Rohstoff eingestuft.[26][27]Deshalb laufen derzeit auch global zahlreiche Projekte, neue Förderstätten für Scandium zu erschließen oder bestehende Scandiumproduktionen auszubauen. In den USA wird für das Elk-Creek-Projekt in Nebraska ein Finanzier gesucht. Dort soll in einer polymetallischen Mine nebenTitandioxid undFerroniob auch Scandiumoxid erzeugt werden, die Reserven für Scandium werden auf 2.400 t geschätzt. In Arizona hat das La-Paz-Scandium- und Seltenerdprojekt die Bewilligung für eine Kernbohrkampagne erhalten, und in Texas und Alaska gibt es jeweils ein Abbauprojekt, das auch eine Scandiumgewinnung in den Plänen beinhaltet. Außerdem laufen Forschungsprojekte, um Scandium aus Kohle und Kohleprodukten zu gewinnen. Im kanadischenSorel-Tracy erklärte ein Erzeuger die Fertigstellung einer Anlage für Hochleistungs-Aluminium-Scandium-Legierungen mit einer Kapazität von 3 t hochreinem (99,99 %) Scandiumoxid. In Australien gibt es mehrere polymetallische Abbauprojekte, die auch die Gewinnung von Scandium enthalten und sich in verschiedenen Stadien der Umsetzung befinden. Auf den Philippinen stellt ein Werk 13 t pro Jahr Scandiumoxalat her, das als Nebenprodukt einer Hochdruck-Säurelaugung vonNickel gewonnen wird und umgerechnet 7,5 t Scandiumoxid entspricht. In Russland soll in derUral-Region eine Scandiumgewinnung mit der Kapazität von 3 t Scandiumoxid bei 99 % Reinheit als Nebenprodukt einer Aluminiumschmelze errichtet werden. In derKurgan-Region waren zwei mobile und zwei stationäre Absorptionskolonnen zur Gewinnung von 99,9 % reinem Scandiumoxid in Betrieb mit einer Technologie, die es erlaubt, eine Aluminium-Scandium-Legierung als Nebenprodukt einerUranproduktion zu gewinnen. Laut den letzten verfügbaren Daten (2019) wurden 230 kg Metall hergestellt und zu Kunden versandt.
In Europa demonstrierte eine Pilotanlage im griechischenAgios Nikolaos erfolgreich die Möglichkeit der Gewinnung von Scandium aus industriellen Abfällen der Bauxit-Behandlung imBayer-Verfahren mittels einer patentierten selektiven Ionenaustauschtechnologie, als Teil desHorizont 2020 Forschungsprogramms der EU. In Finnland erklärt das Kiviniemi-Scandium-Projekt inRautalampi, über 13,4 Millionen Tonnen Ressourcen mit 163 ppm Scandium zu verfügen.[28] In China gibt es bei einem Hersteller in Staatsbesitz inShanghai Pläne, die existierende Produktion mit einer Kapazität von 50 t pro Jahr Scandiumoxid-Rohstoff langfristig auf 100 t pro Jahr zu steigern. Ein weiterer Hersteller inHenan mit einer Anlage von 10 t pro Jahr Scandiumoxid hat Pläne, diese auf 20 t pro Jahr zu steigern.[25]
Aufgrund seiner Dichte zählt Scandium zu den Leichtmetallen. An Luft wird es matt, es bildet sich eine schützende gelbliche Oxidschicht.Scandium reagiert mit verdünntenSäuren unter Bildung von Wasserstoff und dreiwertigenKationen. InWasserdampf erfolgt ab 600 °C die Umsetzung zu Scandiumoxid Sc2O3. In wässrigen Lösungen verhalten sich Sc-Kationen ähnlich wie Aluminium, was bei analytischen Trennungen oftmals Schwierigkeiten bereitet.
Seine Hauptanwendung findet Scandium alsScandiumiodid in Hochleistungs-Hochdruck-Quecksilberdampflampen, beispielsweise zur Stadionbeleuchtung. Zusammen mitHolmium undDysprosium entsteht ein dem Tageslicht ähnliches Licht. Scandium wird auch zur Herstellung von Laserkristallen verwendet. Magnetischen Datenspeichern wird Scandiumoxid zur Erhöhung der Ummagnetisierungsgeschwindigkeit zugesetzt. Scandium als Scandiumchlorid wird in Mikromengen als ein wichtiger Bestandteil im Katalysator bei derChlorwasserstoffherstellung eingesetzt, Forscher des Max-Planck-Instituts für Kohlenforschung nutzten es zudem zur Herstellung eines Katalysators zur Be- und Entladung vonMetallhydridspeichern fürWasserstoff, der neben dem Scandiumchlorid ScCl3 unter anderem nochNatriumhydrid undAluminium enthielt. Später wurden jedochtitanenthaltende Katalysatoren verwendet.[29]
AlsLegierungszusatz zeigt Scandium gefügestabilisierende undkorngrößenfeinende Effekte. EineAluminium-Lithium-Legierung mit geringem Scandiumzusatz wird zur Herstellung einiger Bauteile in russischen Kampfflugzeugen verwendet. Auch in der modernen Fahrradindustrie (sieheRennrad) werden Scandiumlegierungen eingesetzt. Diese Legierungen enthalten ebenfalls nur wenig Scandium. Ende der 1990er Jahre brachte der RevolverherstellerSmith & Wesson das Revolver-Modell 360PD heraus. Der aus einer Scandium-Aluminium-Legierung bestehende Rahmen ermöglicht eine deutliche Gewichtsreduktion.
Scandiumpulver ist brennbar und daher als feuergefährlich einzustufen. Es kann durch kurzzeitige Einwirkung einer Zündquelle leicht entzündet werden und brennt nach deren Entfernung weiter. Die Entzündungsgefahr ist umso größer, je feiner der Stoff verteilt ist.[8]
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↑abMary Virginia Orna, Marco Fontani:Mini-Biography of Scandium (Eka-Boron). In: Carmen J. Giunta, Vera V. Mainz, Gregory S. Girolami (Hrsg.):150 Years of the Periodic Table. Springer, 2021,ISBN 978-3-030-67910-1, S. 237–242.
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