Виктор Бабушкин – Алтай – кладовая Сибири (страница 2)
Скандий используется для получения сверхтвёрдых материалов. Так, например, легирование карбида титана карбидом скандия весьма резко поднимает микротвёрдость (в 2 раза), что делает этот новый материал четвёртым по твёрдости после алмаза (около 98,7 – 120 ГПа), нитрида бора (боразона), (около 77—87 ГПа), сплава бор-углерод-кремний (около 68—77 ГПа), и существенно больше, чем у карбида бора (43,2 – 52 ГПа), карбида кремния (37 ГПа), микротвёрдость сплава карбида скандия и карбида титана, около 53,4 ГПа (у карбида титана например 29,5 ГПа). Особенно интересны сплавы скандия с бериллием, обладающие уникальными характеристиками по прочности и жаростойкости.
Так, например, бериллид скандия (1 атом скандия и 13 атомов бериллия) обладает наивысшим благоприятным сочетанием плотности, прочности и высокой температуры плавления, и может явится лучшим материалом для строительства аэрокосмической техники, превосходя в этом отношении лучшие сплавы из известных человечеству на основе титана, и ряд композиционных материалов (в том числе ряд материалов на основе нитей углерода и бора).
В атомной промышленности с успехом применяется гидрид – и дейтерид скандия – прекрасный замедлитель нейтронов, и мишень (бустер) в мощных и компактных нейтронных генераторах.
Диборид скандия (температура плавления 2250° C) применяется в качестве компонента жаропрочных сплавов, а так же как материал катодов электронных приборов. В атомной промышленности находит применение бериллид скандия в качестве отражателя нейтронов, и в частности этот материал, равно как и бериллид иттрия предложен в качестве отражателя нейтронов в конструкции атомной бомбы.
Важную роль оксид скандия может сыграть в медицине (высококачественные зубные протезы).
Высокотемпературной сверхпроводимости, при производстве лазерных материалов (ГСГГ). Галлий-скандий-гадолиниевый гранат при легировании его ионами хрома и неодима позволил получить 4,5% КПД и рекордные параметры в частотном режиме генерации сверхкоротких импульсов, что даёт весьма оптимистичные предпосылки для создания сверхмощных лазерных систем для получения термоядерных микровзрывов уже на основе чистого дейтерия (инерциальный синтез) уже в самом ближайшем будущем. Так, например ожидается что в ближайшие 10—13 лет лазерные материалы на основе ГСГГ и боратов скандия займут ведущую роль в разработке и оснащении лазерными системами активной обороны для самолётов и вертолётов в развитых странах, и параллельно с этим развитие крупной термоядерной энергетики с привлечением гелия-3 (добываемого на Луне), в смесях с гелием-3 лазерный термоядерный микровзрыв уже получен.
Применение скандия в виде микролегирующей примеси оказывает значительное влияние на ряд практически важных сплавов, так например прибавление 0,4% скандия к сплавам алюминий-магний повышает временное сопротивление на разрыв, на 35%, а предел текучести на 65—84%, и при этом относительное удлинение остаётся на уровне 20—27%. Добавка 0,3—0,67% к хрому, повышает его устойчивость к окислению, вплоть до температуры 1290° C, и аналогичное но ещё более ярко выраженное действие оказывает на жаростойкие сплавы типа «нихром» и в этой области применение скандия куда как эффективнее иттрия. Оксид скандия обладает рядом преимуществ для производства высокотемпературной керамики перед другими оксидами, так прочность оксида скандия при нагревании возрастает и достигает максимума при 1030° C, в то же время оксид скандия обладает минимальной теплопроводностью и высочайшей стойкостью к термоудару. Скандат иттрия это один из лучших материалов для конструкций работающих при высоких температурах. Определённое количество оксида скандия постоянно расходуется для производства германатных стёкол для оптоэлектроники.
Скандий-галлиевая связка является одним из лучших металлических клеев и специальных покрытий.
Оксид скандия в сплаве с оксидом гольмия используется в производстве фотопреобразователей на основе кремния в качестве покрытия. Это покрытие имеет широкую область прозрачности (400—930 нм), и снижает спектральный коэффициент отражения света от кремния до 1—4%, и при его применении у такого модифицированного фотоэлемента увеличивается ток короткого замыкания на 35—70%, что в свою очередь позволяет увеличить выходную мощность фотопреобразователей в 1,4 раза.
Хромит скандия используется как один из лучших и наиболее долговечных материалов для изготовления электродов МГД-генераторов, к основной керамической массе добавляют предварительно окисленный хром и спекают, что придаёт материалу повышенную прочность и электропроводность. Наряду с диоксидом циркония как электродным материалом для МГД-генераторов, хромит скандия обладает более высокой стойкостью к эрозии соединениями цезия (используемого в качестве плазмообразующей добавки).
Скандий широко применяется для производства многослойных рентгеновских зеркал (композиции: скандий-вольфрам, скандий-хром, скандий-молибден). Теллурид скандия очень перспективный материал для производства термоэлементов (высокая термо-э.д.с, 255 мкВ/К и малая плотность и высокая прочность).
В последние годы значительный интерес для авиакосмической и атомной техники приобрели тугоплавкие сплавы (интерметаллические соединения) скандия с рением (температура плавления до 2575° C), рутением (температура плавления до 1840° C), железом (температура плавления до 1600° C), (жаропрочность, умеренная плотность и др).
Важную роль в качестве огнеупорного материала специального назначения оксид скандия (температура плавления 2450° C) играет в производстве сталеразливочных стаканов для разливки высоколегированных сталей, по стойкости в потоке жидкого металла оксид скандия превосходит все известные и применяемые материалы (так, например наиболее устойчивая окись иттрия уступает в 8,5 раза оксиду скандия) и в этой области можно сказать незаменим. Его широкому применению препятствует лишь весьма высокая цена, и в известной степени альтернативным решением в этой области является применение скандатов иттрия армированных нитевидными кристаллами оксида алюминия для увеличения прочности), а также применение танталата скандия.
Оксид скандия применяется для производства фианитов, где он является самым лучшим стабилизатором.
Некоторое количество скандия расходуется для легирования жаростойких сплавов никеля с хромом и железом (нихромы и фехрали) для резкого увеличения срока службы при использовании в качестве нагревательной обмотки для печей сопротивления.
Борат скандия, равно как и борат иттрия применяется в радиоэлектронной промышленности в качестве матрицы для люминофоров.
Скандий и редкоземельные металлы это металлы будущего, в 21 веке наращивается выпуск электроники, а добыча редкоземельных металлов снижается, особенно в Китае.
Река Кумир в Чарышском районе Алтайского края
На территории края, при наличии разведанных запасов и значительного ресурсного потенциала различных видов полезных ископаемых, разрабатываются месторождения бурого угля, полиметаллических руд, коренного и россыпного золота, сульфата натрия, поваренной соли, природной соды, цементного сырья и общераспространенных полезных ископаемых. Готовятся к освоению Корбалихинское, Захаровское, Степное и Таловское месторождения полиметаллических руд, Белининское месторождение никель-кобальтовых руд, Новофирсовское золоторудное месторождение.
Добыча полезных ископаемых в Алтайском крае в 2011 году:
Уголь бурый – 6,8 тысяч тонн.
Медь – 10,77 тысяч тонн.
Свинец – 16,05 тысяч тонн.
Цинк – 27,72 тысяч тонн.
Золото – 1,58 тысяч тонн.
Серебро – 71,8 тысяч тонн.
Соль поваренная – 30,8 тысяч тонн.
Сульфат натрия – 840 тысяч тонн.
Сода – 15,5 тысяч тонн.
Цементное сырье (произведено 240 тысяч тонн цемента) – 929 тысяч тонн. [4].
В 2012 г. из месторождений твёрдых полезных ископаемых Алтайского края добыто:
– полиметаллические руды – 760,5 тыс. т, включая 8,8 тыс. т меди, 13,8 тыс. т цинка,
– тыс. т свинца, 602,0кг золота и 58,5 т серебра;
– рудное золото -1355,0 кг:
– россыпное золото – 68,2 кг;
– сульфат натрия -724,5 тыс. т;
– природная сода – 19,3 тыс. т;
– поваренная соль – 70,0 тыс. т;
– цементное сырьё – 390 тыс. т известняков и 35 тыс. т глин, произведено 260 тыс. т цемента. [4].
–
Освоение недр, согласно выданным в последнее время лицензиям, направлено в первую очередь на подготовку к промышленной эксплуатации месторождений наиболее перспективных полезных ископаемых, таких как полиметаллические руды, коренное золото, никель-кобальтовые руды.
В 2010 г. по результатам геологоразведочных работ, выполненных за счёт федерального бюджета, проведены аукционы и выданы лицензии на геологическое изучение и добычу на Шабуровский-Восточный участок (бурый уголь), Уксунайский участок (золотоносные коры выветривания), Курьинский участок (коренное золото), на центральную часть Бащелакского золоторудного узла (коренное золото), хвостохранилище Змеиногорской золотоизвлекательной фабрики (техногенное золото).
Промышленное освоение указанных объектов обеспечит дальнейший подъём горнорудной промышленности, а также ускорение социально-экономического развития Алтайского края. Следует отметить, что на сегодняшний день практически исчерпаны возможности по предложению в достаточной степени подготовленных проведёнными геологоразведочными работами участков недр для лицензирования.