Характеристика циркония

Цирконий является элементом побочной группы хим. системы с атомным номером 40, и обозначаемым символом Zr, серебристо-серым блестящим металлом с желтоватым отливом. Цирконий пластичен и стоек к коррозии. Название циркония, вероятно, произошло от арабского — киноварь (zarkûn) или персидского — золотистый цвет (zargun). Он довольно широко распространен в коре Земли. Общие его запасы по некоторым оценкам намного больше запасов серебра. В месторождениях руд цирконий практически рассыпан в самых различных уголках Земли, где его можно встретить в виде аморфных солей и окислов, а также в форме монокристаллов, к примеру, в США (в Северной Каролине). Кристаллы подобного типа иногда достигают в месторождениях Нигерии более килограмма веса. Самые богатые залежи циркония расположились на территории Австралии, Северной Америки, Индии, ЮАР. Цирконий в руде часто можно встретить вместе с гафнием — по качествам более близким металлом к цирконию. Запасы циркония природных месторождений в нашей стране оцениваются десятью процентами от мировых. Цирконий впервые был выделен в 1799 году из минерала циркона в виде двуокиси химиком из Германии — Клапротом. Он выплавляется из рудного обогащенного концентрата, где содержание диоксида циркония достигает 60−65%.

Основные свойства

Цирконий является парамагнитным, жаростойким и коррозионностойким металлом, температура кипения 4409 °C. У α-циркония удельный вес составляет 6,5 г/см³; при температуре при 25−100°C удельная теплоемкость равна 0,291 кДж/(кг•К), температура плавления составляет 1855 °C; температура кипения равна 4409 °C; коэффициент линейного температурного расширения при температуре 20−400°C составляет 6,9x10−6; коэффициент теплопроводности при 50 °C равен 20,96 вт/(м•К); удельное электрическое сопротивление циркония при температуре 20 °C составляет 0,44 мкОм • мм²/м.

Цирконий при температуре 0,7°К становится сверхпроводником. Он является парамагнитным металлом, а магнитная удельная восприимчивость повышается с нагреванием и достигает при температуре 73 °C — 1,28x10^-6, а при температуре 327 °C — 1,41x10^-6. Чистый цирконий поддаётся легко холодной и горячей обработке (прокатке, ковке, штамповке). Примесь кислорода, азота, водорода, углерода, серы делает цирконий очень хрупким. При температуре 20 °C модуль упругости равен 9700 кгс/мм²; при растяжении предел прочности 25,3 кгс/мм²; по Бринеллю твёрдость равна 64−67 кгс/мм²; также твёрдость напрямую зависима от примеси кислорода. Этот металл не поддаётся холодной обработке под давлением при O₂ — 0,2% и более.

История

С момента выделения чистого циркония Клапротом, прошло более ста лет. Цирконий оставался экзотическим редким металлом, и достаточно к тому же дорогим для промышленного использования. Его в основном применяли в лабораторной практике, а также ювелиры для производства эксклюзивных украшений. Однако, в прошлом столетии, цирконий превратился в конструкционный незаменимый материал. Промышленное применение циркония началось еще с 1930-х годов.

Использование циркония

Ядерная энергетика:

Цирконий имеет высокую температуру плавления и узкое сечение захвата в тепловых нейтронах. Данный металл, а также его сплавы (без примесей гафния) поэтому применяют в изготовлении ТВС — тепловыделяющих систем и кожухов для ядерных реакторов.

Сверхпроводник:

Сплав циркония — 25% и ниобия -75% (при 4,2° K становится сверхпроводником) и выдерживает до 100 тысяч А/см² нагрузку.

В металлургии:

Цирконий является хорошим раскислителем и деазотатором, он эффективнее марганца, кремния, титана. При легировании цирконием до 0,8% механические свойства, обрабатываемость сталей улучшается, а медь придает еще большую прочность и жаростойкость при малой потере электропроводности.

В пиротехнике:

Цирконий способен при температуре 250 °C самовоспламеняться на воздухе и сгорать практически без дыма с высокой скоростью. В этот момент достигается температура 4650 °C — максимально высокая для металлического топлива, излучая яркий свет, что применяют в салютах, фейерверках, производстве осветительных ракет, факелов, осветительных бомб, фотоавиабомб (ФОТАБ). Циркониевые сплавы с церием создают большой световой поток. Циркониевый порошок в смеси с бертолетовой солью представляет собой бездымное средство в запалах и в сигнальных огнях, заменяя азид свинца и гремучую ртуть .

Быт и медицина:

Цирконий является биологически инертным материалом, более стойким к воздействию биологических сред, в отличие от титана, благодаря чему используется в производстве суставных, зубных, костных протезов, а также хирургического инструмента. У циркония химическая инертность дает возможность изготавливать эксклюзивную посуду с гигиеническими замечательными свойствами.

Конструкционный материал:

Цирконий идет на изготовление кислотостойких химических реакторов, насосов, арматуры, им заменяют благородные металлы. Цирконий в ядерной энергетике является основным материалом оболочек для ТВЭЛ. «Обезжелезненный» цирконий применяют в качестве огнеупора для футеровки стекловаренных и металлургических печей и в производстве строительной керамики, глазурей, эмалей для сантехники.

Купить по выгодной цене

Огромный ассортимент редких и тугоплавких металлов на складе ООО «Авек Глобал» может удовлетворить любого заказчика. Абсолютное соблюдение всех производственных технологических норм обеспечивает качество готовой продукции. Сроки выполнения всех заказов самые кратчайшие. На любые возникающие вопросы, опытные менеджеры предоставят полную исчерпывающую консультацию. Осуществляя оптовые заказы, вы можете рассчитывать на предоставляемую компанией гибкую систему скидок.