Каталог
  

Где используется цирконий


Цирконий: сплавы на его основе. Свойства, применение

Редкий, но при этом очень важный во многих отраслях металл – цирконий - был впервые выделен только в 1824 году. При этом он все же содержал некоторый процент других элементов. Только в 20-м столетии удалось получить чистый, свободный от различных примесей цирконий. Сплавы на его основе успешно используются для изготовления огнеупоров, абразивов, керамических красок, наждачной бумаги, текстиля, дезодорантов и искусственных камней. Конечно же, нельзя забыть и о высокой значимости этого металла в медицине. Узнаем о нем более детально.

Развитие металлургии

Цирконий – это основной компонент сплавов для ядерной энергетики. Но для этого необходимо, чтобы он был максимально чист от различных примесей. Дело в том, что в циркониевых рудах присутствует не только такой редкоземельный элемент, как гафний, но и азот, углерод и кислород. А такие примеси неметаллов достаточно опасны и могут входить в состав конструкционных материалов для ядерных реакторов в количестве не более чем миллионные доли процентов. Поэтому получение чистого циркония и сплавов на его основе – это достаточно долгий и трудоёмкий процесс. Сначала производят вскрытие концентрата, затем его обогащают, отделяют нежелательные примеси и гафний.

Чистый цирконий выглядит как типичный металл. По внешнему виду он очень похож на сталь, но при этом более прочный и пластичный. Конечно же, в сплавах на его основе его характеристики могут значительно меняться в зависимости от количества других элементов. Например, кислород (больше 0,6 %) сделает цирконий более хрупким. Но есть и обратная сторона медали: двуокись этого металла (ZrO2) имеет температуру плавления 2680 °С.

Основной конструкционный материал

Как уже было сказано ранее, самой широкою областью, где применяется цирконий и его сплавы, является ядерная промышленность. Их главным преимуществом является то, что у них малое сечение захвата тепловых нейтронов (всего 0,18 барн), хорошие коррозионные свойства и высокая температура плавления. Так, ТВЭЛ – это главный конструктивный тепловыделяющий элемент активной зоны ядерного реактора, в который помещают ядерное топливо. Именно в нем происходит деление тяжелых ядер, а значит, ТВЭЛ должен быть выполнен из максимально прочного и тугоплавкого металла, и он не должен изменять характер поглощения нейтронов в реакторе.

Так, для изготовления его оболочки используют сплавы циркония. Требования к ним достаточно жесткие. Так, легирующие элементы не должны ухудшить его характеристик. В особенности это касается малого сечения захвата тепловых нейтронов. Цирконий легируют для того, чтобы подавить вредное влияние азота и улучшить его коррозионные свойства. Многие элементы периодической системы Менделеева не подходят, так как снижают те или иные характеристики.

Самый известный сплав, используемый для изготовления ТВЭЛа, - это циркалой. Его основным легирующим элементом является олово, а вспомогательными – железо, хром и никель. В России чаще всего для легирования циркония применяют ниобий. Он также обладает малым сечением захвата тепловых нейтронов, снижает поглощение водорода и образует только твердые растворы. А это, в свою очередь, обеспечивает сплавам высокую пластичность.

Легирование цирконием

Высокая коррозионная стойкость этого металла объясняет, почему его так часто используют в качестве легирующего элемента в черной и цветной металлургии. Кроме того, он нерастворим в соляной и азотной кислотах и щелочах. Так, высокой популярностью пользуются многокомпонентные сплавы циркония с магнием. К тому же легирование этим металлом повышает стойкость к действию кислот титана. Сплавы циркония с медью обладают высокой прочностью и электропроводностью. Достаточно часто он также используется в качестве присадки при производстве различных марок стали. Это позволяет удалить из них серу, азот и кислород.

Медицинская промышленность

Рассматривая цирконий и его сплавы, нельзя не упомянуть и о еще одной сфере их использования. В медицинской промышленности они занимают далеко не последнее место. Еще совсем недавно для изготовления имплантатов и фиксаторов применяли сталь и титановые сплавы. Однако в некоторых случаях организм отторгал эти металлы, на фоне чего появлялась аллергическая реакция. Современная медицина использует сплавы циркония и титана для изготовления скоб, пластин, имплантатов, зубных протезов и механизмов их фиксации.

Поскольку этот металл и его соединения не оказывают раздражающего действия на кости и окружающие мягкие ткани, его с успехом применяют для изготовления ювелирных изделий. Так, например, циркониевые сережки не вызывают аллергической реакции и заживляют ранку на мочке уха не хуже, чем золото.

Электропотребление

Сплав алюминия и циркония обладает многими положительными характеристиками и поэтому с успехом используется в энергетической промышленности. Дело в том, что стальные и медные провода весят достаточно много, и часто старые опоры не выдерживают такой нагрузки. В 1960 году в Японии одна группа ученых изготовила серию сплавов алюминия и циркония. Они определили, что такой материал может длительно эксплуатироваться при высоких температурах (150-230 °С) и при этом он будет достаточно легким. Это позволяет использовать его для изготовления высокотемпературных проводов. Это повышает надежность и эффективность работы электрических сетей.

Другие области применения соединений и сплавов на основе циркония

В многих антиперспирантах в составе можно встретить такой компонент, как Aluminium Zirconium Tetrachlorohydrex. Это химическое соединение, которое поглощает пот и его неприятный запах. Учеными было выяснено, что он не впитывается в кожу, а значит, не может принести сильного вреда здоровью. Несмотря на это, в ЕС и США алюминий-цирконий-тетрахлоргидрексглицин запрещен.

Оксид циркония применяется для изготовления электрокорунда. Его получают при плавке в наклоняющихся электропечах. Циркониевый электрокорунд получается достаточно прочным и позволяет обрабатывать материалы с большим усилием прижима. Чаще всего его применяют при черновом и обдирочном шлифовании.

В целом следует отметить, что цирконий и его сплавы имеют высокую температуру плавления, стойкость к химическим воздействиям, малый коэффициент термического расширения. Именно по этой причине он активно используется в самых разнообразных областях.

fb.ru

Применение циркония и его соединений

В промышленности цирконий стал применяться с 30-х годов XX века. Из-за высокой стоимости его применение ограничено. Единственным предприятием, специализирующемся на производстве циркония в России является Чепецкий механический завод (Глазов, Удмуртия).

Применение двуокиси циркония

Сильно нагретая двуокись циркония излучает свет настолько интенсивно, что ее можно применять в осветительной технике. Этим ее свойством воспользовался известный немецкий ученый Вальтер Герман Нернст. Стержни накаливания в лампе Нернста были изготовлены из ZrO2. В качестве источника света раскаленная двуокись циркония иногда и сейчас служит при лабораторных опытах.

В промышленности двуокись циркония первыми применили силикатные производства и металлургия. Еще в начале нашего века были изготовлены цирконовые огнеупоры, которые служат в три раза дольше обычных. Огнеупоры, содержащие добавку ZrO2, позволяют провести до 1200 плавок стали без ремонта печи. Это много.

Цирконовые кирпичи потеснили шамот (широко распространенный огнеупорный материал на основе глины или каолина) при выплавке металлического алюминия, и вот почему. Шамот сплавляется с алюминием, и на его поверхности образуются наросты шлака, которые надо периодически счищать. А цирконовые кирпичи расплавленным алюминием не смачиваются. Это позволяет печам, футерованным цирконом, непрерывно работать в течение десяти месяцев.

Значительные количества двуокиси циркония потребляют производства керамики, фарфора и стекла.

Список отраслей промышленности, нуждающихся в двуокиси циркония, можно было бы продолжить еще и еще. Но посмотрим, на что пригодился металлический цирконий, который так долго не удавалось получить.

Цирконий и металлургия

Самым первым потребителем металлического циркония была черная металлургия. Цирконий оказался хорошим раскислителем. По раскисляющему действию он превосходит даже марганец и титан. Одновременно цирконий уменьшает содержание в стали газов и серы, присутствие которых делает ее менее пластичной.

Стали, легированные цирконием, не теряют необходимой вязкости в широком интервале температур, они хорошо сопротивляются ударным нагрузкам. Поэтому цирконий добавляют в сталь, идущую на изготовление броневых плит. При этом, вероятно, учитывается и тот факт, что добавки циркония положительно сказываются и на прочности стали. Если образец стали, не легированной цирконием, разрушается при нагрузке около 900 кг, то сталь той же рецептуры, но с добавкой всего лишь 0,1% циркония выдерживает нагрузку уже в 1600 кг.

Значительные количества циркония потребляет и цветная металлургия. Здесь его действие весьма разнообразно. Незначительные добавки циркония повышают теплостойкость алюминиевых сплавов, а многокомпонентные магниевые сплавы с добавкой циркония становятся более коррозионно-устойчивыми. Цирконий повышает стойкость титана к действию кислот. Коррозионная стойкость сплава титана с 14% Zr в 5%-ной соляной кислоте при 100°C в 70 раз (!) больше, чем у технически чистого титана. Иначе влияет цирконий на молибден. Добавка 5% циркония удваивает твердость этого тугоплавкого, но довольно мягкого металла.

Есть и другие области применения металлического циркония. Высокая коррозийная стойкость и относительная тугоплавкость позволили использовать его во многих отраслях промышленности. Фильеры для производства искусственного волокна, детали горячей арматуры, лабораторное и медицинское оборудование, катализаторы — вот далеко не полный перечень изделий из металлического циркония.

Однако не металлургия и не машиностроение стали основными потребителями этого металла. Огромные количества циркония потребовались ядерной энергетике.

Применение циркония в ядерной энергетике

В ядерную технику этот металл пришел не сразу. Для того чтобы стать полезным в этой отрасли, металл должен обладать определенным комплексом свойств. (Особенно, если он претендует на роль конструкционного материала при строительстве реакторов.) Главное из этих свойств — малое сечение захвата тепловых нейтронов. В принципе эту характеристику можно определить как способность материала задерживать, поглощать нейтроны и тем самым препятствовать распространению цепной реакции.

Величина сечения захвата нейтронов измеряется в барнах. Чем больше эта величина, тем больше нейтронов поглощает материал и тем сильнее препятствует развитию цепной реакции. Естественно, что для реакционной зоны реакторов выбираются материалы с минимальным сечением захвата.

У чистого металлического циркония эта величина равна 0,18 барна. Многие более дешевые металлы имеют сечениа захвата такого же порядка: у олова, например, оно равно 0,65 барна, у алюминия — 0,22 барна, а у магния — всего 0,06 барна. Но и олово, и магний, и алюминий легкоплавки и нежаропрочны; цирконий же плавится лишь при 1860°C.

Казалось, единственное ограничение — довольно высокая цена элемента №40 (хотя для этой отрасли денег жалеть не приходится), но возникло другое осложнение.

В земной коре цирконию всегда сопутствует гафний. В циркониевых рудах, например, его содержание обычно составляет от 0,5 до 2,0%. Химический аналог циркония (в менделеевской таблице гафний стоит непосредственно под цирконием) захватывает тепловые нейтроны в 500 раз интенсивнее циркония. Даже незначительные примеси гафния сильно сказываются на ходе реакции. Например, 1,5%-ная примесь гафния в 20 раз повышает сечение захвата циркония.

Перед техникой встала проблема — полностью разделить цирконий и гафний. Если индивидуальные свойства обоих металлов весьма привлекательны, то их совместное присутствие делает материал абсолютно непригодным для атомной техники.

Проблема разделения гафния и циркония оказалась очень сложной — химические свойства их почти одинаковы из-за чрезвычайного сходства в строении атомов. Для их разделения применяют сложную многоступенчатую очистку: ионный обмен, многократное осаждение, экстракцию.

Все эти операции значительно удорожают цирконий, а он и без того дорог: пластичный металл (99,7% Zr) во много раз дороже концентрата. Проблема экономичного разделения циркония и гафния еще ждет своего решения.

И все-таки цирконий стал «атомным» металлом.

Об этом, в частности, свидетельствуют такие факты. На первой американской атомной подводной лодке «Наутилус» был установлен реактор из циркония. Позже выяснилось, что выгоднее делать из циркония оболочки топливных элементов, а не стационарные детали активной зоны реактора.

Тем не менее производство этого металла увеличивается из года в год, и темпы этого роста необыкновенно высоки. Достаточно сказать, что за десятилетие, с 1949 по 1959 г., мировое производство циркония выросло в 100 раз! По американским данным, в 1975 г. мировое производство циркония составило около 3000 т.

Металлический цирконий и его сплавы, области применения

Ядерная энергетика

Цирконий имеет очень малое сечение захвата тепловых нейтронов. Поэтому металлический цирконий, не содержащий гафния, и его сплавы применяются в атомной энергетике для изготовления тепловыделяющих элементов, тепловыделяющих сборок и других конструкций ядерных реакторов.

Легирование

В металлургии применяется в качестве лигатуры. Хороший раскислитель и деазотатор, по эффективности превосходит Mn, Si, Ti. Легирование сталей цирконием (до 0,8 %) повышает их механические свойства и обрабатываемость. Делает также более прочными и жаростойкими сплавы меди при незначительной потере электропроводности.

Пиротехника

Цирконий обладает замечательной способностью сгорать в кислороде воздуха (температура самовоспламенения — 250 °C) практически без выделения дыма и с высокой скоростью. При этом развивается самая высокая температура для металлических горючих (4650 °C). За счет высокой температуры образующаяся двуокись циркония излучает значительное количество света, что используется очень широко в пиротехнике (производство салютов и фейерверков), производстве химических источников света, применяемых в различных областях деятельности человека (факелы, осветительные ракеты, осветительные бомбы, ФОТАБ — фотоавиабомбы). Для применения в этой сфере представляет интерес не только металлический цирконий, но и его сплавы с церием (значительно больший световой поток). Порошкообразный цирконий применяют в смеси с окислителями (бертолетова соль) как бездымное средство в сигнальных огнях пиротехники и в запалах, заменяя гремучую ртуть и азид свинца.

Сверхпроводник

Сверхпроводящий сплав 75 % Nb и 25 % Zr (сверхпроводимость при 4,2 K) выдерживает нагрузку до 100 000 А/см².

Конструкционный материал

В виде конструкционного материала идет на изготовление кислотостойких химических реакторов, арматуры, насосов. Цирконий применяют как заменитель благородных металлов. В атомной энергетике цирконий является основным материалом оболочек твэлов.

Циркон «обезжелезненный» применяется в виде различных огнеупоров для футеровки стекловаренных и металлургических печей. Он также применяется в производстве строительной керамики, эмалей и глазурей для сантехнических изделий.

Медицина

Цирконий обладает высокой стойкостью к воздействию биологических сред, даже более высокой, чем титан, и отличной биосовместимостью, благодаря чему применяется для создания костных, суставных и зубных протезов, а также хирургического инструмента.

В мировой практике производители имплантантов применяют для изготовления пластин и винтов нержавеющую сталь и титановые сплавы.

В НИКИЭТ разработана конструкторская и технологическая документация и освоено производство имплантантов из циркониевых сплавов марок Э125 и Э110, которые не уступают лучшим зарубежным образцам. Использование имплантантов из циркониевых сплавов предоставляет ряд преимуществ:

  • высокая коррозионная стойкость;
  • уникальная биосовместимость, отсутствие аллергических реакций, что позволяет использовать имплантанты без повторной хирургической операции по их извлечению;
  • материал и технология изготовления обеспечивают требуемый комплекс прочностных свойств;
  • сравнительно невысокая плотность сплава позволяет изготавливать имплантанты облегченной конструкции;
  • хорошая пластичность обеспечивает более точную подгонку гибом имплантанта по контуру кости.

В НИКИЭТ изготавливаются наборы имплантантов и инструментов для накостного остеосинтеза и челюстно-лицевой хирургии. В его состав вошли реконструктивные пластины 22 видов, кортикальные винты четырех типоразмеров для их крепления, сверла трех типоразмеров, изготовленные из инструментальной стали с алмазным покрытием и с хвостовиками из нержавеющей стали, а также отвертка из титанового сплава со специальным захватом под винт.

Для обеспечения производства имплантантов (пластин и винтов) в НИКИЭТ была разработана технология и налажен выпуск заготовок (полос и прутков) из циркониевых сплавов.

Высокая коррозийная стойкость циркония позволила применить его в нейрохирургии. Из сплавов циркония делают кровоостанавливающие зажимы, хирургический инструмент и иногда даже нити для наложения швов при операциях мозга.

Быт

Цирконий применяется для изготовления разнообразной посуды, обладающей отличными гигиеническими свойствами благодаря высокой химической стойкости.

Соединения циркония

Диоксид циркония (т. пл. 2700 °C). Область применения — производство огнеупоров-бакоров (бакор — бадделеит-корундовая керамика). Применяется в качестве заменителя шамота, так как в 3—4 раза увеличивает кампанию в печах для варки стекла и алюминия. Огнеупоры на основе стабилизированной двуокиси применяются в металлургической промышленности для желобов, стаканов при непрерывной разливке сталей, тиглей для плавки редкоземельных элементов. Также применяется в керметах — керамикометаллических покрытиях, которые обладают высокой твёрдостью и устойчивостью ко многим химическим реагентам, выдерживают кратковременные нагревания до 2750 °C. Двуокись — глушитель эмалей, придает им белый и непрозрачный цвет. На основе кубической модификации двуокиси циркония, стабилизированной скандием, иттрием, редкими землями, получают материал — фианит (от ФИАНа где он был впервые получен), фианит применяется в качестве оптического материала с большим коэффициентом преломления (линзы плоские), в медицине (хирургический инструмент), в качестве синтетического ювелирного камня (дисперсия, показатель преломления и игра цвета больше, чем у бриллианта), при получении синтетических волокон, и производстве некоторых видов проволоки (волочение). При нагревании диоксид циркония проводит ток, что иногда используется для получения нагревательных элементов устойчивых на воздухе при очень высокой температуре. Нагретый цирконий способен проводить ионы кислорода как твердый электролит. Это свойство используется в промышленных анализаторах кислорода.

Диборид циркония ZrB2 — кермет. В различных смесях с нитридом тантала и карбидом кремния материал для производства резцов. Цены на металлический цирконий в 2006 году составили в среднем 120 долларов США за килограмм.

Карбид циркония (т. пл. 3530 °C) важнейший конструкционный материал для твердофазных ядерных реактивных двигателей.

Бериллид циркония чрезвычайно твёрд и устойчив к окислению на воздухе до 1650 °C, применяется в авиакосмической технике (двигатели, сопла, реакторы, радиоизотопные электрогенераторы).

Гидрид циркония применяется в качестве компонента ракетного топлива, в атомной технике как весьма эффективный замедлитель нейтронов. Также гидрид циркония служит для покрытия цирконием в виде тонких плёнок с помощью термического разложения его на различных поверхностях.

Нитрид циркония материал для керамических покрытий, Тпл около 2990 °C , гидролизуется в царской водке. Нашел применение в качестве покрытий в стоматологии и ювелирном деле.

www.protown.ru

Цирконий: производство в России

Цирконий в элементарном виде представляет собой серебристо-белый металл, отличающийся такими характерными свойствами, как устойчивость к коррозии и пластичность. В природе он довольно-таки распространен, но при этом и очень рассеян. Крупных его залежей до сих пор найдено не было. Впервые о возможности существования этого металла люди узнали в 1789 г. Тогда химик М. Клапрот во время исследования минерала циркона случайно открыл его оксид. В чистом виде этот металл был получен только в 1925 г. В современном мире цирконий, производство которого широко распространено, применяется в самых разных сферах промышленности. Конечно же, занимаются его выпуском и многие отечественные предприятия.

Общее описание

Необычные свойства — это то, чем прежде всего определяется промышленная ценность такого относительно редкого металла, как цирконий. Производство его выгодно для народного хозяйства благодаря:

  1. Высокой степени химической стойкости. Соляная кислота на этот металл не производит совершенно никакого действия, а с серной он реагирует только при ее концентрации не менее чем в 50% и температуре свыше +100 градусов.

  2. Способности гореть на воздухе практически без выделения дыма. Самовоспламеняться цирконий (мелкодисперсионный) может уже при температуре в 250 С.

  3. Биологической инертности. Цирконий не оказывает абсолютно никакого вредного воздействия на организм человека или животных. Пользы, вопреки распространенному мнению, он, к сожалению, также никакой принести не может.

Очень востребованными в промышленности является не только собственно сам этот металл, но и его соединения. Минерал циркон, к примеру, отличается очень высокой твердостью и приятным алмазным блеском. Поэтому его иногда используют в качестве дешевого заменителя бриллиантов. Правда, в последнее время в ювелирном деле циркон применяется все реже. В настоящее время имитацию бриллиантов чаще изготавливают из фианита (искусственный диоксид циркония).

Производство циркония на настоящий момент — одна из важнейших сфер металлургической промышленности. Хотя используется он во многих областях народного хозяйства (к примеру, для изготовления медицинских инструментов или пиротехнических устройств), чаще всего его применяют все же в водоохлаждаемых энергетических реакторах на АЭС.

Сырье для производства

Массовая доля циркония в земной коре из-за его рассеянности, к сожалению, до сих пор не установлена. По оценкам ученых она может составлять 170-250 грамм на тонну. Собственно же самих минералов цирконов в природе существует множество. На данный момент ученым известно около 40-ка их разновидностей. Однако чаще всего используется все же лишь следующее сырье для производства циркония:

  • бадделеит;

  • эвдиалит;

  • циркон.

Крупных залежей цирконов на планете, как уже упоминалось, не существует. В России имеется лишь несколько небольших месторождений подобных минералов. Также они добываются в таких странах, как США, Индия, Бразилия и Австралия. Самым распространенным минералом из всех используемых для получения циркония является, конечно же, циркон (ZrSiO4). В большинстве случаев в природе ему сопутствует гафний.

Производство циркония в России: особенности

В РФ выпуском этого металла на данный момент занимается одно единственное предприятие - Чепецкий механический завод, расположенный в г. Глазове (Удмуртия). Первые его цеха были построены в начале ВОВ. К 1942 году завод вышел на полную проектную мощность. В то время здесь выпускались в основном патроны. В 1946 г. предприятие было переквалифицировано в завод по производству металлического урана. Позднее (в 1957 г.) здесь начали выпускать цирконий, а затем сверхпроводящие металлы, кальций и титан. Сегодня это предприятие является частью корпорации ТВЭЛ, одного из мировых лидеров по выпуску ядерного топлива. Инвестиции в производство циркония на ЧМЗ со стороны ТВЭЛ ежегодно составляют миллиарды рублей. Сегодня это предприятие поставляет на отечественный и мировой рынки циркониевые:

  • прутки;

  • трубы;

  • проволоку;

  • листы;

  • комплектующие для ТВС и ТВЭЛ.

Также на Чепецком механическом заводе изготавливают сувениры из этого металла.

Обработка сырья и получение кислых растворов

Цирконий, производство которого — сложный технологический процесс, металл довольно-таки дорогой. Изготовление его начинается с очистки, доставленной с месторождений, руды. Обработка сырья обычно включает в себя следующие операции:

  • обогащение гравитационным методом;

  • очистку полученного концентрата электростатической и магнитной сепарацией;

  • разложение концентрата путем хлорирования, сплавления с едким натром или фторосиликатным калием, спеканием с известью;

  • выщелачивание водой с целью удаления соединений кремния;

  • разложение остатка серной или соляной кислотой для получения сульфата или оксихлорида.

Фторсиликатный спек обрабатывают подкисленной водой с нагреванием. После охлаждения полученного раствора выделяется фторцирконат калия.

Соединения

Следующим этапом производства циркония является получение его соединений из кислых растворов. Для этого могут применяться следующие технологии:

  • кристаллизация оксихлорида циркония путем выпаривания солянокислых растворов;

  • гидролитическое осаждение сульфатов;

  • кристаллизация сульфата циркония.

Очистка от гафния

Цирконий, технология производства в России (как, впрочем, и везде в мире) которого довольно-таки сложна, от этой примеси должен быть отделен обязательно. Для очистки металла от гафния могут применяться:

  • фракционная кристаллизация K2ZrF6;

  • экстракция растворителями;

  • избирательное восстановление тетрахлоридов (HfCl4 и ZrCl4).

Как получают сам металл

Способы производства циркония бывают разными. В промышленности может использоваться металл:

  • в виде порошка или губки;

  • компактный ковкий;

  • высокой степени чистоты.

На первом этапе на предприятиях получают порошковый цирконий. Производство его технологически относительно несложное. Изготавливают его методом металлотермического восстановления. Для хлоридов при этом используют магний или натрий, а для оксидов — гидрид кальция. Электролитический порошковый цирконий получают из хлоридов щелочных металлов. Изготовленный таким образом материал обычно спрессовывается. Далее его используют для получения в электродуговых печах ковкого циркония. Последний на заключительном этапе подвергается электронно-лучевой плавке. В результате получается цирконий высокой степени чистоты. Применяют его в основном в ядерных реакторах.

Диоксид циркония: технология производства и сфера использования

Это одно из самых востребованных в промышленности и народном хозяйстве соединений циркония. В природе оно встречается в виде минерала бадделеита. Представляет собой диоксид циркония белый кристаллический порошок с серым или желтоватым оттенком. Изготавливаться он может, к примеру, по методике йодидного рафинирования. При этом в качестве сырья используется обычная металлическая циркониевая стружка. Применяется диоксид циркония при изготовлении керамики (в том числе и в сфере протезирования), осветительных приборов и огнеупоров, в печестроительстве и т. д.

Запасы цирконов в РФ

Производство циркония в России возможно, конечно же, только благодаря наличию на территории страны его месторождений. Запасы руд этой группы в РФ (в сравнении с общемировыми) достаточно велики. На настоящий момент в России имеется 11 таких месторождений. Самым крупным рассыпным является Центральное, находящееся в Тамбовской области. К наиболее перспективным месторождениям на данный момент относятся Бешпагирское (Ставропольский край), Кирсановское (Тамбовская область) и Ордынское (Новосибирск). Считается, что имеющихся в России запасов цирконов вполне достаточно для удовлетворения запросов промышленности страны. Наиболее благоприятным в технологическом отношении участком является на данный момент Восточный Центрального месторождения.

Статистические данные

Таким образом, процедура эта для любого государства, в том числе и для России, очень важная — производство циркония. Технология изготовления его сложна, но выпуск его — дело в любом случае более чем оправданное. На данный момент цирконий является единственным редким металлом, объемы производства и потребления которого исчисляются сотнями тысяч тонн. Россия по его запасам занимает четвертое место в мире. Структурно и качественно сырьевая база циркония в нашей стране сильно отличается от зарубежной. Более 50 % запасов руд этой группы в РФ связано с щелочными гранитами, 35 % - с циркон-рутил-ильменитовыми россыпями и 14 % - с бадделеитовыми камафоритами. За рубежом же почти все запасы подобных минералов сконцентрированы в прибрежно-морских зонах.

Вместо заключения

Таким образом, мы выяснили, как производят цирконий в России. На общемировом рынке сегодня, к сожалению, наблюдается довольно-таки острый дефицит этого металла. Поэтому рассчитывать на его импорт России не приходится. А следовательно, нужно уделять максимум внимания развитию собственных месторождений. При этом с целью укрепления сырьевой базы циркония в РФ стоит также заняться разработкой максимально эффективных технологий использования добываемого сырья.

fb.ru

Цирконий

Цирконий представляет собой серебристо-белый металл, который имеет неяркий, но особенный блеск. Назвали цирконий по аналогии с минералом, из которого он был выделен химиками 18-19 веков.

Природный минерал циркон относится к тем камням, которые называют самоцветами. Его стоимость практически равна цене сапфира – достаточно дорого, но алмаз все же дороже. Циркон еще стали называть «младшим братом» алмаза за переливчатый и яркий блеск. Популярны украшения с цирконом были в Средневековье: одни ювелиры называли камень «несовершенным алмазом», другие же лукавили – выдавали циркон за настоящий алмаз, хотя этот минерал не имеет алмазной твердости – настоящие ценители украшений и те, порой, ошибались.

На сегодняшний день фианит – синтетический аналог циркона, который советские ученые получили в 70-е годы прошлого века, вытеснил природный минерал. Состав фианита от настоящего циркона отличается сильно. В то же время, в ювелирной промышленности фианит применяется вместо алмазов – блестит камень уж точно не хуже циркона. Фианит используется также в химической промышленности, нашел он применение в стоматологии – пыль камня включается в состав керамики для изготовления красивых зубов.

Есть разновидности настоящего циркона, которые имеют не серебристый, а золотисто-желтый блеск. Это стало поводом для предположений ученых относительно получения названия камня – считают, что в основе легло персидское «царгун» - «золотоцветный». Впрочем, есть другие версии, достоверность которых не известна. Не остались равнодушны к циркону астрологи: уже в средние века его считали талисманом, который способен защитить от бед своего владельца и помочь ему. Считалось также, что циркон способен улучшать умственные способности, в частности, память, усиливать тягу к знаниям, развивать сообразительность, приносить удачу в торговле и успех в творчестве.

Несколько лет назад в России стали производить циркониевые браслеты – некоторые считают, что циркон снимает утомление и улучшает зрение. Камень даже позиционировали как такой металл, который способен снизить повышенное давление. Впрочем, медики утверждают, что циркониевые браслеты не оказывают реального терапевтического воздействия, их нельзя считать медицинскими изделиями. Впрочем, определенные результаты эти браслеты все же давали – об этом ниже.

Редким элементом цирконий назвать нельзя – достаточно большое его количество в земной коре. При этом он широко рассредоточен, практически нет крупных залежей. Современные ученые знают около 40 природных соединений циркония, где камень присутствует в виде оксидов или солей, минералов известно меньше – около 30. Из них только два – бадделеит и циркон имеют промышленное значение, используются для производства керамики и огнеупорных материалов.

Самое большое количество сырья, пригодного для получения циркония специалисты обнаружили в Америке – в Бразилии и США, а также в Австралии, Индии и Западной Африке. Есть запасы минералов, которые содержат цирконий и в России – они сосредоточены преимущественно на Урале и в Сибири.

Применение циркониевых сплавов достаточно разнообразно, причем их используют в серьезных сферах промышленности: самолето- и ракетостроении, они есть в составе ядерных реакторов, их применяют для создания сложных медицинских приборов, для изготовления сверхпроводящих магнитов, для строительства термоядерных реакторов.

Применяется цирконий или его соединения и в других отраслях: в электронике; в литейном деле он используется в металлургии; как стойкий к коррозиям металл в машиностроительной промышленности; как дубильное вещество в кожевенной промышленности; используется также в военном и пиротехническом производстве.

Из циркония можно изготавливать всевозможные огнеупорные изделия благодаря его тугоплавкости – двуокись циркония плавится при температуре в 2680°С. Как правило, из него получают кирпичи для тиглей и плавильных печей, а также жаропрочные эмали и тугоплавкое стекло. Преимуществом этих изделий является устойчивость как перед очень низкими, так и перед очень высокими температурами.

Построенные в начале 20-го века плавильные печи, в которых использовались циркониевые огнеупоры, до сих пор служат. Более того, долгие годы в них можно работать без всяких ремонтов.

К повышению прочности меди и твердости стали, повышению прочности и устойчивости алюминия и магния приводит небольшое добавление циркония. Используют цирконий также при производстве электровакуумных приборов.

Известный на Цейлоне минерал издавна называли гиацинтом. Его причисляли к родственникам топазов и рубинов. А химик из Германии Мартин Клапрот в 1789 году, исследовав этот самоцвет, сумел выделить такое вещество как «цирконовую землю». Француз де Морво позже сделал то же самое. В 1824 году не слишком чистый металлический цирконий получил знаменитый Берцелиус. Такой цирконий был хрупким, с большим количеством примесей и не поддающийся обработке.

Около 100 лет не могли получить чистый металлический цирконий. Сделано это было в 1914 году, да и то, по-прежнему, там оставались примеси. Настоящий цирконий в 1925 году удалось получить голландским ученым – это был легко обрабатываемый и пластичный металл.

Биологическая роль

Многих интересует биологическое значение циркония, но его попросту нет. Как поясняют ученые, цирконий не считается даже биоэлементом, его нет в структуре клеток человека – уж точно он не является важным элементом.

При этом высокая стойкость циркония к всевозможным воздействиям сделала его важным: он очень широко применяется в медицине. Даже такой известный медицинский металл как титан и тот к биологическим средам менее устойчив, тогда как устойчивость циркония можно назвать чуть ли не вечной.

Можно создавать из циркония высококачественные хирургические инструменты; костные, суставные и зубные протезы – впервые в России были созданы импланты из циркония, при том, что в развитых странах используют сплавы титана.

Хорошо зарекомендовавший себя титан уступает цирконию, поскольку сплавы с ним обладают большей стойкостью к коррозии, биологической совместимостью и высокой прочностью. Хирурги используют пластичность циркония, что позволяет им обеспечивать очень высокое качество – даже при множественных сложных переломах костей удается восстановить структуру тканей без малейших сдвигов, правильно и быстро срастаются кости, быстрее заживают послеоперационные раны.

С большим успехом используется цирконий и в нейрохирургии, столь серьезной сфере медицины. При проведении операций на мозге применяют не только лишь циркониевые инструменты, в ходу также нити для швов и кровоостанавливающие зажимы. Циркониевые винты, сверла, пластины, скобы применяют и в челюстно-лицевой хирургии.

Интересный момент: специалисты подтвердили, что при ношении циркониевых сережек вместо золотых ранки на мочках ушей после их прокалывания заживают раньше на несколько дней.

Подмечено также, что при длительном ношении бижутерии с цирконием улучшается общее самочувствие. В частности, эта особенность проявилась у тех пациентов, которые страдают артрозами, переломами, артритами, экземами, болезнями позвоночника, дерматитами и прочими кожными проблемами; почувствовали себя лучше гипертоники – у них снижалось давление, они стали принимать меньше лекарств. Применялись при этом не только пояса и пластины, но также и циркониевые браслеты – вот где имеет место оздоровительный эффект.

Симптомы передозировки и дефицита циркония

О дефиците или нехватке циркония в организме у медиков нет данных; не известна и его летальная доза. При этом бывает повышенное содержание циркония, если человек работает в литейной, машиностроительной и атомной промышленности, занят на производстве средств гигиены и косметики. Дезодоранты, которые содержат цирконий, могут провоцировать развитие кожной аллергии, впрочем, сегодня их уже не выпускают. Бывает, и на циркониевые браслеты проявлялись аллергические реакции.

Избыток циркония может проявлять по-разному: и раздражением кожи, и даже фиброзом легких и острой пневмонией. Стойкая интоксикация всего организма проявляется, если на циркониевом производстве работать десятки лет. При этом абсолютно безопасна посуда с цирконием – она практически вечно сохраняет гигиенические свойства и характеризуется высоким качеством. Если в организме избыток циркония, тогда, как правило, назначается симптоматическое лечение – элемент выводят из организма комплексообразователями – это соединения, способные проникать внутрь клеток, чтобы очистить их от разных радиоактивных веществ.

Содержание в продуктах питания

В нашем организме есть примерно 1 миллиграмм циркония – он попадает вместе с пищей и водой. Продукты содержат цирконий в микроскопических количествах – он есть в растительных маслах, чае, баранине, бобах, красном перце, пшенице, рисе, овсянке и прочем.

vkusnoblog.net


Смотрите также