Каталог
  

Металл цирконий


Цирконий

Цирконий (лат. Zirconium), Zr, химический элемент IV группы периодической системы Менделеева; атомный номер 40, атомная масса 91,22; серебристо-белый металл с характерным блеском. Известно пять природных изотопов Циркония: 90Zr (51,46%),91Zr (11,23%),92Zr (17,11%), 94Zr (17,4%), 96Zr (2,8%). Из искусственных радиоактивных изотопов важнейший 95Zr (Т½ = 65 сут); используется в качестве изотопного индикатора.

Распространение Циркония в природе

Среднее содержание Циркония в земной коре (кларк) 1,7·10-2% по массе, в гранитах, песчаниках и глинах несколько больше (2·10-2%), чем в основных породах (1,3·10-2%). Максимальные концентрации Циркония - в щелочных породах (5·10-2%). Цирконий слабо участвует в водной и биогенной миграции. В морской воде содержится 0,00005 мг/л Циркония. Известно 27 минералов Циркония; промышленное значение имеют бадделеит ZrO2, циркон. Основные типы месторождений Циркония: щелочные породы с малаконом и цитролитом; магнетит-форстерит-апатитовые породы и карбонатиты с бадделеитом; прибрежно-морские и элювиально-делювиальные россыпи.

Физические свойства Циркония

Цирконий существует в двух кристаллических модификациях: α-формы с гексагональной плотноупакованной решеткой (а = 3.228Å; с = 5,120Å) и β-формы с кубической объемноцентрированной решеткой (а = 3,61Å). Переход α → β происходит при 862 °С. Плотность α-Циркония (20 °С) 6,45 г/см3; tпл 1825 °С; tкип3580-3700 °С; удельная теплоемкость (25-100 °С) 0,291 кдж/(кг·К) [0,0693 кал/(г·°С)]; коэффициент теплопроводности (50 °С) 20,96 вт/(м·К) [0,050 кал/(см·сек·°С)]; температурный коэффициент линейного расширения (20-400 °С) 6,9·10-6; удельное электрическое сопротивление Циркония высокой степени чистоты (20 °С) 44,1 мком·см. Температура перехода в состояние сверхпроводимости 0,7 К. Цирконий парамагнитен; удельная магнитная восприимчивость увеличивается при нагревании и при -73 °С равна 1,28 ·10-6, а при 327 °С - 1,41 ·10-6. Сечение захвата тепловых нейтронов (0,18±0,004)·10-28м2, примесь гафния увеличивает это значение. Чистый Цирконий пластичен, легко поддается холодной и горячей обработке (прокатке, ковке, штамповке). Наличие растворенных в металле малых количеств кислорода, азота, водорода и углерода (или соединений этих элементов с Цирконием) вызывает хрупкость Циркония. Модуль упругости (20 °С) 97 Гн/м2(9700 кгс/мм2); предел прочности при растяжении 253 Мн/м2(25,3 кгс/мм2); твердость по Бринеллю 640-670 Мн/м2(64-67 кгс/мм2); на твердость очень сильное влияние оказывает содержание кислорода: при концентрации более 0,2%. Цирконий не поддается холодной обработке давлением.

Химические свойства Циркония

Внешняя электронная конфигурация атома Zr 4d25s2. Для Циркония характерна степень окисления +4. Более низкие степени окисления +2 и +3 известны для Циркония только в его соединениях с хлором, бромом и иодом. Компактный Цирконий начинает медленно окисляться в пределах 200-400 °С, покрываясь пленкой оксида циркония (IV) ZrO2; выше 800 °С энергично взаимодействует с кислородом воздуха. Порошкообразный металл пирофорен - может воспламеняться на воздухе при обычной температуре. Цирконий активно поглощает водород уже при 300 °С, образуя твердый раствор и гидриды ZrH и Zrh3; при 1200-1300 °С в вакууме гидриды диссоциируют и весь водород может быть удален из металла. С азотом Цирконий образует при 700-800 °С нитрид ZrN. Цирконий взаимодействует с углеродом при температуре выше 900 °С с образованием карбида ZrC. Карбид и нитрид Циркония - твердые тугоплавкие соединения; карбид Циркония - полупродукт для получения ZrCl4. Цирконий вступает в реакцию с фтором при обычной температуре, а с хлором, бромом и иодом при температуре выше 200 °С, образуя высшие галогениды ZrX4 (где X - галоген). Цирконий устойчив в воде и водяных парах до 300 °С, не реагирует с соляной и серной (до 50%) кислотами, а также с растворами щелочей (Цирконий - единственный металл, стойкий в щелочах, содержащих аммиак). С азотной кислотой и царской водкой взаимодействует при температуре выше 100 °С. Растворяется в плавиковой и горячей концентрированной (выше 50%) серной кислотах. Из кислых растворов могут быть выделены соли соответствующих кислот разного состава, зависящего от концентрации кислоты. Так, из концентрированных сернокислых растворов Цирконий осаждается кристаллогидрат Zr(SO4)2·4h3O; из разбавленных растворов - основные сульфаты общей формулы xZrO2·ySO3·zh3O (где х : у>1). Сульфаты Циркония при 800-900 °С полностью разлагаются с образованием оксида Циркония (IV). Из азотнокислых растворов кристаллизуется Zr(NО3)4·5Н2О или ZrO(NO3)2·h3O (где х = 2-6), из солянокислых растворов - ZrOCl2·8h3O, который обезвоживается при 180-200 °С.

Получение Циркония

Основным промышленным источником получения Циркония является минерал циркон ZrSiO4. Циркониевые руды обогащаются гравитационными методами с очисткой концентратов магнитной и электростатической сепарацией. Металл получают из его соединений, для производства которых концентрат вначале разлагают. Для этого применяют: 1) хлорирование в присутствии угля при 900-1000 °С (иногда с предварительной карбидизацией при 1700-1800 °С для удаления основной части кремния в виде легколетучего SiO); при этом получается ZrCl4, которыи возгоняется и улавливается; 2) сплавление с едким натром при 500-600 °С или с содой при 1100 °С: ZrSiO4 + 2Na2CO3 = Na2ZrO3 + Na2SiO3 + 2CO2; 3) спекание с известью или карбонатом кальция (с добавкой СаCl2) при 1100-1200 °С: ZrSiO4 + ЗСаО = CaZrO3 + Ca2SiO4; 4) сплавление с фторосиликатом калия при 900 OС: ZrSiO4 + K2SiF6 = K2ZrF6 + 2SiO2. Из спека или плава, полученного в случаях щелочного вскрытия (2,3), вначале удаляют соединения кремния выщелачиванием водой или разбавленной соляной кислотой, а затем остаток разлагают соляной или серной; при этом образуются соответственно оксихлорид и сульфаты. Фтороцирконатный спек (4) обрабатывают подкисленной водой при нагревании; при этом в раствор переходит фтороцирконат калия, 75-90% которого выделяется при охлаждении раствора.

Для выделения соединений Циркония из кислых растворов применяют следующие способы: 1) кристаллизацию оксихлорида Циркония ZrOCl2·8h3O при выпаривании солянокислых растворов; 2) гидролитическое осаждение основных сульфатов Цирконий хZrO2·ySO3·zh3O из сернокислых или солянокислых растворов; 3) кристаллизацию сульфата Циркония Zr(SO4)2 при добавлении концентрированной серной кислоты или при выпаривании сернокислых растворов. В результате прокаливания сульфатов и хлоридов получают ZrO2.

Соединения Циркония, полученные из рудного сырья, всегда содержат примесь гафния. Цирконий отделяют от этой примеси фракционной кристаллизацией K2ZrF6, экстракцией из кислых растворов органических растворителями (например, трибутилфосфатом), ионообменными методами, избирательным восстановлением тетрахлоридов (ZrCl4 и HfCl4).

Цирконий в виде порошка или губки получают металлотермическим восстановлением ZrCl4, K2ZrF6 и ZrO2. Хлорид восстанавливают магнием или натрием, фтороцирконат калия - натрием, а оксид Циркония (IV) - кальцием или его гидридом. Электролитический порошкообразный Цирконий получают из расплава смеси солей галогенидов Циркония и хлоридов щелочных металлов. Компактный ковкий Цирконий получают плавлением в вакуумных дуговых печах спрессованных губки или порошка, обычно служащих расходуемым электродом. Цирконий высокой степени чистоты производят электроннолучевой плавкой слитков, полученных в дуговых печах, или прутков после иодидного рафинирования.

Применение Циркония

Сплавы на основе Цирконий, очищенного от гафния, применяют преимущественно в качестве конструкционных материалов в ядерных реакторах, что обусловлено малым сечением захвата тепловых нейтронов. Цирконий входит в состав ряда сплавов (на основе магния, титана, никеля, молибдена, ниобия и других металлов), используемых как конструкционные материалы, например, для ракет и других летательных аппаратов. Из сплавов Циркония с ниобием делают обмотки сверхпроводящих магнитов. В литейном производстве применяют цирконистые огнеупоры. К числу наиболее распространенных пьезокерамических материалов (пьезокерамики) относится группа цирконата-титаната свинца. В металлокерамических материалах (керметах) металлическим составляющим является Цирконий, а керамическим - его оксид ZrO2. При производстве генераторных ламп проволока из Циркония служит геттером.

Цирконий используют в качестве коррозионно-стойкого материала в химическом машиностроении. Присадки Циркония служат для раскисления стали и удаления из нее азота и серы. Порошкообразный Цирконий применяют в пиротехнике и в производстве боеприпасов. Сульфат Циркония - дубитель в кожевенной промышленности.

himiya.gosstandart.info

цирконий - это... Что такое цирконий?

  • ЦИРКОНИЙ — (ново лат. zirconium). Металл, имеющий вид черного порошка, получаемого разложением фтористого циркона помощью поташа. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. ЦИРКОНИЙ металл, в виде кристаллического… …   Словарь иностранных слов русского языка

  • Цирконий — (Zirconium), Zr, химический элемент IV группы периодической системы, атомный номер 40, атомная масса 91,224; металл, tпл 1855°C. Цирконий  и его сплавы конструкционные материалы ядерных реакторов и в химическом машиностроении. Из циркония… …   Иллюстрированный энциклопедический словарь

  • ЦИРКОНИЙ — (лат. Zirconium) Zr, химический элемент IV группы периодической системы Менделеева, атомный номер 40, атомная масса 91,224. Назван по минералу циркону. Серебристо белый металл, твердый, тугоплавкий; плотность 6,50 г/см³, tпл 1855 .С.… …   Большой Энциклопедический словарь

  • ЦИРКОНИЙ — (символ Zr), серебристо белый ПЕРЕХОДНОЙ ЭЛЕМЕНТ, впервые открытый в 1789 г. Его главный источник минерал ЦИРКОН (силикат циркония). В образцах лунных пород, собранных «Аполлонами», оказалось более высокое содержание циркония, чем в земных… …   Научно-технический энциклопедический словарь

  • ЦИРКОНИЙ — хим. элемент, символ Zr (лат. Zirconium), ат. н. 40, ат. м. 91,22. Чистый цирконий химически стойкий металл серебристобелого цвета, со степенью окисления +4; плотность 6500 кг/м3, tпл =1855°С; ковок и пластичен. Основное сырьё минерал (см.). В… …   Большая политехническая энциклопедия

  • Цирконий —         Zr (лат. Zirconium * a. zirconium; н. Zirkonium; ф. zirconium; и. circonio), хим. элемент IV группы периодич. системы Mенделеева, ат. н. 40, ат. м. 91,22. B природе 5 стабильных изотопов: 90Zr (51,45%), 91Zr (11,22%), 92Zr (17,15%), 94Zr… …   Геологическая энциклопедия

  • ЦИРКОНИЙ — (лат. Zirconium), Zr, хим. элемент IV группы периодич. системы элементов, ат. номер 40, ат. масса 91,224, переходный металл. В природе представлен 5 стабильными изотопами: 90Zr 92Zr, 94Zr и 96Zr, наиб. распространён 90Zr (51,47%), наименее 96Zr… …   Физическая энциклопедия

  • цирконий — сущ., кол во синонимов: 2 • металл (86) • элемент (159) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 …   Словарь синонимов

  • Цирконий — (Zirconium, нем. Zircon; Zr=90,7 при O=16) и торий (Thoriumнем. Thor; Th=232,5) принадлежат к числу довольно редких металлическихэлементов. По своей химической натуре они аналогичны с титаном. Ц. естьчетвертый член второго большого периода… …   Энциклопедия Брокгауза и Ефрона

  • Цирконий — Zirconium химический элемент (металл), слабо поглощающий тепловые нейтроны. Является основой сплавов, применяемых в ядерном реакторостроении в качестве конструкционных материалов активной зоны. Термины атомной энергетики. Концерн Росэнергоатом,… …   Термины атомной энергетики

  • ЦИРКОНИЙ — ЦИРКОНИЙ, хим. элемент, символ Zr, ат. вес 91,22. Точка плавления 1860°, уд. в. 6,5. По хим. свойствам близок к кремнию. В СССР он имеется в отвалах руд на Южном Урале и на Кольском полуострове. В технике Ц. применяется при изготовлении нитей …   Большая медицинская энциклопедия

dic.academic.ru

Цирконий

Цирконий Свойства атома Химические свойства Термодинамические свойства простого вещества Кристаллическая решётка простого вещества
Атомный номер 40
Внешний вид простого вещества
Атомная масса (молярная масса) 91,224 а. е. м. (г/моль)
Радиус атома 160 пм
Энергия ионизации (первый электрон) 659,7 (6,84) кДж/моль (эВ)
Электронная конфигурация [Kr] 4d2 5s2
Ковалентный радиус 145 пм
Радиус иона (+4e)79 пм
Электроотрицательность (по Полингу) 1,33
Электродный потенциал 0
Степени окисления 0, +1, +2, +3, +4
Плотность 6,506 г/см³
Молярная теплоёмкость 25,3 Дж/(K·моль)
Теплопроводность 22,7 Вт/(м·K)
Температура плавления 2125 K
Теплота плавления 19,2 кДж/моль
Температура кипения 4650 K
Теплота испарения 567 кДж/моль
Молярный объём 14,1 см³/моль
Структура решётки гексагональная
Параметры решётки a=3,231 c=5,148 Å
Отношение c/a 1,593
Температура Дебая 291 K
Zr 40
91,224
[Kr]4d25s2
Цирконий

Цирко́ний — элемент побочной подгруппы четвёртой группы пятого периода периодической системы химических элементов, атомный номер 40. Обозначается символом Zr (лат. Zirconium). Простое вещество цирконий (CAS-номер: 7440-67-7) — блестящий металл серебристо-серого цвета. Обладает высокой пластичностью, устойчив к коррозии. Существует в двух кристаллических модификациях: α-Zr с гексагональной решёткой типа магния, β-Zr с кубической объёмноцентрированной решёткой типа α-Fe, температура перехода α↔β 863 °C.

История и происхождение названия

Цирконий в виде двуокиси впервые был выделен в 1789 году немецким химиком М. Г. Клапротом в результате анализа минерала циркона.

Происхождение самого слова циркон неясно. Возможно, оно происходит от арабского zarkûn (киноварь) или от персидского zargun (золотистый цвет).

Нахождение в природе

Соединения циркония широко распространены в литосфере. В природе распространены главным образом циркон (ZrSiO4), бадделеит (ZrO2) и различные сложные минералы. Во всех земных месторождениях цирконию сопутствует Hf, который входит в минералы циркона благодаря изоморфному замещению атома Zr.

Циркон является самым распространенным циркониевым минералом. Он встречается во всех типах пород, но главным образом в гранитах и сиенитах. В графстве Гиндерсон (шт. Сев. Каролина) в пегматитах были найдены кристаллы циркона длиной в несколько сантиметров, а на Мадагаскаре были обнаружены кристаллы, вес которых исчисляется килограммами.

Бадделеит был найден Юссаком в 1892 г в Бразилии. Основное месторождение находится в районе Посус-ди-Калдас (Бразилия). Там была найдена глыба бадделеита весом около 30 т, а в водных потоках и вдоль обрыва бадделеит встречается в виде аллювиальной гальки диаметром до 7,5 мм, известной под названием фавас (от португальского fava — боб). Фавас обычно содержит свыше 90 % двуокиси циркония.

Получение

Физико-химические свойства

Цирконий — блестящий серебристо-серый металл. Существует в двух кристаллических модификациях: α-Zr с гексагональной решёткой типа магния (а = 3,231 Å; с = 5,146 Å; z = 2; пространственная группа P63/mmc) и β-Zr с кубической объёмноцентрированной решёткой типа α-Fe (a = 3,61 Å; z = 2; пространственная группа Im3m). Переход a ↔ b происходит при 863 °C, ΔH перехода 3,89 кДж/моль. Добавки Al, Sn, Pb, Cd повышают, а Fe, Cr, Ni, Mo, Cu, Ti, Mn, Co, V и Nb понижают температуру перехода.

Плотность α-циркония (20 °C) 6,5107 г/см³; Tпл — 1855 °C; Tкип — 4409 °C; удельная теплоёмкость (25-100 °C) 0,291 кДж/(кг×К) [0,0693 кал/(г×°C)], коэффициент теплопроводности (50 °C) 20,96 вт/(м×К) [0,050 кал/(см×сек×°C)]; температурный коэффициент линейного расширения (20-400 °C) 6,9×10−6; удельное электрическое сопротивление циркония высокой степени чистоты (20 °C) 44,1 мкОм×см. температура перехода в состояние сверхпроводимости 0,7 К.

Цирконий парамагнитен; удельная магнитная восприимчивость увеличивается при нагревании и при −73 °C равна 1,28×10−6, а при 327 °C — 1,41×10−6. Сечение захвата тепловых нейтронов (0,18 ? 0,004)×10−28 м², примесь гафния увеличивает это значение. Чистый цирконий пластичен, легко поддаётся холодной и горячей обработке (прокатке, ковке, штамповке). Наличие растворённых в металле малых количеств кислорода, азота, водорода и углерода (или соединений этих элементов с цирконием) вызывает хрупкость циркония. Модуль упругости (20 °C) 97 Гн/м² (9700 кгс /мм²); предел прочности при растяжении 253 Мн/м² (25,3 кгс/мм²); твёрдость по Бринеллю 640—670 Мн/м² (64-67 кгс/мм²); на твёрдость очень сильное влияние оказывает содержание кислорода: при концентрации более 0,2 % цирконий не поддаётся холодной обработке давлением.

Внешняя электронная конфигурация атома циркония 4d25s2. Для циркония характерна степень окисления +4. Более низкие степени окисления +2 и +3 известны для циркония только в его соединениях с хлором, бромом и иодом.

Компактный цирконий медленно начинает окисляться в пределах 200—400 °C, покрываясь плёнкой циркония двуокиси ZrO2; выше 800 °C энергично взаимодействует с кислородом воздуха. Порошкообразный металл пирофорен — может воспламеняться на воздухе при обычной температуре. Цирконий активно поглощает водород уже при 300 °C, образуя твёрдый раствор и гидриды ZrH и Zrh3; при 1200—1300 °C в вакууме гидриды диссоциируют и весь водород может быть удалён из металла. С азотом цирконий образует при 700—800 °C нитрид ZrN. Цирконий взаимодействует с углеродом при температуре выше 900 °C с образованием карбида ZrC. Карбид и нитрид циркония — твёрдые тугоплавкие соединения; карбид циркония — полупродукт для получения хлорида ZrCl4. Цирконий вступает в реакцию со фтором при обычной температуре, а с хлором, бромом и иодом при температуре выше 200 °C, образуя высшие галогениды ZrHal4 (где Hal — галоген). Цирконий устойчив в воде и водяных парах до 300 °C, не реагирует с соляной и серной (до 50 %) кислотами, а также с растворами щелочей (цирконий — единственный металл, стойкий в щелочах, содержащих аммиак). С азотной кислотой и царской водкой он взаимодействует при температуре выше 100 °C. Растворяется в плавиковой и горячей концентрированной (выше 50 %) серной кислотах. Из кислых растворов могут быть выделены соли соответствующих кислот разного состава, зависящего от концентрации кислоты. Так, из концентрированных сернокислых растворов циркония осаждается кристаллогидрат Zr(SO4)2•4h3O; из разбавленных растворов — основные сульфаты общей формулы xZrO2 • ySO3 • zh3O (где х : y > 1). Сульфаты циркония при 800—900 °C полностью разлагаются с образованием двуокиси циркония. Из азотнокислых растворов кристаллизуется Zr(NO3)4 • 5h3O или ZrO(NO3)2 • xh3O (где х = 2-6), из солянокислых растворов — ZrOCl2 • 8h3O, который обезвоживается при 180—200 °C.

Экономика

Стоимость циркония в конце 1990-х — 20-26$ за килограмм[источник не указан 44 дня].

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 (и на территории бывшего СССР), является Чепецкий механический завод (Глазов, Удмуртия).

Металлический цирконий и его сплавы

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, теплообменников 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, с высокой скоростью и развивая наиболее высокую температуру из всех 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). В этой сфере повышеный интерес имеет 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.

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.

Быт

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

Соединения

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[источник не указан 232 дня].

Бериллид циркония чрезвычайно твёрд и устойчив к окислению на воздухе до 1650 °C, применяется в авиакосмической технике (двигатели, сопла, реакторы, радиоизотопные электрогенераторы)[источник не указан 232 дня].

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.

Биологическая роль и физиологическое действие

Цирконий не играет биологической роли в организме. Жителям России памятны пресловутые циркониевые браслеты, рекламируемые В.Кикабидзе, якобы снижающие артериальное давление, но не оказывающие реального терапевтического действия.

О воздействии соединений циркония на организм ничего не известно. Пыль циркония представляет собой вещество с большой пожаро- и взрывоопасностью, поскольку может самовоспламениться на воздухе.

Изотопы

Изотопы циркония

В природной смеси содержится пять изотопов циркония (90Zr, 91Zr, 92Zr, 94Zr и 96Zr), причём 96Zr слабо радиоактивен (двойной бета-распад с периодом полураспада 2,4×1019 лет).

himsnab-spb.ru

Цирконий

Цирконий (хим. символ Zr) — серо-стальной металл с желтоватым оттенком, Получают из рудного концентрата или переплавкой циркониевых отходов. Это ковкий и пластичный почти как золото, парамагнитный, коррозионностойкий жаростойкий металл. Он устойчив к действию хлорированной и морской воды, аммиака, щелочей, кислот, задерживает радиацию, не теряет свои качества в условиях высоких или криогенных температур. Как правило, используется в сплаве с другими металлами. которым придает не только свои неординарные свойства, но и повышает технологичность.

Атомный номер Zr Атомная (молярная) масса г/моль Степень окисления Плотность [г/cм3] Температура плавления t°С Температура кипения t°С Теплота плавления кДж/кг
№ 40 91,2 0, 1, 2, 3, 4 8,5 1855°С 4409°С 19,2

Геология

В рудных месторождениях цирконий буквально рассыпан в самых разных уголках планеты, где он встречается в виде аморфных окислов и солей, а также в виде монокристаллов, например, в Северной Каролине США. Такие кристаллы в месторождениях Нигерии иногда достигают веса более килограмма. Наиболее богатые залежи расположены на территории Северной Америки, Австралии, ЮАР и Индии. В руде цирконий часто встречается вместе с гафнием — по свойствам наиболее близким к нему металлом. Природные запасы циркония в России оцениваются 10% от мировых. В 1799 году этот металл впервые был выделен в виде двуокиси немецким химиком Клапротом из минерала циркона. Выплавляется Zr из обогащенного рудного концентрата, в котором содержание диоксида циркония доходит до 60−65%.

Процентный состав сплавов циркония

Марка или Zr+Hf Hf Nb Be Ni Al Ti Cr Pb O2
Э100 КТЦ100 99,7 0,01 - 0.0005 0.01 0.005 0.007 0.005 0,005 0.14
Э110 КТЦ 110 99.5 0,01 0,9−1,1 0,003 0,02 0,008 0.007 0,02 0,005 0,10
Э125 КТЦ 125 99.5 0,01 2.4−2.7 0,003 0,02 0,008 0.007 0,02 0,005 0,06−0,1

Использование. Ювелирное дело

Уникальные свойства этого металла издавна привлекали ювелиров, Анодированный цирконий может приобретать любой оттенок, предоставляя широчайшие возможности для воплощения самых смелых художественных замыслов. Если вам хочется чего-либо оригинального и необычного, вам следует обратить внимание на украшения из циркония. Эти изделия элегантны, продуманы и прекрасно выполнены, привлекательны своей завершённостью. По этой причине они очень высоко оцениваются на мировом рынке.

Химический состав зарубежных аналогов циркония

Марка UNS Zr+Hf Hf Fe+Cr H N C O
Zr 700 R60700 99.2 4.5 0.2 0.005 0.025 0.05 0.1
Zr 702 R60702 99.2 4.5 0.2 0.005 0.025 0.05 0.16
Zr 705 R60705 95.5 4.5 0.2 0.005 0.025 0.05 0.18

Металлургия и энергетика

Минерал циркон и двуокиси ZrO2 входят в состав огнеупорной футеровки металлургических печей, жаропрочного покрытия тиглей, огнеупорных труб и т. п. Отечественные инженеры разработали технологию проката труб любого профиля из циркониевого сплава КТЦ-110,. Такие трубы актуальны в теплообменных системах ТВЭЛ. Они могут работать при температуре выше 2000 °C без потери технологических качеств.

Этот достаточно дорогой металл сначала использовался для легирования сталей. За счет измельчения зернистости сплава, цирконий не только придает сталям жаростойкость и коррозионностойкость, но и повышает технологичность. Легирование цирконием стальных труб приводит к двукратному снижению коррозионных потерь. С квадратного метра поверхности легированных труб теряется почти на 1 грамм меньше металла за год. Цирконий — хороший раскислитель. Он делает сплавы меди жаропрочными при незначительной потере электропроводности. Также он входит в состав латуней и бронз. При гидрировании (насыщении водородом) цирконий в несколько раз увеличивается в объеме, намного больше, чем при нагревании, что позволяет соединять несоединимые материалы, когда ни пайка, ни сварка неприменимы. Это безальтернативный способ при изготовлении двухслойных труб из материалов разной жаростойкости, например, латуни или бронзы — с вольфрамом. Так если втулку из стали и алюминия насадить на кольцо циркония и подвергнуть гидрированию в течение часа при 400 °C, сталь и алюминий склеятся «намертво». В металлургии из двуокиси циркония или минералов циркона и бадделеита производят огнеупорные кирпичи для промышленных печей, тигли для плавки металлов и т. п. огнеупорные изделия.

Керамика

До 25% циркония потребляется на производство керамики, эмали и глазури. Более ста тысяч тонн концентрата ZrO2 в год идет на изготовление не только бытовой, но и электротехнической керамики: высоковольтных изоляторов и другого технического фарфора с высоким сопротивлением. Керамика на основе циркония используется для химических тиглей, ступок и т. п., в ультразвуковых датчиках и медицинских приборах, в пироэлектрических детекторах инфракрасного излучения.

Ядерная энергетика

Узкое сечение захвата тепловых нейтронов плюс жаростойкость позволяют использовать цирконий для тепловыделяющих элементов ядерных котлов. Это один из основных конструкционных материалов атомных реакторов. На Украине разработана промышленная технология производства труб широкого ассортимента из циркониевого сплава КТЦ-110 в том числе для комплектующих ТВЭЛ. Этот металл хорошо задерживает радиоактивное излучение. В кардиоцентре Нижнего Новгорода в рентгенологическом отделении проводили исследование. Тонкая циркониевая пластина защищала от облучения намного лучше нескольких слоев свинцовых фартуков.

Медицина и быт

В кардиоцентре Нижнего Новгорода провели исследование. В рентгеновском отделении тонкая циркониевая пластина задерживала излучение намного сильнее, чем несколько слоев защитных свинцовых фартуков. Выяснить, что этот металл активно поглощает и нейтрализует вредное излучение. Регулярное ношение изделий из циркония благотворно влияет на здоровье. В случае хронических нарушений процесс лечения часто проходит через период обострения. В таком случае изделие необходимо снять и спустя время снова надеть, когда неприятные ощущения уменьшаются. Заболевание проходит после нескольких циклов. Биологическая инертность в числе других достоинств циркония позволяют использовать его для производства инъекционных игл, сшивания костных отломков и постановки зубных протезов. Из этого металла производится эксклюзивная бытовая посуда и столовые приборы. Регулярное ношение изделий из циркония благотворно влияет на здоровье.

Пиротехника и боеприпасы

Порошкообразный цирконий в присутствии окислителей (например, бертолетовой соли) сгорает при температуре 4650 °C с выделением яркого света. Используется в фейерверках, для трассирующих пуль, фото-авиабомб, в последнее время — для накачки лазеров.

Другие отрасли

Стойкость циркония к действию перегретого пара, кислот, промышленного конденсата циркониевые трубы актуальны в химической промышленности, перерабатывающей, целлюлозно-бумажной отрасли, Биологическая инертность и соответствие самым строгим санитарным нормам позволяет использовать цирконий для пищевой отрасли и в быту, изготовления посуды, паровых конденсаторов и инъекционных игл.

Циркониевые прутки

Прутки из циркония производят литые, горячепрессованные и холоднокатаные, кованые толщиной 4,5 — 81 mm и длиной более семи метров. Используют сплав циркония с ниобием (1 — 2,5%) или сплав Э635. Точность изготовления может быть: обычной и повышенной точности. Они являются надёжным конструкционным материалом в производстве термостойких деталей атомных реакторов, оболочек ТВЭЛ и различные элементы ТВС.

Прутки йодидного циркония

Такие прутки с псевдокристаллической поверхностью (прутки Ван Аркеля) — особенный класс продукции из циркония самой высокой чистоты, полученного технологией йодидного рафинирования. Из них производят проволоку, электроды и детали вакуумных приборов.

Листы холоднокатаные

Из сплавов циркония легированных 2,5% ниобия производят холоднокатаные листы — под заказ любых параметров. Отжиг проводится в вакууме, поверхность протравливается. Такие листы имеют высокую коррозионную стойкость. Используются как основа для крышек топливных кассет ядерных реакторов, химических ёмкостей и реакторов фрагментов судового оборудования.

Холоднотянутая проволока

Из сплавов циркония легированных 1 — 2,5% ниобия производят холоднокатаную проволоку Ø 0,7 — 4 mm. Такая проволока служит основой производства деталей запорной арматуры ядерных реакторов, также она необходима для сварки трубчатых деталей.

Катоды из циркония

Актуальны для нанесения особо прочных покрытий — нитридов, оксидов, оксинитридов циркония — на кромки режущих инструментов из твердых сплавов, на лопатки турбин, элементов пар трения (валы, втулки). При этом срок службы продукции возрастает в 10 раз. В стоматологии посредством циркониевых катодов наносят износостойкое покрытие на зубные коронки.

Купить по выгодной цене

Компания ООО «Электровек-Сталь» предлагает широкий ассортимент продукции на основе циркония:

  • лист;
  • полоса;
  • проволока (Ø 0,7 — 4 mm);
  • пруток Ø до 150 mm;

а также изделий из циркония по чертежу заказчика:

  • мишень;
  • катоды для напыления и др.

Поставляем сертифицированный прокат из редких металлов и сплавов по оптимальным ценам. В спецификации отражены данные по процентному составу и механическим качествам продукции. У нас легко купить оптом любые полуфабрикаты для масштабных производств. Мы также сотрудничаем с розничными покупателями. Высокий уровень сервиса, соответствие продукции ГОСТ и международным стандартам качества, оперативность обслуживания являются лицом нашей компании. Поставляем циркониевую трубу стандартных и нестандартных размеров в кратчайшие сроки со складов, расположенных на территории России и Украины. Высокое качество, доступные цены и широкий выбор продукции определяют лицо нашей компании. Став нашим постоянным клиентом, Вы сможете рассчитывать на систему дисконтных скидок. Сотрудничество с нами поможет Вам реализовать любые инженерные замыслы. Ждем Ваших заказов на сайте evek.org.

www.evek.org


Смотрите также