Qu'est-ce que le métal de zirconium: propriétés et utilisations

Le zirconium (Zr) est un métal de transition lumineux, blanc argenté, souvent éclipsé par des éléments plus communément discutés, mais il joue un rôle extrêmement important dans la technologie moderne,en particulier dans les industries nucléaire et chimiqueNommé d'après le minéral zirconium, la source la plus importante de cet élément, le zirconium se distingue par sa résistance exceptionnelle à la corrosion, son point de fusion élevé,et une faible absorption de neutrons, une combinaison de propriétés qui le rendent indispensable pour certaines applications exigeantes.

Propriétés physiques et chimiques

Le nombre atomique du zirconium est 40, et il se trouve dans le groupe 4 du tableau périodique, juste en dessous du titane et au-dessus de l'hafnium.et leurs propriétés chimiques sont si similaires que les séparer est un processus historiquement difficile et énergivoreCette relation étroite est due au phénomène connu sous le nom de contraction des lanthanides, qui donne lieu à des rayons atomiques presque identiques pour les deux éléments.la présence d'hafnium n'est pas un problème, mais pour l'utilisation nucléaire, la séparation est obligatoire car l'hafnium est un puissant absorbeur de neutrons, tandis que le zirconium ne l'est pas.

Le zirconium pur est un métal doux et ductile à température ambiante, ce qui le rend facilement traçable.Le zirconium est très inflammable et peut s'enflammer spontanément dans l'air, une caractéristique qui nécessite une manipulation prudente dans les processus industriels.En vrac, le métal est protégé par une couche d'oxyde dense, stable et très passive (Je ne peux pas.Cette couche d'oxyde auto-réparatrice est le secret de l'extraordinaire résistance au corrosion du zirconium.

Le métal possède un point de fusion impressionnant d'environJe vous en prie.(Je vous en prie.) et un point d'ébullition deJe vous en prie.(Je vous en prie.La résistance et la stabilité du zirconium à haute température sont cruciales dans les environnements où la plupart des autres métaux structurels échoueraient.et de l'eau de mer, souvent plus performant que le titane et l'acier inoxydable dans des environnements de traitement chimique extrêmement corrosifs.

Extraction et production

Le zirconium n'est jamais trouvé à l'état élémentaire dans la nature.Je ne peux pas.Pour l'extraction du métal, le zircon doit être converti en oxyde, puis en chlorure.La méthode industrielle la plus courante pour produire des produits de haute pureté, le zirconium métallique est leLe procédé Kroll.

Le procédé Kroll consiste à réduire le tétrachlorure de zirconium (Je ne peux pas.) avec du magnésium ($Mg$Le produit résultant est une masse spongieuse de zirconium métallique qui doit ensuite être purifiée davantage, souvent par fusion sous vide.pour la production de lingots adaptés au laminage en tôle, feuille ou tige pour la fabrication de composants.

Pour les applications nucléaires, l'exigence stricte d'élimination de l'hafnium absorbant les neutrons est satisfaite par des techniques d'extraction liquide-liquide complexes ou des méthodes de distillation spécialisées.Le zirconium nucléaire obtenu, pratiquement exempte d'haphnium, est la base des alliages communément appelésZircaloy.

Principales utilisations et applications

Les propriétés uniques du zirconium dictent son utilisation dans plusieurs industries spécialisées.

1Industrie nucléaire (Zircaloy):

Il s'agit sans doute de l'application la plus importante du zirconium. Plus de 90% du métal de zirconium consommé dans le monde est utilisé dans le secteur de l'énergie nucléaire.le zirconium est exceptionnellement résistant à la corrosion par l'eau chaude et la vapeurIl a une très faible coupe transversale d'absorption thermique de neutrons, ce qui signifie que contrairement à l'acier ou au cuivre,le zirconium n'absorbe pas les neutrons nécessaires pour maintenir la réaction en chaîne de fission nucléaireCette combinaison de propriétés fait du zircaloy le matériau idéal pour le revêtement des barres de combustible dans les réacteurs à eau légère (LWR).Le revêtement doit contenir le combustible nucléaire tout en permettant aux neutrons de passer à la pellette de combustible suivante, tout en supportant la chaleur intense, la pression et l'environnement corrosif à l'intérieur du noyau du réacteur pendant des années.Le zircaloïde est un matériau essentiel pour le fonctionnement de la plupart des centrales nucléaires commerciales dans le monde.

2- Industrie de transformation chimique (IPC):

En raison de sa résistance supérieure à la corrosion, le zirconium est un matériau de construction idéal pour les environnements chimiques difficiles.acide nitriqueLes composants fabriqués à partir de zirconium comprennent des échangeurs de chaleur, des tuyaux, des boîtiers de pompes, des vannes et des réacteurs.Le coût initial élevé est souvent justifié par la longue durée de vie du matériau, ce qui se traduit par une réduction des coûts de maintenance et des temps d'arrêt.

3Agents d' alliage:

Bien que moins commun que son utilisation sous sa forme pure ou dans le zircaloy, le zirconium peut être utilisé comme élément d'alliage.des petites quantités de zirconium sont ajoutées à certains alliages de cuivre pour augmenter leur résistance et leur stabilité thermiqueIl est également présent dans certains alliages d'acier et d'aluminium.

4Applications médicales et biomédicales:

Le zirconium et ses alliages ont trouvé une utilisation de niche en médecine.pour certains implants orthopédiquesL'oxyde de zirconium, également connu sous le nom de zirconium, est une céramique de haute résistance utilisée en dentisterie pour les couronnes et les ponts en raison de ses excellentes qualités esthétiques et de sa durabilité.

5Utilisations de consommation et de niche:

L'oxyde de zirconium est un composant majeur dans l'industrie des matériaux réfractaires en raison de son point de fusion extrêmement élevé.pour le remplissage de foursDans les bijoux, le zircon naturel est une pierre précieuse très utilisée, et le zirconium cube synthétique est un simulateur de diamants largement utilisé et peu coûteux.le métal est parfois utilisé dans les poudres flash et les produits pyrotechniques spécialisés en raison de la flammabilité de sa forme en poudre.

En résumé, le zirconium est un matériau très stratégique et technologiquement critique.stabilité à haute température, et sa résistance à la corrosion pratiquement inégalée, en particulier sa transparence neutronique, l'élève à un statut irremplaçable,cimenter son rôle de matériau de base pour l'infrastructure mondiale de l'énergie nucléaire et les secteurs les plus exigeants de l'industrie chimique.