Cos' è il metallo di zirconio: proprietà e usi

Il zirconio (Zr) è un metallo di transizione luminoso e bianco argenteo, spesso oscurato da elementi più comunemente discussi, ma svolge un ruolo fondamentale nella tecnologia moderna,In particolare nelle industrie nucleari e chimicheIl zirconio prende il nome dal minerale zircone, la fonte più importante dell'elemento, e si distingue per la sua eccezionale resistenza alla corrosione, il suo elevato punto di fusione, la sua elevata resistenza ai corrosivi, la sua elevata resistenza al corrosivo, la sua elevata resistenza alla corrosione, la sua elevata resistenza al corrosivo, la sua elevata resistenza al corrosivo, la sua elevata resistenza al corrosivo, la sua elevata resistenza al corrosivo, la sua elevata resistenza al corrosivo, la sua elevata resistenza al corrosivo, la sua elevata resistenza al corrosivo e la sua elevata resistenza al corrosivo.- una combinazione di proprietà che lo rendono indispensabile per alcune applicazioni impegnative.

Proprietà fisiche e chimiche

Il numero atomico dello zirconio è 40, e si trova nel gruppo 4 della tavola periodica, proprio sotto il titanio e sopra l'afnio.e le loro proprietà chimiche sono così simili che separarle è un processo storicamente difficile ed energeticoQuesta stretta relazione è dovuta al fenomeno noto come contrazione del lantanuro, che si traduce in raggi atomici quasi identici per i due elementi.la presenza di hafnio non è un problema, ma per l'uso nucleare, la separazione è obbligatoria perché l'afnio è un potente assorbente di neutroni, mentre lo zirconio no.

Il zirconio puro è un metallo morbido e duttile a temperatura ambiente, che lo rende facilmente lavorabile.Il zirconio è altamente infiammabile e può infiammarsi spontaneamente nell'aria, una caratteristica che richiede un'attenta manipolazione nei processi industriali.In forma sfusa, il metallo è protetto da uno strato di ossido denso, stabile e altamente passivo ($ZrO_2$Questo strato di ossido auto-riparabile è il segreto della straordinaria resistenza alla corrosione dello zirconio.

Il metallo vanta un punto di fusione impressionante di circa$1855^{circa}C$($3371^{circa}F$) e un punto di ebollizione di$4377^{circa}C$($7911^{circa}F$Il zirconio è altamente resistente agli attacchi di acidi, alcalini, acidi di ferro, acidi di ferro, acidi di ferro, acidi di ferro, acidi di ferro, acidi di ferro, acidi di ferro, acidi di ferro, acidi di ferro, acidi di ferro, acidi di ferro, acidi di ferro, acidi di ferro, acidi di ferro, acidi di ferro, acidi di ferro.e acqua di mare, spesso con prestazioni migliori rispetto al titanio e all'acciaio inossidabile in ambienti di lavorazione chimica estremamente corrosivi.

Estrazione e produzione

Il zirconio non si trova mai allo stato elementare in natura.$ZrSiO_4$Per estrarre il metallo, lo zircone deve essere convertito in un ossido e poi in un cloruro.Il metodo industriale più comune per la produzione di prodotti di alta purezza, il zirconio metallico è ilProcesso Kroll.

Il processo Kroll consiste nella riduzione del tetracloruro di zirconio ($ZrCl_4$) con magnesio ($Mg$Il prodotto risultante è una massa spugnosa di metallo zirconio che deve essere poi purificato ulteriormente, spesso mediante fusione sotto vuoto,per la produzione di lingotti adatti al laminamento in piastra, fogli o barre per la fabbricazione di componenti.

Per le applicazioni nucleari, il rigoroso requisito di rimozione dell'afnio assorbente neutroni è soddisfatto mediante tecniche complesse di estrazione liquido-liquido o metodi di distillazione specializzati.Il zirconio di grado nucleare risultante, praticamente privo di afnio, è la base di leghe note collettivamente comeZircaloy.

Principali usi e applicazioni

Le proprietà uniche dello zirconio dettano il suo uso in diverse industrie specializzate ad alto rischio.

1Industria nucleare (Zircaloy):

Questo è probabilmente l'applicazione più importante dello zirconio. Oltre il 90% del metallo di zirconio consumato a livello globale va nel settore dell'energia nucleare.lo zirconio è eccezionalmente resistente alla corrosione in acqua calda e vaporeQuesto significa che, a differenza dell'acciaio o del rame, il carbonio di carbonio ha un'assorbimento termico molto basso.lo zirconio non "assorbe" i neutroni necessari per sostenere la reazione a catena di fissione nucleareQuesta combinazione di proprietà rende lo zircaloy il materiale ideale per il rivestimento delle barre di combustibile nei reattori ad acqua leggera (LWR).Il rivestimento deve contenere il combustibile nucleare permettendo al contempo ai neutroni di passare al pellet di combustibile successivo, il tutto pur sopportando l'intenso calore, la pressione e l'ambiente corrosivo all'interno del nucleo del reattore per anni.Il zircaloy è un materiale essenziale per il funzionamento della maggior parte delle centrali nucleari commerciali in tutto il mondo.

2Industria chimica (CPI):

A causa della sua resistenza alla corrosione superiore, lo zirconio è un materiale di costruzione ideale per ambienti chimici difficili.acido nitricoI componenti fabbricati con zirconio includono scambiatori di calore, tubazioni, involucri di pompe, valvole e vasi di reazione.L'elevato costo iniziale è spesso giustificato dalla lunga durata del materiale, il che si traduce in costi di manutenzione più bassi e tempi di fermo ridotti.

3Agente di legazione:

Sebbene meno comune rispetto al suo uso in forma pura o in zircaloy, lo zirconio può essere utilizzato come elemento di lega.ad alcune leghe di rame vengono aggiunte piccole quantità di zirconio per aumentarne la resistenza e la stabilità termicaSi trova anche in alcune leghe di acciaio e alluminio.

4Applicazioni mediche e biomediche:

Il zirconio e le sue leghe hanno trovato un uso di nicchia in medicina.per alcuni impianti ortopediciL'ossido di zirconio ($ZrO_2$), noto come zirconia, è una ceramica ad alta resistenza utilizzata in odontoiatria per corone e ponti a causa delle sue eccellenti qualità estetiche e durata.

5Utilizzatori e nicchie:

Il metallo di zirconio e i suoi composti hanno diverse altre applicazioni.con una lunghezza massima non superiore a 20 mm,In gioielleria, il minerale naturale zircone è una pietra preziosa molto diffusa, e la zirconia cubica sintetica è un simulatore di diamanti molto diffuso e poco costoso.il metallo è talvolta utilizzato in polveri flash e pirotecnica specializzata a causa dell'inflamabilità della sua forma in polvere.

In sintesi, lo zirconio è un materiale altamente strategico e tecnologicamente critico.stabilità ad alta temperatura, e una resistenza alla corrosione praticamente ineguagliabile, in particolare la sua trasparenza nei neutroni, lo eleva a uno stato insostituibile.consolidando il suo ruolo di materiale di base per l'infrastruttura globale dell'energia nucleare e per gli angoli più esigenti dell'industria chimica.