December 3, 2025
亜鉛 (Zr) は 光り輝く白銀色の 移行金属で よく議論されている元素に 覆われているものの 現代技術において 非常に重要な役割を果たしています特に原子力および化学産業において亜鉛鉱石であるジルコンの名で,ジルコニウムは,その元素の最も重要な源である鉱石ジルコンの名で,その特殊な耐腐蝕性,高い溶融点,特定の要求のあるアプリケーションに不可欠なものとする性質の組み合わせ.
原子番号は40で 周期表の4組に属し タイタンよりすぐ下,ハフニウムより上です化学的性質が非常に似ているので 分離は歴史的に困難で エネルギーが多く消費されるプロセスですこの密接な関係は,ランタニド収縮と呼ばれる現象によるもので,この現象は,2つの元素のほぼ同一の原子半径をもたらします.多くの商業用用途では,ハフニウムの存在は問題ではないしかし,原子炉での分離は必須である. ハフニウムは強力な中性子吸収体であり,ジルコニウムはそうではない.
純粋なジルコニウムは 室温では柔らかく 柔軟性のある金属で 簡単に加工できますジルコニウムは高易燃性で,空気中に自発的に燃え上がる可能性があります.この特性により,工業プロセスでは慎重に処理する必要があります.密度が高い,安定した,非常に受動性の高いオキシド層で保護されている ($ZrO_2$この自己修復する酸化物層は,ジルコニウムの異常な耐腐蝕性の秘訣です.
この金属は 印象的な溶融点を誇っています$1855^{circ}C$($3371^{circ}F$) の沸点と$4377 ^ {circ}C$($7911^{circ}F$) 高い温度の強さと安定性は,他の構造金属が失敗する環境において極めて重要です.化学的には,ジルコニウムは酸,塩基,塩基などの攻撃に非常に耐性があります.海水非常に腐食性の高い化学加工環境でチタンや不oxidable steelよりもよく動作します.
ジルコニウムは,自然界で素質状態で決して見つからない.主要な商業的供給源は,鉱物ジルコン (ジルコニウムのシリケート,$ZrSiO_4$鉱石砂の鉱山から採掘される.金属を採取するには,ジルコンを酸化物,その後塩化物に変換する必要があります.高度な純度で生産する最も一般的な工業方法金属ジルコニウムはクロールプロセス.
クロール処理では,ジルコニウムテトラクロリド ($ZrCl_4$マグネシウム ($Mg$) 慣性大気,典型的にはアルゴンの中で生成される.その結果,ジルコニウム金属のスポンジ状の質量が生成され,その後,しばしば真空溶解によってさらに浄化され,プレートに巻き込むのに適したインゴットを製造する部品の製造用シートまたは棒
原子力用途では,中性子を吸収するハフニウムを除去する厳格な要求は,複雑な液体液体抽出技術または特殊蒸留方法によって満たされます.原子核級ジルコニウムハフニウムがほとんど含まれていない.シルカロイ.
シルコニウムの独特の特性により 専門産業の様々な分野で 使われています
1原子力産業 (ジルカロイ):
これはおそらくジルコニウムの最も重要な用途である.世界中で消費されるジルコニウムの金属の90%以上が原子力分野に行われる.理由は2つあります:ジルコニウムは熱水や蒸気に対して耐腐蝕性があるこれは鉄鋼や銅とは異なり 熱中性中性子吸収率が非常に低いということです核分裂連鎖反応を維持するために必要な中性子を吸収しないこの性質の組み合わせにより,Zircaloyは軽水原子炉 (LWR) の燃料棒コーティングのための理想的な材料になります.中性子が次の燃料ペレットを通過できるようにする一方で,カバーは核燃料を保持する必要があります原子炉の中核の激しい熱や圧力と腐食的な環境に 何年も耐えてきましたシルカロイは,世界のほとんどの商業原子力発電所の運用に不可欠な材料です.
2化学加工産業 (CPI)
ジルコニウムは耐腐蝕性が優れているため,厳しい化学環境での理想的な建築材料です.硫酸,塩化酸,窒素酸ジルコニウムから製造された部品には,熱交換器,パイプ,ポンプ蓋,バルブ,反応容器が含まれます.高額 な 初期 費用 は,材料 の 長い 使用 寿命 に よっ て 正当化 さ れ て い ます維持費の削減とダウンタイムの削減につながります
3合金剤:
純粋な形またはジルカロイの使用よりも少ないが,ジルコニウムは合金元素として使用することができる.例えば,耐久性と熱安定性を高めるため,少量のジルコニウムがいくつかの銅合金に加わります.溶接電極などのアプリケーションでは特に用いられる.また,特定の鋼とアルミニウム合金でも見られる.
4医療および生物医学用アプリケーション:
ジルコニウムとその合金物は 医学における特殊な用途を見つけました 生物相容性,高強度,耐磨性により,外科用道具に適しており,特定の整骨器具にはジルコニウム酸化物 (ZrO2$),ジルコニアとして知られるのは,優れた美学特性と耐久性により,冠と橋のために歯科で使用される高強度セラミックである.
5消費者やニッチ用途:
ジルコニウム金属とその化合物は,他のいくつかの用途があります.ジルコニウム酸化物は,非常に高い溶解点のため,耐火産業の主要な成分です.オーブンの内膜に適している宝石には,天然に存在するジルコンの鉱石が人気のある宝石であり,合成立方ジルコニアは広く使用され,安価なダイヤモンド模倣剤です. さらに,この金属は,粉末の炎易性により,フラッシュ粉末や特殊パイロテクニックに使用される場合もあります..
概要すると ジルコニウムは 非常に戦略的で 技術的に重要な材料です 自然発生と生産過程は 課題を提示していますが 独特の強度組み合わせは高温安定性耐腐食性,特に中性子透明性により 置き換えができない状態になりました世界原子力インフラと化学産業で最も要求の高いコーナーのための基礎材料としての役割を強化する.
