Что такое циркониевый металл: свойства и применение

Цирконий (Zr) - это светящийся, серебристо-белый переходный металл, часто затененный более часто обсуждаемыми элементами, но он играет глубоко важную роль в современных технологиях,особенно в атомной и химической промышленностиНазванный в честь минерального циркона, важнейшего источника этого элемента, цирконий выделяется своей исключительной стойкостью к коррозии, высокой температурой плавления, высокой температурой плавления, высокой температурой плавления и высокой температурой плавления.и низкое поглощение нейтронов поперечное сечение ¦ сочетание свойств, которые делают его незаменимым для некоторых требовательных приложений.

Физические и химические свойства

Атомный номер циркония 40 и он находится в группе 4 периодической таблицы, прямо ниже титана и выше гафния.и их химические свойства настолько похожи, что их разделение является исторически сложным и энергоемким процессом.Эта тесная связь обусловлена явлением, известным как сокращение лантаноидов, что приводит к почти идентичным атомным радиусам для двух элементов.наличие гафния не является проблемой, но для ядерного использования отделение является обязательным, потому что гафний является мощным поглотителем нейтронов, в то время как цирконий нет.

Чистый цирконий является мягким, пластичным металлом при комнатной температуре, что делает его легко обрабатываемым.цирконий очень легковоспламеняющийся и может самопроизвольно воспламеняться в воздухе, что требует тщательного обращения в промышленных процессах.В сыпучем виде металл защищен плотным, стабильным и очень пассивным слоем оксида ($ZrO_2$Этот самовосстанавливающийся оксидный слой является секретом исключительной коррозионной стойкости циркония.

Металл может похвастаться впечатляющей температурой плавления около$1855^{circ}C$($3371^{circ}F$) и температуры кипения$4377^{circ}C$(Около $7911$Химически цирконий обладает высокой устойчивостью к атакам кислот, щелочей,и морской воды, часто лучше, чем титан и нержавеющая сталь в чрезвычайно коррозионных условиях химической обработки.

Добыча и производство

Цирконий никогда не встречается в естественном состоянии.$ZrSiO_4$Для извлечения металла циркон должен быть преобразован в оксид, а затем в хлорид.Наиболее распространенный промышленный метод производства высокой чистоты, металлический цирконий - этоПроцесс Кролла.

Процесс Кролла включает в себя уменьшение тетрахлорида циркония ($ZrCl_4$) с магнием ($Mg$Полученный продукт представляет собой губчатую массу циркониевого металла, который затем должен быть дополнительно очищен, часто путем вакуумного плавления,для производства слитков, подходящих для проката в пластину, лист или стержень для производства компонентов.

Для ядерных применений строгое требование удалять нейтрон поглощающий гафний выполняется с помощью сложных технологий экстракции жидкости-жидкости или специализированных методов дистилляции.Полученный ядерный цирконий, практически свободный от гафния, является основой для сплавов, известных какЗиркалой.

Основные применения

Уникальный набор свойств циркония диктует его использование в нескольких высоких ставках, специализированных отраслях.

1Ядерная промышленность (Зиркалой):

Это, пожалуй, самое важное применение циркония. Более 90% циркониевого металла, потребляемого во всем мире, идет в атомный энергетический сектор.цирконий исключительно устойчив к коррозии горячей водой и паромЭто означает, что в отличие от стали или меди,Цирконий не "поглощает" нейтроны, необходимые для поддержания цепной реакции ядерного деленияЭто сочетание свойств делает циркалой идеальным материалом для покрытия топливных стержней в реакторах легкой воды (LWR).Покрытие должно содержать ядерное топливо, позволяя нейтронам проходить к следующему топливному гранулу., все это в то время как выдерживает интенсивную жару, давление и коррозионную среду внутри ядра реактора в течение многих лет.Зиркалой является важным материалом для эксплуатации большинства коммерческих атомных электростанций во всем мире.

2Промышленность химической переработки (CPI):

Благодаря своей превосходной коррозионной стойкости, цирконий является идеальным строительным материалом для суровых химических условий.азотная кислотаКомпоненты, изготовленные из циркония, включают теплообменники, трубопроводы, корпуса насосов, клапаны и реакционные сосуды.Высокая начальная стоимость часто оправдывается длительным сроком службы материала, что приводит к снижению затрат на техническое обслуживание и сокращению времени простоя.

3- Сплавляющий агент:

Хотя цирконий менее распространен, чем его использование в чистом виде или в циркалое, он может использоваться в качестве сплавного элемента.небольшое количество циркония добавляется в некоторые медные сплавы для повышения их прочности и тепловой устойчивостиОн также может быть найден в некоторых стальных и алюминиевых сплавах.

4Медицинское и биомедицинское применение:

Цирконий и его сплавы нашли нишевое применение в медицине.для некоторых ортопедических имплантатовОксид циркония ($ZrO_2$), известный как циркония, является высокопрочной керамикой, используемой в стоматологии для кроны и мостов из-за его отличных эстетических качеств и долговечности.

5Потребительское и нишевое использование:

Циркониевый металл и его соединения имеют несколько других применений.изготавливая его для печной облицовкиВ ювелирных изделиях циркон, встречающийся в природе, является популярным драгоценным камнем, а синтетический кубический циркония - широко используемым, недорогим симулятором алмазов.Металл иногда используется в пылевых порошках и специализированной пиротехнике из-за воспламеняемости его порошкообразной формы..

В целом, цирконий является стратегически важным и технологически важным материалом.высокотемпературная устойчивость, и практически непревзойденная коррозионная стойкость, особенно его нейтронная прозрачность, повышает его до незаменимого статуса,укрепление его роли в качестве основного материала для глобальной атомной энергетической инфраструктуры и самых требовательных уголков химической промышленности.