ثاني أكسيد الزركونيوم: الخصائص والتطبيقات. الزركونيوم (معدن): الخصائص والتطبيقات الطبية
الزركون هو معدن الزركونيوم الأكثر شيوعًا. يحدث في جميع أنواع الصخور ، ولكن بشكل رئيسي في الجرانيت والسيانيت. في مقاطعة هيندرسون (نورث كارولينا) ، تم العثور على بلورات الزركون التي يبلغ طولها عدة سنتيمترات في البغماتيت ، كما تم العثور على بلورات تزن كيلوغرامات في مدغشقر. تم العثور على Baddeleyite بواسطة Yussac في عام 1892 في البرازيل. يقع الوديعة الرئيسية في منطقة Pocos de Caldas (البرازيل). معظم ودائع كبيرةتوجد الزركونيوم في الولايات المتحدة الأمريكية وأستراليا والبرازيل والهند.
في روسيا ، التي تمثل 10٪ من احتياطيات الزركونيوم في العالم (المرتبة الثالثة في العالم بعد أستراليا وجنوب إفريقيا) ، الرواسب الرئيسية هي: Kovdorskoe الابتدائية baddelite-apatite-magnetite في منطقة مورمانسك ، Tugan placer zircon-rutile-ilmenite في منطقة تومسك ، الزركون المركزي الزركون - الروتيل - الإلمنيت في منطقة تامبوف ، الزركون - الروتيل - الإلمينيت Lukoyanovskoe الغرينية في منطقة نيجني نوفغورود ، والزركون الأساسي - الزركون - البيركلور - الكريوليت في منطقة تشيتا كولومبيت.
الاحتياطيات في رواسب الزركونيوم عام 2012 ألف طن *
| أستراليا | 21,000.0 |
| جنوب أفريقيا | 14,000.0 |
| الهند | 3,400.0 |
| موزمبيق | 1,200.0 |
| الصين | 500.0 |
| بلدان اخرى | 7,900.0 |
| إجمالي الأسهم | 48,000.0 |
* بيانات هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية
في الصناعة ، المواد الأولية لإنتاج الزركونيوم هي مركزات الزركونيوم ذات المحتوى الكتلي من ثاني أكسيد الزركونيوم بنسبة 60-65٪ على الأقل يتم الحصول عليها عن طريق تخصيب خامات الزركونيوم. الطرق الرئيسية للحصول على الزركونيوم المعدني من المركز هي عمليات الكلوريد والفلورايد والقلوية. إيلوكا هي أكبر منتج للزركون في العالم.
يتركز إنتاج الزركون في أستراليا (40٪ من الإنتاج عام 2010) وجنوب إفريقيا (30٪). يتم إنتاج باقي الزركون في أكثر من اثنتي عشرة دولة أخرى. زاد تعدين الزركون سنويًا بمعدل 2.8٪ بين عامي 2002 و 2010. كبار المنتجين مثل Iluka Resources و Richards Bay Minerals و Exxaro Resources Ltd و DuPont يستخرجون الزركون كمنتج ثانوي أثناء تعدين التيتانيوم. لم يزد الطلب على معادن التيتانيوم بنفس معدل الزركون في العقد الماضي ، لذلك بدأ المنتجون في تطوير واستغلال الرواسب المعدنية للرمل ذات المحتوى العالي من الزركون ، كما هو الحال في إفريقيا وجنوب أستراليا.
* بيانات هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية
يستخدم الزركونيوم في الصناعة منذ الثلاثينيات. بسبب التكلفة العاليةاستخدامه محدود. يستخدم الزركونيوم المعدني وسبائكه في هندسة الطاقة النووية. يحتوي الزركونيوم على مقطع عرضي منخفض للغاية لالتقاط النيوترونات الحرارية ونقطة انصهار عالية. لذلك يستخدم الزركونيوم المعدني الذي لا يحتوي على الهافنيوم وسبائكه في صناعة الطاقة النووية لتصنيع عناصر الوقود وتجميعات الوقود وغيرها من تصاميم المفاعلات النووية.
المنشطات مجال آخر لتطبيق الزركونيوم. في علم المعادن ، يتم استخدامه كأداة ربط. مزيل للأكسدة ومزيل نيتروجين جيد ، متفوق في الكفاءة على Mn ، Si ، Ti. سبائك الفولاذ مع الزركونيوم (تصل إلى 0.8٪) يزيد من الخصائص الميكانيكيةوقابلية العمل. كما أنه يجعل سبائك النحاس أقوى وأكثر مقاومة للحرارة مع فقد قليل في التوصيل الكهربائي.
كما يستخدم الزركونيوم في الألعاب النارية. يتمتع الزركونيوم بقدرة ملحوظة على الاحتراق في الأكسجين الجوي (درجة حرارة الاشتعال الذاتي - 250 درجة مئوية) بدون دخان تقريبًا ومع سرعة عالية. يطور هذا أعلى درجة حرارة للوقود المعدني (4650 درجة مئوية). حق درجة حرارة عاليةينبعث ثاني أكسيد الزركونيوم الناتج كمية كبيرة من الضوء ، والذي يستخدم على نطاق واسع في الألعاب النارية (إنتاج الألعاب النارية والألعاب النارية) ، وإنتاج مصادر كيميائيةالضوء المستخدم في مناطق مختلفةالأنشطة البشرية (مشاعل ، مشاعل ، قنابل إنارة ، FOTAB - قنابل ضوئية جوية ؛ كانت تستخدم على نطاق واسع في التصوير كجزء من مصابيح الفلاش التي تستخدم لمرة واحدة حتى تم استبدالها بالفلاش الإلكتروني). للتطبيق في هذا المجال ، لا يهم فقط الزركونيوم المعدني ، ولكن أيضًا سبائكه مع السيريوم ، والتي تعطي تدفقًا ضوئيًا أعلى بشكل ملحوظ. يستخدم مسحوق الزركونيوم في خليط مع المؤكسدات (ملح برتوليت) كعامل لا يدخن في حرائق وصمامات إشارات الألعاب النارية ، لتحل محل الزئبق المنفجر وأزيد الرصاص. أجريت تجارب ناجحة على استخدام احتراق الزركونيوم كمصدر ضوئي لضخ الليزر.
تطبيق آخر للزركونيوم في الموصلات الفائقة. سبيكة فائقة التوصيل 75٪ Nb و 25٪ Zr (الموصلية الفائقة عند 4.2 كلفن) تتحمل الأحمال حتى 100،000 أمبير / سم 2. في شكل مادة هيكلية ، يستخدم الزركونيوم لتصنيع المفاعلات والتجهيزات والمضخات الكيميائية المقاومة للأحماض. يستخدم الزركونيوم كبديل معادن نبيلة. في هندسة الطاقة النووية ، الزركونيوم هو المادة الرئيسية لكسوة قضبان الوقود.
يتمتع الزركونيوم بمقاومة عالية للوسائط البيولوجية ، حتى أعلى من التيتانيوم ، وتوافق حيوي ممتاز ، ونتيجة لذلك يتم استخدامه لإنشاء العظام والمفاصل والأسنان الاصطناعية ، وكذلك الأدوات الجراحية. في طب الأسنان ، يعتبر السيراميك القائم على ثاني أكسيد الزركونيوم مادة لتصنيع أطقم الأسنان. بالإضافة إلى ذلك ، نظرًا لكونها حيوية ، تعمل هذه المادة كبديل للتيتانيوم في صناعة زراعة الأسنان.
يستخدم الزركونيوم في صناعة مجموعة متنوعة من أدوات المائدة ، والتي تتميز بخصائص صحية ممتازة بسبب مقاومتها الكيميائية العالية.
يستخدم ثاني أكسيد الزركونيوم (درجة حرارة 2700 درجة مئوية) لإنتاج حراريات البكور (سيراميك الباكور - بادديلايت - اكسيد الالمونيوم). يستخدم كبديل لطلاء النار ، حيث يزيد الحملة في أفران الزجاج والألمنيوم بمقدار 3-4 مرات. تستخدم الحراريات القائمة على ثاني أكسيد مستقر في صناعة المعادن للأحواض ، وفوهات للصب المستمر للفولاذ ، وبوتقات لصهر العناصر الأرضية النادرة. كما أنها تستخدم في سيرميت - طلاء السيراميك والمعدن ، الذي يتميز بصلابة عالية ومقاومة للعديد من المواد الكيميائية ، ويتحمل التسخين على المدى القصير حتى 2750 درجة مئوية. ثاني أكسيد هو مادة عتامة للمينا ، مما يمنحها لونًا أبيض معتمًا. بناءً على التعديل المكعب لثاني أكسيد الزركونيوم المستقر مع سكانديوم ، إتريوم ، تربة نادرة ، يتم الحصول على مادة - زركونيا مكعب (من FIAN حيث تم الحصول عليها لأول مرة) ، يتم استخدام الزركونيا المكعبة كمادة بصرية مع معامل كبيرالانكسار (العدسات المسطحة) في الطب ( أداة جراحية) ، كأحجار كريمة اصطناعية (التشتت ، معامل الانكسار ولعب اللون أكبر من الماس) ، عند الاستلام ألياف تركيبيةوفي إنتاج أنواع معينة من الأسلاك (السحب). عند تسخينها ، تقوم الزركونيا بإجراء تيار ، والذي يستخدم أحيانًا للحصول على عناصر التسخينمستقر في الهواء عند درجات حرارة عالية جدًا. الزركونيوم المسخن قادر على توصيل أيونات الأكسجين كإلكتروليت صلب. تستخدم هذه الخاصية في أجهزة تحليل الأكسجين الصناعية.
يستخدم هيدريد الزركونيوم في التكنولوجيا النووية كوسيط نيوتروني فعال للغاية. أيضا ، يستخدم هيدريد الزركونيوم لطلاء الزركونيوم في الشكل الأغشية الرقيقةعن طريق التحلل الحراري لها على الأسطح المختلفة.
مادة نيتريد الزركونيوم ل طلاء السيراميك، نقطة انصهار حوالي 2990 درجة مئوية ، تحلل في الماء الريجيا. وجد التطبيق كطلاء في طب الأسنان والمجوهرات.
الزركون ، أي ZrSiO4 هو المصدر المعدني الرئيسي للزركونيوم والهافنيوم. كما تستخرج منه عناصر نادرة ويورانيوم تتركز فيه. يستخدم تركيز الزركون في إنتاج الحراريات. إن المحتوى العالي من اليورانيوم في الزركون يجعله معدنًا مناسبًا لتحديد العمر من خلال التأريخ باليورانيوم والرصاص. بلورات صافيةتستخدم في الزركون مجوهرات(صفير ، المصطلحات). عند تكليس الزركون ، يتم الحصول على أحجار زرقاء لامعة تسمى starlite.
يستخدم حوالي 55٪ من إجمالي الزركونيوم في إنتاج السيراميك - بلاط السيراميك للجدران والأرضيات ، وكذلك لإنتاج ركائز السيراميك في الإلكترونيات. يستخدم حوالي 18٪ من الزركون في الصناعة الكيميائية ، ونمو الاستهلاك في هذه المنطقة هو السنوات الاخيرةبمعدل 11٪ في السنة. يُستخدم ما يقرب من 22٪ من الزركون في صهر المعادن ، لكن هذا الاتجاه لم يحظى بشعبية كبيرة مؤخرًا بسبب توافر طرق أرخص للحصول على الزركونيوم. يتم استخدام نسبة 5٪ المتبقية من الزركون لإنتاج أنابيب الكاثود ، لكن الاستهلاك في هذه المنطقة آخذ في الانخفاض.
زاد استهلاك الزركون بقوة في عام 2010 إلى 1.33 مليون طن ، بعد أن تسبب التباطؤ الاقتصادي العالمي في عام 2009 في انخفاض الاستهلاك بنسبة 18 ٪ بحلول عام 2008. كان النمو في الاستهلاك في صناعة السيراميك ، والذي يمثل 54 ٪ من استهلاك الزركون في عام 2010 ، خاصة في الصين ، ولكن أيضًا في الاقتصادات الناشئة الأخرى مثل البرازيل والهند وإيران ، كان عامل رئيسيمن أجل زيادة الطلب على الزركون في العقد الأول من القرن الحادي والعشرين. بينما في الولايات المتحدة ومنطقة اليورو ، انخفض الاستهلاك. زاد استهلاك الزركون في كيماويات الزركونيوم ، بما في ذلك الزركونيا ، بأكثر من الضعف بين عامي 2000 و 2010 ، بينما أظهر استخدام الزركون لصهر معدن الزركونيوم معدل نمو أبطأ.
وبحسب روسكيل فإن 90٪ من معدن الزركونيوم المستهلك في العالم يستخدم في تصنيع مكونات المفاعلات النووية وحوالي 10٪ في صناعة مواد مقاومة للتآكل و ضغوط عاليةتبطين الحاويات المستخدمة في المصانع للإنتاج حمض الاسيتيك. وفقًا للخبراء ، في المستقبل ، من المتوقع زيادة الطلب العالمي على معدن الزركونيوم ، لأنه في عدد من البلدان (الصين والهند وكوريا الجنوبية والولايات المتحدة) من المخطط بناء جديد محطات الطاقة النووية.
أكسيد الزركونيوم ، المعروف أيضًا باسم الزركونيا ، يستخدم في تطبيق الصناعي، بما فيها الأدويةوالألياف الضوئية والملابس المقاومة للماء ومستحضرات التجميل. هناك استهلاك أكبر لمواد الزركونيا - دقيق الزركون والزركونيا المصهور بسبب الزيادة السريعة في إنتاج بلاط السيراميك في الصين. تعد كوريا الجنوبية والهند والصين أسواقًا مهمة لنمو الزركونيا. وفقًا لتقرير أبحاث سوق الزركونيوم ، تمثل منطقة آسيا والمحيط الهادئ أكبر وأسرع سوق إقليمي نموًا في العالم. سان جوبان ، التي يقع مقرها في فرنسا ، هي واحدة من أكبر الشركات المصنعة للزركونيا.
يعتبر السيراميك أكبر سوق للاستخدام النهائي للزركونيوم ، والذي يشمل البلاط ، منتج صحيوأدوات المائدة. التالي الأسواق الرئيسيةالتي تستخدم مواد من قطاعات الزركونيوم والحراريات والمسبك. يستخدم الزركون كمادة مضافة في مجموعة متنوعة من منتجات السيراميك ، كما يستخدم في الطلاءات الزجاجية في شاشات الكمبيوتر ولوحات التليفزيون لأن المادة لها خصائص تمتص الإشعاع. يتم استخدام الطوب مع الزركونيا كبديل للحلول الأساسية مع الزركونيا المنصهرة.
إنتاج واستهلاك الزركون (ZrSiO4) في العالم ألف طن *
| عام | 2008 | 2009 | 2010 | 2011 | 2012 |
| إجمالي الإنتاج | 1300.0 | 1050.0 | 1250.0 | 1400.0 | 1200.0 |
| الصين | 400.0 | 380.0 | 600.0 | 650.0 | 500.0 |
| بلدان اخرى | 750.0 | 600.0 | 770.0 | 750.0 | 600.0 |
| إجمالي الاستهلاك | 1150.0 | 980.0 | 1370.0 | 1400.0 | 1100.0 |
| توازن السوق | 150.0 | 70.0 | -120.0 | -- | 100.0 |
| سعر كومكس | 788.00 | 830.00 | 860.00 | 2650.00 | 2650.00 |
* بيانات موجزة
أظهر سوق الزركون انخفاضًا حادًا بدأ في نهاية عام 2008 واستمر طوال عام 2009. قام المنتجون بتقليص الإنتاج لخفض التكاليف ووقف التخزين. بدأ الاستهلاك في الانتعاش في أواخر عام 2009 ، وتسارع النمو في عام 2010 ، واستمر في عام 2011. الإمدادات ، خاصة من أستراليا ، حيث يتم استخراج أكثر من 40 ٪ من خامات الزركونيوم ، لم تزد لفترة طويلة ، واضطر المنتجون الآخرون إلى طرح ما يقرب من 0.5 مليون طن من احتياطياتهم في السوق خلال 2008-2010. أدى نقص السوق ، إلى جانب انخفاض مستويات المخزون ، إلى زيادات في الأسعار بدأت في أوائل عام 2009. بحلول يناير 2011 ، كانت أسعار قسط الزركون الأسترالي عند مستويات قياسية بعد ارتفاعها بنسبة 50٪ منذ أوائل عام 2009 واستمرت في الارتفاع أكثر في 2011-2012.
في عام 2008 ، ارتفعت أسعار الإسفنج الزركونيوم بسبب ارتفاع سعر رمل الزركون ، وهو مواد خاملانتاج المعادن. الأسعار الدرجات الصناعيةزاد الزركونيوم بنسبة 7-8٪ - ما يصل إلى 100 دولار / كجم ، وبالنسبة للمعادن للمفاعلات النووية - بنسبة 10٪ - حتى 70-80 دولارًا. في عام 2009 ، استأنفت أسعار الزركونيوم النمو مرة أخرى ، وبطريقة تجعل متوسط الأسعار بالنسبة للزركونيوم في عام 2009 كانت أعلى مما كانت عليه في عام 2008. في عام 2012 ، ارتفعت أسعار الزركونيوم إلى 110 دولارات للكيلوغرام.
على الرغم من المزيد الاستهلاك المنخفضفي عام 2009 ، لم تنخفض أسعار الزركون بشكل حاد حيث خفض المنتجون الرئيسيون الإنتاج وخفضوا المخزونات. في عام 2010 ، لم يستطع الإنتاج مواكبة الطلب ، ويرجع ذلك أساسًا إلى ارتفاع واردات الصين من الزركون بأكثر من 50٪ في عام 2010 إلى 0.7 مليون طن. من المتوقع أن يزداد الطلب على الزركون بنسبة 5.4٪ سنويًا حتى عام 2015 ، ولكن قد تزيد الطاقة الإنتاجية بنسبة 2.3٪ فقط سنويًا. لذلك ، سيستمر العرض الإضافي محدودًا وقد تستمر الأسعار في الارتفاع حتى تظهر تصميمات جديدة على الإنترنت.
وفقًا لتقرير بحثي نشره محللو الصناعة العالمية (GIA) ، من المتوقع أن يصل سوق الزركونيوم العالمي إلى 2.6 مليون طن متري بحلول عام 2017. يقدم التقرير تقديرات المبيعات والتنبؤات من عام 2009 إلى عام 2017 في أسواق جغرافية مختلفة ، بما في ذلك آسيا والمحيط الهادئ وأوروبا واليابان وكندا والولايات المتحدة.
سيؤدي النمو في صناعة الطاقة النووية الدولية إلى زيادة الطلب على الزركونيوم ، فضلاً عن زيادة قدرتها الإنتاجية على مستوى العالم. عوامل النمو الأخرى هي الطلب المتزايد في منطقة آسيا والمحيط الهادئ ، وكذلك في إنتاج بلاط السيراميك في جميع أنحاء العالم.
الصفحة 2
في عام 1945 ، تم إنتاج 0 07 كجم فقط من الزركونيوم في الولايات المتحدة الأمريكية ، ولكن بدءًا من عام 1948 ، فيما يتعلق بالعمل على الإنشاء. المفاعلات النوويةزاد إنتاج الزركونيوم بشكل حاد وفي غضون سنوات قليلة وصل إلى عدة عشرات من الأطنان.
رواسب خامات الزركونيوم ، الموزعة في الطبيعة على نطاق أوسع بكثير من ، على سبيل المثال ، البريليوم ، وفقًا للصحافة الأجنبية ، في الولايات المتحدة الأمريكية والهند والبرازيل وأستراليا وفي عدد من الدول الأفريقية. زاد إنتاج الزركونيوم في الولايات المتحدة الأمريكية من عام 1947 إلى عام 1958 بمقدار 3 آلاف مرة.
نظرًا لخصائصه العالية في مقاومة التآكل ، يمكن استخدام الزركونيوم لتصنيع أجزاء من المعدات الكيميائية ، اداة طبيةوفي مجالات التكنولوجيا الأخرى. ومع ذلك ، فمن غير المرجح أن يصل إنتاج الزركونيوم إلى المستوى الحديث بهذه السرعة إذا لم يكن له خاصية أخرى محددة - صغيرة المقطع العرضيامتصاص النيوترونات الحرارية.
التكنولوجيا والمعدات المستخدمة للحصول على الهافنيوم بطريقة كرول هي نفسها المستخدمة في إنتاج الزركونيوم المعدني. التغييرات مقارنة ب العملية التكنولوجيةيتم تحديد إنتاج الزركونيوم عن طريق استبدال أو تغيير الأجهزة الفردية ، العمليات التكنولوجيةوالأصناف مواد المصدر. هنا يجب على المرء أن يأخذ في الاعتبار الحساسية الأكبر لرابع كلوريد الهافنيوم لرطوبة الغلاف الجوي ، والاستقرار الأكبر لكلوريد الهافنيل ، والاشتعال إلى حد ما للإسفنجة المعدنية التي تم الحصول عليها حديثًا.
بما أن الهافنيوم يُستخرج مع إنتاج مفاعل الزركونيوم ، فإن إنتاجه يزداد بما يتناسب مع إطلاق هذا الأخير ، علاوة على ذلك ، بمقدار 50 كجم من الزركونيوم ؛ تلقي ما يقرب من 1 كجم من الهافنيوم. باستخدام هذا الحساب ، أنا معلومات مجزأة حول إنتاج الزركونيوم بشكل منفصل. وفقًا لتوقعات] مكتب المناجم الأمريكي ، المنشور عام 1975 ، فإن حاجة البلاد إلى الهافنيوم في مطلع القرنين العشرين والحادي والعشرين.
يعد التحليل الطيفي للزركونيوم من أجل الشوائب أمرًا صعبًا إلى حد كبير نظرًا لحقيقة أنه على خلفية الطيف متعدد الأسطر من الزركونيوم ، من الصعب التمييز بين الخطوط الضعيفة في أطياف تركيزات الشوائب المنخفضة. تتيح هذه الطريقة أيضًا تحديد تركيزات صغيرة من الفلور في الزركونيوم المعدني ، وهو أمر مهم جدًا في التحكم في إنتاج الزركونيوم الكهربائي.
نظرًا لاسترداد الهافنيوم كمنتج ثانوي لإنتاج مفاعل الزركونيوم ، يزداد إنتاجه بما يتناسب مع إنتاج الأخير ، حيث يتم الحصول على ما يقرب من 1 كجم من الهافنيوم لكل 50 كجم من الزركونيوم. خلال العقد الحالي (1970 - 1980) ستزداد القدرة العالمية لمحطات الطاقة النووية بمقدار 5 - 8 مرات ، على التوالي ، وسيزداد إنتاج الزركونيوم والهافنيوم. بعد كل شيء ، يتطلب كل ميغاواط من الطاقة النووية من 45 إلى 79 كجم من الزركونيوم لتصنيع الأنابيب وأجزاء أخرى. بالإضافة إلى ذلك ، يجب استبدال 25 - 35٪ من أنابيب الزركونيوم في المفاعلات العاملة سنويًا. نتيجة لذلك ، في منتصف السبعينيات بالفعل ، سيتم استهلاك نفس الكمية من الزركونيوم لهذه الأغراض مثل المفاعلات الجديدة.
تم إتقان تقنية تسامي الفلوريد لتنقية رباعي فلوريد الزركونيوم من فلوريد Al ، Ca ، Cu ، Fe ، Mg جيدًا في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية في الثمانينيات في مصنع Pridneprovsky الكيميائي أثناء تطوير وتطوير تقنية استخراج فلوريد للإنتاج من الزركونيوم النووي النقي.
Ca ، Cu ، Fe ، Mg ، Th) على شكل تركيبة فلوريد يتم الحصول عليها عن طريق تنقية التسامي من الزركونيوم. ذات سعة كبيرة إنتاج البلازماالزركونيوم والسيليكون ، يمكن أن تصبح الكتلة المتراكمة لهذه النفايات كبيرة بمرور الوقت ؛ لمعالجتها ، يمكن استخدام تقنيات البلازما والتردد لاستخراج هذه المكونات في شكل أكاسيد أو معادن مشتتة (انظر الفصل.
عند معالجة 1 طن من الزركون واستخراج الزركونيوم والسيليكون منه على شكل فلوريد ، يتبقى 46 كجم من Al في النفايات ؛ 0 1 كجم Ca ؛ 0 4 كجم Si ؛ 1 3 كغم حديد ؛ 1 1 كجم ملغ 0 3-0 4 كجم ث ؛ 0 3-0 4 كجم يو ؛ 0 3 كجم Ti ؛ هؤلاء. 8 6 كجم من المعادن ، يكون الجزء الرئيسي منها (A1 ، Ca ، Cu ، Fe ، Mg ، Th) في شكل تركيبة فلوريد يتم الحصول عليها عن طريق تنقية التسامي من الزركونيوم. في إنتاج البلازما على نطاق واسع من الزركونيوم والسيليكون ، يمكن أن تصبح الكتلة المتراكمة لهذه النفايات كبيرة بمرور الوقت ؛ لمعالجتها ، يمكن استخدام تقنيات البلازما والتردد لاستخراج هذه المكونات في شكل أكاسيد أو معادن مشتتة (انظر الفصل.
في عام 1945 ، تم إنتاج 0.07 كجم فقط من الزركونيوم في الولايات المتحدة الأمريكية ، ولكن بدءًا من عام 1948 ، فيما يتعلق بالعمل على إنشاء المفاعلات النووية ، زاد إنتاج الزركونيوم بشكل حاد ووصل في بضع سنوات إلى عدة عشرات من الأطنان. نتيجة لذلك ، أصبحت تقنية إنتاج الزركونيوم ، والتي كانت نادرة قبل بضع سنوات ، أكثر تقدمًا من التكنولوجيا لإنتاج العديد من المعادن الأخرى التي كانت معروفة ومستخدمة منذ عقود.
من خلال مبدأ تسخين الفراغ أفران القوسالمتعلقة بأفران القوس فعل مباشر. أفران القوس الفراغي هي واحدة من الأنواع الجديدة للمعدات الكهروحرارية. مظهرها ناتج عن زيادة في إنتاج الزركونيوم والتيتانيوم والموليبدينوم وبعض المواد المقاومة للحرارة والمتفاعلة الأخرى.
ولكن حتى في هذه الحالة ، لا يمكن استخدامه بدون تنقية كيميائية أولية (انظر القسم 15.5) من عنصر الهافنيوم ، الذي يرافقه دائمًا في الطبيعة ، والذي له خصائص مشابهة للزركونيوم. الخواص الكيميائية. الهافنيوم المستعاد في إنتاج الزركونيوم من درجة المفاعل هو مادة ممتازةلتصنيع قضبان التحكم في المفاعلات.
الهافنيوم في المجموعة الرابعة النظام الدوريعناصر من D. I. Mendeleev ويتم تضمينها في المجموعة الفرعية من التيتانيوم. يشير إلى العناصر النزرة التي لا تحتوي على المعادن الخاصة بها ؛ يرافق الزركونيوم في الطبيعة. حاليًا ، يتم الحصول عليه كمنتج ثانوي في إنتاج الزركونيوم. من حيث الخصائص الكيميائية والفيزيائية ، فإن الهافنيوم قريب من الزركونيوم ، لكنه يختلف بشكل كبير عن الأخير من حيث الخصائص النووية.
في الصناعة الكيميائية ، يستخدم الموليبدينوم في شكل جوانات ومسامير للإصلاحات الساخنة (تعبئة) بلاط زجاجيالأوعية المستخدمة عند العمل مع حامض الكبريتيك والبيئات الحمضية التي يتم فيها إطلاق الهيدروجين. في المنتجات التي تعمل بحمض الكبريتيك ، تُستخدم أيضًا المزدوجات الحرارية والصمامات من الموليبدينوم ، وتعمل سبائك الموليبدينوم كبطانة للمفاعلات في المنشآت المخصصة لإنتاج كلوريد p- بيوتيل من خلال تفاعلات تشتمل على أحماض الهيدروكلوريك والكبريتيك عند درجات حرارة تزيد عن 170 درجة مئوية. تطبيقات مختلفة، التي تستخدم الموليبدينوم ، تشمل أيضًا عمليات المعالجة بالكلور في المرحلة السائلة ، وإنتاج الزركونيوم والثوريوم عالي النقاوة.
تم اكتشاف العنصر الأربعين في الجدول الدوري عام 1783 بواسطة كيميائي أصل ألمانيم. كلابروتوم. تم الحصول على معدن الزركونيوم المنقى من الشوائب فقط في بداية القرن العشرين. وعلى الرغم من مرور ما يقرب من 100 عام منذ تلك اللحظة ، لا يزال المعدن يعاني من عدد من الغموض ، بدءًا من أصل اسمه وانتهاءً بالتأثير على صحة الإنسان. لماذا سعر جرام واحد منه يرتفع منذ عدة عقود.
التواجد في الطبيعة
الزركونيوم في فيفويحدث فقط في شكل أكاسيد وسيليكات. من بينها الزركون ، eudialyte ، baddeleyite تتميز بشكل رئيسي. وتجدر الإشارة إلى أن المعدن الموجود في الترسبات يكون مصحوبًا دائمًا بالهافنيوم. يحدث هذا بسبب الشبكة البلورية المتشابهة للمعادن.
تقع الحصة الرئيسية من معادن الزركونيوم في الغلاف الصخري. يمثل طن واحد من قشرة الأرض 210 جرامًا من الزركون في المتوسط. توجد مركبات الزركونيوم أيضًا في التركيبة مياه البحر. لكن تركيزه هنا أقل بكثير ويبلغ 0.05 مجم لكل 1000 لتر.
الرواد في عدد رواسب الزركونيوم هم أستراليا (الزركون) وجنوب إفريقيا (البادلييت) ، وهي أقل بقليل من الولايات المتحدة الأمريكية والبرازيل والهند. تمثل روسيا 10٪ من الاحتياطيات العالمية.
إيصال
في البداية ، تم عزل الزركونيوم من الأكاسيد بطريقة "النمو". تم تركيب شريط من الزركونيوم على خيوط التنغستن الساخنة. تحت تأثير درجات الحرارة فوق 2000 درجة مئوية ، تمسك معدن الزركونيوم بسطح السخان ، واحترقت المكونات المتبقية للمركب.
هذه الطريقة مطلوبة عدد كبيرالكهرباء وسرعان ما تم تطوير طريقة Croll أكثر اقتصادا. يكمن جوهرها في الكلورة الأولية لثاني أكسيد الزركونيوم ، متبوعة بتقليل المغنيسيوم. لكن تطوير طرق الحصول على الزركونيوم لم يتوقف عند هذا الحد. بعد مرور بعض الوقت ، بدأ استخدام تقليل الفلورايد والقلوية الأرخص من الزركونيوم من الأكاسيد في الصناعة.
تكوين الزركونيوم e110
يوديد الزركونيوم
عالية من البلاستيك و أداء منخفضقوة. يتم الحصول عليها بطريقة اليود بناءً على قدرة المعدن على تكوين مركبات باليود. في الوقت نفسه ، يتم فصل الشوائب الضارة بسهولة والحصول على معدن نقي. قضبان مصنوعة من يوديد الزركونيوم.
السعر
الموردين الرئيسيين للزركونيوم في السوق العالمية هم أستراليا وجنوب إفريقيا. في الآونة الأخيرة ، تميل ميزة تصدير معادن الزركون والزركونيوم بشكل متزايد نحو جمهورية جنوب إفريقيا. المستهلكون الرئيسيون هم الاتحاد الأوروبي (إيطاليا وفرنسا وألمانيا) والصين واليابان. يتم تداول الزركون بشكل رئيسي على شكل سبائك حديدية.
على مدى السنوات العشر الماضية ، زاد الطلب على معدن الزركونيوم بمعدل 5.2٪ سنويًا. تمكنت الطاقة الإنتاجية خلال هذا الوقت من الارتفاع بنسبة تزيد قليلاً عن 2 ٪. ونتيجة لذلك ، تشكل النقص المستمر في الزركونيوم في السوق العالمية ، والذي كان شرطًا أساسيًا لزيادة قيمته.
هناك سببان رئيسيان لنمو الطلب على هذا المعدن:
- التوسع العالمي في الصناعة النووية.
- الاستخدام الفعال للزركونيوم في صناعة السيراميك.
أيضًا ، يعتقد بعض الخبراء أن توقف تعدين البادلييت في أستراليا أثر جزئيًا على نمو عروض أسعار الزركونيوم.
على ال السوق الروسيمعدن ثانوي ، تكلفة الزركونيوم تتراوح من 450 إلى 7500 روبل للكيلوغرام الواحد. كلما كان المعدن أنقى ، ارتفع السعر.
تطبيق
توفر الخصائص المذكورة أعلاه استخدام الزركونيوم على نطاق واسع في نوع مختلفالصناعات. فيما يلي المجالات التالية:
- في الهندسة الكهربائية ، تستخدم سبائك الزركونيوم مع النيوبيوم كموصل فائق. يتحمل حتى 100 كيلو أمبير / سم 2. نقطة الانتقال إلى نظام التوصيل الفائق هي 4.2 كلفن أيضًا ، في المعدات اللاسلكية ، يتم طلاء الألواح الإلكترونية بالزركونيوم من أجل امتصاص الغازات المنبعثة. تتميز مرشحات إشعاع الزركونيا لأنابيب الأشعة السينية بقيمة عالية أحادية اللون.
- في صناعة الطاقة النووية ، يتم استخدامه كمواد لقذائف قضبان الوقود (المناطق التي يتم فيها الانشطار النووي وإنتاج الحرارة بشكل مباشر) والمكونات الأخرى لمفاعل نووي حراري.
- تستخدم علم المعادن الزركونيوم كعنصر في صناعة السبائك. هذا المعدن هو مزيل أكسدة قوي ، متجاوزًا كلاً من المنجنيز والسيليكون في هذا المؤشر. إن إضافة 0.5٪ فقط من الزركونيوم إلى المعادن الإنشائية (الفولاذ 45 ، 30 كيلو جرام لكل ساعة) يزيد من قوتها بمقدار 1.5-1.8 مرة. هذا بالإضافة إلى تحسين تدفق عملية القطع. الزركون هو المكون الرئيسي لسيراميك اكسيد الالمونيوم. بالمقارنة مع fireclay ، فإن مدة خدمتها أعلى بـ 3-4 مرات. تستخدم هذه المادة المقاومة للصهر في تصنيع البوتقات وأحواض الأفران الفولاذية.
- في الهندسة الميكانيكية ، يتم استخدام المعدن كمواد لمنتجات مثل المضخات ووصلات الأنابيب التي تعمل في بيئات عدوانية.
- في الألعاب النارية ، تستخدم معادن الزركونيوم في التحية والألعاب النارية. يحدث هذا بسبب عدم وجود دخان أثناء الاحتراق ، وكذلك إطلاق كمية كبيرة من الطاقة الضوئية.
- في الصناعة الكيميائية ، يعمل الزركون كمواد خام للسيرميت ، وهو طلاء من السيراميك والمعدن زيادة مقاومة التآكلومقاومة الأحماض.
- في البصريات ، يتم استخدام الفيانيت بنشاط - الزركون المعالج مع إضافات سكانديوم والمعادن الأرضية النادرة الأخرى. تتميز Fianites بزاوية انكسار كبيرة ، مما يسمح باستخدامها كمواد لإنتاج العدسات. في المجوهرات ، يُعرف مكعب الزركونيا بأنه بديل اصطناعي للماس.
- في الصناعة العسكرية ، يعمل الزركونيوم كمواد مالئة للرصاص والمشاعل.
الخصائص الفيزيائية والكيميائية
الزركونيوم معدن يشبه الفضة. كثافته 6506 كجم / م 3. نقطة الانصهار - 1855.3 درجة مئوية. حرارة نوعيةيتقلب في حدود 0.3 KJ / kg C. هذا المعدن ليس لديه موصلية حرارية عالية. تبلغ قيمته مستوى 21 واط / م C ، وهو أقل 1.9 مرة من مستوى التيتانيوم. المقاومة الكهربائية للزركونيوم هي 41-60 ميكرومتر سم وتعتمد بشكل مباشر على كمية الأكسجين والنيتروجين في المعدن.
يحتوي الزركونيوم على واحد من أقل معدلات التقاط النيوترونات الحرارية المستعرضة (0.181 حظيرة). وفقًا لهذه المعلمة ، من المعادن المعروفة حاليًا ، يتم تجاوزها فقط بواسطة المغنيسيوم (0.060 حظيرة).
الزركونيوم ، مثل الحديد ، هو شبه مغناطيسي. قابليته ل حقل مغناطيسييزيد مع زيادة درجة الحرارة.
الزركونيوم النقي ليس له خصائص ميكانيكية عالية. تبلغ صلابته حوالي 70 وحدة على مقياس فيكرز. تبلغ مقاومة الشد 175 ميجا باسكال ، وهي أقل بمقدار 2.5 مرة من الفولاذ الكربوني العادي. قوة الغلة 55 ميجا باسكال. الزركونيوم هو أحد المعادن البلاستيكية ذات معامل مرونة 96 ميجا باسكال.
جميع الخصائص الميكانيكية المذكورة أعلاه مشروطة ، لأن. تتغير قيمتها بشدة مع زيادة الشوائب في تكوين الزركونيوم.
وبالتالي ، فإن الزيادة في محتوى الأكسجين (حتى 0.4٪) تقلل من مرونة الزركونيوم إلى هذه الحالة التي يصبح من المستحيل تمامًا تزويرها وختمها. تؤدي زيادة تركيبة الهيدروجين إلى 0.001٪ إلى زيادة هشاشة الزركونيوم مرتين تقريبًا.
الزركونيوم مقاوم للماء ومعظم القلويات والأحماض. ولكن مثل الخصائص الميكانيكية، مقاومة التآكل تعتمد بشكل مباشر على تلوث المعادن بعناصر مثل الكربون والتيتانيوم والألمنيوم. المعدن لا يدخل تفاعل كيميائيمع 50٪ محاليل من حامض الكبريتيك وحمض الهيدروكلوريك. يتفاعل مع حمض النيتريك فقط عند درجات حرارة أعلى من 95 درجة مئوية. إنه المعدن الوحيد المقاوم للقلويات الذي يحتوي على الأمونيا في تركيبته. عندما تصل العلامة إلى 780 درجة مئوية ، يبدأ الامتصاص النشط للأكسجين بواسطة الزركونيوم. مع النيتروجين ، تكون هذه العمليات أبطأ ، ولكن درجة الحرارة أيضًا أقل. فقط 600 درجة مئوية.
الغاز الأكثر نشاطا في هذا الصدد هو الهيدروجين. يبدأ تغلغلها في عمق المعدن بالفعل عند 145 درجة مئوية ويصاحبها إطلاق حرارة وفير يزيد من حجم الزركونيوم. غبار الزركونيوم قابل للاشتعال بشكل خاص بسبب إمكانية الاشتعال الذاتي في الهواء. من الجدير بالذكر أن هذه العمليةقابل للعكس. الإزالة الكاملةيتم تنفيذ الهيدروجين على معدات خاصة عند درجة حرارة 800 درجة مئوية.
الخصائص الطبية
كعنصر كيميائي ، ليس له أي تأثير على جسم الإنسان. على العكس من ذلك ، فهي واحدة من أكثرها بيولوجيا مواد خاملة. وفقًا لهذا المؤشر ، يتقدم الزركونيوم على معادن مثل التيتانيوم والفولاذ المقاوم للصدأ. أساور الزركونيوم المعروفة ، التي تم الإعلان عنها بنشاط في أواخر التسعينيات ، لم تظهر نفسها في الممارسة الحقيقية. لقد أثبت الخبراء الطبيون أن الرفاه من استخدامها هو نتيجة لتأثير الدواء الوهمي.
من ناحية أخرى ، من المعروف أن ارتداء أقراط الزركونيوم يساهم في التئام الجرح بشكل أسرع بعد ثقب الأذن.
يستخدم الزركونيوم في الصناعة منذ الثلاثينيات. نظرًا لارتفاع تكلفتها ، فإن استخدامها محدود. المشروع الوحيد، متخصص في إنتاج الزركونيوم في روسيا هو مصنع تشيبيتسك الميكانيكي (جلازوف ، أودمورتيا).
تطبيق زركونيا
يصدر الزركونيا المسخن بقوة الضوء بشكل مكثف بحيث يمكن استخدامه في تكنولوجيا الإضاءة. تم استخدام هذه الخاصية من قبل العالم الألماني الشهير والتر هيرمان نرنست. تم صنع القضبان المتوهجة في مصباح Nernst من ZrO2. يعمل ثاني أكسيد الزركونيوم المتوهج أحيانًا كمصدر للضوء في التجارب المعملية.
في الصناعة ، كان إنتاج السيليكات والمعادن أول من استخدم ثاني أكسيد الزركونيوم. منذ بداية قرننا ، تم تصنيع حراريات الزركون ، والتي تدوم ثلاث مرات أطول من المعتاد. تتيح الحراريات التي تحتوي على مادة مضافة ZrO2 إجراء ما يصل إلى 1200 صهر للصلب دون إصلاح الفرن. إنه كثير.
حلت طوب الزركون محل النار (مادة مقاومة للحرارة مستخدمة على نطاق واسع تعتمد على الطين أو الكاولين) في صهر الألومنيوم المعدني ، وإليك السبب. شاموت ممزوج بالألمنيوم ، وتتشكل تراكمات الخبث على سطحه ، والتي يجب تنظيفها بشكل دوري. وطوب الزركون غير مبلل بالألمنيوم المصهور. يسمح هذا للأفران المبطنة بالزركون بالعمل بشكل مستمر لمدة عشرة أشهر.
تستخدم كميات كبيرة من الزركونيا في إنتاج السيراميك والبورسلين والزجاج.
قائمة الصناعات التي تحتاج إلى الزركونيا يمكن أن تطول وتطول. لكن دعونا نرى ما هو معدن الزركونيوم الذي كان مفيدًا ، والذي لم يكن من الممكن الحصول عليه لفترة طويلة.
الزركونيوم والمعادن
كان أول مستهلك للزركونيوم المعدني هو علم المعادن الحديدية. أثبت الزركونيوم أنه مزيل جيد للأكسدة. في عملية إزالة الأكسدة ، فإنه يتفوق حتى على المنغنيز والتيتانيوم. وفي الوقت نفسه يقلل الزركونيوم من محتوى الغازات والكبريت في الفولاذ ، مما يجعل وجوده أقل قابلية للدكتات.
لا يفقد الفولاذ الممزوج بالزركونيوم الصلابة المطلوبة في نطاق درجات حرارة واسع ، فهو يقاوم أحمال الصدمات جيدًا. لذلك يضاف الزركونيوم إلى الفولاذ المستخدم في صناعة الصفائح المدرعة. ربما يأخذ هذا في الاعتبار حقيقة أن إضافات الزركونيوم لها تأثير إيجابي على قوة الفولاذ. إذا انهارت عينة من الفولاذ غير الممزوج بالزركونيوم تحت حمولة تبلغ حوالي 900 كجم ، فإن الفولاذ من نفس الوصفة ، ولكن مع إضافة 0.1 ٪ فقط من الزركونيوم ، يمكنه تحمل حمولة 1600 كجم.
تستهلك المعادن غير الحديدية أيضًا كميات كبيرة من الزركونيوم. هنا عملها متنوع للغاية. تزيد الإضافات الطفيفة من الزركونيوم من مقاومة سبائك الألومنيوم للحرارة ، وتصبح سبائك المغنيسيوم متعددة المكونات مع إضافة الزركونيوم أكثر مقاومة للتآكل. يزيد الزركونيوم من مقاومة التيتانيوم لعمل الأحماض. مقاومة التآكل لسبائك التيتانيوم بنسبة 14٪ Zr في 5٪ حامض الهيدروكلوريكعند 100 درجة مئوية 70 مرة (!) أكثر من التيتانيوم النقي تجاريًا. خلاف ذلك ، يؤثر الزركونيوم على الموليبدينوم. إضافة 5٪ زركونيوم يضاعف من صلابة هذا المعدن المقاوم للحرارة ولكن بالأحرى لينة.
هناك مجالات أخرى لتطبيق الزركونيوم المعدني. جعلت المقاومة العالية للتآكل وقابلية التسرب النسبية من الممكن استخدامها في العديد من الصناعات. المغازل لإنتاج الألياف الاصطناعية والتجهيزات الساخنة والمختبرات والمعدات الطبية والمحفزات - هذه ليست قائمة كاملة من المنتجات المصنوعة من الزركونيوم المعدني.
ومع ذلك ، لم تكن صناعة المعادن وبناء الآلات هي المستهلكين الرئيسيين لهذا المعدن. كانت هناك حاجة لكميات ضخمة من الزركونيوم للطاقة النووية.
استخدام الزركونيوم في الطاقة النووية
هذا المعدن لم يدخل التكنولوجيا النووية على الفور. لكي يصبح المعدن مفيدًا في هذه الصناعة ، يجب أن يكون له مجموعة معينة من الخصائص. (خاصة إذا ادعت أنها مادة هيكلية في بناء المفاعلات.) وأهم هذه الخصائص هو مقطع عرضي صغير لالتقاط النيوترون الحراري. من حيث المبدأ ، يمكن تعريف هذه الخاصية على أنها قدرة المادة على حبس وامتصاص النيوترونات وبالتالي منع انتشار تفاعل متسلسل.
يتم قياس المقطع العرضي لالتقاط النيوترونات في الحظائر. كلما زادت هذه القيمة ، زاد عدد النيوترونات التي تمتصها المادة ، وكلما زاد منع تطور تفاعل متسلسل. وبطبيعة الحال ، يتم اختيار المواد ذات الحد الأدنى من المقطع العرضي للالتقاط لمنطقة تفاعل المفاعلات.
بالنسبة للزركونيوم المعدني النقي ، هذه القيمة هي 0.18 حظيرة. العديد من المعادن الأرخص لها مقاطع عرضية من نفس الترتيب: القصدير ، على سبيل المثال ، به 0.65 حظيرة ، والألمنيوم يحتوي على 0.22 حظيرة ، والمغنيسيوم به 0.06 حظيرة فقط. لكن القصدير والمغنيسيوم والألمنيوم قابلان للانصهار وغير مقاومان للحرارة ؛ يذوب الزركونيوم فقط عند 1860 درجة مئوية.
يبدو أن القيد الوحيد كان السعر المرتفع إلى حد ما للعنصر رقم 40 (على الرغم من عدم ادخار المال في هذه الصناعة) ، ولكن نشأ تعقيد آخر.
في قشرة الأرضالزركونيوم دائما مصحوب بالهافنيوم. في خامات الزركونيوم ، على سبيل المثال ، يتراوح محتواها عادة بين 0.5 و 2.0٪. التماثل الكيميائي للزركونيوم (في الجدول الدوري ، الهافنيوم يقف مباشرة تحت الزركونيوم) يلتقط النيوترونات الحرارية بكثافة 500 مرة أكثر من الزركونيوم. حتى الشوائب الصغيرة من الهافنيوم تؤثر بشدة على مسار التفاعل. على سبيل المثال ، تزيد شوائب الهافنيوم بنسبة 1.5٪ من المقطع العرضي لالتقاط الزركونيوم بمعامل 20.
واجهت التقنية مشكلة الفصل التام بين الزركونيوم والهافنيوم. إذا كانت الخصائص الفردية لكلا المعدنين جذابة للغاية ، فإن وجودهما المشترك يجعل المادة غير مناسبة تمامًا للتكنولوجيا النووية.
تبين أن مشكلة فصل الهافنيوم والزركونيوم صعبة للغاية - فخصائصهما الكيميائية متماثلة تقريبًا بسبب التشابه الشديد في بنية الذرات. لفصلهم ، يتم استخدام تنقية معقدة متعددة المراحل: التبادل الأيوني ، الترسيب المتعدد ، الاستخراج.
كل هذه العمليات تزيد من تكلفة الزركونيوم بشكل كبير ، وهي مكلفة بالفعل: معدن الدكتايل (99.7٪ Zr) أغلى بعدة مرات من التركيز. لا تزال مشكلة الفصل الاقتصادي للزركونيوم والهافنيوم بحاجة إلى حل.
ومع ذلك ، أصبح الزركونيوم معدنًا "ذريًا".
هذا ، على وجه الخصوص ، يتجلى من خلال هذه الحقائق. تم تجهيز أول غواصة نووية أمريكية ، نوتيلوس ، بمفاعل الزركونيوم. اتضح لاحقًا أنه من المربح صناعة أغلفة خلايا الوقود من الزركونيوم ، بدلاً من الأجزاء الثابتة في قلب المفاعل.
ومع ذلك ، فإن إنتاج هذا المعدن يتزايد من سنة إلى أخرى ، ومعدل هذا النمو مرتفع بشكل غير عادي. يكفي أن نقول إنه خلال عقد من عام 1949 إلى عام 1959 ، زاد الإنتاج العالمي من الزركونيوم 100 مرة! وفقًا للبيانات الأمريكية ، في عام 1975 بلغ الإنتاج العالمي من الزركونيوم حوالي 3000 طن.
الزركونيوم المعدني وسبائكه ، تطبيقاتهالطاقة النووية
يحتوي الزركونيوم على مقطع عرضي صغير جدًا لالتقاط النيوترونات الحرارية. لذلك يستخدم الزركونيوم المعدني الذي لا يحتوي على الهافنيوم وسبائكه في صناعة الطاقة النووية لتصنيع عناصر الوقود وتجميعات الوقود وغيرها من تصاميم المفاعلات النووية.
صناعة السبائك
في علم المعادن ، يتم استخدامه كأداة ربط. مزيل للأكسدة ومزيل نيتروجين جيد ، متفوق في الكفاءة على Mn ، Si ، Ti. تعمل سبائك الفولاذ مع الزركونيوم (حتى 0.8٪) على تحسين خصائصها الميكانيكية وإمكانية تشغيلها. كما أنه يجعل سبائك النحاس أقوى وأكثر مقاومة للحرارة مع فقد قليل في التوصيل الكهربائي.
الألعاب النارية
يتمتع الزركونيوم بقدرة رائعة على الاحتراق في الأكسجين الجوي (درجة حرارة الاشتعال الذاتي - 250 درجة مئوية) بدون دخان تقريبًا وبسرعة عالية. في الوقت نفسه ، تتطور أعلى درجة حرارة للمواد المعدنية القابلة للاحتراق (4650 درجة مئوية). نظرًا لارتفاع درجة الحرارة ، يُصدر ثاني أكسيد الزركونيوم الناتج قدرًا كبيرًا من الضوء ، والذي يستخدم على نطاق واسع جدًا في الألعاب النارية (إنتاج الألعاب النارية والألعاب النارية) ، وإنتاج مصادر الضوء الكيميائية المستخدمة في مختلف مجالات النشاط البشري (المشاعل ، المشاعل ، قنابل إضاءة ، FOTAB - قنابل ضوئية جوية). ليس فقط الزركونيوم المعدني ، ولكن أيضًا سبائكه مع السيريوم (تدفق ضوئي أعلى بشكل ملحوظ) ذات أهمية للتطبيق في هذا المجال. يستخدم مسحوق الزركونيوم في خليط مع المؤكسدات (ملح برتوليت) كعامل لا يدخن في حرائق وصمامات إشارات الألعاب النارية ، لتحل محل الزئبق المنفجر وأزيد الرصاص.
موصل فائق
سبيكة فائقة التوصيل 75٪ Nb و 25٪ Zr (الموصلية الفائقة عند 4.2 كلفن) تتحمل الأحمال حتى 100،000 أمبير / سم².
المواد الإنشائية
في شكل مادة هيكلية ، يتم استخدامه لتصنيع المفاعلات الكيميائية المقاومة للأحماض والتجهيزات والمضخات. يستخدم الزركونيوم كبديل للمعادن الثمينة. في هندسة الطاقة النووية ، الزركونيوم هو المادة الرئيسية لكسوة قضبان الوقود.
يستخدم الزركون الخالي من الحديد في شكل حراريات مختلفة لبطانة أفران صهر الزجاج والمعدنية. كما أنها تستخدم في إنتاج سيراميك المباني والمينا والزجاج للأدوات الصحية.
الدواء
يتمتع الزركونيوم بمقاومة عالية للوسائط البيولوجية ، حتى أعلى من التيتانيوم ، وتوافق حيوي ممتاز ، ونتيجة لذلك يتم استخدامه لإنشاء العظام والمفاصل والأسنان الاصطناعية ، وكذلك الأدوات الجراحية.
في الممارسة العالمية ، يستخدم مصنعو الغرسات لتصنيع الألواح والبراغي الفولاذ المقاوم للصدأوسبائك التيتانيوم.
طورت NIKIET التصميم والتوثيق التكنولوجي وأتقنت إنتاج الغرسات المصنوعة من سبائك الزركونيوم من الدرجة E125 و E110 ، والتي ليست أدنى من أفضل النماذج الأجنبية. يوفر استخدام الغرسات المصنوعة من سبائك الزركونيوم عددًا من المزايا:
- متوسط المقاومة للتآكل;
- التوافق الحيوي الفريد ، لا ردود الفعل التحسسيةالذي يسمح باستخدام الغرسات دون عملية جراحية ثانية لإزالتها ؛
- توفر تكنولوجيا المواد والتصنيع المجموعة المطلوبة من خصائص القوة ؛
- تجعل الكثافة المنخفضة نسبيًا للسبائك من الممكن تصنيع غرسات خفيفة الوزن ؛
- تضمن اللدونة الجيدة ملاءمة أكثر دقة لثني الزرع على طول محيط العظم.
تقوم شركة NIKIET بتصنيع مجموعات من الغرسات والأدوات الخاصة بتركيب العظام وجراحة الوجه والفكين. تضمنت 22 نوعًا من الألواح الترميمية ، وأربعة أحجام من البراغي القشرية لتثبيتها ، وثلاثة أحجام من المثاقب مصنوعة من الفولاذ المطلي بالماس مع سيقان الفولاذ المقاوم للصدأ ، ومفك براغي من سبائك التيتانيوم مع قبضة لولبية خاصة.
لضمان إنتاج الغرسات (الألواح والبراغي) ، طورت NIKIET تقنية وأطلقت إنتاج الفراغات (الشرائط والقضبان) من سبائك الزركونيوم.
جعلت مقاومة الزركونيوم العالية للتآكل من الممكن استخدامه في جراحة الأعصاب. تُستخدم سبائك الزركونيوم في صناعة مشابك مرقئ ، وأدوات جراحية ، وأحيانًا حتى خيوط للخياطة أثناء عمليات الدماغ.
يستخدم الزركونيوم في صناعة مجموعة متنوعة من أدوات المائدة ، والتي تتميز بخصائص صحية ممتازة بسبب مقاومتها الكيميائية العالية.
مركبات الزركونيومثاني أكسيد الزركونيوم (درجة حرارة 2700 درجة مئوية). النطاق - إنتاج الحراريات - الخبازين (البكور - سيراميك البادلايت - اكسيد الالمونيوم). يستخدم كبديل لطلاء النار ، حيث يزيد الحملة في أفران الزجاج والألمنيوم بمقدار 3-4 مرات. تستخدم الحراريات القائمة على ثاني أكسيد مستقر في صناعة المعادن للأحواض ، وفوهات للصب المستمر للفولاذ ، وبوتقات لصهر العناصر الأرضية النادرة. كما أنها تستخدم في سيرميت - طلاء السيراميك والمعدن ، الذي يتميز بصلابة عالية ومقاومة للعديد من المواد الكيميائية ، ويتحمل التسخين على المدى القصير حتى 2750 درجة مئوية. ثاني أكسيد هو مادة عتامة للمينا ، مما يمنحها لونًا أبيض معتمًا. بناءً على التعديل المكعب لثاني أكسيد الزركونيوم المستقر مع سكانديوم ، إتريوم ، تربة نادرة ، يتم الحصول على مادة - زركونيا مكعب (من FIAN حيث تم الحصول عليها لأول مرة) ، يتم استخدام الزركونيا المكعبة كمادة بصرية ذات معامل انكسار مرتفع (عدسات مسطحة ) ، في الطب (أداة جراحية) ، كأحجار كريمة اصطناعية (التشتت ، معامل الانكسار ولعب الألوان أكبر من تلك الموجودة في الماس) ، في إنتاج الألياف الاصطناعية ، وفي إنتاج أنواع معينة من الأسلاك (الرسم). عند تسخينه ، يوصل الزركونيا تيارًا ، والذي يستخدم أحيانًا لجعل عناصر التسخين مقاومة للهواء في درجات حرارة عالية جدًا. الزركونيوم المسخن قادر على توصيل أيونات الأكسجين كإلكتروليت صلب. تستخدم هذه الخاصية في أجهزة تحليل الأكسجين الصناعية.
الزركونيوم ثنائي بوريد ZrB 2 - سيرميت. في مخاليط مختلفة مع مادة نيتريد التنتالوم وكربيد السيليكون لإنتاج القواطع. بلغ متوسط أسعار الزركونيوم المعدني في عام 2006 120 دولارًا للكيلوغرام الواحد.
كربيد الزركونيوم (درجة حرارة 3530 درجة مئوية) أهمها المواد الهيكليةلمحركات نفاثة نووية صلبة المرحلة.
بريلايد الزركونيوم شديد الصلابة ومقاوم للأكسدة في الهواء حتى 1650 درجة مئوية ؛ يستخدم في هندسة الطيران (المحركات ، الفوهات ، المفاعلات ، مولدات النظائر المشعة الكهربائية).
يستخدم هيدريد الزركونيوم كمكون وقود الصواريخ، في التكنولوجيا النووية كوسيط فعال للغاية للنيوترونات. أيضا ، يستخدم هيدريد الزركونيوم لتغليف الزركونيوم على شكل أغشية رقيقة عن طريق التحلل الحراري له على الأسطح المختلفة.
مادة نيتريد الزركونيوم لطلاء السيراميك ، درجة حرارة حوالي 2990 درجة مئوية ، تتحلل في الماء الريجيا. وجد التطبيق كطلاء في طب الأسنان والمجوهرات.
الزركونيوم عنصر من مجموعة فرعية ثانوية من المجموعة الرابعة من الفترة الخامسة من النظام الدوري العناصر الكيميائية D. I. Mendeleev ، العدد الذري 40. يحدد بواسطة الرمز Zr (اللات. الزركونيوم). مادة الزركونيوم البسيطة (رقم سجل المستخلصات الكيميائية: 7440-67-7) هي معدن فضي لامع. يمتلك مرونة عالية ، ثابت ضد التآكل. إنه موجود في تعديلين بلوريين: α-Zr مع شبكة سداسية من نوع المغنيسيوم ، β-Zr مع شبكة شعرية مكعبة من النوع α-Fe ، درجة حرارة انتقالية α↔β 863 درجة مئوية ، الزركونيوم في الحالة الحرة لامع فلز. الزركونيوم الخالي من الشوائب مطيل ويمكن أن يكون ساخنًا وباردًا بسهولة. واحدة من أكثر خصائص الزركونيوم قيمة هي مقاومته العالية للتآكل في البيئات المختلفة.