Jakou barvu má zirkonium?

Jaké jsou vlastnosti? Zirkonium je kov s atomovým číslem 40, známý svou odolností proti korozi a používá se v různých průmyslových odvětvích. Má vynikající schopnost absorbovat neutrony, což z něj činí cenný materiál pro jadernou energetiku. Pro svou biokompatibilitu a pevnost se používá také v lékařství k výrobě protéz a implantátů.

Co vzít v úvahu? Každým rokem se objevují nové možnosti využití zirkonia, díky čemuž je vyhledávaným kovem pro vědecký výzkum a inovace v technologiích budoucnosti.

Z tohoto materiálu se dozvíte:

• Historie objevu zirkonia
• Hledání zirkonia v přírodě
• Vlastnosti zirkonia
• Fyzikální vlastnosti zirkonia
• Aplikace zirkonia
• Často kladené otázky o zirkonu

Historie objevu zirkonia

Koncem 80. let XNUMX. století prováděl člen berlínské akademie věd M. G. Klaproth výzkum drahého kamene, který byl přivezen z břehů Cejlonu. V procesu studia izoloval látku zvanou zirkoniová zemina.

Původ názvu má různá vysvětlení. Někteří věří, že pochází z arabského slova „zarkun“, tj. minerál, jiní – z perských slov „car“, což znamená zlato, a „puška“, což se překládá jako barva, protože vzácná odrůda zirkonia (hyacint) má zlatou barvu.

Látka izolovaná během Klaprothova výzkumu se ukázala být oxidem nového prvku (ZrO₂), který byl následně D.I. Mendělejevem zařazen do periodické tabulky pod číslem 40. Samotné čisté kovové zirkonium (Zr) bylo izolováno 35 let po zveřejnění výsledků práce německého vědce v roce 1789.

Hledání zirkonia v přírodě

Zirkonium nelze klasifikovat jako kov vzácných zemin. Jeho sloučeniny jsou v zemské kůře podle různých zdrojů zcela běžné, jejich obsah se pohybuje od 170 do 250 g/t. V přírodě existuje asi 40 minerálů, ve kterých je tento chemický prvek přítomen ve formě oxidů a solí.

V ložiskách je přítomen fluorovodík (Hf), který izomorfně nahrazuje atomy zirkonia (Zr). Nejběžnější horniny jsou: zirkon (ZrSiO₄ obsahující 67,1 % ZrO₂ a 4 % HfO₂), baddeleyit ZrO₂ (obsahuje až 73,9 % Zr a od 4 do 6 % HfO₂), komplexní minerály (eudialyt (Na, Ca)5(Zr, Fe, Mn)[O, OH, Cl][Si₆O₁₇] atd.).

Zirkon je nejběžnějším minerálem skupiny zirkonia a je nejčastěji pozorován v granitech a syenitech. V Ginderson County (Severní Karolína, USA) byly jeho krystaly o délce několika centimetrů objeveny v pegmatitech a na Madagaskaru – monokrystaly o hmotnosti několika kilogramů.

Baddeleyit byl poprvé objeven v roce 1892 v Brazílii a na Srí Lance. Nyní se jeho největší ložisko nachází v oblasti Pocos de Caldas (Brazílie). Právě tam byl objeven blok baddeleyitu o hmotnosti téměř 30 tun Ve vodě a podél útesů jsou vidět naplavené oblázky – favas (z portugalského fava – fazole), jejichž průměr dosahuje 7,5 mm. Více než 90 % tvoří oxid zirkoničitý.

Vlastnosti zirkonia

Promluvme si o tom, co je kov zirkonium. Ve své čisté formě je tvrdý a plastický, světle stříbrné barvy, snadno zpracovatelný. Minerál tvoří dva typy krystalové mřížky.

Při zahřátí zirkonia na +863 °C se hexagonální krystalová mřížka α-Zr přemění na kubickou mřížku β-Zr centrovanou na tělo. Kromě toho, pokud ohřívaný prvek obsahuje další složky, může se teplota měnit nahoru i dolů. Chemické vlastnosti nerostu určují jeho použití v jaderném průmyslu, vyrábí se z něj tepelně vodivé díly pro jaderné reaktory.

Povrch minerálu je pokryt tenkým oxidovým filmem, takže za normálních podmínek je inertní. Ale práškové zirkonium je schopné samovznícení při běžných teplotách vzduchu. Kov při zahřátí nad +300 °C vstupuje do chemické reakce s vodíkem, vzduchem, dusíkem, kyslíkem, uhlíkem, vodou a halogeny, což vede k tvorbě žáruvzdorných karbidů a nitridů.

Zirkonium je málo ovlivněno kyselinou chlorovodíkovou a zředěnou kyselinou sírovou (méně než 50 %). Reakce s kyselinou dusičnou a aqua regia je možná při zahřátí na +100 °C nebo více. Prvek reaguje s koncentrovanou kyselinou sírovou a kyselinou fluorovodíkovou. Jedná se o jediný kov, který je odolný vůči zásadám a alkalickým roztokům, včetně amoniaku.

Zirkonium je díky své vysoké tvrdosti a odolnosti proti opotřebení a také neutrálnosti vůči tkáním a fyziologickým tekutinám lidského těla široce používáno pro výrobu implantátů. Dnes pro ně předběhl titan jako materiál.

Pokud jde o přínosy nebo poškození kovového zirkonia, jeho pozitivní vliv na lidské tělo a zdraví nebyl vědecky prokázán. Vědci se domnívají, že v tomto případě funguje placebo efekt. Na škodu nebude ani nošení zirkonových náramků.

Fyzikální vlastnosti zirkonia

Krystalová mřížka zirkonia, v závislosti na podmínkách prostředí, může být dvou typů:

• α-forma – šestiúhelníková těsně uzavřená mřížka (a = 3.228Å; c = 5,120Å);
• β-forma je kubická těleso centrovaná mřížka (a = 3,61 Á).

K přechodu z jedné formy do druhé dochází při zahřátí kovu na teplotu +862 °C.

Dále si povíme něco o vlastnostech kovového zirkonia a o tom, kde se používá.

Fyzikální vlastnosti kovu:

• hustota je 6,45 g/cm3 (při teplotě okolí +20 °C);
• teplota tání je +1825 °C;
• bod varu se pohybuje od +3580 do +3700 °C;
• měrná tepelná kapacita (25–100 °C) je 0,291 kJ/(kg K) [0,0693 cal/(g °C)];
• koeficient tepelné vodivosti (50 °C) se rovná 20,96 W/(m K) [0,050 cal/(cm sec °C)];
• teplotní koeficient lineární roztažnosti (20–400°C) – 6,9·10-6;
• měrný elektrický odpor (20 °C) – 44,1 μΩ cm.

Přítomnost vodíku, uhlíku, dusíku nebo kyslíku v minerálu zvyšuje jeho křehkost. Pro čisté zirkonium:

• modul pružnosti (20 °C) je 97 GN/m2;
• pevnost v tahu je 253 Mn/m2;
• Tvrdost podle Brinella se pohybuje od 640 do 670 Mn/m2.

Aplikace zirkonia

Kde se používá kovový zirkon? Rozsah použití jak samotného minerálu, tak jeho slitin je velmi široký: v jaderném průmyslu, v lékařství, ve šperkařství. Zirkoniové slitiny se používají k výrobě trubek, drátů, tyčí, ingotů, plechů, fólií atd. Vícesložkové směsi obsahují zirkoniový prášek, který je také potažen zirkoniovým práškem, který dodává potřebné vlastnosti a zlepšuje výkon.

Jaderná energie

Slitiny Zr se používají k výrobě plášťů palivových součástí a potrubí, které jsou součástí konstrukce jaderných reaktorů. Pro zvýšení odolnosti kovu vůči korozi a radiaci se používá 1–2,5 % legujícího prvku – niobu (Nb) nebo komplexu následujících prvků: cín (Sn), niob (Nb), nikl (Ni), železo ( Fe) se přidává do jeho slitiny. Zirkonium třídy E110 (Zr-1% Nb) má vlastnosti optimálně vhodné pro jadernou energetiku.

V souladu s požadavky TU 95.166-83 se zirkonium E110 skládá z 0,9–1,1 % niobu (Nb), 0,003 % berylia (Be), 0,05 % železa (Fe), 0,02 % niklu (Ni), 0,008 % hliníku (Al ) a malé množství dalších nečistot. Plášť palivových článků je vyroben ze zirkonových trubek jakosti E110 a E110K.

Obecně jsou tyče, plechy, pásy, desky, dráty, pásky, ohyby, příruby atd. vyrobeny ze zirkonu E110 Plech třídy E110, stejně jako E100 (bez Nb ve složení) a E125 (s obsahem Nb od od. 2,4 až 2,7 %) se používá na výrobu krytů palivových kazet, pláště a nádob jaderných reaktorů.

Медицина

Lékařský průmysl se bez zirkonia neobejde – pro své chemické vlastnosti je tento kov ideální pro protetiku. Třecí části umělých kolenních a kyčelních kloubů jsou potaženy slitinou zirkonu. Z tohoto materiálu jsou také vyrobeny dlahy používané v maxilofaciální chirurgii.

Kovový zirkon se používá ve stomatologii. Jeho oxid (ZrO₂) je optimálním materiálem pro výrobu zubních inlejí, korunek a keramických implantátů. Kromě toho je minerál v řadě vlastností lepší než titan, který se používá pro podobné účely.

Formy uvolňování kovového oxidu zirkoničitého (ZrO₂) mohou být různé: krystalický prášek, tekutá disperze, tablety, granule, brikety.

Etikety vyrobené z radioaktivního Zr se používají také v lékařství. Používají se ke sledování chování léků, bílkovin a protilátek v lidském těle. Cyklosilikát zirkoničitý sodný je lékem pro léčbu hyperkalémie a hyperfosfatémie. V současné době se pracuje na vytvoření nanomembrán – sloučenin Zr s organickými látkami, jejichž úkolem bude potlačovat růst patogenních bakterií, řídit uvolňování léčiv, distribuovat plyny atd.

Metalurgie

Zirkonium se také používá v metalurgickém průmyslu. Kov při ohřevu pohlcuje plyny včetně kyslíku, což umožňuje jeho použití jako dezoxidantu při legování oceli, litiny, neželezných kovů a slitin. Zr je základem speciálních pomocných slitin – slitin.

V ruské metalurgii je nejčastěji používanou slitinou křemík-zirkonium (ferosilico-zirkonium) ZrSi₂ značky TsrSA, vyrobené v souladu s TU 14-141-78-81. Skládá se ze Zr (35–50 %) a Si (30–45 %), dále Al, Fe a dalších nečistot.

Když se přidá do nádoby z tekuté oceli, zirkonium reaguje s rozpuštěným kyslíkem za vzniku nerozpustného oxidu, který se odstraňuje jako struska. V nepřítomnosti kyslíkových bublin získává ocel větší pevnost a přitom zůstává poměrně houževnatá. Kromě toho Zr pomáhá zvyšovat korozní odolnost kovů. Zirkoniové žáruvzdorné cihly a desky se používají ve slévárenství pro vyzdívky van vysokoteplotních pecí pro zpracování oceli a pokládacích pecí pro tavení hliníku.

Pyrotechnika

Díky svým vlastnostem – nízké teplotě samovznícení zirkonového prášku (od +180 do +250 °C), vysoké teplotě spalování v kyslíku (až +3000 °C) a rychlému hoření – představuje zirkonium optimální základ pro zapalovací směsi pro rozbuškové kapsle pyrotechnických výrobků, stopovací nábojnice, světlice, ohňostroje, ohňostroje. Při přidávání oxidačních činidel, například dusičnanu barnatého (Ba(NO₃)₂) a chlorečnan draselný (KClO₃), získat bezdýmný střelný prach.

Základem pyrotechnické směsi je čistý kovový prášek zirkonia značky PTsrK, vyrobený v souladu s TU 48-4-234-84. Objem nečistot v něm by neměl být větší než 0,1%. Směs také obsahuje fosforečnany dvojmocných kovů a oxidační činidla, například fosforečnan hořečnatý Mg₃(PO₄)₂, fosforečnan vápenatý Ca₃(PO₄)₂ nebo fosforečnan barnatý Ba₃(PO₄)₂ a oxidační činidla: chroman barnatý BaCrO₄, SrCrO₄ nebo jiné Tyto komponenty snižují citlivost na tření a rychlost hoření a zajišťují spolehlivé zapálení.

Lehký průmysl

Bez Zr se neobejde lehký průmysl, zejména průmysl vyrábějící spotřební zboží (keramika, porcelán, sklo, glazury, smalty atd.). Aby produkty získaly pevnost a odolnost vůči kyselinám a zásadám, přidává se do jejich složení práškový oxid zirkoničitý. ZrO₂ také dává smaltu bílou barvu.

Kromě toho se ze zirkonové keramiky vyrábí nože a nádobí, včetně žáruvzdorných. Výrobky ze zirkoniového kovu jsou velmi žádané díky svým hygienickým vlastnostem díky hladkému, neporéznímu povrchu, odolnému vůči negativním účinkům chemikálií. Kovové soli jsou obsaženy v tiskařských barvách, lacích a plastech a zvyšují jejich životnost.

Další aplikace zirkonia

Klenotníci používají zirkonový kov k výrobě šperků, když je nutné najít náhradu za drahé prvky. Například kubický oxid zirkoničitý (krystaly oxidu zirkoničitého ZrO₂) působí jako imitace diamantů. Vyrábějí se z nich i ploché optické čočky s vysokým indexem lomu. Karbid zirkonia je materiál pro výrobu žáruvzdorných trysek, reaktorů a konstrukčních prvků motorů při stavbě vesmírných lodí. Metalhydrid je součástí raketového paliva.

Kujný kov je vhodný pro výrobu chemicky odolných odstředivek a čerpadel, lopatek turbín a pístů. Nedávno vědci jako výsledek výzkumu zjistili, že borid zirkonia (keramika získaná slinováním prášku čistého B a Zr) při zahřívání zesílí.

Díky tomu se rozšiřují perspektivy využití nového materiálu například pro výrobu keramických spalovacích motorů. Obecně to znamená, že dnes minerál neodhalil všechny své vlastnosti a rozsah jeho použití bude v budoucnu jen růst.

Proč byste nás měli kontaktovat?

Ke všem klientům přistupujeme s respektem a plníme úkoly jakékoli velikosti stejně pečlivě.

Naše výrobní zařízení nám umožňuje zpracovávat různé materiály:

• neželezné kovy;
• litina;
• nerezová ocel.

Při kompletaci zakázky naši specialisté využívají všechny známé způsoby obrábění kovů. Moderní vybavení nejnovější generace umožňuje dosáhnout maximální shody s původními výkresy.

Aby se obrobek přiblížil náčrtu předloženém zákazníkem, naši specialisté používají univerzální zařízení určené pro šperkařské ostření nástrojů pro zvláště složité operace. V našich výrobních dílnách se kov stává plastovým materiálem, ze kterého lze vyrobit jakýkoli obrobek.

Výhodou kontaktování našich specialistů je jejich soulad s GOST a všemi technologickými normami. V každé fázi práce je prováděna přísná kontrola kvality, takže našim zákazníkům garantujeme svědomitě dokončený produkt.

Díky zkušenostem našich řemeslníků je výstupem příkladný výrobek splňující ty nejnáročnější požadavky. Zároveň vycházíme ze silné materiálové základny a zaměřujeme se na inovativní technologický vývoj.

Spolupracujeme se zákazníky ze všech regionů Ruska. Pokud chcete zadat zakázku na zpracování kovů, naši manažeři jsou připraveni vyslechnout všechny podmínky. V případě potřeby je klientovi zdarma poskytnuta odborná konzultace.

Často kladené otázky o zirkonu

Kde se těží zirkonium?

Kov zirkonium nelze klasifikovat jako vzácný. Zásoby zirkoniové rudy, amorfních oxidů, solí i velkých monokrystalů lze nalézt na různých místech planety. Nejbohatšími nalezišti se mohou pochlubit Austrálie, Severní Amerika, Západní Afrika, Indie, Jižní Afrika a Brazílie. V Rusku se hlavní zásoby nerostu nacházejí na Uralu a Sibiři.

Jak se chová zirkonium ve slitinách?

Zr se přidává do slitin různých kovů, aby se zlepšila jejich pevnost a odolnost proti korozi. Pokud k němu ale přidáte další látky, vlastnosti zirkonia se zhorší.

Jak škodlivé je zirkonium?

Dosud neexistuje důkaz o tom, že by mikroelement, účastnící se chemických a biologických procesů a regulace acidobazické rovnováhy, měl příznivý nebo negativní vliv na lidský organismus. Jeho účinky jsou již dlouho studovány, ale argumenty o jeho škodlivosti se nepotvrdily. Zároveň je známo, že vysoce koncentrované zirkonium používané při výrobě kovů nebo v jaderném průmyslu je škodlivé pro lidské zdraví, protože má negativní vliv na plíce. V nejlepším případě se může rozvinout zápal plic, v horším případě plicní fibróza.

Jaké potraviny obsahují zirkonium?

Zirkonium je přítomno v jehněčím mase, ořeších (muškátový oříšek, pistácie), luštěninách, ale i chilli papričkách, rostlinných olejích, obilovinách (ovesné vločky, proso) a rýži. Zirkonium je kov s jedinečnými vlastnostmi, včetně těch léčivých. Pro své vlastnosti je velmi široce používán: od jaderného průmyslu až po medicínu. Je odolný vůči korozi a vysokým teplotám, což umožňuje jeho použití v podmínkách, kde jiné minerály nemohou fungovat. Kvality Zr ještě nejsou plně prozkoumány, ale již nyní můžeme říci, že v budoucnu budou oblasti jeho použití rozšiřovány.

Vedoucí obchodního oddělení