Cirkonij: zlitine na osnovi tega. Lastnosti, uporaba

Redki, vendar zelo pomembni v mnogih industrijah, je bil kovinski - cirkonij - najprej izoliran šele leta 1824. Vendar je še vedno vseboval določen odstotek drugih elementov. Šele v 20. stoletju je bilo mogoče pridobiti čiste, brez različnih dodatkov cirkonija. Zlitine, ki temeljijo na njej, se uspešno uporabljajo za izdelavo ognjevzdržnih materialov, abrazivov, keramičnih barv, brusnih papirjev, tekstila, dezodorantov in umetnih kamnov. Seveda ne moremo pozabiti na velik pomen tega kovine v medicini. Več o tem bomo izvedeli.

Razvoj metalurgije

Cirkonij je glavni sestavni del zlitin jedrske energije. Toda za to je potrebno, da je čista čista od različnih nečistoč. Dejstvo je, da v cirkonijevih rudah ni le tako redkih zemeljskih elementov kot hafnij, temveč tudi dušik, ogljik in kisik. In takšne nečistote nekovin so precej nevarne in se lahko vključijo v sestavo strukturnih materialov za jedrske reaktorje v količinah, ki ne presegajo več kot milijon delov odstotka. Zato je proizvodnja čistega cirkonija in njegovih zlitin dolgotrajen in dolgotrajen proces. Najprej se koncentrat odpre, nato se obogati, neželene nečistoče in hafnij so ločeni.

Čisti cirkonij izgleda kot tipična kovina. Po videzu je zelo podobna jeklu, vendar je bolj trpežna in plastična. Seveda v zlitinah, ki temeljijo na njej, se lahko njegove značilnosti precej razlikujejo glede na število drugih elementov. Na primer, kisik (več kot 0,6%) bo cirkonij bolj krhek. Toda na kovancu je tudi spodnja stran: dioksid te kovine (ZrO₂) ima tališče 2680 ° C

Osnovni konstrukcijski material

Kot je bilo že rečeno, je najbolj razširjena površina, kjer se uporabljajo cirkonij in njegove zlitine, jedrska industrija. Njihova glavna prednost je, da imajo majhen presek zajemanja termičnih nevtronov (samo 0,18 skorja), dobre korozijske lastnosti in visoko tališče. Tako je TVEL glavni strukturni gorivni element jedra jedrskega reaktorja, v katerega je nameščen jedrsko gorivo. V njej pride do fisije težkih jeder, kar pomeni, da mora biti TVEL narejen iz najtrajnejše in neodzivne kovine, ne sme pa spremeniti značaja absorpcije nevtronov v reaktorju.

Tako se zlitine cirkonija uporabljajo za izdelavo lupine. Zahteve za njih so precej stroge. Na primer, zlitine ne bi smeli poslabšati njegovih lastnosti. To velja zlasti za majhen prerez za zajem toplotnih nevtronov. Cirkonij je legiran za preprečevanje škodljivega učinka dušika in izboljšanje njenih jedkih lastnosti. Mnogi elementi periodičnega sistema Mendelejeva niso primerni, saj zmanjšujejo določene značilnosti.

Najbolj znana zlitina za izdelavo TVEL je cirkus. Njen glavni zlitinski element je kositer, pomožni pa so železo, krom in nikelj. V Rusiji, najpogosteje za legiranje cirkonija Uporablja se niobij. Ima tudi majhen toplotni nevtronski zajetje, zmanjša absorpcijo vodika in tvori le trdne raztopine. In to, po drugi strani, zagotavlja zlitine z visoko plastičnostjo.

Doping z cirkonijem

Visoka odpornost proti koroziji te kovine pojasnjuje, zakaj se tako pogosto uporablja kot legirni element v železarski in barvni metalurgiji. Poleg tega je netopen v klorovodikovi in ​​dušikovi kislini in alkaliji. Torej, večkomponentne zlitine cirkonija z magnezijem so zelo priljubljene. Poleg tega legiranje s tem kovino poveča odpornost proti delovanju titanovih kislin. Cirkonijeve zlitine z bakrom imajo visoko trdnost in električno prevodnost. Pogosto se uporablja tudi kot dodatek pri proizvodnji različnih vrst jekla. To vam omogoča odstranjevanje žvepla, dušika in kisika.

Medicinska industrija

Glede na cirkonij in njegove zlitine je nemogoče omeniti drugo področje njihove uporabe. V medicinski industriji zasedajo daleč od zadnjega mesta. Do nedavnega so bili za izdelavo implantatov in držala uporabljeni jekleni in titanovih zlitin. Vendar pa je v nekaterih primerih telo zavrnilo te kovine, v ozadju katerih je prišlo do alergijske reakcije. Sodobna medicina uporablja cirkonijeve in titanove zlitine za izdelavo sponk, plošč, vsadkov, protez in mehanizmov za njihovo pritrditev.

Ker ta kovina in njegove spojine ne dražijo kosti in mehkih tkiv, se uspešno uporablja za izdelavo nakita. Torej, na primer, uhani iz cirkonija ne povzročijo alergijske reakcije in zdravijo rano na ušesu ne slabše kot zlato.

Poraba energije

Zlitina aluminija in cirkonija ima veliko pozitivnih lastnosti in se zato uspešno uporablja v energetski industriji. Dejstvo je, da so jeklene in bakrene žice tehtne in pogosto stare podpore ne vzdržijo take obremenitve. Leta 1960 je na Japonskem ena skupina znanstvenikov izdelala vrsto zlitin aluminija in cirkonija. Ugotovili so, da se tak material lahko dolgo časa uporablja pri visokih temperaturah (150-230 ° C) in hkrati bo dovolj enostavno. Tako je mogoče uporabiti za izdelavo žic z visoko temperaturo. S tem se poveča zanesljivost in učinkovitost električnih omrežij.

Druge uporabe spojin in zlitin na osnovi cirkonija

V mnogih antiperspirantih v sestavi je mogoče najti takšno sestavino kot aluminijev cirkonijev tetrakllorohidreks. To je kemična spojina, ki absorbira znoj in neprijeten vonj. Znanstveniki so ugotovili, da se ne absorbirajo v kožo in zato ne morejo povzročiti resne škode za zdravje. Kljub temu je v EU in ZDA prepovedan aluminijev cirkonijev tetraklorhidreksglicin.

Cirkonijev oksid se uporablja za proizvodnjo elektrokorunda. Pridobiva se s taljenjem v nagnjenih električnih pečeh. Cirkonijev elektrokorund je dovolj močan in omogoča obdelavo materialov z močno stiskalno silo. Najpogosteje se uporablja za grobo obdelavo in grobo brušenje.

Na splošno je treba opozoriti, da ima cirkonij in njegove zlitine visoko tališče, odpornost proti kemijskim napadom, nizek koeficient toplotnega raztezanja. Zaradi tega se aktivno uporablja na številnih področjih.