Cirkonijum: legure na njegovoj bazi. Svojstva, primjena

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-02 13:51

Rijedak, ali u isto vrijeme vrlo važan u mnogim industrijama, metal - cirkonij - prvi je put izolovan tek 1824. godine. Međutim, još uvijek je sadržavao određeni postotak drugih elemenata. Tek u 20. veku bilo je moguće dobiti čisti cirkonijum, bez raznih nečistoća. Legure na njegovoj osnovi uspješno se koriste za proizvodnju vatrostalnih materijala, abraziva, keramičkih boja, brusnog papira, tekstila, dezodoransa i umjetnog kamenja. Naravno, ne treba zaboraviti na veliki značaj ovog metala u medicini. Saznajte više o njemu.

Razvoj metalurgije

Cirkonijum je glavna komponenta legura za nuklearnu energetiku. Ali za to je potrebno da bude što čistiji od raznih nečistoća. Činjenica je da u rudama cirkonija ne postoji samo tako rijetki zemni element kao što je hafnij, već i dušik, ugljik i kisik. A takve nemetalne nečistoće su prilično opasne i mogu se uključiti u sastav strukturnih materijala za nuklearne reaktore u količini ne većoj od milionitog dijela procenta. Dakle, dobijanje čistog cirkonija i legura nanjegova osnova je prilično dug i naporan proces. Prvo se otvara koncentrat, zatim se obogaćuje, odvajaju se neželjene nečistoće i hafnij.

Čisti cirkonijum izgleda kao tipičan metal. Po izgledu je vrlo sličan čeliku, ali istovremeno izdržljiviji i duktilniji. Naravno, u legurama na njegovoj osnovi, njegove karakteristike mogu značajno varirati ovisno o količini drugih elemenata. Na primjer, kiseonik (veći od 0,6%) će cirkonijum učiniti krhkim. Ali postoji i loša strana: dioksid ovog metala (ZrO_{2) ima tačku topljenja od 2680 °C.}

Glavni građevinski materijal

Kao što je ranije spomenuto, najšire područje gdje se koristi cirkonij i njegove legure je nuklearna industrija. Njihova glavna prednost je što imaju mali poprečni presjek hvatanja termalnih neutrona (samo 0,18 barn), dobra svojstva korozije i visoku tačku topljenja. Dakle, TVEL je glavni konstruktivni goriv element aktivne zone nuklearnog reaktora, u koji se nalazi nuklearno gorivo. Upravo u njemu dolazi do fisije teških jezgara, što znači da gorivni element mora biti napravljen od najtrajnijeg i najvatrostalnijeg metala i ne smije promijeniti karakter apsorpcije neutrona u reaktoru.

Dakle, legure cirkonijuma se koriste za izradu njegove školjke. Zahtjevi za njih su prilično strogi. Dakle, legirajući elementi ne bi trebali pogoršati njegove karakteristike. To se posebno odnosi na mali poprečni presjek za hvatanje toplinskih neutrona. Cirkonijum se legira da bisuzbijaju štetne efekte dušika i poboljšavaju njegova svojstva korozije. Mnogi elementi periodnog sistema Mendeljejeva nisu prikladni, jer smanjuju određene karakteristike.

Najpoznatija legura koja se koristi za izradu gorivih šipki je cirkaloj. Njegov glavni legirajući element je kalaj, a pomoćni elementi su željezo, hrom i nikal. U Rusiji se niobij najčešće koristi za legiranje cirkonija. Takođe ima nizak poprečni presek hvatanja toplotnih neutrona, smanjuje unos vodonika i formira samo čvrste rastvore. A ovo, zauzvrat, pruža legure visoke duktilnosti.

Legura cirkonija

Visoka otpornost na koroziju ovog metala objašnjava zašto se tako često koristi kao legirajući element u crnoj i obojenoj metalurgiji. Osim toga, nerastvorljiv je u hlorovodoničnim i azotnim kiselinama i alkalijama. Stoga su višekomponentne legure cirkonija s magnezijem vrlo popularne. Osim toga, legiranje s ovim metalom povećava otpornost titana na kiselinu. Legure cirkonija sa bakrom imaju visoku čvrstoću i električnu provodljivost. Često se koristi i kao aditiv u proizvodnji različitih vrsta čelika. Ovo vam omogućava da uklonite sumpor, dušik i kisik iz njih.

Medicinska industrija

S obzirom na cirkonijum i njegove legure, ne može se ne spomenuti još jedno područje njihove upotrebe. U medicinskoj industriji oni zauzimaju daleko od posljednjeg mjesta. U novije vrijeme, čelik ilegura titanijuma. Međutim, u nekim slučajevima tijelo je odbacilo ove metale, na koje se pojavila alergijska reakcija. Moderna medicina koristi legure cirkonija i titana za proizvodnju spajalica, ploča, implantata, proteza i mehanizama za njihovo fiksiranje.

Budući da ovaj metal i njegova jedinjenja ne iritiraju kosti i okolna meka tkiva, uspešno se koristi u izradi nakita. Na primjer, cirkonijske naušnice ne izazivaju alergijsku reakciju i zacjeljuju ranu na ušnoj resici ništa gore od zlata.

Potrošnja energije

Legura aluminijuma i cirkonijuma ima mnoge pozitivne karakteristike i stoga se uspešno koristi u energetskoj industriji. Činjenica je da čelične i bakrene žice teže dosta, a često stari nosači ne mogu izdržati takvo opterećenje. Godine 1960. u Japanu je grupa naučnika proizvela seriju legura aluminijuma i cirkonijuma. Utvrdili su da se takav materijal može koristiti dugo vremena na visokim temperaturama (150-230°C), a da će u isto vrijeme biti prilično lagan. To mu omogućava da se koristi za proizvodnju žica za visoke temperature. Ovo povećava pouzdanost i efikasnost električnih mreža.

Ostale primjene za jedinjenja i legure cirkonijuma

U mnogim antiperspirantima možete pronaći komponentu kao što je Aluminij Cirkonijum Tetraklorohidroksid. To je hemijsko jedinjenje koje upija znoj i njegov miris. Naučnici su otkrili da nijeapsorbira u kožu, te stoga ne može uzrokovati ozbiljne štete po zdravlje. Uprkos tome, aluminijum-cirkonijum-tetrahlorhidreksglicin je zabranjen u EU i SAD.

Cirkonijum oksid se koristi za proizvodnju elektrokorunda. Dobija se topljenjem u nagibnim električnim pećima. Cirkonijum elektrokorund se pokazao prilično jakim i omogućava obradu materijala sa velikom silom stezanja. Najčešće se koristi za grubo i grubo brušenje.

Općenito, treba napomenuti da cirkonijum i njegove legure imaju visoku tačku topljenja, hemijsku otpornost i nizak koeficijent termičkog širenja. Iz tog razloga se aktivno koristi u raznim oblastima.