Zirconium sur la table. Bracelets en zirconium - le pouvoir de guérison du métal

Cet élément chimique, qui a ensuite une masse atomique de 91,224 g / mol, a pris la 40e place dans le tableau de D.I. Mendeleev, a été obtenu par le chimiste suédois Jens Jakob Berzelius au début du 19e siècle. L'oxyde de ZrO2 a été pris comme base, qui a été trouvé dans une gemme apportée par un autre scientifique - Martin Heinrich Klaproth - de Ceylan. L'effet sur le fluorozirconate de potassium de sodium métallique s'est avéré efficace:

K2 + 4Na → Zr + 2KF + 2NaF

Le résultat des expériences a été la production de zirconium pur - un métal brillant, blanc argenté, incroyablement plastique, mais en même temps assez dense. Par la suite, il s'est avéré que Zr se prête parfaitement au traitement - à chaud et à froid (forgeage, laminage, estampage), mais perd presque complètement ses meilleures qualités, recevant des impuretés non métalliques.

Propriétés physiques du zirconium

Deux modifications cristallines du zirconium sont connues :

• α-zirconium - réseau hexagonal compact (a = 3,228 Å ; c = 5,120 Å)
• β-zirconium - réseau cubique centré sur le corps (a = 3,61 Å)

L'obtention de la forme β à partir de la forme α est possible en chauffant le métal à 862°C.

Le zirconium a les propriétés physiques suivantes :

• densité de zirconium - 6,45 g / cm3 (dans des conditions normales, c'est-à-dire à 20 ° C)
• point de fusion - 1825°С
• point d'ébullition 3580-3700°С
• capacité thermique spécifique (25-100°С) – 0,291 kJ/(kg K)
• coefficient de conductivité thermique (50 ° С) - 20,96 W / (m K)
• coefficient de température de dilatation linéaire (20-400°С) – 6,9 10-6
• résistivité électrique (20°C) - 44,1 μk cm

Un métal qui contient de l'hydrogène, du carbone, de l'azote ou de l'oxygène comme impuretés augmente sensiblement sa fragilité. Le zirconium pur est doté de :

• module d'élasticité (20 ° С) - 97 Gn / m2 (9700 kgf / mm 2)
• résistance à la traction - 253 MN / m 2 (25,3 kgf / mm 2)
• Dureté Brinell - 640-670 MN / m 2 (64-67 kgf / mm 2)

Résistance à la corrosion du zirconium

La protection contre la corrosion est la qualité qui, dans le cas du zirconium, est souvent mise en avant. Cet élément n'est pas soluble dans les alcalis, ni dans les acides nitriques ou chlorhydriques. Il s'agit d'un excellent élément d'alliage qui rend tous les alliages de magnésium multicomposants d'un ordre de grandeur plus résistants à la corrosion.

Outre la protection contre la corrosion, le zirconium peut améliorer considérablement d'autres qualités de l'alliage: maintenir sa ténacité, augmenter la résistance aux chocs et, dans les alliages de cuivre, maintenir la conductivité électrique dans un contexte de durcissement important. Quelques dixièmes de pour cent de Zr dans un alliage de magnésium doublent sa résistance. On peut dire presque la même chose des alliages d'aluminium qui, en présence de zirconium, augmentent leurs performances d'un ordre de grandeur.

Zirconium en métallurgie

Le zirconium est un métal largement utilisé en métallurgie. Tout d'abord, il est utilisé comme désoxydant très efficace (au regard de ces propriétés, le Zr s'est avéré meilleur que le titane et le manganèse). De plus, le zirconium contribue à la préservation de la ténacité des aciers, tout en leur conférant une résistance aux chocs importants. Enfin, l'élément Zr élimine les gaz et le soufre de l'alliage, ce qui signifie qu'il contribue à la préservation de la plasticité du métal.

Par exemple : un alliage métallique sans zirconium résiste à une charge d'impact de 900 kg. Seul un ajout de 0,1% de Zr le porte à 1600 kg.

Dans la métallurgie des métaux non ferreux, le zirconium agit comme un élément d'alliage et est également utilisé pour augmenter la résistance à la chaleur des alliages d'aluminium.

Notre planète est riche en minéraux, y compris les métaux. L'un des plus courants est le zirconium. Il peut être trouvé dans n'importe quel coin de la Terre. Quel est ce métal, quelles sont ses propriétés et où est-il utilisé ?

Propriétés chimiques

La substance simple zirconium est un élément d'un sous-groupe latéral du groupe IV de la cinquième période du système périodique de D. I. Mendeleïev. Il a reçu le numéro atomique 40 et sa masse atomique est de 91,224. C'est un métal gris acier avec une teinte jaunâtre et un éclat caractéristique. Il est obtenu par refusion de déchets de zirconium et du concentré de minerai, car il ne se produit pas sous sa forme pure dans la croûte terrestre.

naturellement métallique zirconium distribué sous forme de composés chimiques naturels - plus de 40 sels ou oxydes. À la fin du XVIIIe siècle, le scientifique allemand Klaproth a isolé l'oxyde de zirconium de la pierre de jacinthe. Il appartient à la variété précieuse de cette pierre. Jusqu'au 20e siècle, le métal ne pouvait pas être obtenu sous sa forme pure, mais dans les années 20, les scientifiques ont néanmoins réussi.

Dans sa forme purifiée, il possède de nombreuses propriétés qui distinguent l'or :

• Plastique;
• malléable;
• anti-corrosion;
• résistant à la chaleur;
• paramagnétique.

Métal ne craint pas l'exposition à l'eau chlorée et à l'eau de mer. Il ne perd pas ses hautes qualités à basses et hautes températures. Résistant à l'ammoniac, aux acides et aux alcalis. Il est principalement utilisé pour ajouter aux alliages d'autres métaux, ce qui augmente sa fabricabilité et rend ses propriétés presque uniques. Il tire son nom du mot persan "tsargun" (pierre dorée).

Assez souvent du zirconium confondu avec le zircon, qui est un silicate de zirconium. Le métal peut changer de couleur et la couleur peut être :

• vert;
• brun;
• noir;
• jaune;
• parfois rouge.

Sa couleur dépend des impuretés qui composent la composition. Les impuretés qui colorent la pierre comprennent souvent le calcium, le cuivre, le fer, le zinc, l'uranium, le strontium et le titane. Il contient également des éléments de terres rares.

Être dans la nature

Les gisements de minerai de zirconium sont largement répartis dans les entrailles de la terre. Les dépôts peuvent être vus sous plusieurs formes dans le formulaire:

• les oxydes amorphes ;
• sels;
• monocristaux.

Dans les gisements africains, on trouve des cristaux pesant jusqu'à 1 kg. La plupart du zirconium (métal) est concentré en Australie, en Inde, en Afrique du Sud, au Brésil et en Amérique du Nord. Ces États possèdent les plus grandes réserves de ce métal. La Russie possède près de 10 % des réserves mondiales de zirconium en Sibérie et dans l'Oural. Le plus souvent dans les minerais, il se produit avec l'hafnium, car il en est proche dans ses propriétés. Chacun d'eux a ses propres caractéristiques attrayantes, mais ils ne peuvent pas être utilisés en combinaison. La purification en plusieurs étapes permet de séparer ces deux éléments, mais un tel procédé de fabrication rend le zirconium nettement plus cher.

Trouvé dans la nature grande zircone verte et opaque, mais ils peuvent provoquer une augmentation des radiations. De tels spécimens ne peuvent pas être coupés, stockés dans les maisons et transportés en grands volumes. Le zirconium occupe la 12ème place dans la distribution parmi les métaux dans le monde entier. Malgré cela, il a longtemps été un élément impopulaire, même comparé aux éléments radioactifs rares. Cela s'explique par le fait qu'il y a beaucoup de ses réserves dispersées sur la terre, mais il n'y a pas tellement de très grandes réserves.

Application de zirconium métallique

En raison de ses propriétés et qualités uniques, cet élément peut être utilisé dans de nombreuses industries. Son utilisé sous forme d'alliages dans divers domaines de l'industrie moderne :

• construction d'avions;
• énergie nucléaire;
• science des fusées;
• instrumentation;
• Fonderie;
• industrie militaire;
• équipement médical.

En raison de sa grande stabilité, qui dépasse même celle du titane, il est devenu très populaire dans l'industrie médicale. Il est utilisé pour les prothèses et la production d'instruments chirurgicaux.

Le zirconium métallique a longtemps été utilisé pour créer des bijoux. Il est capable de prendre de nombreuses teintes car il est en métal anodisé. Cela permet aux bijoutiers d'incarner une variété d'idées artistiques dans la création de bijoux. Les produits ont l'air élégants et beaux, ils sont donc appréciés sur le marché mondial de la bijouterie.

Avec un degré élevé de protection contre la corrosion, cet élément d'alliage contribue à rendre les alliages de magnésium multicomposants beaucoup plus résistants à la corrosion. Il améliore également la ténacité des alliages, augmente leur résistance aux chocs. Dans les alliages avec du cuivre, en plus de la résistance, il conserve la conductivité électrique. Dans les alliages avec de l'aluminium, cet élément unique améliore considérablement leurs performances.

Élément largement utilisé dans l'industrie métallurgique et agit comme un désoxydant très efficace. Cette qualité est plusieurs fois supérieure à celle du manganèse et du titane. Le zirconium améliore la ténacité des nuances d'acier, les aidant ainsi à être plus résistants aux charges d'impact. Il favorise la ductilité en éliminant le soufre et les gaz des alliages. Il est également utilisé comme élément d'alliage dans la métallurgie des métaux non ferreux et pour augmenter la capacité calorifique des alliages d'aluminium.

Propriétés médicales

En raison de ses propriétés physiques et chimiques particulières, le zirconium a été activement utilisé en médecine. En raison de sa neutralité aux effets des environnements alcalins, acides et aqueux, ainsi qu'à l'ammoniac, il est ajouté aux compositions pour la fabrication d'instruments médicaux. Il stimule la cicatrisation rapide des plaies et présente un effet antimicrobien. En raison de ces propriétés, le pus ne se forme pas dans les plaies et les infections n'y pénètrent pas.

L'élément n'est pas un allergène, il facilite donc les réactions allergiques. Il ne transmet pas de rayonnement et est considéré comme un excellent antiseptique. En médecine, il a commencé à être utilisé pour la fabrication de fils de suture. Le métal étant très ductile, il permet de préserver la structure des os lors des fractures. Pour cette raison, les os se développent plus rapidement.

Il est également activement utilisé en dentisterie et en prothèse orthopédique. Il n'irrite pas les tissus du corps et est neutre par rapport à tout environnement. De nombreux types de métaux provoquent une réaction allergique dans la cavité buccale, ce que l'on ne peut pas dire du zirconium. De par ses caractéristiques et ses propriétés rares, il est devenu indispensable dans la fabrication d'instruments médicaux et d'implants.

On le trouve dans certains aliments, mais en quantités minimes. Par exemple, le zirconium se trouve dans le mouton, la farine d'avoine, le riz, les pistaches, les légumineuses et d'autres aliments, mais il y en a trop peu pour avoir des effets négatifs sur la santé.

On pense que les bijoux avec du zirconium ont un effet positif sur le corps. Si, après avoir percé les oreilles, vous mettez immédiatement des boucles d'oreilles avec du zirconium, les plaies guériront plus rapidement. Le métal a un bon effet sur l'état de la peau, il est donc recommandé de porter des bracelets et d'autres produits sur le corps. Il a un effet cicatrisant sur les maladies de la peau, l'arthrose, l'arthrite, l'hypertension. Malgré de telles manifestations, la médecine officielle n'a pas encore donné de telles preuves.

Le zirconium (Zr) est un élément de numéro atomique 40 et de masse atomique 91,22. C'est un élément d'un sous-groupe secondaire du quatrième groupe, la cinquième période du tableau périodique des éléments chimiques de Dmitry Ivanovich Mendeleev. Le zirconium à l'état libre dans les conditions normales est un métal blanc argenté brillant d'une densité de 6,45 g/cm3. Le zirconium pur et sans impuretés est très ductile et peut être facilement travaillé à froid et à chaud. Comme beaucoup d'autres métaux, y compris son voisin du groupe - le titane, le zirconium, contenant des impuretés de non-métaux (en particulier l'oxygène), aggrave fortement ses propriétés mécaniques. Par exemple, pour le fonctionnement fiable d'un réacteur nucléaire, il est nécessaire que des impuretés «dangereuses» telles que le bore, le cadmium et autres soient contenues dans des matières fissiles en quantités ne dépassant pas des millionièmes de pour cent. Le zirconium pur - l'un des meilleurs matériaux de structure pour les réacteurs nucléaires - devient totalement inadapté à cette fin s'il contient même un léger mélange d'hafnium, qui n'a pas ses propres minéraux et accompagne généralement le zirconium dans la nature.

La science connaît cinq isotopes naturels du zirconium : 90Zr (51,46 %), 91Zr (11,23 %), 92Zr (17,11 %), 94Zr (17,4 %), 96Zr (2,8 %). Parmi les isotopes radioactifs du zirconium obtenus artificiellement, le plus important est le 95Zr, dont la demi-vie est de 65 jours. Il a trouvé une application en tant que traceur isotopique.

En 1789, le chimiste allemand Martin Heinrich Klaproth a isolé le dioxyde de zirconium de l'analyse du minéral zircon. Sous forme de poudre, le zirconium a été obtenu pour la première fois beaucoup plus tard - en 1824 par Jens Jakob Berzelius, et le zirconium plastique n'a été obtenu qu'en 1925 par les scientifiques néerlandais A. van Arkel et I. de Boer en raison de la dissociation thermique des iodures de zirconium.

L'une des propriétés les plus précieuses du zirconium métallique est sa haute résistance à la corrosion dans divers environnements. Par exemple, il ne se dissout pas dans les acides nitrique et chlorhydrique et dans les alcalis. L'alliage d'aciers avec du zirconium est basé sur cette propriété du métal n ° 40. Ainsi, les alliages de magnésium à plusieurs composants avec l'ajout de zirconium deviennent plus résistants à la corrosion. Le zirconium augmente la résistance du titane à l'action des acides. De plus, les aciers alliés au zirconium ne perdent pas la ténacité requise dans une large plage de températures, ils résistent bien aux chocs. Augmente la résistance des aciers alliés. L'ajout de zirconium au cuivre augmente considérablement sa résistance, presque sans réduire la conductivité électrique. Un alliage à base de magnésium avec l'ajout de quelques pour cent de zinc et seulement quelques dixièmes de pour cent de zirconium est deux fois plus résistant que le magnésium pur et ne perd pas sa résistance à 200 ° C. La qualité des alliages d'aluminium est également considérablement améliorée lorsque le zirconium leur est ajouté.

Le zirconium capture à peine les neutrons lents (thermiques). C'est sur cette propriété en combinaison avec une haute résistance à la corrosion et aux environnements agressifs, une résistance mécanique à des températures élevées qu'elle et les alliages à base de celle-ci sont activement utilisés dans la conception des réacteurs nucléaires de puissance.

Dans la production d'acier, les additifs de zirconium servent à en éliminer l'oxygène, l'azote et le soufre. En outre, le zirconium est utilisé comme composant d'alliage de certains aciers blindés, inoxydables et résistants à la chaleur.

Sur une propriété aussi connue du zirconium que l'absorption active des gaz à l'état chauffé, son utilisation repose sur le frittage de poudres métalliques, ainsi que sur la technologie de l'électrovide. Ainsi à une température de 300°C, le zirconium absorbe l'hydrogène, et à 400°C et plus il interagit avec l'oxygène et l'azote.

Propriétés biologiques

Le zirconium ne joue pas directement de rôles biologiques importants dans la vie du corps humain. Ce n'est pas un bioélément, il n'est pas inclus dans le matériau structurel des cellules - ce n'est pas un microélément vital. Il est fort possible que cela soit dû à la méconnaissance de toutes les propriétés de ce métal, car petit à petit, année après année, le zirconium révèle de plus en plus de nouvelles qualités liées à l'influence de cet élément sur l'organisme et la santé humaine.

Actuellement, dans les cliniques de traumatologie et de chirurgie maxillo-faciale, pour le traitement des fractures osseuses multiples, on utilise la méthode des fixateurs (implants), qui fixent complètement et avec précision les fragments d'os, en excluant même les plus petits décalages, ce qui contribue à la fusion rapide des tissus osseux et une cicatrisation rapide de la plaie postopératoire.

Dans la pratique mondiale, les fabricants d'implants utilisent des alliages d'acier inoxydable et de titane pour la fabrication de plaques et de vis. Dans notre pays, des implants en alliages de zirconium de grades E125 et E110 ont été développés et maîtrisés, qui ne sont pas inférieurs aux meilleurs échantillons étrangers. Au contraire, l'utilisation d'implants en alliages de zirconium offre un certain nombre d'avantages : haute résistance à la corrosion du matériau ; excellente compatibilité biologique (pas de réactions allergiques ni de rejet), grâce à laquelle aucune intervention chirurgicale répétée n'est nécessaire pour retirer les implants; propriétés de haute résistance des alliages de zirconium. La densité relativement faible de l'alliage permet de faciliter la conception de l'implant ; une excellente ductilité assure un ajustement plus précis de la courbure de l'implant au contour de l'os.

La liste des instruments et implants pour la chirurgie maxillo-faciale et la neurochirurgie est très large : plus d'une vingtaine de types de plaques et d'agrafes, des vis corticales pour la fixation, des pinces hémostatiques, des forets et même des fils pour suturer lors d'opérations cérébrales !

L'élément n ° 40, comme ses alliages, n'irrite pas les tissus mous et les os environnants, est parfaitement compatible avec les tissus biologiques et a également un effet spécial sur eux. Les médecins ont découvert que le port de boucles d'oreilles en zirconium guérit une blessure au lobe de l'oreille après un perçage 2-3 jours plus tôt que lorsque vous portez des boucles d'oreilles en or. De plus, les personnes qui portent constamment des bijoux fabriqués à partir de zirconium ou de zircons ont noté une amélioration significative de leur état général dans son ensemble. Les expériences ont donné des résultats positifs dans le traitement des maladies de la peau avec des bracelets, des ceintures et des plaques en zirconium : dermatite, névrodermite, eczéma infantile, maladies du système musculo-squelettique, colonne vertébrale, arthrite et arthrose d'origine métabolique, fractures des membres supérieurs et inférieurs et autres maladies. Un effet positif est observé chez plus de 90% des patients.

La moitié des sujets en bonne santé n'a ressenti aucun effet négatif du port de bracelets, mais a noté une amélioration de leur état de santé général.

Ainsi, on peut affirmer que les bracelets en zirconium et autres bijoux fabriqués à partir de ce métal, de ses alliages et de ses minéraux ne sont pas une panacée pour toutes les maladies, mais ils ont un certain effet curatif sur le corps humain. En tout cas, ça ne fait pas de mal.

Les bijoutiers médiévaux utilisaient souvent les soi-disant « diamants imparfaits » pour créer des bijoux uniques. Ces "diamants" différaient peu des vraies pierres précieuses - un peu plus doux et légèrement plus nuageux, ce qui ne permettait pas à la pierre taillée de briller et de scintiller comme un diamant. Ces pierres portaient également des noms plus précis : diamants Matara - selon le lieu de leur extraction - la région de Matare (Matturai) sur l'île du Sri Lanka. Jargon ou Ceylan Jargon - Zircon jaune, jaune paille et fumé. Ils sont aussi appelés diamants siamois. Starlite ou starlight - zircon de couleur bleu ciel naturel ou obtenu après traitement thermochimique. Jacinthe - zircon jaune miel transparent, rouge-brun, rouge-brun, rouge, rose. La couleur de cette pierre ressemble à la jacinthe - une fleur cultivée, selon le mythe grec ancien, par Apollon à partir du corps (ou du sang) du beau jeune homme Jacinthe, le favori d'Apollon, qui a été tué par Zéphyr, le dieu du vent.

Bien sûr, les artisans médiévaux ne savaient pas qu'ils travaillaient avec le minéral de zirconium - les monocristaux de zircon.

Le zirconium a une très petite section efficace de capture des neutrons thermiques. Par conséquent, le zirconium métallique, qui ne contient pas d'hafnium, et ses alliages sont utilisés dans l'industrie de l'énergie nucléaire pour la fabrication d'éléments combustibles, d'assemblages combustibles et d'autres conceptions de réacteurs nucléaires. Ainsi, un réacteur entièrement en zirconium a été installé sur le premier sous-marin nucléaire américain, le Nautilus. Plus tard, il s'est avéré qu'il était plus rentable de fabriquer des gaines d'éléments combustibles (TVEL) à partir de zirconium et non de parties fixes du cœur du réacteur.

Les additifs de zirconium lors de l'alliage des aciers augmentent les caractéristiques de résistance de l'alliage. Ainsi les prototypes d'aciers non alliés au zirconium sont détruits sous une charge de moins d'une tonne, un acier de même composition, mais avec l'ajout de seulement 0,1% de zirconium, peut supporter une charge de plus d'une tonne et demie !

Les spécifications pour le zirconium de la soi-disant "pureté du réacteur" autorisent la présence de pas plus de 0,02% d'hafnium dans celui-ci. Mais même de telles doses homéopathiques de l'éternel compagnon du zirconium réduisent de manière assez significative - six fois et demie - la transparence neutronique du zirconium !

Le dioxyde de zirconium a une propriété très intéressante : très chauffé, il émet de la lumière si intensément qu'il peut être utilisé dans la technique d'éclairage. Le célèbre physicien allemand Walter Hermann Nernst a été le premier à découvrir cette propriété du dioxyde de zirconium. Sur la base de ce phénomène inhabituel, le physicien a conçu une lampe, qui a ensuite reçu le nom de "lampe Nernst", dans laquelle les tiges incandescentes étaient en dioxyde de zirconium.

Une application très intéressante a été trouvée par le tétrachlorure de zirconium. La conductivité électrique d'une plaque de cette substance varie en fonction de la pression qui agit sur elle. Le fonctionnement d'un manomètre universel est basé sur ce principe - un appareil qui mesure la pression. Avec le plus petit changement de pression, l'intensité du courant dans le circuit de l'appareil change également, dont l'échelle est calibrée en unités de pression. Ces manomètres sont extrêmement sensibles aux changements de pression, ils peuvent donc être utilisés pour déterminer la pression de cent millièmes d'atmosphère à des milliers d'atmosphères !

Les imperméables doivent leurs propriétés hydrofuges aux sels de zirconium, qui font partie d'une émulsion spéciale pour l'imprégnation des tissus. Les sels de zirconium sont également utilisés pour la fabrication d'encres d'impression colorées, de vernis spéciaux et de plastiques. En tant que catalyseur, les composés de zirconium sont utilisés dans la production de carburant à indice d'octane élevé. Les composés sulfatés de cet élément sont réputés pour leurs excellentes propriétés tannantes.

Histoire

En fait, l'histoire de la popularité du zirconium auprès de l'humanité est assez ancienne - même sous le règne de Rome en Judée, les grands prêtres portaient de la jacinthe dans leurs bijoux - des cristaux de zirconium - le principal minéral du zirconium. Les bijoutiers médiévaux de différents pays décoraient souvent leurs produits avec ces cristaux. Les bijoux avec des zircons ont acquis une popularité particulière en Inde aux XVe-XVIe siècles et dans les années trente du XIXe siècle.

Ce minéral contenant du zirconium était extrait sur l'île de Ceylan, d'où les marchands l'exportaient ensuite en abondance vers de nombreux pays. Ces cristaux ont acquis une popularité exceptionnelle en raison de leur couleur variée et très belle: du transparent incolore au jaune-brun pâle, passant du gris-vert au rouge sang. C'était du zircon rouge que les bijoutiers appelaient jacinthe (l'ancien nom est peradol), le considérant comme l'une des variétés de topaze ou de rubis, similaire à celle-ci par sa composition chimique. Ce n'est qu'à la fin du XVIIIe siècle que la jacinthe a reçu son nom moderne - zircon Zr; le minéralogiste Werner lui a donné ce nom.

C'est l'un de ces zircons de Ceylan qui est tombé entre les mains de M. G. Klaproth, membre de l'Académie des sciences de Berlin. En 1789, il mena des recherches sur la gemme en utilisant sa propre méthode et publia les résultats de l'analyse la même année. Klaproth a obtenu une substance qu'il a appelée "terre de zircon". Il a fusionné de la poudre de zircon avec un alcali caustique dans un creuset spécial en argent, puis a dissous l'alliage dans de l'acide sulfurique. De plus, le chimiste a isolé l'acide silicique et le fer de la solution, après quoi il a obtenu des cristaux de sel, et à partir d'eux de l'oxyde (la même terre), qu'il a appelé «zirconium» (Zirconerde).

Avec un tel nom, Klaproth a très probablement repoussé les concepts persans suivants: "zar" ("roi") - or et "pistolet" ("pistolet") - couleur, c'est-à-dire littéralement - "de couleur dorée". D'après les considérations suivantes, on peut deviner que le minéral, qui était entre les mains d'un chimiste, avait une couleur brun doré. Une autre hypothèse sur l'origine du nom est basée sur le mot arabe "zarkun" - cinabre, minéral. Comme vous pouvez le voir, les mots sont très similaires, ce qui signifie que c'est de leur signification que vient le nom du métal.

Dans les sources russes, les noms sont similaires, bien qu'ils présentent de légères différences. Ainsi Scherer (1808) a appelé le métal "zircon", Zakharov (1810) adhère à la même formulation, Dvigubsky (1824) est plus original - "la base de la terre de zircon" ou "zirconium", Strakhov (1825) appelle le métal "zircon".

L'oxyde de zirconium (II) a également été isolé par Giton de Morovo uniquement à partir de jacinthe trouvée en France.

Le zircon métallique (avec une très forte proportion d'impuretés) a pu être obtenu pour la première fois par JJ Berzelius en 1824 en réduisant le fluor-zirconate de potassium avec du sodium métallique :

K2 + 4Na → Zr + 2KF + 2NaF

Le résultat était un métal gris argenté qui était si fragile qu'il ne pouvait pas être travaillé. La raison en était la teneur élevée en impuretés. Par conséquent, cet élément n'a pas été utilisé. Pendant longtemps, des scientifiques de différents pays ont tenté de résoudre le problème de la pureté des métaux. Ce n'est qu'en 1914 qu'il a été possible d'obtenir du zirconium relativement pur, et le métal, qui peut être traité (forgé, laminé, roulé) à peu près de la même manière que le cuivre, n'a pu isoler qu'en 1925 les chimistes néerlandais van Arkel et de Boer . Ils se sont écartés de la méthode d'électrolyse traditionnelle et largement utilisée, en utilisant leur nouvelle méthode "d'accumulation", qui consistait à soumettre un composé volatil (dans leur cas, il s'agissait de tétraiodure de zirconium ZrI4) à une décomposition thermique sous vide, et du métal pur a été déposé sur un filament de tungstène chaud.

Être dans la nature

Le zirconium est un élément assez courant : sa teneur dans la croûte terrestre est de 0,025 % en poids. Parmi les métaux en termes de prévalence, il se classe douzième. Cependant, le zirconium est très dispersé et toute accumulation significative de celui-ci est rare. Ainsi dans les roches principales, sa teneur ne dépasse pas 1.3.10-2% ; dans les granites, les sols sablonneux et argileux, cet élément est beaucoup plus courant - 2 10-2%, mais le zirconium est le plus courant dans les roches alcalines - 5 10-2%, ce qui est encore plus élevé que la teneur moyenne de la croûte terrestre en général . Le plus souvent, on le trouve sous la forme de divers composés chimiques, qui, à leur tour, se produisent dans la lithosphère, car le zirconium est un élément lithophile. Dans la nature, ses composés sont connus exclusivement avec de l'oxygène sous forme d'oxydes et de silicates. Bien que le zirconium soit un oligo-élément, il existe environ 40 minéraux dans lesquels le zirconium est présent sous forme d'oxydes ou de sels. En raison de cette dispersion dans les roches et de l'absence de gisements importants, le zirconium est beaucoup moins utilisé que les métaux véritablement rares. Ce métal est un faible migrant dans l'eau - la teneur en zirconium de l'eau de mer ne dépasse pas 0,00005 mg/l. Dans l'environnement biologique, ce n'est pas non plus courant.

Le zircon ZrSiO4 est principalement distribué dans la nature, dont 67,1 % de ZrO2, de la baddeleyite ZrO2 et divers minéraux complexes : eudialyte (Na,Ca)6ZrOH(Si3O9)2(OH,Cl)2, etc.

Le zircon est le minéral de zirconium le plus courant, connu depuis l'Antiquité, lorsqu'il s'appelait jacinthe, azorite, auerbachite, engelhardite et d'autres noms. Le zircon est un silicate insulaire présent dans tous les types de roches, mais il est surtout caractéristique des granites et des syénites. Le minéral est un cristal bien formé, dont l'apparence varie en fonction des conditions de formation. Ainsi, dans les granites et les pegmatites granitiques, il existe des cristaux de nature prismatique longue et dans les roches alcalines et métasomatiques - un type dipyramidal. Vous pouvez également trouver des "jumeaux", des "jumeaux coudés", des excroissances radiales et en forme de gerbe.

Souvent, les cristaux sont relativement petits (seulement quelques millimètres), mais il existe des exceptions pesant des dizaines voire des centaines de carats. Des cristaux de zircon de plusieurs centimètres de long ont été trouvés dans le comté de Hinderson, en Caroline du Nord. A Madagascar, les trouvailles pesant plusieurs kilogrammes ne sont pas rares. Aux États-Unis d'Amérique, la Smithsonian Institution détient plusieurs zircons importés de l'île de Sri Lanka. Ils diffèrent par leur couleur et leur poids : le plus gros zircon - marron pèse 118,1 carats ; jaune-brun 97,6; jaune 23,5, incolore 23,9. Là, vous pouvez également voir de grands cristaux de Birmanie et de Thaïlande. Le London Geological Museum, l'American Museum of Natural History à New York et le Canadian Museum à Toronto peuvent se vanter de riches collections de grands zircons. De nombreux grands et très beaux zircons ont été extraits dans l'Oural.

Les zircons contiennent souvent de nombreuses impuretés : fer, aluminium, terres rares, hafnium, béryllium, uranium et autres. À cet égard, les scientifiques distinguent plusieurs variétés de zircon : malakon, citrolite, alvit, arshinovite et bien d'autres.

La baddeleyite minérale, contrairement au zircon, a été découverte relativement récemment - en 1892 au Brésil. Le principal gisement de ce minéral, Posos de Caldas, s'y trouve également. Certaines découvertes de ce gisement sont tout simplement incroyables - l'un des blocs de baddeleyite, extrait de la roche, pesait 30 tonnes ! Le long des berges des rivières et des ruisseaux, la baddeleyite se présente sous la forme de galets alluviaux atteignant 7,5 mm de diamètre, qui contient plus de 90 % de dioxyde de zirconium. Pour son apparence, ce galet était surnommé « favas » par les mineurs locaux, ce qui signifie « haricot » (fava) en portugais.

Application

Les domaines d'application du zirconium et des minéraux qui en contiennent sont extrêmement divers, ils sont associés aux industries de haute technologie et en même temps à la production des biens de consommation les plus courants.

Le premier consommateur de zirconium a été la métallurgie - d'abord noire, puis non ferreuse. Cela est dû à un certain nombre de propriétés du quarantième élément. En raison de sa grande affinité pour l'oxygène, l'azote, le soufre et le phosphore, un alliage de zirconium avec du fer et du silicium ou avec de l'aluminium et du silicium est utilisé comme désoxydant et nettoyant pour l'acier.

Le zirconium est largement utilisé comme élément d'alliage, car son ajout à d'autres métaux leur confère des propriétés particulières - résistance à la chaleur, résistance aux acides et bien d'autres. Outre les propriétés nouvellement acquises, les alliages de zirconium augmentent leur résistance mécanique, ce qui contribue à augmenter leur durée de vie et à élargir les possibilités de leur utilisation dans divers domaines. Il convient de donner quelques exemples de tels alliages et leurs domaines d'application.

Le ferrozirconium (un alliage de zirconium avec du fer), contenant jusqu'à 20 % de Zr, est utilisé en métallurgie comme désoxydant et dégazeur pour l'acier. Chimistes et métallurgistes ont constaté que l'ajout de zirconium aux alliages de fer avait le même effet que l'introduction de silicium dans ceux-ci : la qualité des aciers inoxydables et résistants à la chaleur s'améliore, la résistance mécanique et la soudabilité des aciers augmentent.

Un autre alliage de zirconium largement utilisé dans la métallurgie ferreuse, avec le ferrozirconium, est un alliage avec du silicium. Cet alliage est utilisé pour le dégazage des aciers, car le zirconium est un désoxydant énergétique et un additif d'affinage, son introduction réduit rapidement les oxydes métalliques et élimine l'azote.

Les alliages cuivre-zirconium sont utilisés pour la fabrication de pièces conductrices d'équipements électriques qui s'échauffent pendant le fonctionnement. L'introduction de zirconium n'a pratiquement aucun effet sur la conductivité électrique élevée du cuivre, mais augmente considérablement la résistance et la résistance à la chaleur de l'alliage.

Les alliages de magnésium et de zirconium ont de bonnes propriétés mécaniques et physiques et sont considérés comme les plus appropriés à des fins structurelles.

Les alliages d'aluminium avec du zirconium (jusqu'à 3% de Zr) sont résistants à la corrosion, ils sont utilisés dans les grilles des tubes cathodiques à vide.

Le zirconium, purifié à partir d'hafnium, a acquis la plus grande importance en tant que matériau de structure dans les réacteurs nucléaires. Une résistance élevée à la corrosion, combinée à une résistance mécanique, un point de fusion élevé et une faible section efficace d'absorption des neutrons thermiques, ont récemment permis d'utiliser largement le zirconium pour le revêtement des éléments combustibles (TVEL).

Un coefficient de dilatation thermique faible et uniforme, une résistance élevée à la corrosion, ainsi qu'une résistance mécanique et chimique élevée ont conduit à l'utilisation du zirconium pour la fabrication d'équipements chimiques, d'équipements médicaux, d'implants et de fils de haute qualité pour la neurochirurgie.

Les isolateurs des équipements haute fréquence fabriqués à partir de matériaux contenant du zirconium réduisent considérablement les pertes d'énergie.

Le zirconium en poudre est principalement utilisé dans la fabrication de fusées éclairantes, de détonateurs, de fusées à projectiles et de bombes télécommandées.

Mais encore, la plupart des matières premières de zirconium extraites (environ 90%) sont utilisées sous forme minérale sous forme de zircon, qui contient jusqu'à 66% de dioxyde de zirconium (ZrO2). En raison de ses propriétés - point de fusion élevé (plus de 2700 ° C), faible coefficient de dilatation thermique et résistance aux attaques chimiques - ZrO2 est devenu largement utilisé dans une grande variété de domaines. Il est largement utilisé dans la production de revêtements de protection thermique, de produits hautement réfractaires, d'électrolytes solides, d'émaux résistants à la chaleur, de verres réfractaires, de divers types de céramiques, de pigments céramiques, de catalyseurs, d'outils de coupe et de matériaux abrasifs, de pierres précieuses artificielles. Au cours de la dernière décennie, avec le développement rapide de l'électronique et de la technologie informatique, ainsi que de divers moyens de communication, le dioxyde de zirconium a commencé à être largement utilisé dans les fibres optiques et la production de céramiques utilisées en électronique.

En raison de sa dureté élevée, le carbure de zirconium ZrC est utilisé comme matériau de meulage, ainsi que pour remplacer les diamants lors de la coupe du verre.

Production

La principale source de matière première de la production industrielle de zirconium métallique est le zircon minéral ZrSiO4.

Les principales méthodes d'obtention du zirconium métallique peuvent être divisées en trois groupes : 1) les méthodes de récupération ; 2) méthodes de dissociation thermique et 3) méthodes électrolytiques.

Tout d'abord, les minerais de zirconium passent par l'étape d'enrichissement, pour laquelle une méthode gravitaire est utilisée avec une purification du concentré par séparation électrostatique et magnétique. Le zirconium métallique est produit à partir de ses composés, qui sont obtenus par décomposition du concentré. Dans ce cas, les options suivantes sont possibles :

a) frittage avec de la chaux ou du carbonate de calcium avec addition de CaCl2 à des températures supérieures à 1100°C :

ZrSiO4 + ZCaO = CaZrO3 + Ca2SiO4

b) frittage avec de la soude à une température supérieure à 1000°C ou fusion avec de la soude caustique (la température doit être supérieure à 500°C) :

ZrSiO4 + 2Na2CO3 = Na2ZrO3 + Na2SiO3 + 2CO2

De l'alliage ou de l'aggloméré produit par ouverture alcaline, tout d'abord, les composés de silicium sont éliminés par lixiviation avec de l'eau ou de l'acide chlorhydrique dilué, après quoi le résidu est décomposé avec de l'acide chlorhydrique ou sulfurique. Le résultat est l'oxychlorure et les sulfates, respectivement.

c) frittage avec du fluorosilicate de potassium à des températures voisines de 1000°C :

ZrSiO4 + K2SiF6 = K2ZrF6 + 2SiO2

Le gâteau de fluorozirconate résultant est chauffé et lavé avec de l'eau acidifiée, le fluorozirconate de potassium passe dans l'eau, lorsque la solution est refroidie, la majeure partie (75-90%) est libérée.

d) chloration au charbon à une température d'environ 1000°C, tandis qu'une carburation préalable à une température de 1700 à 1800°C est possible, destinée à éliminer la majeure partie du silicium sous la forme d'un oxyde très volatil (SiO). Le résultat est le chlorure de zirconium ZrCl4, qui est sublimé et renforcé.

Les composés de zirconium sont isolés des solutions acides résultantes par les méthodes suivantes :

a) précipitation hydrolytique de sulfates basiques de zirconium xZrO2.ySO3 zH2O à partir de solutions d'acide sulfurique ou d'acide chlorhydrique ;

b) cristallisation de l'oxychlorure de zirconium ZrOCl2 8H2O lors de l'évaporation des solutions d'acide chlorhydrique ;

c) cristallisation du sulfate de zirconium Zr(SO4)2 par ajout d'acide sulfurique concentré ou par évaporation de solutions d'acide sulfurique. À la suite de la calcination des sulfates et des chlorures, ZrO2 est obtenu.

Tous les composés de zirconium obtenus à partir de concentrés contiennent toujours du hafnium. La purification du zirconium à partir de celui-ci est un processus plutôt laborieux et coûteux. Le zirconium est séparé de son compagnon constant par cristallisation fractionnée de K2ZrF6, extraction à partir de solutions acides avec des solvants organiques (par exemple, phosphate de tributyle), méthodes d'échange d'ions et réduction sélective des tétrachlorures (ZrCl4 et HfCl4).

Il existe une méthode de "construction" développée par les scientifiques néerlandais van Arkel et de Boer. Elle consiste dans le fait qu'un composé volatil (tétraiodure de zirconium ZrI4) subit une décomposition thermique sous vide et qu'un métal pur se dépose sur un filament de tungstène chaud. Dans les années vingt du siècle dernier, cette méthode était largement utilisée, mais le coût élevé du zirconium obtenu par cette méthode limitait considérablement sa portée. Par conséquent, il était nécessaire de développer une nouvelle méthode moins coûteuse pour obtenir du zirconium. De cette façon, la méthode améliorée de Krol est devenue. Le schéma de cette production comporte deux étapes principales: le dioxyde de zirconium est chloré et le tétrachlorure de zirconium résultant est réduit par du magnésium métallique sous une couche de métal en fusion. Le produit final, l'éponge de zirconium, est fondu en bâtonnets et envoyé au consommateur sous cette forme.

Propriétés physiques

Comme nous le savons, le zirconium a été isolé sous sa forme métallique libre il y a longtemps - en 1824 par le chimiste suédois Jens Berzelius. Il n'a pas été possible d'obtenir un élément d'un haut degré de pureté pendant de nombreuses décennies, c'est pourquoi il n'a pas été possible d'étudier les propriétés physiques de ce métal. Ce n'est qu'au milieu du XXe siècle que les scientifiques ont réussi à obtenir du zirconium exempt d'impuretés. Il s'est avéré que dans le zirconium, parfois en très grande quantité, il y a du hafnium - un compagnon constant de ce métal, qui n'avait pas été remarqué auparavant en raison de propriétés chimiques similaires à celles du zirconium.

Le zirconium pur a l'apparence d'un métal typique - une couleur gris argenté brillante, rappelant l'acier, mais qui en diffère par une plus grande résistance et ductilité. De plus, cette dernière qualité, comme le notent les métallurgistes, dépend directement de la quantité d'oxygène contenue dans le zirconium. Ainsi, si plus de 0,7% d'oxygène pénètre dans le zirconium liquide fondu, le métal sera cassant en raison de la formation de solutions solides d'oxygène dans le zirconium, dont les propriétés diffèrent grandement des propriétés du métal pur. Le même effet est exercé par les impuretés d'azote, de carbone et d'hydrogène. La densité du zirconium pur à 20°C est de 6,45 g/cm3, la dureté Brinell est de 640-670 Mn/m2 ou 64-67 kgf/mm2. La dureté est fortement influencée par la présence d'impuretés (en particulier l'oxygène), qui augmentent la dureté du zirconium, réduisant sa fragilité. Ainsi, avec une teneur en oxygène supérieure à 0,2 %, le zirconium ne se prête pas à l'écrouissage à froid par pression. La résistance à la traction du zirconium est de 253 MN/m2 ou 25,3 kgf/mm2, le module d'élasticité à 20°C = 97 Gn/m2 ou 9700 kgf/mm2.

Le zirconium est un métal à haute température : le point de fusion (tmelt) du zirconium de haute pureté est de 1845°C, le point d'ébullition (tboil) est de 3580-3700°C. Le dioxyde de zirconium ZrO2 est l'une des substances les plus réfractaires de la nature. Il fond à 2680°C ! Ces propriétés du métal et de son dioxyde ont déterminé leur utilisation en métallurgie: alliage d'aciers résistants à la chaleur et résistants à la chaleur avec du zirconium, utilisation de ZrO2 dans la fabrication de réfractaires.

Aux caractéristiques thermiques ci-dessus du zirconium, il convient d'ajouter ce qui suit : capacité thermique spécifique dans la plage de température de 25 à 100 °C = 0,291 kJ/(kg∙K) ou 0,0693 cal/(g∙°C) ; coefficient de conductivité thermique à 50 ° С = 20,96 W / (m ∙ K) ou 0,050 cal / (cm s ∙ ° С); coefficient de température de dilatation linéaire à des températures de 20-400 ° С = 6,9∙10-6. La température de transition vers l'état de supraconductivité est de 0,7K.

Le zirconium métallique est caractérisé par deux modifications allotropiques : la modification α, qui a une structure hexagonale et est stable à des températures inférieures à 863 ° C, et la modification β, qui a un réseau d'un cube centré dans l'espace et est stable à des températures supérieures 863 ° C. Ainsi, la transition de la modification α à la modification β se produit à cette température limite de 863 ° C. De plus, l'ajout d'aluminium, de plomb, d'étain et de cadmium augmente la température de transition d'un état à un autre, et l'ajout de fer, de chrome, de nickel, de molybdène, de cuivre, de titane et de certains autres métaux - inférieur.

Résistivité électrique du zirconium de haute pureté à 20°C = 44,1 microhm∙cm. Le zirconium est paramagnétique, sa susceptibilité magnétique spécifique augmente lorsque le métal est chauffé. Ainsi, à une température de -73 ° C, la susceptibilité magnétique spécifique du zirconium est de 1,28 ° C et à 327 ° C - 1,41 ° C.

La propriété la plus précieuse du zirconium pur est sa petite section efficace de capture des neutrons thermiques (0,18 grange). C'est beaucoup moins que les autres métaux - fer (2,53 granges), nickel (4,60 granges) ou cuivre (3,69 granges). Bien que de nombreux métaux moins chers aient une section efficace de capture du même ordre : 0,65 grange pour l'étain, 0,22 grange pour l'aluminium et encore moins pour le magnésium - seulement 0,06 grange. Cependant, tous les métaux répertoriés sont fusibles et non résistants à la chaleur, contrairement au zirconium. C'est donc ce métal qui est utilisé comme matériau de structure dans la construction des réacteurs.

Propriétés chimiques

L'une des propriétés les plus remarquables du zirconium est sa haute résistance à la corrosion dans de nombreux milieux agressifs. En termes de capacité à résister à la corrosion, le zirconium surpasse des métaux aussi résistants que le niobium et le titane. Dans des conditions normales, le zirconium est inerte vis-à-vis des gaz atmosphériques et de l'eau, et ne réagit pas avec les acides chlorhydrique et sulfurique (jusqu'à 50% de concentration). Au cours d'expériences, il a été constaté que l'acier inoxydable perdait environ 2,6 millimètres par an dans de l'acide chlorhydrique à 5% à 60 ° C, du titane - environ 1 millimètre et du zirconium - 1000 fois moins. Le zirconium a la plus grande résistance aux alcalis, c'est le seul métal résistant aux alcalis contenant de l'ammoniac. En termes de résistance aux milieux agressifs, le zirconium est même inférieur au tantale - l'un des combattants les plus puissants contre la corrosion.

Une telle résistance s'explique facilement par les propriétés chimiques du zirconium, ou plutôt par la formation d'un film d'oxyde protecteur à sa surface, qui protège le métal d'une destruction ultérieure. Pour oxyder complètement le zirconium, il faudra le chauffer jusqu'à 700°C, alors seulement le film sera partiellement détruit, partiellement dissous dans le métal. Il s'avère que c'est précisément la température de 700 ° C qui est la limite au-delà de laquelle se termine la résistance chimique de l'élément numéro 40. Mais même avant cette limite, le zirconium, lorsqu'il est chauffé à 300 ° C et plus, commence à réagir plus activement avec l'oxygène et d'autres composants de l'atmosphère. En conséquence, formation de dioxyde et d'hydrure avec de la vapeur d'eau, avec du dioxyde de carbone - carbure et dioxyde, avec de l'azote - nitrure de zirconium. Jusqu'à la même température, le zirconium est protégé de manière fiable par un film d'oxyde, ce qui garantit une résistance chimique élevée du zirconium.

Et pourtant, le zirconium interagit avec les acides, cela se produit si la formation de complexes anioniques est possible. Ainsi à des températures supérieures à 100°C, il interagit avec un mélange d'acides nitrique et fluorhydrique et d'eau régale :

3Zr + 4HNO3 + 18HF = 3H2 + 4NO + 8H2O

3Zr + 4HNO3 + 18HCl = 3H2 + 4NO + 8H2O

Il se dissout dans les acides fluorhydriques et sulfuriques concentrés à chaud (supérieurs à 50%) :

Zr + 6HF = H2 + 2H2

Le zirconium sous forme de copeaux ou de poudre se comporte tout à fait différemment dans l'air. Contrairement au zirconium métallique compact, ces substances pyromorphes s'enflamment facilement spontanément dans l'air déjà à température ambiante. Un tel processus est exothermique et se produit avec un grand dégagement de chaleur. Le zirconium en forme de poussière dans un mélange avec de l'air est capable d'exploser.

L'interaction du zirconium avec l'eau est également inhabituelle. La plupart des métaux en contact avec l'eau subissent une corrosion galvanique, qui consiste en la transition de leurs cations dans l'eau. Le zirconium, comme dans la réaction à l'oxygène, en interaction avec l'eau, est recouvert d'un film protecteur insoluble. Ainsi, grâce aux propriétés de son film protecteur, le zirconium est protégé de la corrosion de l'eau.

Lorsqu'il est chauffé, le zirconium commence à interagir avec les gaz. Ainsi, à des températures supérieures à 800 ° C, le zirconium compact commence à absorber activement l'oxygène:

Le zirconium commence à interagir avec l'azote à des températures de 700-800°C avec formation de nitrure : ZrN.

Au-dessus de 300°C, le zirconium commence à absorber l'hydrogène, formant une solution solide et des hydrures ZrH et ZrH2. A 1200-1300°C sous vide, les hydrures se dissocient et tout l'hydrogène peut être éliminé du métal.

Lorsqu'il est chauffé, le zirconium commence également à réagir avec les non-métaux. À des températures supérieures à 900 ° C, une interaction avec le carbone se produit avec la formation de carbure ZrC. Le zirconium réagit avec le chlore, l'iode et le brome déjà à 200°C, formant les halogénures supérieurs ZrX4 (où X est un halogène). L'interaction avec le fluor se produit à température ordinaire.

Le quarantième élément du tableau périodique a été découvert en 1783 par un chimiste d'origine allemande M.G. Klaprotom. Le zirconium métallique purifié des impuretés n'a été obtenu qu'au début du XXe siècle. Et bien que près de 100 ans se soient écoulés depuis ce moment, le métal présente encore un certain nombre d'ambiguïtés, à commencer par l'origine de son nom et se terminant par l'impact sur la santé humaine. Pourquoi le prix de 1 gramme de celui-ci augmente depuis plusieurs décennies.

Être dans la nature

Le zirconium n'existe naturellement que sous forme d'oxydes et de silicates. Parmi eux, on distingue principalement le zircon, l'eudialyte, la baddeleyite. Il est à noter que le métal des gisements est toujours accompagné d'hafnium. Cela se produit en raison du réseau cristallin similaire des métaux.

La majeure partie des minéraux de zirconium se situe dans la lithosphère. Une tonne de croûte terrestre représente en moyenne 210 grammes de zircon. Des composés de zirconium se trouvent également dans l'eau de mer. Mais sa concentration est ici beaucoup plus faible et s'élève à 0,05 mg pour 1000 litres.

Les leaders en nombre de gisements de zirconium sont l'Australie (zircon), l'Afrique du Sud (baddeleyite), un peu moins que les USA, le Brésil et l'Inde. La Russie représente 10% des réserves mondiales.

Reçu

Initialement, le zirconium était isolé des oxydes par la méthode de "croissance". Une bande de zirconium a été montée sur des filaments de tungstène chauds. Sous l'influence de températures supérieures à 2000 ºС, le métal de zirconium a collé à la surface du radiateur et les composants restants du composé ont brûlé.

Cette méthode nécessitait une grande quantité d'électricité et bientôt une méthode Croll plus économique fut développée. Son essence réside dans la chloration préalable du dioxyde de zirconium, suivie d'une réduction du magnésium. Mais le développement des méthodes d'obtention du zirconium ne s'est pas arrêté là. Quelque temps plus tard, une réduction alcaline et fluorée encore moins chère du zirconium à partir d'oxydes a commencé à être utilisée dans l'industrie.

Composition du zirconium e110

Iodure de zirconium

Hautement ductile et avec des caractéristiques de faible résistance. Il est obtenu par la méthode de l'iodure basée sur la capacité du métal à former des composés avec l'iode. Dans le même temps, les impuretés nocives sont facilement séparées et du métal pur est obtenu. Les tiges sont en iodure de zirconium.

Prix

Les principaux fournisseurs de zirconium sur le marché mondial sont l'Australie et l'Afrique du Sud. Récemment, l'avantage dans l'exportation de minerais de zircon et de zirconium penche de plus en plus vers la République d'Afrique du Sud. Les principaux consommateurs sont l'Union européenne (Italie, France, Allemagne), la Chine et le Japon. Le zircon est commercialisé principalement sous forme de ferroalliages.

Au cours des 10 dernières années, la demande de zirconium métallique a augmenté en moyenne de 5,2 % par an. La capacité de production pendant cette période a réussi à augmenter d'un peu plus de 2 %. En conséquence, une pénurie constante de zirconium s'est formée sur le marché mondial, condition préalable à l'augmentation de sa valeur.

Il y a 2 raisons principales à la croissance de la demande pour ce métal :

• Mise à l'échelle mondiale de l'industrie nucléaire.
• Utilisation active du zirconium dans la production de céramiques.

De plus, certains experts estiment que l'arrêt de l'extraction de la baddeleyite en Australie a partiellement affecté la croissance des cotations du zirconium.

Sur le marché russe des métaux secondaires, le coût du zirconium varie de 450 à 7 500 roubles par kilogramme. Plus le métal est pur, plus le prix est élevé.

Application

Les propriétés ci-dessus permettent au zirconium d'être largement utilisé dans diverses industries. Voici les domaines suivants :

• En génie électrique, l'alliage de zirconium avec du niobium est utilisé comme supraconducteur. Résiste à des charges jusqu'à 100 kA\cm2. Le point de transition vers le régime supraconducteur est de 4,2 K. De plus, dans les équipements radio, les cartes électroniques sont recouvertes de zirconium afin d'absorber les gaz de dégazage. Les filtres de rayonnement en zircone pour tubes à rayons X se caractérisent par une valeur monochrome élevée.
• Dans l'industrie électronucléaire, il est utilisé comme matériau pour les coques des crayons combustibles (zones où s'effectuent directement la fission nucléaire et la production de chaleur) et d'autres composants d'un réacteur thermonucléaire.
• La métallurgie utilise le zirconium comme élément d'alliage. Ce métal est un puissant désoxydant, surpassant à la fois le manganèse et le silicium dans cet indicateur. L'ajout de seulement 0,5% de zirconium aux métaux de construction (acier 45, 30KhGSA) augmente leur résistance de 1,5 à 1,8 fois. Cela améliore en outre le déroulement du processus de coupe. Le zircon est le composant principal de la céramique de corindon. Par rapport à l'argile réfractaire, sa durée de vie est 3 à 4 fois supérieure. Ce matériau réfractaire est utilisé dans la fabrication de creusets et d'auges de fours sidérurgiques.
• En génie mécanique, le métal est utilisé comme matériau pour des produits tels que des pompes et des raccords de tuyauterie fonctionnant dans des environnements agressifs.
• En pyrotechnie, les métaux de zirconium sont utilisés pour faire des saluts et des feux d'artifice. Cela se produit en raison de l'absence de fumée lors de la combustion, ainsi que de la libération d'une quantité importante d'énergie lumineuse.
• Dans l'industrie chimique, le zircon est utilisé comme matière première pour le cermet - un revêtement céramique-métal avec une résistance accrue à l'usure et aux acides.
• En optique, la fianite est activement utilisée - du zircon traité avec des ajouts de scandium et d'autres métaux de terres rares. Les fianites ont un angle de réfraction important, ce qui leur permet d'être utilisées comme matériau pour la fabrication de lentilles. En joaillerie, la zircone cubique est connue comme substitut synthétique du diamant.
• Dans l'industrie militaire, le zirconium sert de charge pour les balles traçantes et les fusées éclairantes.

Proprietes physiques et chimiques

Le zirconium est un métal qui ressemble à l'argent. Sa densité est de 6506 kg/m3. Point de fusion - 1855,3 ºС. La capacité calorifique spécifique varie dans les limites de 0,3 KJ/kg C. Ce métal n'a pas une conductivité thermique élevée. Sa valeur se situe au niveau de 21 W/m C, ce qui est 1,9 fois inférieur à celui du titane. La résistance électrique du zirconium est de 41-60 μOhm cm et dépend directement de la quantité d'oxygène et d'azote dans le métal.

Le zirconium possède l'un des taux de capture de neutrons thermiques transversaux les plus faibles (0,181 barn). Selon ce paramètre, des métaux actuellement connus, il n'est contourné que par le magnésium (0,060 barn).

Le zirconium, comme le fer, est paramagnétique. Sa sensibilité à un champ magnétique augmente avec l'augmentation de la température.

Le zirconium pur n'a pas de caractéristiques mécaniques élevées. Sa dureté est d'environ 70 unités sur l'échelle Vickers. La résistance à la traction est de 175 MPa, soit près de 2,5 fois moins que l'acier au carbone de qualité ordinaire. Limite d'élasticité 55 MPa. Le zirconium est l'un des métaux plastiques avec un module d'élasticité de 96 MPa.

Toutes les propriétés mécaniques ci-dessus sont conditionnelles, car. leur valeur change fortement avec l'augmentation des impuretés dans la composition du zirconium.

Ainsi, une augmentation de la teneur en oxygène (jusqu'à 0,4%) réduit la plasticité du zirconium à un état tel que le forgeage et l'emboutissage deviennent totalement impossibles. Une augmentation de la composition en hydrogène à 0,001% augmente la fragilité du zirconium de près de 2 fois.

Le zirconium est résistant à l'eau et à la plupart des alcalis et des acides. Mais, comme les caractéristiques mécaniques, la résistance à la corrosion dépend directement de la contamination métallique par des éléments tels que le carbone, le titane et l'aluminium. Le métal n'entre pas en réaction chimique avec des solutions à 50% d'acide sulfurique et chlorhydrique. Il ne réagit avec l'acide nitrique qu'à des températures supérieures à 95 ºC. C'est le seul métal résistant aux alcalis qui contient de l'ammoniac dans sa composition. Lorsque la marque atteint 780 ºС, l'absorption active d'oxygène par le zirconium commence. Avec l'azote, ces processus sont plus lents, mais la température est également plus basse. Seulement 600 ºС.

Le gaz le plus actif à cet égard est l'hydrogène. Sa pénétration profonde dans le métal commence déjà à 145 ºС et s'accompagne d'un dégagement de chaleur si abondant que le volume de zirconium augmente. La poussière de zirconium est particulièrement inflammable en raison de la possibilité d'auto-inflammation dans l'air. Il convient de noter que ce processus est réversible. L'élimination complète de l'hydrogène est effectuée sur un équipement spécial à une température de 800 ºC.

Propriétés médicales

En tant qu'élément chimique, il n'a aucun effet sur le corps humain. Au contraire, c'est l'un des matériaux les plus biologiquement inertes. Selon cet indicateur, le zirconium devance des métaux tels que le titane et l'acier inoxydable. Les bracelets en zirconium bien connus, activement annoncés à la fin des années 90, ne se sont pas montrés dans la pratique réelle. Des experts médicaux ont prouvé que le bien-être de leur utilisation est une conséquence de l'effet placebo.

Bien que, d'autre part, il soit connu que le port de boucles d'oreilles en zirconium contribue à une cicatrisation plus rapide de la plaie après le perçage des oreilles.

En 1789, Martin Heinrich Klaproth, membre de l'Académie des sciences de Berlin, publie les résultats d'une analyse d'une pierre précieuse rapportée de la côte de Ceylan. Au cours de cette analyse, une substance a été isolée, que Klaproth a appelée terre de zircon. L'origine de ce nom est expliquée de différentes manières. Certains trouvent ses origines dans le mot arabe "zarkun", qui signifie un minéral, d'autres pensent que le mot "zirconium" vient de deux mots persans "roi" - or et "pistolet" - couleur (due à la couleur dorée du précieux variété de zircon - jacinthe).

Comment le zirconium a été obtenu et obtenu

La substance isolée par Klaproth n'était pas un nouvel élément, mais était un oxyde d'un nouvel élément, qui a ensuite été occupé dans le tableau par D.I. La quarantième cellule de Mendeleïev. En utilisant des symboles modernes, la formule de la substance obtenue par Klaproth s'écrit comme suit : ZrO 2.

35 ans après les expériences de Klaproth, le célèbre chimiste suédois Jens Jakob Berzelius parvient à obtenir du zirconium métallique. Fluorozirconate de potassium réduit de Berzelius avec du sodium métallique :

K2 + 4Na → Zr + 2KF + 2NaF

et a reçu un métal gris argenté.

Le zirconium formé à la suite de cette réaction était cassant en raison de la teneur importante en impuretés. Le métal ne se prêtait pas au traitement et ne pouvait pas trouver d'application pratique. Mais on pourrait supposer que le zirconium purifié, comme de nombreux autres métaux, serait assez plastique.

Au XIXe et au début du XXe siècle. de nombreux scientifiques ont essayé d'obtenir du zirconium pur, mais toutes les tentatives se sont soldées par un échec pendant longtemps. La méthode aluminothermique testée n'a pas aidé, les expériences, dont les auteurs ont cherché à obtenir du zirconium métallique à partir de solutions de ses sels, n'ont pas abouti au but. Cette dernière s'explique principalement par la forte affinité chimique du zirconium pour l'oxygène.

Pour pouvoir obtenir n'importe quel métal par électrolyse à partir d'une solution de son sel, ce métal doit former des ions monoatomiques. Mais le zirconium ne forme pas de tels ions. Le sulfate de zirconium Zr(SO 4) 2 , par exemple, n'existe que dans l'acide sulfurique concentré et, lorsqu'il est dilué, les réactions d'hydrolyse et de formation de complexes commencent. Au final il s'avère :

Zr(SO 4) 2 + H 2 O → (ZrO)SO 4 + H 2 SO 4.

En solution aqueuse, le chlorure de zirconium est également hydrolysé :

ZrCl 4 + H 2 O → ZrOCl 2 + 2HCl.

Certains chercheurs ont cru réussir à obtenir du zirconium par électrolyse de solutions, mais ils ont été trompés par l'aspect des produits déposés sur les électrodes. Dans certains cas, il s'agissait bien de métaux, mais pas de zirconium, mais de nickel ou de cuivre, dont les impuretés étaient contenues dans des matières premières de zirconium ; dans d'autres, de l'hydroxyde de zirconium qui ressemble à un métal.

Ce n'est que dans les années 20 de notre siècle (100 ans après que Berzelius a reçu les premiers échantillons de zirconium !) que la première méthode industrielle d'obtention de ce métal a été développée.

Il s'agit de la méthode « build-up » mise au point par les scientifiques néerlandais van Arkel et de Boer. Son essence réside dans le fait qu'un composé volatil (dans ce cas, le tétraiodure de zirconium ZrI 4) subit une décomposition thermique sous vide et qu'un métal pur est déposé sur un filament de tungstène chaud.

De cette manière, du zirconium métallique a été obtenu, qui peut être traité - forgé, laminé, roulé - à peu près aussi facilement que le cuivre.

Plus tard, les métallurgistes ont découvert que les propriétés plastiques du zirconium dépendaient principalement de sa teneur en oxygène. Si plus de 0,7% d'oxygène pénètre dans le zirconium fondu, le métal sera cassant en raison de la formation de solutions solides d'oxygène dans le zirconium, dont les propriétés diffèrent grandement de celles du métal pur.

La méthode d'accumulation a d'abord gagné en popularité, mais le coût élevé du zirconium obtenu par cette méthode a considérablement limité sa portée. Et les propriétés du zirconium se sont révélées intéressantes. (Plus d'informations à leur sujet ci-dessous.) Il est nécessaire de développer une nouvelle méthode moins chère pour obtenir du zirconium. Une méthode améliorée de Croll est devenue une telle méthode.

La méthode Croll permet d'obtenir du zirconium pour la moitié du coût de la méthode d'extension. Le schéma de cette production comporte deux étapes principales: le dioxyde de zirconium est chloré et le tétrachlorure de zirconium résultant est réduit par du magnésium métallique sous une couche de métal en fusion. Le produit final, l'éponge de zirconium, est fondu en bâtonnets et envoyé au consommateur sous cette forme.

Dioxyde de zirconium

Alors que les scientifiques cherchaient un moyen d'obtenir du zirconium métallique, les praticiens ont déjà commencé à utiliser certains de ses composés, principalement la zircone. Les propriétés du dioxyde de zirconium dépendent largement de la manière dont il est obtenu. Le ZrO 2 , formé lors de la calcination de certains sels de zirconium thermiquement instables, est insoluble dans l'eau. Le dioxyde faiblement calciné se dissout bien dans les acides, mais, fortement calciné, il devient insoluble dans les acides minéraux, sauf le fluorhydrique.

Autre propriété intéressante : la zircone hautement chauffée émet de la lumière si intensément qu'elle peut être utilisée dans la technique d'éclairage. Le célèbre scientifique allemand Walter Hermann Nernst a profité de cette propriété. Les tiges incandescentes de la lampe de Nernst étaient en ZrO 2 . Le dioxyde de zirconium incandescent sert parfois de source lumineuse dans les expériences de laboratoire.

Dans l'industrie, la production de silicate et la métallurgie ont été les premières à utiliser le dioxyde de zirconium. Dès le début de notre siècle, on fabriquait des réfractaires au zircon, qui durent trois fois plus longtemps que les réfractaires habituels. Les réfractaires contenant l'ajout de ZrO 2 permettent jusqu'à 1200 aciers fondus sans réparation du four. C'est beaucoup.

Les briques de zircon ont supplanté l'argile réfractaire (un matériau réfractaire largement utilisé à base d'argile ou de kaolin) dans la fusion de l'aluminium métallique, et voici pourquoi. La chamotte est alliée à l'aluminium et des accumulations de laitier se forment à sa surface, qui doit être nettoyée périodiquement. Et les briques de zircon ne sont pas mouillées par l'aluminium fondu. Cela permet aux fours revêtus de zircon de fonctionner en continu pendant dix mois.

Des quantités importantes de zircone sont utilisées dans la production de céramique, de porcelaine et de verre.

La liste des industries ayant besoin de zircone pourrait s'allonger encore et encore. Mais voyons à quoi servait le zirconium métallique, qui n'a pas pu être obtenu pendant si longtemps.

Zirconium et métallurgie

Le tout premier consommateur de zirconium métallique fut la métallurgie ferreuse. Le zirconium s'est avéré être un bon désoxydant. En action désoxydante, il surpasse même le manganèse et le titane. Dans le même temps, le zirconium réduit la teneur en gaz et en soufre de l'acier, dont la présence le rend moins ductile.

Les aciers alliés au zirconium ne perdent pas la ténacité requise dans une large plage de températures, ils résistent bien aux chocs. Par conséquent, le zirconium est ajouté à l'acier utilisé pour la fabrication de plaques de blindage. Cela tient probablement compte du fait que les ajouts de zirconium ont un effet positif sur la résistance de l'acier. Si un échantillon d'acier non allié au zirconium s'effondre sous une charge d'environ 900 kg, alors l'acier de la même recette, mais avec l'ajout de seulement 0,1% de zirconium, peut supporter une charge de 1600 kg.

La métallurgie non ferreuse consomme également des quantités importantes de zirconium. Ici, son action est très diversifiée. Des ajouts mineurs de zirconium augmentent la résistance à la chaleur des alliages d'aluminium, et les alliages de magnésium à plusieurs composants avec l'ajout de zirconium deviennent plus résistants à la corrosion. Le zirconium augmente la résistance du titane à l'action des acides. La résistance à la corrosion de l'alliage de titane avec 14 % de Zr dans de l'acide chlorhydrique à 5 % à 100 °C est 70 fois (!) supérieure à celle du titane commercialement pur. Sinon, le zirconium affecte le molybdène. L'ajout de 5% de zirconium double la dureté de ce métal réfractaire mais plutôt mou.

Il existe d'autres domaines d'application du zirconium métallique. Sa haute résistance à la corrosion et sa relative infusibilité ont permis son utilisation dans de nombreuses industries. Filières pour la production de fibres artificielles, raccords chauds, équipements de laboratoire et médicaux, catalyseurs - il ne s'agit pas d'une liste complète de produits fabriqués à partir de zirconium métallique.

Cependant, la métallurgie et la construction de machines n'étaient pas les principaux consommateurs de ce métal. D'énormes quantités de zirconium étaient nécessaires pour l'énergie nucléaire.

Le problème du zirconium "réacteur"

Le zirconium n'est pas entré immédiatement dans la technologie nucléaire. Afin de devenir utile dans cette industrie, le métal doit avoir un certain ensemble de propriétés. (Surtout s'il prétend être un matériau de structure dans la construction de réacteurs.) La principale de ces propriétés est une petite section efficace de capture des neutrons thermiques. En principe, cette caractéristique peut être définie comme la capacité d'un matériau à piéger, absorber les neutrons et empêcher ainsi la propagation d'une réaction en chaîne.

La section efficace de capture des neutrons est mesurée en barns. Plus cette valeur est grande, plus le matériau absorbe de neutrons et plus il empêche le développement d'une réaction en chaîne. Naturellement, des matériaux à section efficace de capture minimale sont sélectionnés pour la zone réactionnelle des réacteurs.

Pour le zirconium métallique pur, cette valeur est de 0,18 grange. De nombreux métaux moins chers ont des sections efficaces de capture du même ordre : l'étain, par exemple, a 0,65 grange, l'aluminium a 0,22 grange et le magnésium n'a que 0,06 grange. Mais l'étain, le magnésium et l'aluminium sont fusibles et non résistants à la chaleur ; le zirconium ne fond qu'à 1860°C.

Il semblait que la seule limitation était le prix plutôt élevé de l'élément n ° 40 (bien que l'argent ne soit pas à épargner pour cette industrie), mais une autre complication est survenue.

Dans la croûte terrestre, le zirconium est toujours accompagné d'hafnium. Dans les minerais de zirconium, par exemple, sa teneur est généralement comprise entre 0,5 et 2,0 %. L'analogue chimique du zirconium (dans le tableau périodique, l'hafnium se trouve directement sous le zirconium) capture les neutrons thermiques 500 fois plus intensément que le zirconium. Même des impuretés mineures d'hafnium affectent fortement le cours de la réaction. Par exemple, une impureté de 1,5 % d'hafnium augmente la section efficace de capture du zirconium d'un facteur 20.

La technique était confrontée au problème de la séparation complète du zirconium et de l'hafnium. Si les propriétés individuelles des deux métaux sont très attrayantes, leur présence combinée rend le matériau absolument inadapté à la technologie nucléaire.

Le problème de la séparation de l'hafnium et du zirconium s'est avéré très difficile - leurs propriétés chimiques sont presque les mêmes en raison de l'extrême similitude de la structure des atomes. Pour leur séparation, une purification complexe en plusieurs étapes est utilisée : échange d'ions, précipitations multiples, extraction.

Toutes ces opérations augmentent considérablement le coût du zirconium, et il est déjà cher : le métal ductile (99,7 % Zr) est bien plus cher que le concentré. Le problème de la séparation économique du zirconium et de l'hafnium reste à résoudre.

Néanmoins, le zirconium est devenu un métal "atomique".

Ceci, en particulier, est attesté par de tels faits. Le premier sous-marin nucléaire américain, le Nautilus, était équipé d'un réacteur au zirconium. Plus tard, il s'est avéré qu'il était plus rentable de fabriquer des coques de piles à combustible en zirconium plutôt que des parties fixes du cœur du réacteur.

Néanmoins, la production de ce métal augmente d'année en année, et le taux de cette croissance est exceptionnellement élevé. Autant dire qu'en une décennie, de 1949 à 1959, la production mondiale de zirconium a été multipliée par 100 ! Selon des données américaines, en 1975, la production mondiale de zirconium s'élevait à environ 3 000 tonnes.

Zirconium, air et eau

Dans les chapitres précédents, presque rien n'a été dit sur les propriétés chimiques de l'élément #40. La principale raison en est la réticence à répéter de nombreux articles et monographies sur les éléments métalliques. Le zirconium est le métal le plus typique, représentatif caractéristique de son groupe (et sous-groupe) et de son époque. Il se caractérise par une activité chimique assez élevée, qui existe cependant sous une forme latente.

Les raisons de ce secret et la relation entre le zirconium et les composants de l'eau et de l'air doivent être discutées plus en détail.

Le zirconium métallique compact ressemble beaucoup à l'acier. Il ne montre en aucune manière son activité chimique et, dans des conditions normales, se comporte de manière extrêmement inerte vis-à-vis des gaz atmosphériques. La passivité chimique apparente du zirconium s'explique assez traditionnellement : il y a toujours un film d'oxyde invisible à sa surface qui protège le métal d'une oxydation ultérieure. Pour oxyder complètement le zirconium, la température doit être portée à 700°C. Ce n'est qu'alors que le film d'oxyde sera partiellement détruit et partiellement dissous dans le métal.

Ainsi, 700°C est la température limite au-delà de laquelle la résistance chimique du zirconium s'arrête. Malheureusement, ce chiffre est trop optimiste. Déjà à 300°C, le zirconium commence à interagir plus activement avec l'oxygène et d'autres composants de l'atmosphère : la vapeur d'eau (formant du dioxyde et de l'hydrure), du dioxyde de carbone (formant du carbure et du dioxyde) et de l'azote (le produit de la réaction est le nitrure de zirconium). Mais à des températures inférieures à 300°C, le film d'oxyde est un bouclier fiable qui garantit la haute résistance chimique du zirconium.

Contrairement au zirconium métallique compact, sa poudre et ses copeaux se comportent à l'air. Ce sont des substances pyrophoriques qui s'enflamment facilement spontanément dans l'air même à température ambiante. Cela dégage beaucoup de chaleur. La poussière de zirconium mélangée à l'air peut même exploser.

La relation du zirconium à l'eau est intéressante. Les signes évidents de l'interaction du métal avec l'eau ne sont pas visibles pendant longtemps. Mais à la surface du zirconium humidifié avec de l'eau, un processus qui n'est pas tout à fait habituel pour les métaux se produit. Comme on le sait, de nombreux métaux sous l'action de l'eau subissent une corrosion galvanique, qui consiste en la transition de leurs cations dans l'eau. Le zirconium est également oxydé sous l'action de l'eau et recouvert d'un film protecteur qui ne se dissout pas dans l'eau et empêche une nouvelle oxydation du métal.

Le moyen le plus simple de convertir les ions de zirconium en eau consiste à dissoudre certains de ses sels. Le comportement chimique de l'ion zirconium tétravalent dans les solutions aqueuses est très complexe. Cela dépend de nombreux facteurs et processus chimiques se produisant dans les solutions aqueuses.

L'existence de l'ion Zr +4 "sous forme pure" est peu probable. Pendant longtemps, on a cru que le zirconium existait en solution aqueuse sous forme d'ions zirconyle ZrO +2 . Des études ultérieures ont montré qu'en réalité, en plus des ions zirconyle, les solutions contiennent un grand nombre d'ions zirconium complexes différents, à la fois hydratés et hydrolysés. Leur formule générale abrégée (4 p–m)+ .

Un comportement aussi complexe du zirconium en solution s'explique par la forte activité chimique de cet élément. Le zirconium préparatif (purifié à partir de ZrO 2) entre dans de nombreuses réactions, formant des composés simples et complexes. Le "secret" de l'activité chimique accrue du zirconium réside dans la structure de ses couches d'électrons. Les atomes de zirconium sont construits de telle manière qu'ils ont tendance à se fixer autant d'autres ions que possible ; s'il n'y a pas assez de tels ions dans la solution, les ions zirconium se combinent les uns avec les autres et la polymérisation se produit. Dans ce cas, l'activité chimique du zirconium est perdue ; la réactivité des ions zirconium polymérisés est bien inférieure à celle des ions non polymérisés. Au cours de la polymérisation, l'activité de la solution dans son ensemble diminue également.

C'est, de manière générale, la "carte de visite" de l'un des métaux importants de notre époque - l'élément n° 40, le zirconium.

"Diamants imparfaits"

Au Moyen Âge, les bijoux fabriqués à partir de diamants dits imparfaits étaient bien connus. Leur imperfection consistait en une dureté moindre que celle d'un diamant ordinaire et un jeu de couleurs un peu moins bon après taille. Ils avaient aussi un autre nom - Matara (selon le lieu d'extraction - Matare, une région de l'île de Ceylan). Les bijoutiers médiévaux ne savaient pas que le minéral précieux qu'ils utilisaient était des monocristaux de zircon, le principal minéral du zirconium. Le zircon est disponible dans une variété de couleurs, de l'incolore au rouge sang. Les bijoutiers appellent la jacinthe de zircon précieux rouge. Les jacinthes sont connues depuis très longtemps. Selon la tradition biblique, les anciens grands prêtres portaient 12 pierres précieuses sur leur poitrine, dont la jacinthe.

Est-ce rare ?

Le zirconium est largement distribué dans la nature sous la forme de divers composés chimiques. Son contenu dans la croûte terrestre est assez élevé - 0,025%, en termes de prévalence, il se classe au douzième parmi les métaux. Malgré cela, le zirconium est moins populaire que la plupart des métaux vraiment rares. Cela était dû à l'extrême dispersion du zirconium dans la croûte terrestre et à l'absence de grands gisements de ses composés naturels.

Composés de zirconium naturel

Plus d'une quarantaine sont connues. Le zirconium y est présent sous forme d'oxydes ou de sels. Le dioxyde de zirconium, la baddeleyite ZrO 2 , et le silicate de zirconium, le zircon ZrSiO 4 sont de la plus grande importance industrielle. Les plus puissants des gisements explorés de zircon et de baddeleyite sont situés aux États-Unis, en Australie et au Brésil. Inde, Afrique de l'Ouest.

L'URSS possède d'importantes réserves de matières premières de zircon situées dans diverses régions de l'Ukraine, de l'Oural et de la Sibérie.

PbZrO 3 - piézoélectrique

Les cristaux piézoélectriques sont nécessaires pour de nombreux dispositifs d'ingénierie radio : stabilisateurs de fréquence, générateurs de vibrations ultrasonores et autres. Parfois, ils doivent travailler dans des conditions de températures élevées. Les cristaux de zirconate de plomb ne changent pratiquement pas leurs propriétés piézoélectriques à des températures allant jusqu'à 300°C.

Le zirconium et le cerveau

La haute résistance à la corrosion du zirconium a permis son utilisation en neurochirurgie. Les alliages de zirconium sont utilisés pour fabriquer des pinces hémostatiques, des instruments chirurgicaux et parfois même des fils pour suturer lors d'opérations cérébrales.