मेज पर जिरकोनियम। ज़िरकोनियम कंगन - धातु की उपचार शक्ति

यह रासायनिक तत्व, जो बाद में 91.224 g / mol के परमाणु द्रव्यमान के साथ, D.I की तालिका में 40 वां स्थान प्राप्त किया। मेंडेलीव, स्वीडिश रसायनज्ञ जेन्स जैकब बर्ज़ेलियस द्वारा 19 वीं शताब्दी की शुरुआत में प्राप्त किया गया था। ZrO2 ऑक्साइड को आधार के रूप में लिया गया था, जो सीलोन से एक अन्य वैज्ञानिक - मार्टिन हेनरिक क्लैप्रोथ - द्वारा लाए गए एक रत्न में पाया गया था। धात्विक सोडियम के पोटैशियम फ्लोरोजिरकोनेट पर प्रभाव सफल रहा:

K2 + 4Na → Zr + 2KF + 2NaF

प्रयोगों का परिणाम शुद्ध जिरकोनियम का उत्पादन था - एक चमकदार, चांदी-सफेद धातु, अविश्वसनीय रूप से प्लास्टिक, लेकिन एक ही समय में काफी घना। इसके बाद, यह पता चला कि Zr खुद को पूरी तरह से प्रसंस्करण के लिए उधार देता है - गर्म और ठंडा (फोर्जिंग, रोलिंग, मुद्रांकन), लेकिन लगभग पूरी तरह से अपने सर्वोत्तम गुणों को खो देता है, गैर-धातु अशुद्धियों को प्राप्त करता है।

ज़िरकोनियम के भौतिक गुण

ज़िरकोनियम के दो क्रिस्टलीय संशोधन ज्ञात हैं:

• α-zirconium - हेक्सागोनल क्लोज-पैक जाली (ए = 3.228Å; सी = 5.120Å)
• β-ज़िरकोनियम - घन शरीर-केंद्रित जाली (a = 3.61Å)

धातु को 862°C तक गर्म करने पर α-रूप से β-रूप प्राप्त करना संभव है।

ज़िरकोनियम में निम्नलिखित भौतिक गुण हैं:

• ज़िरकोनियम घनत्व - 6.45 ग्राम / सेमी3 (सामान्य परिस्थितियों में, यानी 20 डिग्री सेल्सियस पर)
• गलनांक - 1825°С
• क्वथनांक 3580-3700°С
• विशिष्ट ताप क्षमता (25-100°С) - 0.291 kJ/(kg K)
• तापीय चालकता गुणांक (50 ° ) - 20.96 W / (m K)
• रैखिक विस्तार का तापमान गुणांक (20-400°С) - 6.9 10-6
• विद्युत प्रतिरोधकता (20 डिग्री सेल्सियस) - 44.1 μk सेमी

एक धातु जिसमें हाइड्रोजन, कार्बन, नाइट्रोजन या ऑक्सीजन अशुद्धियों के रूप में होती है, उसकी भंगुरता में उल्लेखनीय रूप से वृद्धि होती है। शुद्ध जिरकोनियम के साथ संपन्न है:

• लोच का मापांक (20 ° ) - 97 Gn / m2 (9700 kgf / mm 2)
• तन्य शक्ति - 253 एमएन / एम 2 (25.3 किग्रा / मिमी 2)
• ब्रिनेल कठोरता - 640-670 एमएन / एम 2 (64-67 किग्रा / मिमी 2)

जिरकोनियम का संक्षारण प्रतिरोध

जंग संरक्षण वह गुण है जिसे जिरकोनियम के मामले में अक्सर सबसे आगे रखा जाता है। यह तत्व न तो क्षार में घुलनशील है, न ही नाइट्रिक या हाइड्रोक्लोरिक एसिड में। यह एक उत्कृष्ट मिश्र धातु तत्व है जो किसी भी बहु-घटक मैग्नीशियम मिश्र धातुओं को अधिक संक्षारण प्रतिरोधी परिमाण का क्रम बनाता है।

जंग संरक्षण के अलावा, ज़िरकोनियम मिश्र धातु के अन्य गुणों में काफी सुधार कर सकता है: इसकी कठोरता बनाए रखें, प्रभाव प्रतिरोध में वृद्धि करें, और तांबा मिश्र धातुओं में, महत्वपूर्ण सख्त होने की पृष्ठभूमि के खिलाफ विद्युत चालकता बनाए रखें। मैग्नीशियम मिश्र धातु में Zr के प्रतिशत का कुछ दसवां हिस्सा ही इसकी ताकत को दोगुना कर देता है। एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं के बारे में लगभग वही कहा जा सकता है, जो जिरकोनियम की उपस्थिति में परिमाण के क्रम से अपने प्रदर्शन को बढ़ाते हैं।

धातु विज्ञान में ज़िरकोनियम

ज़िरकोनियम धातु विज्ञान में व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली धातु है। सबसे पहले, इसका उपयोग अत्यधिक प्रभावी डीऑक्सीडाइज़र के रूप में किया जाता है (इन गुणों के संदर्भ में, Zr टाइटेनियम और मैंगनीज से बेहतर निकला)। इसके अलावा, ज़िरकोनियम स्टील्स की कठोरता के संरक्षण में योगदान देता है, जबकि उन्हें उच्च सदमे भार के प्रतिरोध के साथ समाप्त करता है। अंत में, Zr तत्व मिश्र धातु से गैसों और सल्फर को हटा देता है, जिसका अर्थ है कि यह धातु की प्लास्टिसिटी के संरक्षण में योगदान देता है।

उदाहरण के लिए: जिरकोनियम के बिना एक धातु मिश्र धातु 900 किलोग्राम के प्रभाव भार का सामना करती है। Zr का केवल 0.1% जोड़ इसे 1600 किग्रा तक बढ़ा देता है।

अलौह धातु विज्ञान में, ज़िरकोनियम एक मिश्र धातु तत्व के रूप में कार्य करता है, और इसका उपयोग एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं के ताप प्रतिरोध को बढ़ाने के लिए भी किया जाता है।

हमारा ग्रह धातुओं सहित खनिजों में समृद्ध है। सबसे आम में से एक जिरकोनियम है। यह पृथ्वी के किसी भी कोने में पाया जा सकता है। यह धातु क्या है, इसके गुण क्या हैं और इसका उपयोग कहां किया जाता है?

रासायनिक गुण

साधारण पदार्थ जिरकोनियम डी। आई। मेंडेलीव की आवधिक प्रणाली की पांचवीं अवधि के चतुर्थ समूह के एक पक्ष उपसमूह का एक तत्व है। इसे परमाणु क्रमांक 40 दिया गया है और इसका परमाणु द्रव्यमान 91.224 है। यह एक पीले रंग की टिंट और एक विशिष्ट चमक के साथ एक स्टील-ग्रे धातु है। यह जिरकोनियम कचरे को पिघलाकर प्राप्त किया जाता हैऔर अयस्क सांद्र से, क्योंकि यह पृथ्वी की पपड़ी में अपने शुद्ध रूप में नहीं होता है।

स्वाभाविक रूप से धात्विक zirconiumरासायनिक प्राकृतिक यौगिकों के रूप में वितरित - 40 से अधिक लवण या ऑक्साइड। 18 वीं शताब्दी के अंत में, जर्मन वैज्ञानिक क्लाप्रोथ ने जलकुंभी पत्थर से ज़िरकोनियम ऑक्साइड को अलग किया। यह इस पत्थर की कीमती किस्म के अंतर्गत आता है। 20वीं शताब्दी तक, धातु को उसके शुद्ध रूप में प्राप्त नहीं किया जा सकता था, लेकिन 20 के दशक में, वैज्ञानिकों ने फिर भी सफलता हासिल की।

अपने शुद्ध रूप में, इसमें कई गुण हैं जो सोने को अलग करते हैं:

• प्लास्टिक;
• निंदनीय;
• विरोधी जंग;
• ऊष्मा प्रतिरोधी;
• अनुचुंबकीय

धातु क्लोरीनयुक्त और समुद्री जल के संपर्क में आने से नहीं डरते. यह कम और उच्च तापमान पर अपने उच्च गुणों को नहीं खोता है। अमोनिया, एसिड और क्षार के प्रतिरोधी। यह मुख्य रूप से अन्य धातुओं के मिश्र धातुओं को जोड़ने के लिए उपयोग किया जाता है, जो इसकी विनिर्माण क्षमता को बढ़ाता है और इसके गुणों को लगभग अद्वितीय बनाता है। इसका नाम फारसी शब्द "ज़ारगुन" (सुनहरा पत्थर) से मिला है।

अक्सर ज़िरकोनियम जिक्रोन के साथ भ्रमित, जो एक जिरकोनियम सिलिकेट है। धातु अपना रंग बदल सकती है और रंग हो सकता है:

• हरा;
• भूरा;
• काला;
• पीला;
• कभी-कभी लाल।

इसका रंग रचना को बनाने वाली अशुद्धियों पर निर्भर करता है। पत्थर को रंगने वाली अशुद्धियों में अक्सर कैल्शियम, तांबा, लोहा, जस्ता, यूरेनियम, स्ट्रोंटियम और टाइटेनियम शामिल होते हैं। इसमें दुर्लभ पृथ्वी तत्व भी शामिल हैं।

प्रकृति में होना

जिरकोनियम के अयस्क जमा व्यापक रूप से पृथ्वी के आंतों में वितरित किए जाते हैं। जमा को कई रूपों में देखा जा सकता है:

• अनाकार ऑक्साइड;
• लवण;
• एकल क्रिस्टल।

अफ्रीकी निक्षेपों में 1 किलो तक के क्रिस्टल पाए जाते हैं। अधिकांश जिरकोनियम (धातु) ऑस्ट्रेलिया, भारत, दक्षिण अफ्रीका, ब्राजील और उत्तरी अमेरिका में केंद्रित है। इन राज्यों में इस धातु का सबसे बड़ा भंडार है। साइबेरिया और यूराल में रूस के पास दुनिया के ज़िरकोनियम भंडार का लगभग 10% है। ज्यादातर अयस्क में, यह हेफ़नियम के साथ होता है, क्योंकि यह इसके गुणों में इसके करीब है। उनमें से प्रत्येक की अपनी आकर्षक विशेषताएं हैं, लेकिन उनका संयोजन में उपयोग नहीं किया जा सकता है। मल्टी-स्टेज शुद्धिकरण इन दो तत्वों को अलग करना संभव बनाता है, लेकिन इस तरह की निर्माण प्रक्रिया जिरकोनियम को काफी अधिक महंगा बनाती है।

प्रकृति में पाया जाता है बड़ा हरा और अपारदर्शी जिरकोनिया, लेकिन वे बढ़े हुए विकिरण का कारण बन सकते हैं। ऐसे नमूनों को काटा नहीं जा सकता है, घरों में संग्रहीत किया जा सकता है और बड़ी मात्रा में ले जाया जा सकता है। ज़िरकोनियम दुनिया भर में धातुओं के वितरण में 12 वें स्थान पर है। इस तथ्य के बावजूद, यह दुर्लभ रेडियोधर्मी तत्वों की तुलना में लंबे समय तक एक अलोकप्रिय तत्व था। यह इस तथ्य से समझाया गया है कि इसके कई भंडार पृथ्वी पर बिखरे हुए हैं, लेकिन इतने बड़े भंडार नहीं हैं।

धातु ज़िरकोनियम का अनुप्रयोग

अपने अद्वितीय गुणों और गुणों के कारण, इस तत्व का उपयोग कई उद्योगों में किया जा सकता है। उसके आधुनिक उद्योग के विभिन्न क्षेत्रों में मिश्र धातुओं के रूप में उपयोग किया जाता है:

• विमान निर्माण;
• परमाणु ऊर्जा;
• रॉकेट विज्ञान;
• उपकरण;
• फाउंड्री;
• सैन्य उद्योग;
• चिकित्सकीय संसाधन।

इसकी उच्च स्थिरता के कारण, जो टाइटेनियम से भी अधिक है, यह चिकित्सा उद्योग में बहुत लोकप्रिय हो गया है। इसका उपयोग प्रोस्थेटिक्स और सर्जिकल उपकरणों के उत्पादन के लिए किया जाता है।

धातुई ज़िरकोनियम का उपयोग लंबे समय से गहने बनाने के लिए किया जाता रहा है। यह कई रंगों को लेने में सक्षम है क्योंकि यह एनोडाइज्ड धातु है। यह ज्वैलर्स को गहने बनाने में विभिन्न प्रकार के कलात्मक विचारों को अपनाने की अनुमति देता है। उत्पाद सुरुचिपूर्ण और सुंदर दिखते हैं, इसलिए वे विश्व आभूषण बाजार में मूल्यवान हैं।

उच्च स्तर के संक्षारण संरक्षण के साथ, यह मिश्र धातु तत्व बहु-घटक मैग्नीशियम मिश्र धातुओं को जंग के लिए अधिक प्रतिरोधी बनाने में मदद करता है। यह मिश्र धातुओं की कठोरता में भी सुधार करता है, उनके प्रभाव प्रतिरोध को बढ़ाता है। तांबे के साथ मिश्र धातुओं में, ताकत के अलावा, यह विद्युत चालकता को बरकरार रखता है। एल्यूमीनियम के साथ मिश्र धातुओं में, यह अनूठा तत्व उनके प्रदर्शन में काफी सुधार करता है।

धातुकर्म उद्योग में व्यापक रूप से प्रयुक्त तत्व और अत्यधिक प्रभावी डीऑक्सीडाइज़र के रूप में कार्य करता है. यह गुण मैंगनीज और टाइटेनियम की तुलना में कई गुना अधिक है। ज़िरकोनियम स्टील ग्रेड की कठोरता में सुधार करता है, जिससे उन्हें प्रभाव भार के प्रति अधिक प्रतिरोधी होने में मदद मिलती है। यह मिश्र धातुओं से सल्फर और गैस को हटाकर नमनीयता को बढ़ावा देता है। इसका उपयोग अलौह धातु विज्ञान में मिश्र धातु तत्व के रूप में और एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं की ताप क्षमता को बढ़ाने के लिए भी किया जाता है।

औषधीय गुण

अपने विशेष भौतिक और रासायनिक गुणों के कारण, ज़िरकोनियम का सक्रिय रूप से चिकित्सा में उपयोग किया गया है। क्षारीय, अम्लीय और जलीय वातावरण, साथ ही साथ अमोनिया के प्रभावों के प्रति इसकी तटस्थता के कारण, इसे चिकित्सा उपकरणों के निर्माण के लिए रचनाओं में जोड़ा जाता है। वह घावों के शीघ्र उपचार को उत्तेजित करता है और एक रोगाणुरोधी प्रभाव प्रदर्शित करता है. इन गुणों के कारण घावों में मवाद नहीं बनता है और संक्रमण उनमें प्रवेश नहीं करता है।

तत्व एक एलर्जेन नहीं है, इसलिए यह एलर्जी प्रतिक्रियाओं की सुविधा देता है। यह विकिरण प्रसारित नहीं करता है और इसे एक उत्कृष्ट एंटीसेप्टिक माना जाता है। चिकित्सा में, इसका उपयोग सिवनी धागे के निर्माण के लिए किया जाने लगा। चूंकि धातु बहुत नमनीय है, यह फ्रैक्चर के दौरान हड्डियों की संरचना को संरक्षित करना संभव बनाता है। इससे हड्डियां एक साथ तेजी से बढ़ती हैं।

यह दंत चिकित्सा और आर्थोपेडिक प्रोस्थेटिक्स में भी सक्रिय रूप से उपयोग किया जाता है। यह शरीर के ऊतकों को परेशान नहीं करता है और किसी भी पर्यावरण के संबंध में तटस्थ है। कई प्रकार की धातुएं मौखिक गुहा में एलर्जी की प्रतिक्रिया का कारण बनती हैं, जिसे जिरकोनियम के बारे में नहीं कहा जा सकता है। इसकी विशेषताओं और दुर्लभ गुणों के कारण, यह चिकित्सा उपकरणों और प्रत्यारोपण के निर्माण में अपरिहार्य हो गया है।

यह कुछ खाद्य पदार्थों में पाया जाता है, लेकिन कम मात्रा में। उदाहरण के लिए, ज़िरकोनियम मटन, दलिया, चावल, पिस्ता, फलियां, और अन्य खाद्य पदार्थों में पाया जाता है, लेकिन नकारात्मक स्वास्थ्य प्रभाव पैदा करने के लिए इसमें बहुत कम है।

ऐसा माना जाता है कि जिरकोनियम वाले गहनों का शरीर पर सकारात्मक प्रभाव पड़ता है. कान छिदवाने के बाद अगर आप तुरंत जिरकोनियम से बालियां पहन लें तो घाव तेजी से भरेगा। त्वचा की स्थिति पर धातु का अच्छा प्रभाव पड़ता है, इसलिए शरीर पर कंगन और अन्य उत्पादों को पहनने की सलाह दी जाती है। यह त्वचा रोगों, आर्थ्रोसिस, गठिया, उच्च रक्तचाप पर उपचारात्मक प्रभाव डालता है। ऐसी अभिव्यक्तियों के बावजूद, आधिकारिक चिकित्सा ने अभी तक इस तरह के सबूत नहीं दिए हैं।

ज़िरकोनियम (Zr) एक तत्व है जिसका परमाणु क्रमांक 40 और परमाणु भार 91.22 है। यह चौथे समूह के द्वितीयक उपसमूह का एक तत्व है, दिमित्री इवानोविच मेंडेलीव के रासायनिक तत्वों की आवर्त सारणी की पांचवीं अवधि। सामान्य परिस्थितियों में मुक्त अवस्था में ज़िरकोनियम 6.45 ग्राम / सेमी 3 के घनत्व के साथ एक शानदार चांदी-सफेद धातु है। शुद्ध, अशुद्धता मुक्त जिरकोनियम बहुत नमनीय है और आसानी से ठंडा और गर्म काम किया जा सकता है। समूह में अपने पड़ोसी सहित कई अन्य धातुओं की तरह - टाइटेनियम, जिरकोनियम, गैर-धातुओं (विशेष रूप से ऑक्सीजन) की अशुद्धियों से युक्त, इसके यांत्रिक गुणों को तेजी से खराब करता है। उदाहरण के लिए, एक परमाणु रिएक्टर के विश्वसनीय संचालन के लिए, यह आवश्यक है कि बोरॉन, कैडमियम और अन्य जैसी "खतरनाक" अशुद्धियाँ एक प्रतिशत के मिलियनवें हिस्से से अधिक न हो। शुद्ध जिरकोनियम, परमाणु रिएक्टरों के लिए सबसे अच्छी संरचनात्मक सामग्री में से एक, इस उद्देश्य के लिए पूरी तरह से अनुपयुक्त हो जाता है यदि इसमें हेफ़नियम का थोड़ा सा भी मिश्रण होता है, जिसमें अपने स्वयं के खनिज नहीं होते हैं और आमतौर पर प्रकृति में ज़िरकोनियम के साथ होता है।

विज्ञान ज़िरकोनियम के पांच प्राकृतिक समस्थानिकों को जानता है: 90Zr (51.46%), 91Zr (11.23%), 92Zr (17.11%), 94Zr (17.4%), 96Zr (2.8%)। जिरकोनियम के कृत्रिम रूप से प्राप्त रेडियोधर्मी समस्थानिकों में से सबसे महत्वपूर्ण 95Zr है, जिसका आधा जीवन 65 दिन है। इसने एक आइसोटोप ट्रेसर के रूप में आवेदन पाया है।

1789 में, जर्मन रसायनज्ञ मार्टिन हेनरिक क्लैप्रोथ ने ज़िरकोनियम डाइऑक्साइड को खनिज ज़िक्रोन के विश्लेषण से अलग किया। एक पाउडर के रूप में, ज़िरकोनियम को पहली बार बहुत बाद में प्राप्त किया गया था - 1824 में जेन्स जैकब बर्ज़ेलियस द्वारा, और प्लास्टिक ज़िरकोनियम केवल 1925 में डच वैज्ञानिकों ए। वैन आर्केल और आई। डी बोअर द्वारा ज़िरकोनियम आयोडाइड्स के थर्मल पृथक्करण के कारण प्राप्त किया गया था।

धातु ज़िरकोनियम के सबसे मूल्यवान गुणों में से एक विभिन्न वातावरणों में जंग के लिए इसका उच्च प्रतिरोध है। उदाहरण के लिए, यह नाइट्रिक और हाइड्रोक्लोरिक एसिड और क्षार में नहीं घुलता है। ज़िरकोनियम के साथ स्टील्स की मिश्र धातु संख्या 40 की इस संपत्ति पर आधारित है। इस प्रकार, ज़िरकोनियम के अतिरिक्त के साथ मल्टीकंपोनेंट मैग्नीशियम मिश्र अधिक संक्षारण प्रतिरोधी बन जाते हैं। ज़िरकोनियम एसिड की क्रिया के लिए टाइटेनियम के प्रतिरोध को बढ़ाता है। इसके अलावा, ज़िरकोनियम के साथ मिश्र धातु एक विस्तृत तापमान सीमा में आवश्यक क्रूरता नहीं खोते हैं, वे सदमे भार का अच्छी तरह से विरोध करते हैं। मिश्र धातु इस्पात की ताकत बढ़ाता है। तांबे में जिरकोनियम मिलाने से इसकी ताकत काफी बढ़ जाती है, लगभग विद्युत चालकता को कम किए बिना। कुछ प्रतिशत जस्ता के साथ मैग्नीशियम पर आधारित एक मिश्र धातु और प्रतिशत ज़िरकोनियम का केवल कुछ दसवां हिस्सा शुद्ध मैग्नीशियम से दोगुना मजबूत होता है और 200 डिग्री सेल्सियस पर ताकत नहीं खोता है। ज़िरकोनियम होने पर एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं की गुणवत्ता में भी काफी सुधार होता है। उनमें जोड़ा जाता है।

ज़िरकोनियम शायद ही धीमे (थर्मल) न्यूट्रॉन को पकड़ लेता है। यह इस संपत्ति पर है, जो जंग और आक्रामक मीडिया के उच्च प्रतिरोध, ऊंचे तापमान पर यांत्रिक शक्ति के साथ संयुक्त है, कि यह और इसके आधार पर मिश्र धातु परमाणु ऊर्जा रिएक्टरों के डिजाइन में सक्रिय रूप से उपयोग किए जाते हैं।

स्टील के उत्पादन में, ज़िरकोनियम एडिटिव्स इसमें से ऑक्सीजन, नाइट्रोजन और सल्फर को हटाने का काम करते हैं। इसके अलावा, ज़िरकोनियम का उपयोग कुछ कवच, स्टेनलेस और गर्मी प्रतिरोधी स्टील्स के मिश्र धातु घटक के रूप में किया जाता है।

ज़िरकोनियम की ऐसी प्रसिद्ध संपत्ति पर, गर्म अवस्था में गैसों के सक्रिय अवशोषण के रूप में, इसका उपयोग धातु के पाउडर के सिंटरिंग के साथ-साथ इलेक्ट्रोवैक्यूम तकनीक में भी होता है। तो 300 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर, ज़िरकोनियम हाइड्रोजन को अवशोषित करता है, और 400 डिग्री सेल्सियस और उससे अधिक पर यह ऑक्सीजन और नाइट्रोजन के साथ बातचीत करता है।

जैविक गुण

ज़िरकोनियम सीधे मानव शरीर के जीवन में महत्वपूर्ण जैविक भूमिका नहीं निभाता है। यह एक जैव तत्व नहीं है, यह कोशिकाओं की संरचनात्मक सामग्री में शामिल नहीं है - यह एक महत्वपूर्ण सूक्ष्म तत्व नहीं है। यह बहुत संभव है कि यह इस धातु के सभी गुणों के खराब ज्ञान के कारण है, क्योंकि धीरे-धीरे, साल-दर-साल, ज़िरकोनियम शरीर और मानव स्वास्थ्य पर इस तत्व के प्रभाव से जुड़े अधिक से अधिक नए गुणों को प्रकट करता है।

वर्तमान में, ट्रॉमेटोलॉजी और मैक्सिलोफेशियल सर्जरी के क्लीनिक में, कई हड्डी के फ्रैक्चर के उपचार के लिए, फिक्सेटर (प्रत्यारोपण) की विधि का उपयोग किया जाता है, जो हड्डी के टुकड़ों को पूरी तरह से ठीक करता है, यहां तक ​​​​कि सबसे छोटी पारियों को छोड़कर, जो तेजी से संलयन में योगदान देता है। हड्डी के ऊतकों की और पश्चात घाव की तेजी से चिकित्सा।

विश्व अभ्यास में, इम्प्लांट निर्माता प्लेट और स्क्रू के निर्माण के लिए स्टेनलेस स्टील और टाइटेनियम मिश्र धातुओं का उपयोग करते हैं। हमारे देश में, ग्रेड E125 और E110 के जिरकोनियम मिश्र धातुओं से बने प्रत्यारोपण विकसित और महारत हासिल किए गए, जो कि सर्वश्रेष्ठ विदेशी नमूनों से कम नहीं हैं। इसके विपरीत, ज़िरकोनियम मिश्र धातुओं से बने प्रत्यारोपण का उपयोग कई लाभ प्रदान करता है: सामग्री का उच्च संक्षारण प्रतिरोध; उत्कृष्ट जैविक संगतता (एलर्जी प्रतिक्रियाओं और अस्वीकृति की अनुपस्थिति), जिसके कारण प्रत्यारोपण को हटाने के लिए बार-बार सर्जिकल हस्तक्षेप की आवश्यकता नहीं होती है; जिरकोनियम मिश्र धातुओं के उच्च शक्ति गुण। मिश्र धातु का अपेक्षाकृत कम घनत्व इम्प्लांट के डिजाइन को सुविधाजनक बनाना संभव बनाता है; उत्कृष्ट लचीलापन हड्डी के समोच्च के लिए प्रत्यारोपण मोड़ के अधिक सटीक फिट को सुनिश्चित करता है।

मैक्सिलोफेशियल सर्जरी और न्यूरोसर्जरी के लिए उपकरणों और प्रत्यारोपण की सूची बहुत विस्तृत है: दो दर्जन से अधिक प्रकार की प्लेट और स्टेपल, बन्धन के लिए कॉर्टिकल स्क्रू, हेमोस्टैटिक क्लैंप, ड्रिल और यहां तक ​​कि मस्तिष्क के संचालन के दौरान टांके लगाने के लिए धागे!

तत्व संख्या 40, इसके मिश्र धातुओं की तरह, आसपास के नरम ऊतकों और हड्डी को परेशान नहीं करता है, जैविक ऊतकों के साथ पूरी तरह से संगत है, और उन पर भी एक विशेष प्रभाव पड़ता है। डॉक्टरों ने पाया है कि सोने के झुमके पहनने से 2-3 दिन पहले जिरकोनियम इयररिंग्स पहनने से ईयरलोब का घाव ठीक हो जाता है। इसके अलावा, जो लोग लगातार जिरकोनियम या जिरकोन से बने गहने पहनते हैं, उन्होंने समग्र रूप से अपनी सामान्य स्थिति में उल्लेखनीय सुधार देखा। प्रयोगों ने ज़िरकोनियम कंगन, बेल्ट और प्लेटों के साथ त्वचा रोगों के उपचार में सकारात्मक परिणाम दिए: जिल्द की सूजन, न्यूरोडर्माेटाइटिस, बचपन का एक्जिमा, मस्कुलोस्केलेटल सिस्टम के रोग, रीढ़, गठिया और चयापचय मूल के आर्थ्रोसिस, ऊपरी और निचले छोरों के फ्रैक्चर और अन्य बीमारी। 90% से अधिक रोगियों में सकारात्मक प्रभाव देखा गया है।

आधे लोगों ने कंगन पहनने से कोई नकारात्मक प्रभाव महसूस नहीं किया, लेकिन उनके समग्र स्वास्थ्य में सुधार देखा।

इस प्रकार, यह तर्क दिया जा सकता है कि इस धातु, इसके मिश्र धातुओं और खनिजों से बने जिरकोनियम कंगन और अन्य गहने सभी बीमारियों के लिए रामबाण नहीं हैं, लेकिन मानव शरीर पर इसका एक निश्चित उपचार प्रभाव पड़ता है। किसी भी मामले में, यह कोई नुकसान नहीं करता है।

मध्ययुगीन जौहरी अक्सर अद्वितीय गहने बनाने के लिए तथाकथित "अपूर्ण हीरे" का उपयोग करते थे। ये "हीरे" असली रत्नों से थोड़े अलग थे - कुछ नरम और थोड़े बादलदार, जो कटे हुए पत्थर को हीरे की तरह चमकने और टिमटिमाने नहीं देते थे। इन पत्थरों के और भी विशिष्ट नाम थे: मातरा हीरे - उनके निष्कर्षण के स्थान के अनुसार - श्रीलंका द्वीप पर मातरे (मट्टुराई) क्षेत्र। शब्दजाल या सीलोन शब्दजाल - पीला, पुआल पीला और धुएँ के रंग का जिक्रोन। उन्हें स्याम देश का हीरा भी कहा जाता है। स्टारलाइट या स्टारलाइट - प्राकृतिक आकाश-नीले रंग के साथ जिक्रोन या थर्मोकेमिकल उपचार के बाद प्राप्त। जलकुंभी - पारदर्शी शहद-पीला, लाल-भूरा, लाल-भूरा, लाल, गुलाबी जिक्रोन। इस पत्थर का रंग जलकुंभी जैसा दिखता है - एक फूल, जो प्राचीन ग्रीक मिथक के अनुसार, अपोलो द्वारा सुंदर युवक जलकुंभी के शरीर (या रक्त) से उगाया गया था, जो अपोलो का पसंदीदा था, जिसे हवा के देवता जेफिर ने मार दिया था।

बेशक, मध्ययुगीन शिल्पकारों को यह नहीं पता था कि वे जिरकोनियम खनिज - जिक्रोन सिंगल क्रिस्टल के साथ काम कर रहे थे।

ज़िरकोनियम में एक बहुत छोटा थर्मल न्यूट्रॉन कैप्चर क्रॉस सेक्शन होता है। इसलिए, धातु ज़िरकोनियम, जिसमें हेफ़नियम नहीं होता है, और इसके मिश्र धातुओं का उपयोग परमाणु ऊर्जा उद्योग में ईंधन तत्वों, ईंधन असेंबलियों और परमाणु रिएक्टरों के अन्य डिजाइनों के निर्माण के लिए किया जाता है। इस प्रकार, पहली अमेरिकी परमाणु पनडुब्बी, नॉटिलस पर पूरी तरह से जिरकोनियम से बना एक रिएक्टर स्थापित किया गया था। बाद में यह पता चला कि जिरकोनियम से ईंधन तत्व (टीवीईएल) क्लैडिंग बनाना अधिक लाभदायक है, न कि रिएक्टर कोर के स्थिर हिस्से।

स्टील्स के मिश्रधातु के दौरान जिरकोनियम के योजक मिश्र धातु की ताकत विशेषताओं को बढ़ाते हैं। तो जिरकोनियम के साथ मिश्र धातु वाले स्टील्स के प्रोटोटाइप एक टन से कम के भार के तहत नष्ट हो जाते हैं, उसी संरचना के स्टील, लेकिन केवल 0.1% ज़िरकोनियम के अतिरिक्त, डेढ़ टन से अधिक के भार का सामना कर सकते हैं!

तथाकथित "रिएक्टर शुद्धता" के ज़िरकोनियम के विनिर्देश इसमें 0.02% से अधिक हेफ़नियम की उपस्थिति की अनुमति नहीं देते हैं। लेकिन ज़िरकोनियम के शाश्वत साथी की ऐसी होम्योपैथिक खुराक भी काफी - साढ़े छह गुना - जिरकोनियम की न्यूट्रॉन पारदर्शिता को कम करती है!

ज़िरकोनियम डाइऑक्साइड की एक बहुत ही रोचक संपत्ति है: अत्यधिक गरम, यह इतनी तीव्रता से प्रकाश उत्सर्जित करता है कि इसका उपयोग प्रकाश प्रौद्योगिकी में किया जा सकता है। ज़िरकोनियम डाइऑक्साइड की इस संपत्ति के बारे में सबसे पहले प्रसिद्ध जर्मन भौतिक विज्ञानी वाल्टर हरमन नर्नस्ट ने सीखा था। इस असामान्य घटना के आधार पर, भौतिक विज्ञानी ने एक दीपक तैयार किया, जिसे बाद में "नर्नस्ट लैंप" कहा गया, जिसमें गरमागरम छड़ जिरकोनियम डाइऑक्साइड से बने थे।

जिरकोनियम टेट्राक्लोराइड द्वारा एक बहुत ही रोचक अनुप्रयोग पाया गया। इस पदार्थ की प्लेट की विद्युत चालकता उस पर कार्य करने वाले दबाव के आधार पर भिन्न होती है। एक सार्वभौमिक दबाव गेज का संचालन इस सिद्धांत पर आधारित है - एक उपकरण जो दबाव को मापता है। दबाव में सबसे छोटे बदलाव के साथ, डिवाइस के सर्किट में वर्तमान ताकत भी बदल जाती है, जिसका पैमाना दबाव की इकाइयों में कैलिब्रेट किया जाता है। इस तरह के मैनोमीटर दबाव में बदलाव के प्रति बेहद संवेदनशील होते हैं, इसलिए इनका उपयोग वातावरण के सौ-हज़ारवें हिस्से से लेकर हज़ारों वायुमंडल तक के दबाव को निर्धारित करने के लिए किया जा सकता है!

रेनकोट अपने जल-विकर्षक गुणों को ज़िरकोनियम लवण के लिए देते हैं, जो कपड़ों को लगाने के लिए एक विशेष इमल्शन का हिस्सा होते हैं। ज़िरकोनियम लवण का उपयोग रंगीन मुद्रण स्याही, विशेष वार्निश और प्लास्टिक के निर्माण के लिए भी किया जाता है। उत्प्रेरक के रूप में, ज़िरकोनियम यौगिकों का उपयोग उच्च-ऑक्टेन मोटर ईंधन के उत्पादन में किया जाता है। इस तत्व के सल्फेट यौगिक अपने उत्कृष्ट टैनिक गुणों के लिए प्रसिद्ध हैं।

कहानी

वास्तव में, मानव जाति के लिए जिरकोनियम की लोकप्रियता का इतिहास काफी पुराना है - यहूदिया में रोम के शासनकाल के दौरान भी, उच्च पुजारियों ने अपने गहनों में जलकुंभी पहनी थी - जिरकोन क्रिस्टल - जिरकोनियम का मुख्य खनिज। विभिन्न देशों के मध्यकालीन जौहरी अक्सर अपने उत्पादों को इन क्रिस्टल से सजाते हैं। 15वीं-16वीं सदी में और 19वीं सदी के तीसवें दशक में जिक्रोन वाले आभूषणों ने भारत में विशेष लोकप्रियता हासिल की।

ज़िरकोनियम युक्त इस खनिज का खनन सीलोन द्वीप पर किया गया था, जिससे व्यापारियों ने बाद में इसे कई देशों में बहुतायत में निर्यात किया। इन क्रिस्टल ने अपने विविध और बहुत सुंदर रंग के कारण इतनी उत्कृष्ट लोकप्रियता हासिल की: पारदर्शी रंगहीन और हल्के पीले-भूरे रंग से, भूरे-हरे से रक्त-लाल में बदल रहे हैं। यह लाल जिक्रोन था जिसे ज्वैलर्स जलकुंभी (पुराना नाम पेराडोल) कहते हैं, इसे रासायनिक संरचना के समान पुखराज या माणिक की किस्मों में से एक मानते हैं। यह केवल 18 वीं शताब्दी के अंत में था कि जलकुंभी को अपना आधुनिक नाम मिला - जिक्रोन Zr; खनिजविद वर्नर ने इसे यह नाम दिया।

यह सीलोन के इन जिक्रोनों में से एक था जो बर्लिन एकेडमी ऑफ साइंसेज के सदस्य एमजी क्लाप्रोथ के हाथों गिर गया था। 1789 में, उन्होंने अपनी पद्धति का उपयोग करके मणि पर शोध किया और उसी वर्ष विश्लेषण के परिणाम प्रकाशित किए। क्लैप्रोथ ने एक पदार्थ प्राप्त किया जिसे उन्होंने "ज़िक्रोन अर्थ" कहा। उन्होंने एक विशेष चांदी के क्रूसिबल में कास्टिक क्षार के साथ जिक्रोन पाउडर को मिलाया, फिर मिश्र धातु को सल्फ्यूरिक एसिड में भंग कर दिया। इसके अलावा, रसायनज्ञ ने घोल से सिलिकिक एसिड और लोहे को अलग किया, जिसके बाद उन्होंने नमक के क्रिस्टल प्राप्त किए, और उनसे ऑक्साइड (वही पृथ्वी), जिसे उन्होंने "ज़िरकोनियम" (ज़िरकोनर्ड) कहा।

इस तरह के नाम के साथ, क्लैप्रोथ ने सबसे अधिक संभावना निम्नलिखित फ़ारसी अवधारणाओं को निरस्त कर दिया: "ज़ार" ("राजा") - सोना और "बंदूक" ("बंदूक") - रंग, अर्थात्, शाब्दिक रूप से - "सुनहरा रंग"। निम्नलिखित बातों से यह अनुमान लगाया जा सकता है कि एक रसायनज्ञ के हाथ में जो खनिज था, उसका रंग सुनहरा था। नाम की उत्पत्ति के बारे में एक और धारणा अरबी शब्द "जरकुन" पर आधारित है - सिनाबार, खनिज। जैसा कि आप देख सकते हैं, शब्द बहुत समान हैं, जिसका अर्थ है कि धातु का नाम उनके अर्थ से आता है।

रूसी स्रोतों में, नाम समान हैं, हालांकि उनमें मामूली अंतर है। इसलिए शायर (1808) ने धातु को "ज़िक्रोन" कहा, ज़खारोव (1810) उसी सूत्रीकरण का पालन करता है, द्वीगुब्स्की (1824) अधिक मूल है - "ज़िक्रोन अर्थ का आधार" या "ज़िरकोनियम", स्ट्रैखोव (1825) धातु को कहते हैं " जिक्रोन"।

जिरकोनियम (II) ऑक्साइड भी गिटोन डी मोरोवो द्वारा केवल फ्रांस में पाए जाने वाले जलकुंभी से अलग किया गया था।

धात्विक जिक्रोन (अशुद्धियों के बहुत अधिक अनुपात के साथ) पहली बार जे जे बर्ज़ेलियस द्वारा 1824 में धातु सोडियम के साथ पोटेशियम फ्लोरीन-ज़िरकोनेट को कम करके प्राप्त करने में सक्षम था:

K2 + 4Na → Zr + 2KF + 2NaF

परिणाम एक सिल्वर-ग्रे धातु थी जो इतनी भंगुर थी कि उस पर काम नहीं किया जा सकता था। इसका कारण अशुद्धियों की उच्च सामग्री थी। नतीजतन, इस तत्व का उपयोग नहीं किया गया था। लंबे समय तक, विभिन्न देशों के वैज्ञानिकों ने धातु की शुद्धता की समस्या को हल करने का प्रयास किया। केवल 1914 में अपेक्षाकृत शुद्ध जिरकोनियम प्राप्त करना संभव था, और धातु, जिसे तांबे की तरह ही संसाधित (जाली, लुढ़का, लुढ़का) किया जा सकता था, केवल 1925 में डच रसायनज्ञ वैन आर्केल और डी बोअर को अलग करने में सक्षम था। . वे अपनी नई "बिल्ड-अप" विधि का उपयोग करते हुए इलेक्ट्रोलिसिस की पारंपरिक और व्यापक रूप से इस्तेमाल की जाने वाली विधि से विदा हो गए, जिसमें यह तथ्य शामिल था कि एक वाष्पशील यौगिक (उनके मामले में यह जिरकोनियम टेट्राआयोडाइड ZrI4 था) एक निर्वात में थर्मल अपघटन के अधीन था, और शुद्ध धातु को गर्म टंगस्टन फिलामेंट पर जमा किया गया था।

प्रकृति में होना

ज़िरकोनियम एक काफी सामान्य तत्व है: पृथ्वी की पपड़ी में इसकी सामग्री वजन के हिसाब से 0.025% है। प्रचलन की दृष्टि से धातुओं में यह बारहवें स्थान पर है। हालांकि, जिरकोनियम अत्यधिक फैला हुआ है और इसका कोई भी महत्वपूर्ण संचय दुर्लभ है। तो मुख्य चट्टानों में, इसकी सामग्री 1.3.10-2% से अधिक नहीं होती है; ग्रेनाइट, रेतीली और मिट्टी की मिट्टी में, यह तत्व बहुत अधिक सामान्य है - 2 10-2%, लेकिन ज़िरकोनियम क्षारीय चट्टानों में सबसे आम है - 5 10-2%, जो सामान्य रूप से पृथ्वी की पपड़ी में औसत सामग्री से भी अधिक है। . अक्सर, यह विभिन्न रासायनिक यौगिकों के रूप में पाया जा सकता है, जो बदले में लिथोस्फीयर में होते हैं, क्योंकि ज़िरकोनियम एक लिथोफाइल तत्व है। प्रकृति में, इसके यौगिकों को विशेष रूप से आक्साइड और सिलिकेट के रूप में ऑक्सीजन के साथ जाना जाता है। इस तथ्य के बावजूद कि ज़िरकोनियम एक ट्रेस तत्व है, लगभग 40 खनिज हैं जिनमें ज़िरकोनियम ऑक्साइड या लवण के रूप में मौजूद है। चट्टानों में इस तरह के फैलाव और बड़े जमा की अनुपस्थिति के कारण, ज़िरकोनियम का उपयोग वास्तव में दुर्लभ धातुओं की तुलना में बहुत कम होता है। यह धातु एक कमजोर जल प्रवासी है - समुद्री जल में जिरकोनियम की सामग्री 0.00005 मिलीग्राम / लीटर से अधिक नहीं होती है। जैविक वातावरण में, यह भी आम नहीं है।

जिरकोन ZrSiO4 मुख्य रूप से प्रकृति में वितरित किया जाता है, जिसमें 67.1% ZrO2, Baddeleyite ZrO2 और विभिन्न जटिल खनिज: यूडायलाइट (Na,Ca)6ZrOH(Si3O9)2(OH,Cl)2, आदि।

ज़िरकोन सबसे आम ज़िरकोनियम खनिज है, जिसे प्राचीन काल से जाना जाता है, जब इसे जलकुंभी, अज़ोराइट, औरबैकाइट, एंगेलहार्डाइट और अन्य नाम कहा जाता था। जिक्रोन सभी प्रकार की चट्टानों में पाया जाने वाला एक द्वीपीय सिलिकेट है, लेकिन ग्रेनाइट और सेनाइट्स की सबसे विशेषता है। खनिज एक अच्छी तरह से गठित क्रिस्टल है, जिसकी उपस्थिति गठन की स्थितियों के आधार पर भिन्न होती है, इसलिए ग्रेनाइट और ग्रेनाइट पेगमाटाइट्स में एक लंबी-प्रिज्मीय प्रकृति के क्रिस्टल होते हैं, और क्षारीय और मेटासोमैटिक चट्टानों में - एक डिपिरामाइड प्रकार। आप "जुड़वाँ", "क्रैंकड ट्विन्स", रेडियल-रेडिएंट और शीफ जैसी वृद्धि भी पा सकते हैं।

अक्सर, क्रिस्टल अपेक्षाकृत छोटे होते हैं (केवल कुछ मिलीमीटर), लेकिन दसियों या सैकड़ों कैरेट वजन वाले अपवाद भी हैं। जिरकोन क्रिस्टल कई सेंटीमीटर लंबे हिंडरसन काउंटी, उत्तरी कैरोलिना में पाए गए हैं। मेडागास्कर में, कई किलोग्राम वजन असामान्य नहीं है। संयुक्त राज्य अमेरिका में, स्मिथसोनियन इंस्टीट्यूशन में श्रीलंका के द्वीप से लाए गए कई जिक्रोन हैं। वे रंग और वजन में भिन्न होते हैं: सबसे बड़ा जिक्रोन - भूरे रंग का वजन 118.1 कैरेट होता है; पीला-भूरा 97.6; पीला 23.5, बेरंग 23.9। वहां आप बर्मा और थाईलैंड के बड़े क्रिस्टल भी देख सकते हैं। लंदन जियोलॉजिकल म्यूज़ियम, न्यूयॉर्क में अमेरिकन म्यूज़ियम ऑफ़ नेचुरल हिस्ट्री और टोरंटो में कैनेडियन म्यूज़ियम बड़े ज़िरकॉन के समृद्ध संग्रह का दावा कर सकते हैं। उरल्स में कई बड़े और बहुत खूबसूरत जिक्रोन का खनन किया गया था।

ज़िरकोन में अक्सर कई अशुद्धियाँ होती हैं: लोहा, एल्यूमीनियम, दुर्लभ पृथ्वी धातु, हेफ़नियम, बेरिलियम, यूरेनियम, और अन्य। इस संबंध में, वैज्ञानिक जिक्रोन की कई किस्मों को अलग करते हैं: मैलाकॉन, सिट्रोलाइट, एल्विट, अर्शिनोवाइट और कई अन्य।

जिरकोन के विपरीत खनिज बैडलेइट अपेक्षाकृत हाल ही में खोजा गया था - 1892 में ब्राजील में। इस खनिज का मुख्य निक्षेप पोसोस डी कालदास भी यहीं स्थित है। इस जमा के कुछ खोज बस आश्चर्यजनक हैं - बैडलेइट के ब्लॉकों में से एक, चट्टान से निकाला गया, जिसका वजन 30 टन था! नदियों और नालों के किनारे, बैडलेइट जलोढ़ कंकड़ के रूप में 7.5 मिमी व्यास तक होता है, जिसमें 90% से अधिक ज़िरकोनियम डाइऑक्साइड होता है। इसकी उपस्थिति के लिए, इस कंकड़ को स्थानीय खनिकों द्वारा "फवास" उपनाम दिया गया था, जिसका अर्थ पुर्तगाली में "बीन" (फवा) है।

आवेदन पत्र

जिरकोनियम और इसमें शामिल खनिजों के आवेदन के क्षेत्र अत्यंत विविध हैं, वे उच्च तकनीक वाले उद्योगों से जुड़े हुए हैं और साथ ही साथ सबसे आम उपभोक्ता वस्तुओं के उत्पादन के साथ भी जुड़े हुए हैं।

ज़िरकोनियम का पहला उपभोक्ता धातु विज्ञान था - पहले काला, फिर अलौह। यह चालीसवें तत्व के कई गुणों के कारण है। ऑक्सीजन, नाइट्रोजन, सल्फर और फास्फोरस के लिए इसकी उच्च आत्मीयता के कारण, लोहे और सिलिकॉन के साथ या एल्यूमीनियम और सिलिकॉन के साथ जिरकोनियम का एक मिश्र धातु स्टील डीऑक्सीडाइज़र और क्लीनर के रूप में उपयोग किया जाता है।

ज़िरकोनियम का व्यापक रूप से एक मिश्र धातु तत्व के रूप में उपयोग किया जाता है, क्योंकि इसे अन्य धातुओं में जोड़ने से उन्हें विशेष गुण मिलते हैं - गर्मी प्रतिरोध, एसिड प्रतिरोध, और कई अन्य। नए अधिग्रहीत गुणों के अलावा, जिरकोनियम के साथ मिश्र धातुएं अपनी यांत्रिक शक्ति को बढ़ाती हैं, जिससे उनके कामकाजी जीवन में वृद्धि होती है और विभिन्न क्षेत्रों में उनके उपयोग की संभावनाओं का विस्तार होता है। ऐसी मिश्र धातुओं और उनके उपयोग के क्षेत्रों के कुछ उदाहरण देना उचित है।

फेरोज़िरकोनियम (लोहे के साथ ज़िरकोनियम का एक मिश्र धातु), जिसमें 20% Zr तक होता है, धातु विज्ञान में स्टील के लिए डीऑक्सीडाइज़र और डिगैसर के रूप में उपयोग किया जाता है। केमिस्ट और मेटलर्जिस्ट ने पाया है कि ज़िरकोनियम को लौह मिश्र धातुओं में मिलाने से उनमें सिलिकॉन की शुरूआत के समान प्रभाव पड़ता है: स्टेनलेस और गर्मी प्रतिरोधी स्टील्स की गुणवत्ता में सुधार होता है, स्टील्स की यांत्रिक शक्ति और वेल्डेबिलिटी बढ़ जाती है।

फेरोज़िरकोनियम के साथ लौह धातु विज्ञान में व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला एक अन्य ज़िरकोनियम मिश्र धातु सिलिकॉन के साथ एक मिश्र धातु है। इस मिश्र धातु का उपयोग स्टील्स को नष्ट करने के लिए किया जाता है, क्योंकि ज़िरकोनियम एक ऊर्जावान डीऑक्सीडाइज़र और रिफाइनिंग एडिटिव है, इसका परिचय जल्दी से धातु के आक्साइड को कम करता है और नाइट्रोजन को हटा देता है।

कॉपर-ज़िरकोनियम मिश्र धातु का उपयोग विद्युत उपकरणों के प्रवाहकीय भागों के निर्माण के लिए किया जाता है जो ऑपरेशन के दौरान गर्म हो जाते हैं। ज़िरकोनियम की शुरूआत का तांबे की उच्च विद्युत चालकता पर व्यावहारिक रूप से कोई प्रभाव नहीं पड़ता है, लेकिन मिश्र धातु की ताकत और गर्मी प्रतिरोध में काफी वृद्धि होती है।

ज़िरकोनियम के साथ मैग्नीशियम के मिश्र धातुओं में अच्छे यांत्रिक और भौतिक गुण होते हैं और इन्हें संरचनात्मक उद्देश्यों के लिए सबसे उपयुक्त माना जाता है।

ज़िरकोनियम (3% Zr तक) के साथ एल्यूमीनियम के मिश्र संक्षारण प्रतिरोधी हैं, उनका उपयोग कैथोड वैक्यूम ट्यूबों के ग्रिड में किया जाता है।

हेफ़नियम से शुद्ध किए गए ज़िरकोनियम ने परमाणु रिएक्टरों में संरचनात्मक सामग्री के रूप में सबसे बड़ा महत्व प्राप्त किया। उच्च संक्षारण प्रतिरोध, यांत्रिक शक्ति, उच्च गलनांक, और कम प्रभावी थर्मल न्यूट्रॉन अवशोषण क्रॉस सेक्शन के साथ संयुक्त, ने हाल ही में कोटिंग ईंधन तत्वों (आरई) के लिए ज़िरकोनियम का व्यापक रूप से उपयोग करना संभव बना दिया है।

थर्मल विस्तार के कम और समान गुणांक, जंग के लिए उच्च प्रतिरोध, साथ ही उच्च यांत्रिक शक्ति और रासायनिक प्रतिरोध ने न्यूरोसर्जरी के लिए उच्च गुणवत्ता वाले रासायनिक उपकरण, चिकित्सा उपकरण, प्रत्यारोपण और धागे के निर्माण के लिए जिरकोनियम का उपयोग किया।

ज़िरकोनियम युक्त सामग्री से बने उच्च आवृत्ति वाले उपकरणों में इंसुलेटर ऊर्जा हानि को काफी कम करते हैं।

पाउडर जिरकोनियम का उपयोग मुख्य रूप से फ्लेयर्स, डेटोनेटर, प्रोजेक्टाइल फ़्यूज़ और रिमोट बम के निर्माण में किया जाता है।

लेकिन फिर भी, अधिकांश निकाले गए जिरकोनियम कच्चे माल (लगभग 90%) का उपयोग खनिज रूप में जिक्रोन के रूप में किया जाता है, जिसमें 66% तक ज़िरकोनियम डाइऑक्साइड (ZrO2) होता है। इसके गुणों के कारण - उच्च गलनांक (2700 ° C से अधिक), थर्मल विस्तार का कम गुणांक और रासायनिक हमले के प्रतिरोध - ZrO2 व्यापक रूप से विभिन्न प्रकार के क्षेत्रों में उपयोग किया जाता है। यह व्यापक रूप से थर्मल सुरक्षात्मक कोटिंग्स, अत्यधिक दुर्दम्य उत्पादों, ठोस इलेक्ट्रोलाइट्स, गर्मी प्रतिरोधी तामचीनी, आग रोक चश्मा, विभिन्न प्रकार के सिरेमिक, सिरेमिक पिगमेंट, उत्प्रेरक, काटने के उपकरण और अपघर्षक सामग्री, कृत्रिम रत्नों के उत्पादन में उपयोग किया जाता है। पिछले दशक में, इलेक्ट्रॉनिक्स और कंप्यूटर प्रौद्योगिकी के साथ-साथ संचार के विभिन्न साधनों के तेजी से विकास के साथ, जिरकोनियम डाइऑक्साइड का व्यापक रूप से फाइबर ऑप्टिक्स और इलेक्ट्रॉनिक्स में उपयोग किए जाने वाले सिरेमिक के उत्पादन में उपयोग किया जाने लगा है।

इसकी उच्च कठोरता के कारण, जिरकोनियम कार्बाइड ZrC का उपयोग पीसने वाली सामग्री के रूप में किया जाता है, साथ ही कांच को काटते समय हीरे को बदलने के लिए भी किया जाता है।

उत्पादन

धात्विक जिरकोनियम के औद्योगिक उत्पादन का मुख्य कच्चा माल खनिज जिक्रोन ZrSiO4 है।

धातु ज़िरकोनियम प्राप्त करने के मुख्य तरीकों को तीन समूहों में विभाजित किया जा सकता है: 1) वसूली के तरीके; 2) थर्मल वियोजन विधियाँ; और 3) इलेक्ट्रोलाइटिक विधियाँ।

सबसे पहले, ज़िरकोनियम अयस्क संवर्धन चरण से गुजरते हैं, जिसके लिए इलेक्ट्रोस्टैटिक और चुंबकीय पृथक्करण द्वारा सांद्र शुद्धिकरण के साथ एक गुरुत्वाकर्षण विधि का उपयोग किया जाता है। इसके यौगिकों से धात्विक जिरकोनियम उत्पन्न होता है, जो सांद्र के अपघटन द्वारा प्राप्त किया जाता है। इस मामले में, निम्नलिखित विकल्प संभव हैं:

ए) 1100 डिग्री सेल्सियस से ऊपर के तापमान पर सीएसीएल 2 के अतिरिक्त चूने या कैल्शियम कार्बोनेट के साथ सिंटरिंग:

ZrSiO4 + ZCaO = CaZrO3 + Ca2SiO4

बी) 1000 डिग्री सेल्सियस से अधिक के तापमान पर सोडा के साथ सिंटरिंग या कास्टिक सोडा के साथ संलयन (तापमान 500 डिग्री सेल्सियस से ऊपर होना चाहिए):

ZrSiO4 + 2Na2CO3 = Na2ZrO3 + Na2SiO3 + 2CO2

अल्कलाइन ओपनिंग से बनने वाले एलॉय या सिन्टर में से सबसे पहले पानी या डाइल्यूट हाइड्रोक्लोरिक एसिड के साथ लीचिंग करके सिलिकॉन कंपाउंड्स को हटा दिया जाता है, जिसके बाद हाइड्रोक्लोरिक या सल्फ्यूरिक एसिड के साथ अवशेष को विघटित कर दिया जाता है। परिणाम क्रमशः ऑक्सीक्लोराइड और सल्फेट्स हैं।

ग) 1000 डिग्री सेल्सियस के करीब तापमान पर पोटेशियम फ्लोरोसिलिकेट के साथ सिंटरिंग:

ZrSiO4 + K2SiF6 = K2ZrF6 + 2SiO2

परिणामी फ़्लोरोज़िरकोनेट केक को गर्म किया जाता है और अम्लीय पानी से धोया जाता है, पोटेशियम फ़्लोरोज़िरकोनेट पानी में चला जाता है, जब घोल को ठंडा किया जाता है, तो इसका अधिकांश (75-90%) निकल जाता है।

d) लगभग 1000 ° C के तापमान पर कोयले के साथ क्लोरीनीकरण, जबकि 1700 से 1800 ° C के तापमान पर प्रारंभिक कार्बाइडीकरण संभव है, जिसे अत्यधिक वाष्पशील ऑक्साइड (SiO) के रूप में अधिकांश सिलिकॉन को हटाने के लिए डिज़ाइन किया गया है। परिणाम ज़िरकोनियम क्लोराइड ZrCl4 है, जो उच्चीकृत और मजबूत होता है।

ज़िरकोनियम यौगिकों को निम्नलिखित तरीकों से परिणामी अम्लीय समाधानों से अलग किया जाता है:

ए) सल्फ्यूरिक एसिड या हाइड्रोक्लोरिक एसिड समाधान से मूल ज़िरकोनियम सल्फेट्स xZrO2.ySO3 zH2O की हाइड्रोलाइटिक वर्षा;

बी) हाइड्रोक्लोरिक एसिड समाधान के वाष्पीकरण के दौरान ज़िरकोनियम ऑक्सीक्लोराइड ZrOCl2 8H2O का क्रिस्टलीकरण;

ग) जिरकोनियम सल्फेट Zr(SO4)2 का क्रिस्टलीकरण सांद्र सल्फ्यूरिक एसिड मिलाकर या सल्फ्यूरिक एसिड के घोल को वाष्पित करके। सल्फेट्स और क्लोराइड के कैल्सीनेशन के परिणामस्वरूप, ZrO2 प्राप्त होता है।

सांद्रों से प्राप्त सभी जिरकोनियम यौगिकों में हमेशा हेफ़नियम होता है। इससे जिरकोनियम की शुद्धि एक श्रमसाध्य और महंगी प्रक्रिया है। ज़िरकोनियम को K2ZrF6 के आंशिक क्रिस्टलीकरण, कार्बनिक सॉल्वैंट्स (उदाहरण के लिए, ट्रिब्यूटाइल फॉस्फेट), आयन-विनिमय विधियों, टेट्राक्लोराइड्स (ZrCl4 और HfCl4) के चयनात्मक कमी के साथ अम्लीय समाधानों से निष्कर्षण द्वारा अपने निरंतर साथी से अलग किया जाता है।

डच वैज्ञानिकों वैन आर्केल और डी बोअर द्वारा विकसित एक "बिल्डिंग अप" विधि है। यह इस तथ्य में शामिल है कि एक वाष्पशील यौगिक (ज़िरकोनियम टेट्राआयोडाइड ZrI4) निर्वात में थर्मल अपघटन से गुजरता है और एक शुद्ध धातु एक गर्म टंगस्टन फिलामेंट पर जमा होती है। पिछली शताब्दी के बीस के दशक में, इस पद्धति का व्यापक रूप से उपयोग किया गया था, लेकिन इस पद्धति द्वारा प्राप्त जिरकोनियम की उच्च लागत ने इसके दायरे को गंभीर रूप से सीमित कर दिया। इसलिए, जिरकोनियम प्राप्त करने के लिए एक नई, सस्ती विधि विकसित करने की आवश्यकता थी। इस तरह उन्नत क्रोल पद्धति बन गई। इस उत्पादन की योजना में दो मुख्य चरण शामिल हैं: ज़िरकोनियम डाइऑक्साइड क्लोरीनयुक्त होता है, और परिणामस्वरूप ज़िरकोनियम टेट्राक्लोराइड पिघला हुआ धातु की एक परत के नीचे धातु मैग्नीशियम द्वारा कम किया जाता है। अंतिम उत्पाद, जिरकोनियम स्पंज, को छड़ में पिघलाया जाता है और इस रूप में उपभोक्ता को भेजा जाता है।

भौतिक गुण

जैसा कि हम जानते हैं, ज़िरकोनियम को अपने मुक्त धातु रूप में बहुत पहले - 1824 में स्वीडिश रसायनज्ञ जेन्स बर्ज़ेलियस द्वारा पृथक किया गया था। कई दशकों तक उच्च स्तर की शुद्धता का तत्व प्राप्त करना संभव नहीं था, इसलिए इस धातु के भौतिक गुणों का अध्ययन करना संभव नहीं था। केवल बीसवीं शताब्दी के मध्य में, वैज्ञानिकों ने जिरकोनियम को अशुद्धियों से मुक्त करने में कामयाबी हासिल की। यह पता चला कि जिरकोनियम में, कभी-कभी बहुत बड़ी मात्रा में, हेफ़नियम होता है - इस धातु का एक निरंतर साथी, जिसे पहले ज़िरकोनियम के समान रासायनिक गुणों के कारण नहीं देखा गया था।

शुद्ध जिरकोनियम में एक विशिष्ट धातु की उपस्थिति होती है - एक शानदार चांदी-ग्रे रंग, स्टील की याद ताजा करती है, लेकिन इससे अधिक ताकत और लचीलापन में भिन्न होती है। इसके अलावा, बाद की गुणवत्ता, जैसा कि धातुकर्मी द्वारा नोट किया गया है, सीधे जिरकोनियम में निहित ऑक्सीजन की मात्रा पर निर्भर करता है। इसलिए, यदि 0.7% से अधिक ऑक्सीजन पिघले हुए तरल जिरकोनियम में प्रवेश करती है, तो जिरकोनियम में ऑक्सीजन के ठोस घोल बनने के कारण धातु भंगुर हो जाएगी, जिसके गुण शुद्ध धातु के गुणों से बहुत भिन्न होते हैं। नाइट्रोजन, कार्बन और हाइड्रोजन की अशुद्धियों का भी यही प्रभाव होता है। 20 डिग्री सेल्सियस पर शुद्ध जिरकोनियम का घनत्व 6.45 ग्राम / सेमी 3 है, ब्रिनेल कठोरता 640-670 एमएन / एम 2 या 64-67 किग्रा / मिमी 2 है। कठोरता अशुद्धियों (विशेष रूप से ऑक्सीजन) की उपस्थिति से बहुत प्रभावित होती है, जो जिरकोनियम की कठोरता को बढ़ाती है, इसकी भंगुरता को कम करती है। इस प्रकार, 0.2% से अधिक की ऑक्सीजन सामग्री के साथ, ज़िरकोनियम दबाव से ठंड के लिए उत्तरदायी नहीं है। जिरकोनियम की तन्य शक्ति 253 MN/m2 या 25.3 kgf/mm2 है, लोच का मापांक 20°C = 97 Gn/m2 या 9700 kgf/mm2 है।

ज़िरकोनियम उच्च तापमान की धातु है: उच्च शुद्धता वाले ज़िरकोनियम का गलनांक (टीमेल्ट) 1845 डिग्री सेल्सियस है, क्वथनांक (टबोइल) 3580-3700 डिग्री सेल्सियस है। ज़िरकोनियम डाइऑक्साइड ZrO2 प्रकृति में सबसे दुर्दम्य पदार्थों में से एक है। यह 2680°C पर पिघलता है! धातु और उसके डाइऑक्साइड के ऐसे गुणों ने धातु विज्ञान में उनके उपयोग का नेतृत्व किया: ज़िरकोनियम के साथ गर्मी प्रतिरोधी और गर्मी प्रतिरोधी स्टील्स को मिश्र धातु, अपवर्तक के निर्माण में ZrO2 का उपयोग।

ज़िरकोनियम की उपरोक्त थर्मल विशेषताओं में निम्नलिखित को जोड़ा जाना चाहिए: 25-100 डिग्री सेल्सियस = 0.291 केजे/(किग्रा∙के) या 0.0693 कैल/(जी∙ डिग्री सेल्सियस) की तापमान सीमा में विशिष्ट ताप क्षमता; 50 ° = 20.96 W / (m K) या 0.050 cal / (cm s ° С) पर तापीय चालकता गुणांक; 20-400 ° = 6.9∙10-6 के तापमान पर रैखिक विस्तार का तापमान गुणांक। अतिचालकता की स्थिति में संक्रमण तापमान 0.7K है।

धात्विक ज़िरकोनियम को दो एलोट्रोपिक संशोधनों की विशेषता है: α-संशोधन, जिसमें एक हेक्सागोनल संरचना होती है और 863 डिग्री सेल्सियस से नीचे के तापमान पर स्थिर होती है, और β-संशोधन, जिसमें एक स्थानिक रूप से केंद्रित घन की जाली होती है और ऊपर के तापमान पर स्थिर होती है। 863 डिग्री सेल्सियस। इस प्रकार, α-संशोधन से β-संशोधन का संक्रमण 863 डिग्री सेल्सियस के इस सीमा तापमान पर होता है। इसके अलावा, एल्यूमीनियम, सीसा, टिन और कैडमियम के अतिरिक्त एक राज्य से दूसरे राज्य में संक्रमण तापमान में वृद्धि करते हैं, और लोहा, क्रोमियम, निकल, मोलिब्डेनम, तांबा, टाइटेनियम और कुछ अन्य धातुओं के योग में कमी आती है।

20°C पर उच्च शुद्धता वाले जिरकोनियम की विद्युत प्रतिरोधकता = 44.1 microhm∙cm. ज़िरकोनियम अनुचुंबकीय है, धातु को गर्म करने पर इसकी विशिष्ट चुंबकीय संवेदनशीलता बढ़ जाती है। तो -73 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर, जिरकोनियम की विशिष्ट चुंबकीय संवेदनशीलता 1.28 डिग्री सेल्सियस और 327 डिग्री सेल्सियस - 1.41 डिग्री सेल्सियस पर होती है।

शुद्ध जिरकोनियम की सबसे मूल्यवान संपत्ति इसका छोटा थर्मल न्यूट्रॉन कैप्चर क्रॉस सेक्शन (0.18 बार्न) है। यह अन्य धातुओं - लोहा (2.53 खलिहान), निकल (4.60 खलिहान) या तांबा (3.69 खलिहान) की तुलना में बहुत कम है। हालांकि कई सस्ती धातुओं में एक ही क्रम का एक कैप्चर क्रॉस सेक्शन होता है: टिन में 0.65 बार्न होते हैं, एल्यूमीनियम में 0.22 बार्न होते हैं, और मैग्नीशियम में और भी कम होता है - केवल 0.06 बार्न्स। हालांकि, सभी सूचीबद्ध धातु जिरकोनियम के विपरीत, फ्यूसिबल और गैर-गर्मी प्रतिरोधी हैं। इसलिए, यह धातु है जिसका उपयोग रिएक्टरों के निर्माण में संरचनात्मक सामग्री के रूप में किया जाता है।

रासायनिक गुण

जिरकोनियम के सबसे उल्लेखनीय गुणों में से एक कई आक्रामक मीडिया के लिए इसका उच्च संक्षारण प्रतिरोध है। जंग का विरोध करने की अपनी क्षमता के मामले में, ज़िरकोनियम नाइओबियम और टाइटेनियम जैसी प्रतिरोधी धातुओं से आगे निकल जाता है। सामान्य परिस्थितियों में, ज़िरकोनियम वायुमंडलीय गैसों और पानी के संबंध में निष्क्रिय है, और हाइड्रोक्लोरिक और सल्फ्यूरिक (50% एकाग्रता तक) एसिड के साथ प्रतिक्रिया नहीं करता है। प्रयोगों के दौरान, यह पाया गया कि स्टेनलेस स्टील 60 डिग्री सेल्सियस पर पांच प्रतिशत हाइड्रोक्लोरिक एसिड में प्रति वर्ष लगभग 2.6 मिलीमीटर, टाइटेनियम - लगभग 1 मिलीमीटर, और ज़िरकोनियम - 1000 गुना कम खो देता है। ज़िरकोनियम में क्षार के लिए सबसे बड़ा प्रतिरोध है, यह एकमात्र धातु है जो अमोनिया युक्त क्षार के लिए प्रतिरोधी है। आक्रामक मीडिया के प्रतिरोध के संदर्भ में, ज़िरकोनियम टैंटलम से भी नीच है - जंग के खिलाफ सबसे शक्तिशाली सेनानियों में से एक।

इस तरह के प्रतिरोध को जिरकोनियम के रासायनिक गुणों द्वारा या इसकी सतह पर एक सुरक्षात्मक ऑक्साइड फिल्म के गठन द्वारा आसानी से समझाया जाता है, जो धातु को और विनाश से बचाता है। ज़िरकोनियम को पूरी तरह से ऑक्सीकरण करने के लिए, इसे 700 डिग्री सेल्सियस तक गर्म करना आवश्यक होगा, तभी फिल्म आंशिक रूप से नष्ट हो जाएगी, आंशिक रूप से धातु में भंग हो जाएगी। यह पता चला है कि यह 700 डिग्री सेल्सियस का तापमान है जो वह सीमा है जिसके आगे तत्व संख्या 40 का रासायनिक प्रतिरोध समाप्त हो जाता है। लेकिन इस सीमा से पहले भी, ज़िरकोनियम, जब 300 डिग्री सेल्सियस और उससे अधिक तक गर्म होता है, तो अधिक सक्रिय रूप से प्रतिक्रिया करना शुरू कर देता है ऑक्सीजन और वातावरण के अन्य घटकों के साथ। नतीजतन, जल वाष्प के साथ डाइऑक्साइड और हाइड्राइड बनाते हैं, कार्बन डाइऑक्साइड के साथ - कार्बाइड और डाइऑक्साइड, नाइट्रोजन के साथ - जिरकोनियम नाइट्राइड। एक ही तापमान तक, ज़िरकोनियम को ऑक्साइड फिल्म द्वारा मज़बूती से संरक्षित किया जाता है, जो ज़िरकोनियम के उच्च रासायनिक प्रतिरोध की गारंटी देता है।

और फिर भी ज़िरकोनियम एसिड के साथ परस्पर क्रिया करता है, ऐसा तब होता है जब आयनिक परिसरों का निर्माण संभव हो। तो 100 डिग्री सेल्सियस से ऊपर के तापमान पर, यह नाइट्रिक और हाइड्रोफ्लोरिक एसिड और एक्वा रेजिया के मिश्रण के साथ बातचीत करता है:

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

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

यह हाइड्रोफ्लोरिक और गर्म केंद्रित (50% से ऊपर) सल्फ्यूरिक एसिड में घुल जाता है:

Zr + 6HF = H2 + 2H2

जिरकोनियम छीलन या पाउडर के रूप में हवा में काफी अलग तरह से व्यवहार करता है। कॉम्पैक्ट धात्विक ज़िरकोनियम के विपरीत, ये पाइरोमोर्फिक पदार्थ आसानी से कमरे के तापमान पर पहले से ही हवा में सहज रूप से प्रज्वलित होते हैं। इस तरह की प्रक्रिया एक्ज़ोथिर्मिक है और गर्मी की एक बड़ी रिहाई के साथ होती है। हवा के साथ मिश्रण में धूल जैसा जिरकोनियम विस्फोट करने में सक्षम है।

पानी के साथ जिरकोनियम की परस्पर क्रिया भी असामान्य है। पानी के संपर्क में आने वाली अधिकांश धातुएं गैल्वेनिक जंग से गुजरती हैं, जिसमें उनके धनायनों का पानी में संक्रमण होता है। ज़िरकोनियम, जैसे ऑक्सीजन की प्रतिक्रिया में, पानी के साथ बातचीत करते हुए, एक सुरक्षात्मक फिल्म के साथ कवर किया जाता है जो अघुलनशील होता है। इस प्रकार, इसकी सुरक्षात्मक फिल्म के गुणों के कारण, ज़िरकोनियम पानी के क्षरण से सुरक्षित है।

गर्म होने पर, ज़िरकोनियम गैसों के साथ बातचीत करना शुरू कर देता है। तो 800 डिग्री सेल्सियस से ऊपर के तापमान पर, कॉम्पैक्ट ज़िरकोनियम ऑक्सीजन को सक्रिय रूप से अवशोषित करना शुरू कर देता है:

नाइट्राइड के गठन के साथ ज़िरकोनियम 700-800 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर नाइट्रोजन के साथ बातचीत करना शुरू कर देता है: ZrN।

300 डिग्री सेल्सियस से ऊपर, ज़िरकोनियम हाइड्रोजन को अवशोषित करना शुरू कर देता है, एक ठोस घोल बनाता है और ZrH और ZrH2 को हाइड्राइड करता है। निर्वात में 1200-1300 डिग्री सेल्सियस पर, हाइड्राइड अलग हो जाते हैं और धातु से सभी हाइड्रोजन को हटाया जा सकता है।

गर्म होने पर, जिरकोनियम भी अधातुओं के साथ प्रतिक्रिया करना शुरू कर देता है। 900 डिग्री सेल्सियस से ऊपर के तापमान पर, कार्बन के साथ संपर्क ZrC कार्बाइड के निर्माण के साथ होता है। ज़िरकोनियम पहले से ही 200 डिग्री सेल्सियस पर क्लोरीन, आयोडीन और ब्रोमीन के साथ प्रतिक्रिया करता है, जिससे उच्च हैलाइड ZrX4 (जहाँ X एक हैलोजन है) का निर्माण होता है। फ्लोरीन के साथ बातचीत सामान्य तापमान पर होती है।

आवर्त सारणी के चालीसवें तत्व की खोज 1783 में जर्मन मूल के एक रसायनज्ञ एम.जी. क्लैप्रोटोम। अशुद्धियों से शुद्ध जिरकोनियम धातु 20 वीं शताब्दी की शुरुआत में ही प्राप्त हुई थी। और यद्यपि उस क्षण से लगभग 100 वर्ष बीत चुके हैं, धातु में अभी भी कई अस्पष्टताएं हैं, जो इसके नाम की उत्पत्ति से शुरू होती हैं और मानव स्वास्थ्य पर प्रभाव के साथ समाप्त होती हैं। इसके 1 ग्राम की कीमत कई दशकों से क्यों बढ़ रही है।

प्रकृति में होना

ज़िरकोनियम प्राकृतिक रूप से केवल ऑक्साइड और सिलिकेट के रूप में होता है। उनमें से, जिक्रोन, यूडियलाइट, बैडलेइट मुख्य रूप से प्रतिष्ठित हैं। यह ध्यान देने योग्य है कि जमा में धातु हमेशा हेफ़नियम के साथ होती है। यह धातुओं के समान क्रिस्टल जालक के कारण होता है।

जिरकोनियम खनिजों का मुख्य हिस्सा स्थलमंडल में स्थित है। पृथ्वी की पपड़ी के एक टन में औसतन 210 ग्राम जिक्रोन होता है। समुद्र के पानी में ज़िरकोनियम यौगिक भी पाए जाते हैं। लेकिन यहां इसकी सांद्रता बहुत कम है और प्रति 1000 लीटर में 0.05 मिलीग्राम है।

जिरकोनियम जमा की संख्या में नेता ऑस्ट्रेलिया (ज़िक्रोन), दक्षिण अफ्रीका (बैडलेइट) हैं, जो संयुक्त राज्य अमेरिका, ब्राजील और भारत से थोड़ा कम है। रूस में विश्व भंडार का 10% हिस्सा है।

रसीद

प्रारंभ में, ज़िरकोनियम को "विकास" विधि द्वारा ऑक्साइड से अलग किया गया था। गर्म टंगस्टन फिलामेंट्स पर एक जिरकोनियम पट्टी लगाई गई थी। 2000 से ऊपर के तापमान के प्रभाव में, ज़िरकोनियम धातु हीटर की सतह पर चिपक गई, और यौगिक के शेष घटक जल गए।

इस विधि के लिए बड़ी मात्रा में बिजली की आवश्यकता होती है और जल्द ही एक अधिक किफायती क्रॉल विधि विकसित की गई। इसका सार ज़िरकोनियम डाइऑक्साइड के प्रारंभिक क्लोरीनीकरण में निहित है, इसके बाद मैग्नीशियम की कमी होती है। लेकिन जिरकोनियम प्राप्त करने के तरीकों का विकास यहीं नहीं रुका। कुछ समय बाद, ऑक्साइड से ज़िरकोनियम के सस्ते क्षारीय और फ्लोराइड की कमी को भी उद्योग में इस्तेमाल किया जाने लगा।

ज़िरकोनियम ई 110 संरचना

आयोडाइड जिरकोनियम

अत्यधिक नमनीय और कम शक्ति विशेषताओं के साथ। यह आयोडीन के साथ यौगिक बनाने के लिए धातु की क्षमता के आधार पर आयोडाइड विधि द्वारा प्राप्त किया जाता है। साथ ही हानिकारक अशुद्धियां आसानी से अलग हो जाती हैं और शुद्ध धातु प्राप्त होती है। छड़ें आयोडाइड जिरकोनियम से बनाई जाती हैं।

कीमत

विश्व बाजार में जिरकोनियम के मुख्य आपूर्तिकर्ता ऑस्ट्रेलिया और दक्षिण अफ्रीका हैं। हाल ही में, जिरकोन और जिरकोनियम खनिजों के निर्यात में लाभ तेजी से दक्षिण अफ्रीका गणराज्य की ओर झुक रहा है। मुख्य उपभोक्ता यूरोपीय संघ (इटली, फ्रांस, जर्मनी), चीन और जापान हैं। जिरकोन का कारोबार मुख्य रूप से लौह मिश्र धातुओं के रूप में होता है।

पिछले 10 वर्षों में, जिरकोनियम धातु की मांग में प्रति वर्ष औसतन 5.2% की वृद्धि हुई है। इस दौरान उत्पादन क्षमता में 2% से थोड़ा अधिक की वृद्धि हुई। नतीजतन, विश्व बाजार में जिरकोनियम की लगातार कमी बनी, जो इसके मूल्य को बढ़ाने के लिए एक शर्त थी।

इस धातु की मांग में वृद्धि के 2 मुख्य कारण हैं:

• परमाणु उद्योग का वैश्विक विस्तार।
• सिरेमिक के उत्पादन में ज़िरकोनियम का सक्रिय उपयोग।

इसके अलावा, कुछ विशेषज्ञों का मानना ​​है कि ऑस्ट्रेलिया में बैडलेइट खनन की समाप्ति ने ज़िरकोनियम कोटेशन के विकास को आंशिक रूप से प्रभावित किया।

रूसी माध्यमिक धातु बाजार में, जिरकोनियम की लागत 450 से 7500 रूबल प्रति किलोग्राम तक होती है। धातु जितनी शुद्ध होगी, कीमत उतनी ही अधिक होगी।

आवेदन पत्र

उपरोक्त गुण विभिन्न उद्योगों में व्यापक उपयोग के साथ जिरकोनियम प्रदान करते हैं। यहाँ निम्नलिखित क्षेत्र हैं:

• इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग में, नाइओबियम के साथ जिरकोनियम मिश्र धातु का उपयोग सुपरकंडक्टर के रूप में किया जाता है। 100 kA\cm2 तक के भार का सामना करता है। सुपरकंडक्टिंग शासन के लिए संक्रमण बिंदु 4.2 K है। इसके अलावा, रेडियो उपकरण में, इलेक्ट्रॉनिक बोर्डों को जिरकोनियम के साथ लेपित किया जाता है ताकि गैसों को अवशोषित किया जा सके। एक्स-रे ट्यूबों के लिए ज़िरकोनिया विकिरण फिल्टर एक उच्च मोनोक्रोम मूल्य की विशेषता है।
• परमाणु ऊर्जा उद्योग में, इसका उपयोग ईंधन की छड़ के गोले के लिए एक सामग्री के रूप में किया जाता है (क्षेत्र जहां परमाणु विखंडन और गर्मी उत्पादन सीधे किया जाता है) और थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर के अन्य घटक।
• धातुकर्म ज़िरकोनियम का उपयोग मिश्र धातु तत्व के रूप में करता है। यह धातु इस सूचक में मैंगनीज और सिलिकॉन दोनों को पार करते हुए एक मजबूत डीऑक्सीडाइज़र है। संरचनात्मक धातुओं (स्टील 45, 30KhGSA) में केवल 0.5% ज़िरकोनियम मिलाने से उनकी ताकत 1.5-1.8 गुना बढ़ जाती है। यह अतिरिक्त रूप से काटने की प्रक्रिया के प्रवाह में सुधार करता है। जिरकोन कोरन्डम सिरेमिक का मुख्य घटक है। फायरक्ले की तुलना में, इसकी सेवा का जीवन 3-4 गुना अधिक है। इस आग रोक सामग्री का उपयोग स्टील भट्टियों के क्रूसिबल और कुंडों के निर्माण में किया जाता है।
• मैकेनिकल इंजीनियरिंग में, आक्रामक वातावरण में काम करने वाले पंप और पाइप फिटिंग जैसे उत्पादों के लिए धातु का उपयोग सामग्री के रूप में किया जाता है।
• आतिशबाज़ी बनाने की विद्या में ज़िरकोनियम धातुओं का उपयोग सलामी और आतिशबाजी करने के लिए किया जाता है। यह दहन के दौरान धुएं की अनुपस्थिति के साथ-साथ प्रकाश ऊर्जा की एक महत्वपूर्ण मात्रा की रिहाई के कारण होता है।
• रासायनिक उद्योग में, ज़िक्रोन का उपयोग सेरमेट के लिए कच्चे माल के रूप में किया जाता है - एक सिरेमिक-धातु कोटिंग जिसमें पहनने के प्रतिरोध और एसिड के प्रतिरोध में वृद्धि होती है।
• प्रकाशिकी में, फ़िनाइट का सक्रिय रूप से उपयोग किया जाता है - स्कैंडियम और अन्य दुर्लभ पृथ्वी धातुओं के अतिरिक्त के साथ संसाधित जिक्रोन। फियानाइट्स में अपवर्तन का एक महत्वपूर्ण कोण होता है, जो उन्हें लेंस के उत्पादन के लिए सामग्री के रूप में उपयोग करने की अनुमति देता है। गहनों में, क्यूबिक ज़िरकोनिया को हीरे के सिंथेटिक विकल्प के रूप में जाना जाता है।
• सैन्य उद्योग में, ज़िरकोनियम ट्रेसर बुलेट और फ्लेयर्स के लिए एक भराव के रूप में कार्य करता है।

भौतिक और रासायनिक गुण

ज़िरकोनियम एक धातु है जो चांदी की तरह दिखती है। इसका घनत्व 6506 किग्रा/एम3 है। गलनांक - 1855.3 . विशिष्ट ताप क्षमता 0.3 KJ / kg C के भीतर भिन्न होती है। इस धातु में उच्च तापीय चालकता नहीं होती है। इसका मान 21 W/m C के स्तर पर है, जो टाइटेनियम से 1.9 गुना कम है। जिरकोनियम का विद्युत प्रतिरोध 41-60 μOhm सेमी है और यह सीधे धातु में ऑक्सीजन और नाइट्रोजन की मात्रा पर निर्भर करता है।

ज़िरकोनियम में सबसे कम अनुप्रस्थ थर्मल न्यूट्रॉन कैप्चर दर (0.181 बार्न) है। इस पैरामीटर के अनुसार, वर्तमान में ज्ञात धातुओं में से, यह केवल मैग्नीशियम (0.060 खलिहान) द्वारा बायपास किया जाता है।

ज़िरकोनियम, लोहे की तरह, अनुचुंबकीय है। बढ़ते तापमान के साथ चुंबकीय क्षेत्र के लिए इसकी संवेदनशीलता बढ़ जाती है।

शुद्ध जिरकोनियम में उच्च यांत्रिक विशेषताएं नहीं होती हैं। इसकी कठोरता विकर्स पैमाने पर लगभग 70 इकाई है। तन्यता ताकत 175 एमपीए है, जो सामान्य गुणवत्ता वाले कार्बन स्टील से लगभग 2.5 गुना कम है। उपज शक्ति 55 एमपीए। ज़िरकोनियम 96 एमपीए के लोचदार मापांक के साथ प्लास्टिक धातुओं में से एक है।

उपरोक्त सभी यांत्रिक गुण सशर्त हैं, क्योंकि। जिरकोनियम की संरचना में बढ़ती अशुद्धियों के साथ उनका मूल्य दृढ़ता से बदलता है।

इस प्रकार, ऑक्सीजन सामग्री में वृद्धि (0.4% तक) जिरकोनियम की प्लास्टिसिटी को ऐसी स्थिति में कम कर देती है कि फोर्जिंग और स्टैम्पिंग पूरी तरह से असंभव हो जाती है। हाइड्रोजन की संरचना में 0.001% की वृद्धि से जिरकोनियम की भंगुरता लगभग 2 गुना बढ़ जाती है।

ज़िरकोनियम पानी और अधिकांश क्षार और एसिड के लिए प्रतिरोधी है। लेकिन, यांत्रिक विशेषताओं की तरह, संक्षारण प्रतिरोध सीधे कार्बन, टाइटेनियम और एल्यूमीनियम जैसे तत्वों के साथ धातु संदूषण पर निर्भर है। धातु सल्फ्यूरिक और हाइड्रोक्लोरिक एसिड के 50% समाधान के साथ रासायनिक प्रतिक्रिया में प्रवेश नहीं करती है। यह केवल 95ºС से ऊपर के तापमान पर नाइट्रिक एसिड के साथ प्रतिक्रिया करता है। यह एकमात्र क्षार-प्रतिरोधी धातु है जिसकी संरचना में अमोनिया है। जब निशान 780 तक पहुंच जाता है, तो ज़िरकोनियम द्वारा ऑक्सीजन का सक्रिय अवशोषण शुरू होता है। नाइट्रोजन के साथ, ये प्रक्रियाएँ धीमी होती हैं, लेकिन तापमान भी कम होता है। केवल 600 .

इस संबंध में सबसे सक्रिय गैस हाइड्रोजन है। धातु में इसकी गहराई पहले से ही 145 से शुरू होती है और इसके साथ इतनी प्रचुर मात्रा में गर्मी निकलती है कि जिरकोनियम की मात्रा बढ़ जाती है। हवा में आत्म-प्रज्वलन की संभावना के कारण ज़िरकोनियम धूल विशेष रूप से ज्वलनशील है। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि यह प्रक्रिया प्रतिवर्ती है। 800 के तापमान पर विशेष उपकरणों पर हाइड्रोजन का पूर्ण निष्कासन किया जाता है।

औषधीय गुण

रासायनिक तत्व के रूप में इसका मानव शरीर पर कोई प्रभाव नहीं पड़ता है। इसके विपरीत, यह सबसे जैविक रूप से निष्क्रिय सामग्री में से एक है। इस सूचक के अनुसार, ज़िरकोनियम टाइटेनियम और स्टेनलेस स्टील जैसी धातुओं से आगे है। 90 के दशक के अंत में सक्रिय रूप से विज्ञापित प्रसिद्ध ज़िरकोनियम कंगन, वास्तविक व्यवहार में खुद को नहीं दिखाते थे। चिकित्सा विशेषज्ञों ने साबित किया है कि उनके उपयोग से होने वाली भलाई प्लेसीबो प्रभाव का परिणाम है।

हालांकि, दूसरी ओर, यह ज्ञात है कि जिरकोनियम झुमके पहनने से कान छिदवाने के बाद घाव को तेजी से भरने में मदद मिलती है।

1789 में, बर्लिन एकेडमी ऑफ साइंसेज के एक सदस्य, मार्टिन हेनरिक क्लैप्रोथ ने सीलोन के तट से लाए गए एक कीमती पत्थर के विश्लेषण के परिणाम प्रकाशित किए। इस विश्लेषण के दौरान एक पदार्थ को अलग किया गया, जिसे क्लैप्रोथ ने जिरकोन अर्थ कहा। इस नाम की उत्पत्ति को विभिन्न तरीकों से समझाया गया है। कुछ इसकी उत्पत्ति अरबी शब्द "ज़ारकुन" में पाते हैं, जिसका अर्थ है एक खनिज, दूसरों का मानना ​​​​है कि "ज़िरकोनियम" शब्द दो फारसी शब्दों "राजा" से आया है - सोना और "बंदूक" - रंग (कीमती के सुनहरे रंग के कारण) जिक्रोन की विविधता - जलकुंभी)।

जिरकोनियम कैसे प्राप्त और प्राप्त किया गया

क्लैप्रोथ द्वारा पृथक किया गया पदार्थ कोई नया तत्व नहीं था, बल्कि एक नए तत्व का ऑक्साइड था, जिसे बाद में डी.आई. मेंडेलीव की चालीसवीं कोशिका। आधुनिक प्रतीकों का प्रयोग करते हुए, क्लाप्रोथ द्वारा प्राप्त पदार्थ का सूत्र इस प्रकार लिखा जाता है: ZrO2।

क्लाप्रोथ के प्रयोगों के 35 साल बाद, प्रसिद्ध स्वीडिश रसायनज्ञ जेन्स जैकब बर्ज़ेलियस धातु ज़िरकोनियम प्राप्त करने में कामयाब रहे। बेर्ज़ेलियस ने सोडियम धातु के साथ पोटेशियम फ़्लोरोज़िरकोनेट को कम किया:

K 2 + 4Na → Zr + 2KF + 2NaF

और एक चांदी-ग्रे धातु प्राप्त की।

इस प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप गठित जिरकोनियम अशुद्धियों की महत्वपूर्ण सामग्री के कारण भंगुर था। धातु ने खुद को प्रसंस्करण के लिए उधार नहीं दिया और व्यावहारिक अनुप्रयोग नहीं मिला। लेकिन यह माना जा सकता है कि शुद्ध जिरकोनियम, कई अन्य धातुओं की तरह, काफी प्लास्टिक होगा।

XIX और शुरुआती XX सदियों में। कई वैज्ञानिकों ने शुद्ध जिरकोनियम प्राप्त करने की कोशिश की, लेकिन सभी प्रयास लंबे समय तक विफल रहे। परीक्षण किए गए एल्युमिनोथर्मिक विधि ने मदद नहीं की, जिन प्रयोगों के लेखकों ने इसके लवण के समाधान से धातु ज़िरकोनियम प्राप्त करने की मांग की, वे लक्ष्य तक नहीं पहुंचे। उत्तरार्द्ध को मुख्य रूप से ऑक्सीजन के लिए जिरकोनियम की उच्च रासायनिक आत्मीयता द्वारा समझाया गया है।

किसी भी धातु को उसके नमक के घोल से इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा प्राप्त करने में सक्षम होने के लिए, इस धातु को मोनोएटोमिक आयन बनाना चाहिए। लेकिन जिरकोनियम ऐसे आयन नहीं बनाता है। ज़िरकोनियम सल्फेट Zr(SO 4) 2 , उदाहरण के लिए, केवल केंद्रित सल्फ्यूरिक एसिड में मौजूद है, और जब पतला होता है, तो हाइड्रोलिसिस और जटिल गठन प्रतिक्रियाएं शुरू होती हैं। अंत में यह पता चला है:

जेडआर (एसओ 4) 2 + एच 2 ओ → (जेडआरओ) एसओ 4 + एच 2 एसओ 4।

एक जलीय घोल में, जिरकोनियम क्लोराइड भी हाइड्रोलाइज्ड होता है:

ZrCl 4 + H 2 O → ZrOCl 2 + 2HCl।

कुछ शोधकर्ताओं का मानना ​​​​था कि वे समाधान के इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा जिरकोनियम प्राप्त करने में कामयाब रहे, लेकिन इलेक्ट्रोड पर जमा उत्पादों की उपस्थिति से उन्हें गुमराह किया गया। कुछ मामलों में, ये वास्तव में धातु थे, लेकिन ज़िरकोनियम नहीं, बल्कि निकल या तांबे थे, जिनमें से अशुद्धता ज़िरकोनियम कच्चे माल में निहित थी; दूसरों में, ज़िरकोनियम हाइड्रॉक्साइड जो धातु की तरह दिखता है।

केवल हमारी सदी के 20 के दशक में (बर्जेलियस के ज़िरकोनियम के पहले नमूने प्राप्त करने के 100 साल बाद!) इस धातु को विकसित करने के लिए पहली औद्योगिक विधि विकसित की गई थी।

यह डच वैज्ञानिकों वैन आर्केल और डी बोअर द्वारा विकसित "बिल्ड-अप" विधि है। इसका सार इस तथ्य में निहित है कि एक वाष्पशील यौगिक (इस मामले में, जिरकोनियम टेट्राआयोडाइड ZrI 4) एक निर्वात में थर्मल अपघटन से गुजरता है और एक शुद्ध धातु एक गर्म टंगस्टन फिलामेंट पर जमा होती है।

इस तरह, धातु ज़िरकोनियम प्राप्त किया गया था, जिसे संसाधित किया जा सकता है - जाली, लुढ़का हुआ, लुढ़का हुआ - लगभग तांबे के रूप में आसानी से।

बाद में, धातु विज्ञानियों ने पाया कि जिरकोनियम के प्लास्टिक गुण मुख्य रूप से इसकी ऑक्सीजन सामग्री पर निर्भर करते हैं। यदि 0.7% से अधिक ऑक्सीजन पिघले हुए ज़िरकोनियम में प्रवेश करती है, तो ज़िरकोनियम में ऑक्सीजन के ठोस घोल बनने के कारण धातु भंगुर हो जाएगी, जिसके गुण शुद्ध धातु से बहुत भिन्न होते हैं।

बिल्ड-अप विधि ने पहले कुछ लोकप्रियता हासिल की, लेकिन इस पद्धति से प्राप्त जिरकोनियम की उच्च लागत ने इसके दायरे को गंभीर रूप से सीमित कर दिया। और जिरकोनियम के गुण दिलचस्प निकले। (उनके बारे में नीचे और अधिक।) जिरकोनियम प्राप्त करने के लिए एक नई, सस्ती विधि विकसित करने की आवश्यकता है। क्रॉल का एक बेहतर तरीका एक ऐसा तरीका बन गया।

क्रॉल विधि विस्तार विधि की आधी लागत पर जिरकोनियम प्राप्त करना संभव बनाती है। इस उत्पादन की योजना में दो मुख्य चरण शामिल हैं: ज़िरकोनियम डाइऑक्साइड क्लोरीनयुक्त होता है, और परिणामस्वरूप ज़िरकोनियम टेट्राक्लोराइड पिघला हुआ धातु की एक परत के नीचे धातु मैग्नीशियम द्वारा कम किया जाता है। अंतिम उत्पाद, जिरकोनियम स्पंज, को छड़ में पिघलाया जाता है और इस रूप में उपभोक्ता को भेजा जाता है।

ज़िरकोनियम डाइऑक्साइड

जब वैज्ञानिक धात्विक जिरकोनियम प्राप्त करने का तरीका खोज रहे थे, चिकित्सकों ने पहले से ही इसके कुछ यौगिकों, मुख्य रूप से जिरकोनिया का उपयोग करना शुरू कर दिया है। जिरकोनियम डाइऑक्साइड के गुण काफी हद तक इस बात पर निर्भर करते हैं कि इसे कैसे प्राप्त किया जाता है। कुछ ऊष्मीय रूप से अस्थिर जिरकोनियम लवण के कैल्सीनेशन के दौरान बनने वाला ZrO 2 पानी में अघुलनशील है। कमजोर कैलक्लाइंड डाइऑक्साइड एसिड में अच्छी तरह से घुल जाता है, लेकिन, दृढ़ता से कैलक्लाइंड होने पर, यह हाइड्रोफ्लोरिक को छोड़कर खनिज एसिड में अघुलनशील हो जाता है।

एक और दिलचस्प संपत्ति: अत्यधिक गर्म जिरकोनिया इतनी तीव्रता से प्रकाश का उत्सर्जन करता है कि इसका उपयोग प्रकाश प्रौद्योगिकी में किया जा सकता है। प्रसिद्ध जर्मन वैज्ञानिक वाल्टर हरमन नर्नस्ट ने इस संपत्ति का लाभ उठाया। नर्नस्ट लैंप में गरमागरम छड़ें ZrO 2 से बनी थीं। गरमागरम ज़िरकोनियम डाइऑक्साइड कभी-कभी प्रयोगशाला प्रयोगों में प्रकाश स्रोत के रूप में कार्य करता है।

उद्योग में, ज़िरकोनियम डाइऑक्साइड का उपयोग करने वाले पहले सिलिकेट उत्पादन और धातु विज्ञान थे। जहाँ तक हमारी सदी की शुरुआत की बात है, जिक्रोन रिफ्रैक्टरीज बनाए गए थे, जो सामान्य से तीन गुना अधिक समय तक चलते हैं। ZrO 2 के अतिरिक्त वाले रेफ्रेक्ट्रीज भट्ठी की मरम्मत के बिना 1200 स्टील पिघलने की अनुमति देते हैं। यह बहुत है।

ज़िरकोन ईंटों ने धात्विक एल्यूमीनियम के गलाने में फायरक्ले (मिट्टी या काओलिन पर आधारित एक व्यापक रूप से इस्तेमाल की जाने वाली आग रोक सामग्री) की जगह ले ली है, और यहाँ क्यों है। Chamotte एल्यूमीनियम के साथ मिश्रित है, और इसकी सतह पर स्लैग बिल्ड-अप बनते हैं, जिन्हें समय-समय पर साफ किया जाना चाहिए। और जिक्रोन की ईंटें पिघले हुए एल्युमिनियम से गीली नहीं होती हैं। यह जिरकोन-लाइन वाली भट्टियों को दस महीने तक लगातार संचालित करने की अनुमति देता है।

चीनी मिट्टी की चीज़ें, चीनी मिट्टी के बरतन और कांच के उत्पादन में ज़िरकोनिया की महत्वपूर्ण मात्रा का उपयोग किया जाता है।

जिरकोनिया की जरूरत वाले उद्योगों की सूची और आगे बढ़ सकती है। लेकिन आइए देखें कि जिरकोनियम किस धातु के लिए उपयोगी था, जो इतने लंबे समय तक प्राप्त नहीं किया जा सकता था।

ज़िरकोनियम और धातु विज्ञान

धातु ज़िरकोनियम का पहला उपभोक्ता लौह धातु विज्ञान था। ज़िरकोनियम एक अच्छा डीऑक्सीडाइज़र साबित हुआ। डीऑक्सीडाइजिंग क्रिया में, यह मैंगनीज और टाइटेनियम से भी आगे निकल जाता है। इसी समय, जिरकोनियम स्टील में गैसों और सल्फर की सामग्री को कम करता है, जिसकी उपस्थिति इसे कम नमनीय बनाती है।

ज़िरकोनियम के साथ मिश्र धातु एक विस्तृत तापमान सीमा में आवश्यक कठोरता नहीं खोते हैं, वे सदमे भार का अच्छी तरह से विरोध करते हैं। इसलिए, कवच प्लेटों के निर्माण के लिए उपयोग किए जाने वाले स्टील में ज़िरकोनियम मिलाया जाता है। यह शायद इस तथ्य को ध्यान में रखता है कि ज़िरकोनियम के अतिरिक्त स्टील की ताकत पर सकारात्मक प्रभाव पड़ता है। यदि ज़िरकोनियम के साथ मिश्र धातु नहीं स्टील का एक नमूना लगभग 900 किलोग्राम भार के नीचे गिर जाता है, तो उसी नुस्खा का स्टील, लेकिन केवल 0.1% ज़िरकोनियम के अतिरिक्त, 1600 किलोग्राम भार का सामना कर सकता है।

अलौह धातु विज्ञान भी महत्वपूर्ण मात्रा में जिरकोनियम की खपत करता है। यहां इसकी क्रिया बहुत विविध है। ज़िरकोनियम के मामूली जोड़ एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं के गर्मी प्रतिरोध को बढ़ाते हैं, और ज़िरकोनियम के अतिरिक्त मैग्नीशियम मिश्र धातु अधिक संक्षारण प्रतिरोधी बन जाते हैं। ज़िरकोनियम एसिड की क्रिया के लिए टाइटेनियम के प्रतिरोध को बढ़ाता है। 100 डिग्री सेल्सियस पर 5% हाइड्रोक्लोरिक एसिड में 14% Zr के साथ टाइटेनियम मिश्र धातु का संक्षारण प्रतिरोध व्यावसायिक रूप से शुद्ध टाइटेनियम की तुलना में 70 गुना (!) अधिक है। अन्यथा, जिरकोनियम मोलिब्डेनम को प्रभावित करता है। 5% ज़िरकोनियम को जोड़ने से इस अपवर्तक की कठोरता दोगुनी हो जाती है, बल्कि नरम धातु।

धातु ज़िरकोनियम के आवेदन के अन्य क्षेत्र हैं। उच्च संक्षारण प्रतिरोध और सापेक्ष अघुलनशीलता ने इसे कई उद्योगों में उपयोग करना संभव बना दिया है। कृत्रिम फाइबर, गर्म फिटिंग, प्रयोगशाला और चिकित्सा उपकरण, उत्प्रेरक के उत्पादन के लिए स्पिनरनेट - यह धातु ज़िरकोनियम से बने उत्पादों की पूरी सूची नहीं है।

हालांकि, धातु विज्ञान और मशीन निर्माण इस धातु के मुख्य उपभोक्ता नहीं थे। परमाणु ऊर्जा के लिए भारी मात्रा में जिरकोनियम की आवश्यकता थी।

"रिएक्टर-ग्रेड" ज़िरकोनियम की समस्या

ज़िरकोनियम तुरंत परमाणु तकनीक में नहीं आया। इस उद्योग में उपयोगी बनने के लिए, धातु में कुछ निश्चित गुण होने चाहिए। (खास तौर पर अगर यह रिएक्टरों के निर्माण में एक संरचनात्मक सामग्री होने का दावा करता है।) इन गुणों में से मुख्य एक छोटा थर्मल न्यूट्रॉन कैप्चर क्रॉस सेक्शन है। सिद्धांत रूप में, इस विशेषता को एक सामग्री की क्षमता के रूप में परिभाषित किया जा सकता है, न्यूट्रॉन को फंसाने, अवशोषित करने और इस तरह एक श्रृंखला प्रतिक्रिया के प्रसार को रोकने के लिए।

न्यूट्रॉन कैप्चर क्रॉस सेक्शन को खलिहान में मापा जाता है। यह मान जितना बड़ा होता है, उतने ही अधिक न्यूट्रॉन पदार्थ अवशोषित करते हैं और उतना ही यह एक श्रृंखला प्रतिक्रिया के विकास को रोकता है। स्वाभाविक रूप से, रिएक्टरों के प्रतिक्रिया क्षेत्र के लिए न्यूनतम कैप्चर क्रॉस सेक्शन वाली सामग्री का चयन किया जाता है।

शुद्ध धात्विक जिरकोनियम के लिए, यह मान 0.18 खलिहान है। कई सस्ती धातुओं ने एक ही क्रम के क्रॉस सेक्शन पर कब्जा कर लिया है: टिन, उदाहरण के लिए, 0.65 खलिहान है, एल्यूमीनियम 0.22 खलिहान है, और मैग्नीशियम केवल 0.06 खलिहान है। लेकिन टिन, और मैग्नीशियम, और एल्यूमीनियम दोनों ही फ्यूसिबल और गैर-गर्मी प्रतिरोधी हैं; जिरकोनियम केवल 1860°C पर पिघलता है।

ऐसा लग रहा था कि केवल सीमा ही तत्व संख्या 40 की उच्च कीमत थी (हालांकि इस उद्योग में पैसा नहीं बख्शा जाना है), लेकिन एक और जटिलता पैदा हुई।

पृथ्वी की पपड़ी में, ज़िरकोनियम हमेशा हेफ़नियम के साथ होता है। ज़िरकोनियम अयस्कों में, उदाहरण के लिए, इसकी सामग्री आमतौर पर 0.5 और 2.0% के बीच होती है। ज़िरकोनियम का रासायनिक एनालॉग (आवर्त सारणी में, हेफ़नियम सीधे ज़िरकोनियम के नीचे खड़ा होता है) ज़िरकोनियम की तुलना में थर्मल न्यूट्रॉन को 500 गुना अधिक तीव्रता से पकड़ता है। हेफ़नियम की मामूली अशुद्धियाँ भी प्रतिक्रिया के पाठ्यक्रम को दृढ़ता से प्रभावित करती हैं। उदाहरण के लिए, 1.5% हेफ़नियम अशुद्धता ज़िरकोनियम कैप्चर क्रॉस सेक्शन को 20 के कारक से बढ़ा देती है।

तकनीक को ज़िरकोनियम और हेफ़नियम को पूरी तरह से अलग करने की समस्या का सामना करना पड़ा। यदि दोनों धातुओं के व्यक्तिगत गुण बहुत आकर्षक हैं, तो उनकी संयुक्त उपस्थिति सामग्री को परमाणु प्रौद्योगिकी के लिए बिल्कुल अनुपयुक्त बनाती है।

हेफ़नियम और ज़िरकोनियम को अलग करने की समस्या बहुत कठिन निकली - परमाणुओं की संरचना में अत्यधिक समानता के कारण उनके रासायनिक गुण लगभग समान हैं। उनके अलगाव के लिए, एक जटिल बहु-चरण शुद्धि का उपयोग किया जाता है: आयन एक्सचेंज, एकाधिक वर्षा, निष्कर्षण।

ये सभी ऑपरेशन ज़िरकोनियम की लागत में काफी वृद्धि करते हैं, और यह पहले से ही महंगा है: तन्य धातु (99.7% Zr) ध्यान केंद्रित करने से कई गुना अधिक महंगा है। ज़िरकोनियम और हेफ़नियम के किफायती पृथक्करण की समस्या को हल किया जाना बाकी है।

फिर भी, ज़िरकोनियम एक "परमाणु" धातु बन गया।

यह, विशेष रूप से, ऐसे तथ्यों से प्रमाणित होता है। पहली अमेरिकी परमाणु पनडुब्बी, नॉटिलस, जिरकोनियम रिएक्टर से लैस थी। बाद में यह पता चला कि रिएक्टर कोर के स्थिर भागों के बजाय जिरकोनियम से ईंधन सेल के गोले बनाना अधिक लाभदायक है।

फिर भी, इस धातु का उत्पादन साल-दर-साल बढ़ रहा है, और इस वृद्धि की दर असामान्य रूप से अधिक है। यह कहने के लिए पर्याप्त है कि 1949 से 1959 तक, एक दशक में, जिरकोनियम का विश्व उत्पादन 100 गुना बढ़ गया! अमेरिकी आंकड़ों के अनुसार, 1975 में जिरकोनियम का विश्व उत्पादन लगभग 3000 टन था।

ज़िरकोनियम, वायु और जल

पिछले अध्यायों में तत्व #40 के रासायनिक गुणों के बारे में लगभग कुछ नहीं कहा गया था। इसका मुख्य कारण धातु तत्वों के बारे में कई लेखों और मोनोग्राफ को दोहराने की अनिच्छा है। ज़िरकोनियम सबसे विशिष्ट धातु है, जो इसके समूह (और उपसमूह) और इसकी अवधि का एक विशिष्ट प्रतिनिधि है। यह एक उच्च रासायनिक गतिविधि की विशेषता है, जो मौजूद है, हालांकि, एक गुप्त रूप में।

इस गोपनीयता के कारणों और पानी और वायु घटकों के साथ जिरकोनियम के संबंध पर अधिक विस्तार से चर्चा की जानी चाहिए।

कॉम्पैक्ट धातु ज़िरकोनियम स्टील के समान दिखता है। यह किसी भी तरह से अपनी रासायनिक गतिविधि नहीं दिखाता है और सामान्य परिस्थितियों में वायुमंडलीय गैसों के संबंध में बेहद निष्क्रिय व्यवहार करता है। ज़िरकोनियम की स्पष्ट रासायनिक निष्क्रियता को काफी पारंपरिक रूप से समझाया गया है: इसकी सतह पर हमेशा एक अदृश्य ऑक्साइड फिल्म होती है जो धातु को और ऑक्सीकरण से बचाती है। ज़िरकोनियम को पूरी तरह से ऑक्सीकरण करने के लिए, तापमान को 700 डिग्री सेल्सियस तक बढ़ाया जाना चाहिए। तभी ऑक्साइड फिल्म आंशिक रूप से नष्ट हो जाएगी और धातु में आंशिक रूप से भंग हो जाएगी।

तो, 700°C तापमान की वह सीमा है जिसके आगे ज़िरकोनियम का रासायनिक प्रतिरोध समाप्त हो जाता है। दुर्भाग्य से, यह आंकड़ा बहुत आशावादी है। पहले से ही 300 डिग्री सेल्सियस पर, ज़िरकोनियम ऑक्सीजन और वायुमंडल के अन्य घटकों के साथ अधिक सक्रिय रूप से बातचीत करना शुरू कर देता है: जल वाष्प (डाइऑक्साइड और हाइड्राइड बनाने), कार्बन डाइऑक्साइड (कार्बाइड और डाइऑक्साइड बनाने), और नाइट्रोजन (प्रतिक्रिया उत्पाद ज़िरकोनियम नाइट्राइड है)। लेकिन 300 डिग्री सेल्सियस से नीचे के तापमान पर, ऑक्साइड फिल्म एक विश्वसनीय ढाल है जो जिरकोनियम के उच्च रासायनिक प्रतिरोध की गारंटी देती है।

कॉम्पैक्ट धातु ज़िरकोनियम के विपरीत, इसका पाउडर और छीलन हवा में व्यवहार करता है। ये पायरोफोरिक पदार्थ हैं जो आसानी से कमरे के तापमान पर भी हवा में सहज रूप से प्रज्वलित होते हैं। इससे बहुत अधिक गर्मी निकलती है। हवा के साथ मिश्रित जिरकोनियम धूल भी फट सकती है।

जिरकोनियम का पानी से संबंध दिलचस्प है। धातु के पानी के साथ संपर्क के स्पष्ट संकेत लंबे समय तक दिखाई नहीं देते हैं। लेकिन पानी से सिक्त जिरकोनियम की सतह पर, एक ऐसी प्रक्रिया होती है जो धातुओं के लिए बिल्कुल सामान्य नहीं होती है। जैसा कि ज्ञात है, पानी की कार्रवाई के तहत कई धातुएं गैल्वेनिक जंग से गुजरती हैं, जिसमें पानी में उनके धनायनों का संक्रमण होता है। ज़िरकोनियम भी पानी की क्रिया के तहत ऑक्सीकृत होता है और एक सुरक्षात्मक फिल्म के साथ कवर किया जाता है, जो पानी में नहीं घुलता है और धातु के आगे ऑक्सीकरण को रोकता है।

ज़िरकोनियम आयनों को पानी में बदलने का सबसे आसान तरीका इसके कुछ लवणों को घोलना है। जलीय विलयनों में टेट्रावैलेंट जिरकोनियम आयन का रासायनिक व्यवहार बहुत जटिल है। यह जलीय विलयनों में होने वाले कई रासायनिक कारकों और प्रक्रियाओं पर निर्भर करता है।

Zr +4 आयन "शुद्ध रूप में" के अस्तित्व की संभावना नहीं है। लंबे समय से, यह माना जाता था कि ज़िरकोनियम ज़िरकोनिल आयनों ZrO +2 के रूप में जलीय घोल में मौजूद होता है। बाद के अध्ययनों से पता चला है कि वास्तव में, ज़िरकोनिल आयनों के अलावा, समाधान में बड़ी संख्या में विभिन्न जटिल ज़िरकोनियम आयन होते हैं, दोनों हाइड्रेटेड और हाइड्रोलाइज्ड। उनका सामान्य संक्षिप्त सूत्र (4 .) पी–एम)+ .

समाधान में जिरकोनियम का ऐसा जटिल व्यवहार इस तत्व की उच्च रासायनिक गतिविधि द्वारा समझाया गया है। प्रारंभिक जिरकोनियम (ZrO2 से शुद्ध) कई प्रतिक्रियाओं में प्रवेश करता है, जिससे सरल और जटिल यौगिक बनते हैं। जिरकोनियम की बढ़ी हुई रासायनिक गतिविधि का "रहस्य" इसके इलेक्ट्रॉन गोले की संरचना में निहित है। ज़िरकोनियम परमाणु इस तरह से बनाए जाते हैं कि वे जितना संभव हो उतने अन्य आयनों से खुद को जोड़ लेते हैं; यदि घोल में ऐसे आयन पर्याप्त नहीं हैं, तो जिरकोनियम आयन एक दूसरे के साथ जुड़ जाते हैं और पोलीमराइजेशन होता है। इस मामले में, जिरकोनियम की रासायनिक गतिविधि खो जाती है; पॉलीमराइज़्ड ज़िरकोनियम आयनों की प्रतिक्रियाशीलता अपॉलीमराइज़्ड आयनों की तुलना में बहुत कम होती है। पोलीमराइजेशन के दौरान, समग्र रूप से समाधान की गतिविधि भी कम हो जाती है।

यह, सामान्य शब्दों में, हमारे समय की महत्वपूर्ण धातुओं में से एक का "विजिटिंग कार्ड" है - तत्व संख्या 40, ज़िरकोनियम।

"अपूर्ण हीरे"

मध्य युग में, तथाकथित अपूर्ण हीरे से बने गहने प्रसिद्ध थे। उनकी अपूर्णता में सामान्य हीरे की तुलना में कम कठोरता और काटने के बाद रंगों का कुछ हद तक खराब खेल शामिल था। उनका एक और नाम भी था - मतारा (निष्कर्षण के स्थान के अनुसार - मटारे, सीलोन द्वीप का एक क्षेत्र)। मध्यकालीन जौहरी यह नहीं जानते थे कि वे जिस कीमती खनिज का उपयोग करते थे, वह जिरकोनियम के मुख्य खनिज, जिरकोन के एकल क्रिस्टल थे। जिरकोन रंगहीन से लेकर रक्त लाल तक विभिन्न रंगों में आता है। ज्वैलर्स लाल कीमती जिक्रोन जलकुंभी कहते हैं। Hyacinths बहुत लंबे समय से जाना जाता है। बाइबिल की परंपरा के अनुसार, प्राचीन महायाजकों ने अपनी छाती पर 12 कीमती पत्थरों को पहना था, उनमें से जलकुंभी।

क्या यह दुर्लभ है?

ज़िरकोनियम प्रकृति में विभिन्न रासायनिक यौगिकों के रूप में व्यापक रूप से वितरित किया जाता है। पृथ्वी की पपड़ी में इसकी सामग्री काफी अधिक है - 0.025%, व्यापकता के मामले में, यह धातुओं में बारहवें स्थान पर है। इसके बावजूद, ज़िरकोनियम कई दुर्लभ धातुओं की तुलना में कम लोकप्रिय है। यह पृथ्वी की पपड़ी में जिरकोनियम के अत्यधिक फैलाव और इसके प्राकृतिक यौगिकों के बड़े भंडार की अनुपस्थिति के कारण था।

प्राकृतिक जिरकोनियम यौगिक

चालीस से अधिक ज्ञात हैं। इनमें ज़िरकोनियम ऑक्साइड या लवण के रूप में मौजूद होता है। ज़िरकोनियम डाइऑक्साइड, बैडलीइट ZrO 2, और ज़िरकोनियम सिलिकेट, ज़िक्रोन ZrSiO 4 सबसे बड़े औद्योगिक महत्व के हैं। जिक्रोन और बैडलेइट के खोजे गए जमाओं में से सबसे शक्तिशाली संयुक्त राज्य अमेरिका, ऑस्ट्रेलिया और ब्राजील में स्थित हैं। भारत, पश्चिम अफ्रीका।

यूएसएसआर के पास यूक्रेन, यूराल और साइबेरिया के विभिन्न क्षेत्रों में स्थित जिक्रोन कच्चे माल का महत्वपूर्ण भंडार है।

PbZrO 3 - पीजोइलेक्ट्रिक

कई रेडियो इंजीनियरिंग उपकरणों के लिए पीजोक्रिस्टल की आवश्यकता होती है: आवृत्ति स्टेबलाइजर्स, अल्ट्रासोनिक कंपन के जनरेटर, और अन्य। कभी-कभी उन्हें ऊंचे तापमान की स्थितियों में काम करना पड़ता है। लेड जिरकोनेट क्रिस्टल व्यावहारिक रूप से 300 डिग्री सेल्सियस तक के तापमान पर अपने पीजोइलेक्ट्रिक गुणों को नहीं बदलते हैं।

ज़िरकोनियम और मस्तिष्क

जिरकोनियम के उच्च संक्षारण प्रतिरोध ने इसे न्यूरोसर्जरी में उपयोग करना संभव बना दिया। ज़िरकोनियम मिश्र धातुओं का उपयोग हेमोस्टैटिक क्लैम्प, सर्जिकल उपकरण और कभी-कभी मस्तिष्क के संचालन के दौरान टांके लगाने के लिए भी किया जाता है।