Cirkonij na stolu. Narukvice od cirkonija - ljekovita moć metala

Ovaj kemijski element, koji je kasnije s atomskom masom od 91,224 g / mol, zauzeo je 40. mjesto u tablici D.I. Mendeljejeva, dobio je švedski kemičar Jens Jakob Berzelius početkom 19. stoljeća. Za osnovu je uzet ZrO2 oksid, koji je pronađen u dragulju kojeg je drugi znanstvenik - Martin Heinrich Klaproth - donio s Cejlona. Učinak na kalijev fluorocirkonat metalnog natrija pokazao se uspješnim:

K2 + 4Na → Zr + 2KF + 2NaF

Rezultat pokusa bila je proizvodnja čistog cirkonija - sjajnog, srebrnobijelog metala, nevjerojatno plastičnog, ali u isto vrijeme prilično gustog. Naknadno se pokazalo da se Zr savršeno podvrgava obradi - vrućoj i hladnoj (kovanje, valjanje, štancanje), ali gotovo potpuno gubi svoje najbolje kvalitete, primajući nemetalne nečistoće.

Fizička svojstva cirkonija

Poznate su dvije kristalne modifikacije cirkonija:

• α-cirkonij - heksagonalna zbijena rešetka (a = 3,228Å; c = 5,120Å)
• β-cirkonij - kubična tjelesno centrirana rešetka (a = 3,61Å)

Dobivanje β-forme iz α-forme moguće je zagrijavanjem metala na 862°C.

Cirkonij ima sljedeća fizička svojstva:

• gustoća cirkonija - 6,45 g / cm3 (u normalnim uvjetima, tj. na 20 ° C)
• talište - 1825°S
• vrelište 3580-3700°S
• specifični toplinski kapacitet (25-100°S) – 0,291 kJ/(kg K)
• koeficijent toplinske vodljivosti (50 ° S) - 20,96 W / (m K)
• temperaturni koeficijent linearnog širenja (20-400°S) – 6,9 10-6
• električni otpor (20 ° C) - 44,1 μk cm

Metal koji kao nečistoće ima vodik, ugljik, dušik ili kisik znatno povećava svoju lomljivost. Čisti cirkonij je obdaren:

• modul elastičnosti (20 ° S) - 97 Gn / m2 (9700 kgf / mm 2)
• vlačna čvrstoća - 253 MN / m 2 (25,3 kgf / mm 2)
• Tvrdoća po Brinellu - 640-670 MN / m 2 (64-67 kgf / mm 2)

Otpornost cirkonija na koroziju

Zaštita od korozije kvaliteta je koja se u slučaju cirkonija često stavlja u prvi plan. Ovaj element nije topiv u alkalijama, niti u dušičnoj ili klorovodičnoj kiselini. Ovo je izvrstan legirajući element koji sve višekomponentne legure magnezija čini za red veličine otpornijima na koroziju.

Osim zaštite od korozije, cirkonij može značajno poboljšati druge kvalitete legure: zadržati njezinu žilavost, povećati otpornost na udarce, au bakrenim legurama održati električnu vodljivost u pozadini značajnog otvrdnjavanja. Samo nekoliko desetinki postotka Zr u leguri magnezija udvostručuje njezinu čvrstoću. Gotovo isto se može reći i za aluminijske legure, koje u prisutnosti cirkonija povećavaju svoj učinak za red veličine.

Cirkonij u metalurgiji

Cirkonij je metal koji se široko koristi u metalurgiji. Prije svega, koristi se kao vrlo učinkovit dezoksidant (po ovim svojstvima Zr se pokazao boljim od titana i mangana). Također, cirkonij doprinosi očuvanju žilavosti čelika, dok im daje otpornost na velika udarna opterećenja. Konačno, element Zr uklanja plinove i sumpor iz legure, što znači da doprinosi očuvanju plastičnosti metala.

Na primjer: metalna legura bez cirkonija podnosi udarno opterećenje od 900 kg. Samo 0,1% dodatka Zr diže je na 1600 kg.

U obojenoj metalurgiji cirkonij djeluje kao legirajući element, a koristi se i za povećanje toplinske otpornosti aluminijskih legura.

Naš planet je bogat mineralima, uključujući metale. Jedan od najčešćih je cirkonij. Može se naći u bilo kojem kutku Zemlje. Što je to metal, koja su njegova svojstva i gdje se koristi?

Kemijska svojstva

Jednostavna tvar cirkonij je element bočne podskupine IV skupine petog razdoblja periodnog sustava D. I. Mendelejeva. Dodijeljen mu je atomski broj 40, a atomska masa mu je 91.224. To je čelično sivi metal žućkaste nijanse i karakterističnog sjaja. Dobiva se pretapanjem otpada cirkonija i iz koncentrata rude, budući da se ne pojavljuje u svom čistom obliku u zemljinoj kori.

prirodno metalik cirkonij raspodijeljen u obliku kemijskih prirodnih spojeva - više od 40 soli ili oksida. Krajem 18. stoljeća njemački znanstvenik Klaproth izolirao je cirkonijev oksid iz kamena zumbula. Spada u skupocjene sorte ovog kamena. Sve do 20. stoljeća metal se nije mogao dobiti u čistom obliku, no 20-ih godina znanstvenici su ipak postigli uspjeh.

U svom pročišćenom obliku ima mnoga svojstva koja razlikuju zlato:

• plastika;
• kovan;
• protiv korozije;
• otporan na toplinu;
• paramagnetski.

Metal ne boji se izlaganja kloriranoj i morskoj vodi. Ne gubi svoje visoke kvalitete na niskim i visokim temperaturama. Otporan na amonijak, kiseline i lužine. Uglavnom se koristi za dodavanje legurama drugih metala, što povećava njegovu proizvodnost i čini njegova svojstva gotovo jedinstvenim. Ime je dobio po perzijskoj riječi "tsargun" (zlatni kamen).

Vrlo često cirkonij brkati s cirkonom, koji je cirkonijev silikat. Metal može promijeniti svoju boju, a boja može biti:

• zelena;
• smeđa;
• crno;
• žuta boja;
• ponekad crveno.

Njegova boja ovisi o nečistoćama koje čine sastav. Nečistoće koje boje kamen često uključuju kalcij, bakar, željezo, cink, uran, stroncij i titan. Također sadrži elemente rijetke zemlje.

Biti u prirodi

Naslage rude cirkonija široko su rasprostranjene u utrobi zemlje. Depoziti se mogu vidjeti u nekoliko oblika u obliku:

• amorfni oksidi;
• soli;
• monokristali.

U afričkim naslagama nalaze se kristali težine do 1 kg. Većina cirkonija (metala) koncentrirana je u Australiji, Indiji, Južnoj Africi, Brazilu i Sjevernoj Americi. Ove države imaju najveće rezerve ovog metala. Rusija ima gotovo 10% svjetskih rezervi cirkonija u Sibiru i na Uralu. Najčešće se u rudama pojavljuje zajedno s hafnijem, jer mu je blizak po svojstvima. Svaki od njih ima svoje atraktivne karakteristike, ali se ne mogu koristiti u kombinaciji. Višestupanjsko pročišćavanje omogućuje razdvajanje ova dva elementa, ali takav proizvodni proces čini cirkonij znatno skupljim.

Pronađen u prirodi veliki zeleni i neprozirni cirkonij, ali mogu izazvati pojačano zračenje. Takvi se primjerci ne mogu rezati, skladištiti u domovima i transportirati u velikim količinama. Cirkonij zauzima 12. mjesto po rasprostranjenosti među metalima u cijelom svijetu. Unatoč toj činjenici, dugo je bio nepopularan element, čak i u usporedbi s rijetkim radioaktivnim elementima. To se objašnjava činjenicom da postoje mnoge njegove rezerve razasute po zemlji, ali nema toliko velikih rezervi.

Primjena metalnog cirkonija

Zbog svojih jedinstvenih svojstava i kvaliteta, ovaj element se može koristiti u mnogim industrijama. Njegovo koristi se u obliku legura u raznim područjima moderne industrije:

• konstrukcija zrakoplova;
• nuklearna energija;
• raketna znanost;
• instrumentacija;
• Ljevaonica;
• vojna industrija;
• medicinska oprema.

Zbog svoje visoke stabilnosti, koja čak premašuje onu od titana, postao je vrlo popularan u medicinskoj industriji. Koristi se za protetiku i izradu kirurških instrumenata.

Metalni cirkonij odavno se koristi za izradu nakita. Može poprimiti mnoge nijanse jer je eloksirani metal. To omogućuje draguljarima da utjelovljuju razne umjetničke ideje u stvaranju nakita. Proizvodi izgledaju elegantno i lijepo, stoga su cijenjeni na svjetskom tržištu nakita.

S visokim stupnjem zaštite od korozije, ovaj legirajući element čini višekomponentne legure magnezija puno otpornijima na koroziju. Također poboljšava žilavost legura, povećava njihovu otpornost na udarce. U legurama s bakrom, osim čvrstoće, zadržava električnu vodljivost. U legurama s aluminijem, ovaj jedinstveni element značajno poboljšava njihovu izvedbu.

Široko korišten element u metalurškoj industriji i djeluje kao vrlo učinkovit deoksidans. Ova je kvaliteta nekoliko puta veća od kvalitete mangana i titana. Cirkonij poboljšava žilavost vrsta čelika, čime im pomaže da budu otporniji na udarna opterećenja. Promiče duktilnost uklanjanjem sumpora i plina iz legura. Također se koristi kao legirajući element u obojenoj metalurgiji i za povećanje toplinskog kapaciteta aluminijskih legura.

Ljekovita svojstva

Zbog svojih posebnih fizikalnih i kemijskih svojstava, cirkonij se aktivno koristi u medicini. Zbog svoje neutralnosti na djelovanje alkalnih, kiselih i vodenih sredina, kao i amonijaka, dodaje se sastavima za izradu medicinskih instrumenata. On potiče brzo zacjeljivanje rana i ispoljava antimikrobni učinak. Zbog ovih svojstava, gnoj se ne stvara u ranama i infekcije ne prodiru u njih.

Element nije alergen, stoga olakšava alergijske reakcije. Ne propušta zračenje i smatra se izvrsnim antiseptikom. U medicini se počeo koristiti za izradu niti za šavove. Budući da je metal vrlo duktilan, omogućuje očuvanje strukture kostiju tijekom prijeloma. Zbog toga kosti brže rastu.

Također se aktivno koristi u stomatologiji i ortopedskoj protetici. Ne nadražuje tjelesna tkiva i neutralan je u odnosu na bilo koju okolinu. Mnoge vrste metala uzrokuju alergijsku reakciju u usnoj šupljini, što se ne može reći za cirkonij. Zbog svojih karakteristika i rijetkih svojstava postao je nezamjenjiv u izradi medicinskih instrumenata i implantata.

Ima ga u nekim namirnicama, ali u minimalnim količinama. Primjerice, cirkonija ima u ovčetini, zobenim pahuljicama, riži, pistacijama, mahunarkama i drugim namirnicama, ali ima ga premalo da bi imao negativne učinke na zdravlje.

Vjeruje se da nakit s cirkonijem ima pozitivan učinak na tijelo. Ako nakon bušenja ušiju odmah stavite naušnice s cirkonijem, tada će rane brže zacijeliti. Metal ima dobar učinak na stanje kože pa se preporuča nošenje narukvica i drugih proizvoda na tijelu. Ljekovito djeluje kod kožnih bolesti, artroza, artritisa, hipertenzije. Unatoč takvim manifestacijama, službena medicina još nije dala takve dokaze.

Cirkonij (Zr) je element s atomskim brojem 40 i atomskom težinom 91,22. To je element sekundarne podskupine četvrte skupine, pete periode periodnog sustava kemijskih elemenata Dmitrija Ivanoviča Mendeljejeva. Cirkonij u slobodnom stanju u normalnim uvjetima je sjajan srebrnobijeli metal gustoće 6,45 g/cm3. Čisti cirkonij bez nečistoća vrlo je duktilan i može se lako obrađivati ​​hladno i vruće. Kao i mnogi drugi metali, uključujući i svog susjeda u skupini - titan, cirkonij, koji sadrži nečistoće nemetala (osobito kisika), oštro pogoršava njegova mehanička svojstva. Na primjer, za pouzdan rad nuklearnog reaktora potrebno je da takve "opasne" nečistoće kao što su bor, kadmij i drugi budu sadržane u fisijskom materijalu u količinama koje ne prelaze milijunti dio postotka. Čisti cirkonij - jedan od najboljih konstrukcijskih materijala za nuklearne reaktore - postaje potpuno neprikladan za ovu namjenu ako sadrži i neznatnu primjesu hafnija koji nema svoje minerale i obično prati cirkonij u prirodi.

Znanost poznaje pet prirodnih izotopa cirkonija: 90Zr (51,46%), 91Zr (11,23%), 92Zr (17,11%), 94Zr (17,4%), 96Zr (2,8%). Od umjetno dobivenih radioaktivnih izotopa cirkonija najvažniji je 95Zr, čije je vrijeme poluraspada 65 dana. Našao je primjenu kao tragač izotopa.

Godine 1789. njemački kemičar Martin Heinrich Klaproth izolirao je cirkonijev dioksid iz analize minerala cirkona. U obliku praha cirkonij je prvi put dobio mnogo kasnije - 1824. godine od strane Jensa Jakoba Berzeliusa, a plastični cirkonij dobili su tek 1925. godine nizozemski znanstvenici A. van Arkel i I. de Boer zbog toplinske disocijacije cirkonijevih jodida.

Jedno od najvrjednijih svojstava metalnog cirkonija je njegova visoka otpornost na koroziju u različitim okruženjima. Na primjer, ne otapa se u dušičnoj i klorovodičnoj kiselini te u lužinama. Na ovom svojstvu metala br. 40 temelji se legiranje čelika cirkonijem. Tako višekomponentne legure magnezija s dodatkom cirkonija postaju otpornije na koroziju. Cirkonij povećava otpornost titana na djelovanje kiselina. Osim toga, čelici legirani cirkonijem ne gube potrebnu žilavost u širokom rasponu temperatura, dobro se odupiru udarnim opterećenjima. Povećava čvrstoću legiranih čelika. Dodatak cirkonija bakru značajno povećava njegovu čvrstoću, gotovo bez smanjenja električne vodljivosti. Legura na bazi magnezija s dodatkom nekoliko postotaka cinka i samo nekoliko desetinki postotka cirkonija dvostruko je jača od čistog magnezija i ne gubi čvrstoću na 200 °C. Kvaliteta aluminijskih legura također se značajno poboljšava kada se cirkonij dodaje im se.

Cirkonij teško hvata spore (toplinske) neutrone. Upravo na ovom svojstvu u kombinaciji s visokom otpornošću na koroziju i agresivna okruženja, mehaničkom čvrstoćom na povišenim temperaturama, on i legure na njegovoj osnovi aktivno se koriste u dizajnu nuklearnih reaktora.

U proizvodnji čelika dodaci cirkonija služe za uklanjanje kisika, dušika i sumpora iz njega. Također, cirkonij se koristi kao legirajuća komponenta nekih oklopnih, nehrđajućih i toplinski otpornih čelika.

Na tako dobro poznatom svojstvu cirkonija kao što je aktivna apsorpcija plinova u zagrijanom stanju, njegova se uporaba temelji na sinteriranju metalnih prahova, kao iu elektrovakuumskoj tehnologiji. Dakle, na temperaturi od 300 ° C cirkonij apsorbira vodik, a na 400 ° C i više stupa u interakciju s kisikom i dušikom.

Biološka svojstva

Cirkonij ne igra izravno važne biološke uloge u životu ljudskog tijela. Nije bioelement, nije uključen u strukturni materijal stanica - nije vitalni mikroelement. Vrlo je moguće da je to zbog slabog poznavanja svih svojstava ovog metala, jer postupno, iz godine u godinu, cirkonij otkriva sve više i više novih kvaliteta povezanih s utjecajem ovog elementa na tijelo i ljudsko zdravlje.

Trenutno, u klinikama za traumatologiju i maksilofacijalnu kirurgiju, za liječenje višestrukih prijeloma kostiju, koristi se metoda fiksatora (implantata), koji točno i čvrsto fiksiraju fragmente kosti u potpunosti, isključujući čak i najmanje pomake, što pridonosi brzom spajanju. koštanog tkiva i brzo zacjeljivanje postoperativne rane.

U svjetskoj praksi proizvođači implantata koriste nehrđajući čelik i legure titana za izradu pločica i vijaka. U našoj zemlji razvijeni su i savladani implantati izrađeni od legura cirkonija razreda E125 i E110, koji nisu niži od najboljih stranih uzoraka. Naprotiv, uporaba implantata izrađenih od cirkonijevih legura pruža niz prednosti: visoka otpornost materijala na koroziju; izvrsna biološka kompatibilnost (nema alergijskih reakcija i odbacivanja), zbog čega nema potrebe za ponovljenom kirurškom intervencijom za uklanjanje implantata; visoka svojstva čvrstoće cirkonijevih legura. Relativno niska gustoća legure omogućuje olakšavanje dizajna implantata; izvrsna duktilnost osigurava preciznije pristajanje zavoja implantata na konturu kosti.

Popis instrumenata i implantata za maksilofacijalnu kirurgiju i neurokirurgiju vrlo je širok: više od dvadeset vrsta pločica i spajalica, kortikalnih vijaka za pričvršćivanje, hemostatskih stezaljki, svrdla, pa čak i niti za šivanje tijekom operacija mozga!

Element br. 40, kao i njegove legure, ne iritira okolna meka tkiva i kost, savršeno je kompatibilan s biološkim tkivima, a na njih također ima poseban učinak. Liječnici su otkrili da nošenje naušnica od cirkonija zacjeljuje ranu na ušnoj školjki nakon bušenja 2-3 dana ranije nego kod nošenja zlatnih naušnica. Osim toga, ljudi koji stalno nose nakit izrađen od cirkonija ili cirkona primijetili su značajno poboljšanje općeg stanja u cjelini. Pokusi su dali pozitivne rezultate u liječenju kožnih bolesti cirkonskim narukvicama, pojasevima i pločicama: dermatitisa, neurodermatitisa, dječjih ekcema, bolesti mišićno-koštanog sustava, kralježnice, artritisa i artroza metaboličkog porijekla, prijeloma gornjih i donjih ekstremiteta i dr. bolesti. Pozitivan učinak opažen je u više od 90% pacijenata.

Zdrava polovica ispitanika nije osjetila nikakve negativne učinke nošenja narukvica, ali je primijetila poboljšanje općeg zdravlja.

Dakle, može se tvrditi da cirkonijeve narukvice i drugi nakit izrađeni od ovog metala, njegovih legura i minerala nisu lijek za sve bolesti, ali imaju određeni ljekoviti učinak na ljudsko tijelo. U svakom slučaju, ne šteti.

Srednjovjekovni draguljari često su koristili takozvane "nesavršene dijamante" za izradu jedinstvenog nakita. Ovi "dijamanti" malo su se razlikovali od pravih dragulja - nešto su bili mekši i nešto mutniji, što nije dopuštalo brušenom kamenu da sjaji i svjetluca poput dijamanta. To je kamenje imalo i specifičnija imena: dijamanti Matara - prema mjestu njihova vađenja - područje Matare (Matturai) na otoku Šri Lanka. Žargon ili cejlonski žargon - Žuti, slamnato žuti i zadimljeni cirkoni. Nazivaju ih i sijamskim dijamantima. Starlite ili starlight - cirkon prirodne nebesko plave boje ili dobiven nakon termokemijske obrade. Zumbul - prozirni med-žuti, crveno-smeđi, crveno-smeđi, crveni, ružičasti cirkon. Boja ovog kamena podsjeća na zumbul - cvijet koji je, prema starogrčkom mitu, Apolon uzgojio iz tijela (ili krvi) lijepog mladića Hijacinta, Apolonova miljenika, kojeg je ubio Zefir, bog vjetra.

Naravno, srednjovjekovni majstori nisu znali da rade s mineralom cirkonija - monokristalima cirkona.

Cirkonij ima vrlo mali presjek hvatanja toplinskih neutrona. Stoga se metalni cirkonij, koji ne sadrži hafnij, i njegove legure koriste u industriji nuklearne energije za proizvodnju gorivih elemenata, gorivih sklopova i drugih dizajna nuklearnih reaktora. Tako je na prvu američku nuklearnu podmornicu Nautilus ugrađen reaktor u cijelosti izrađen od cirkonija. Kasnije se pokazalo da je isplativije izrađivati ​​obloge gorivih elemenata (TVEL) od cirkonija, a ne stacionarne dijelove jezgre reaktora.

Dodaci cirkonija tijekom legiranja čelika povećavaju karakteristike čvrstoće legure. Tako se prototipovi čelika koji nisu legirani cirkonijem uništavaju pod opterećenjem manjim od tone, čelik istog sastava, ali s dodatkom samo 0,1% cirkonija, može izdržati opterećenje veće od jedne i pol tone!

Specifikacije za cirkonij takozvane "reaktorske čistoće" dopuštaju prisutnost ne više od 0,02% hafnija u njemu. Ali čak i takve homeopatske doze vječnog pratioca cirkonija prilično značajno - šest i pol puta - smanjuju neutronsku prozirnost cirkonija!

Cirkonij dioksid ima vrlo zanimljivo svojstvo: jako zagrijan, emitira svjetlost toliko intenzivno da se može koristiti u tehnici rasvjete. Poznati njemački fizičar Walter Hermann Nernst prvi je saznao za ovo svojstvo cirkonijevog dioksida. Na temelju ove neobične pojave, fizičar je dizajnirao svjetiljku, koja je kasnije dobila naziv "Nernstova lampa", u kojoj su žarne šipke bile izrađene od cirkonijevog dioksida.

Vrlo zanimljivu primjenu našao je cirkonijev tetraklorid. Električna vodljivost ploče ove tvari varira ovisno o tlaku koji djeluje na nju. Na tom se principu temelji rad univerzalnog manometra – uređaja koji mjeri tlak. S najmanjom promjenom tlaka mijenja se i jakost struje u krugu uređaja, čija je ljestvica kalibrirana u jedinicama tlaka. Takvi manometri su izuzetno osjetljivi na promjene tlaka, pa se njima može odrediti tlak od stotisućinki atmosfere do tisuće atmosfera!

Svoja vodoodbojna svojstva kabanice duguju cirkonijevim solima koje su dio posebne emulzije za impregniranje tkanina. Cirkonijeve soli također se koriste za proizvodnju obojenih tiskarskih boja, specijalnih lakova i plastike. Kao katalizator, spojevi cirkonija koriste se u proizvodnji visokooktanskog motornog goriva. Sulfatni spojevi ovog elementa poznati su po izvrsnim taninskim svojstvima.

Priča

Zapravo, povijest popularnosti cirkonija među čovječanstvom prilično je stara - čak i za vrijeme vladavine Rima u Judeji, visoki svećenici su u svom nakitu nosili zumbul - kristale cirkonija - glavni mineral cirkonija. Srednjovjekovni draguljari iz različitih zemalja često su ukrašavali svoje proizvode ovim kristalima. Nakit s cirkonima stekao je posebnu popularnost u Indiji u 15.-16. stoljeću i tridesetih godina 19. stoljeća.

Ovaj mineral koji je sadržavao cirkonij vađen je na otoku Cejlonu, odakle su ga trgovci kasnije u izobilju izvozili u mnoge zemlje. Ovi kristali su stekli tako izuzetnu popularnost zbog svoje raznolike i vrlo lijepe boje: od prozirne bezbojne do blijedo žuto-smeđe, koja prelazi u sivo-zelenu do krvavo-crvenu. To je bio crveni cirkon koji su draguljari zvali zumbul (stari naziv je peradol), smatrajući ga jednom od varijanti topaza ili rubina, sličnog njemu u kemijskom sastavu. Tek krajem 18. stoljeća zumbul je dobio svoje moderno ime - cirkon Zr, a ime mu je dao mineralog Werner.

Upravo je jedan od tih cirkona s Cejlona pao u ruke M. G. Klaprotha, člana Berlinske akademije znanosti. Godine 1789. proveo je istraživanje dragulja vlastitom metodom i iste godine objavio rezultate analize. Klaproth je dobio tvar koju je nazvao "cirkonska zemlja". Stopio je cirkonski prah s kaustičnim alkalijama u posebnom srebrnom lončiću, zatim otopio leguru u sumpornoj kiselini. Nadalje, kemičar je iz otopine izolirao silicijevu kiselinu i željezo, nakon čega je dobio kristale soli, a od njih oksid (iste zemlje), koji je nazvao "cirkonij" (Zirconerde).

S takvim imenom Klaproth je najvjerojatnije odbio sljedeće perzijske koncepte: "zar" ("kralj") - zlato i "puška" ("puška") - boja, odnosno doslovno - "zlatne boje". Iz sljedećih razmatranja može se pretpostaviti da je mineral, koji je bio u rukama kemičara, imao zlatnosmeđu boju. Druga pretpostavka o podrijetlu imena temelji se na arapskoj riječi "zarkun" - cinober, mineral. Kao što vidite, riječi su vrlo slične, što znači da iz njihovih značenja dolazi naziv metala.

U ruskim izvorima imena su slična, iako imaju male razlike. Tako je Scherer (1808) nazvao metal "cirkon", Zakharov (1810) se pridržava iste formulacije, Dvigubsky (1824) je originalniji - "baza cirkonske zemlje" ili "cirkonij", Strakhov (1825) naziva metal "cirkon".

Cirkonijev (II) oksid također je izolirao Giton de Morovo samo iz zumbula pronađenog u Francuskoj.

Metalni cirkon (s vrlo visokim udjelom nečistoća) prvi je uspio dobiti J. J. Berzelius 1824. redukcijom kalijevog fluor-cirkonata s metalnim natrijem:

K2 + 4Na → Zr + 2KF + 2NaF

Rezultat je bio srebrno-sivi metal koji je bio toliko krt da se nije mogao obrađivati. Razlog tome bio je visok sadržaj nečistoća. Kao rezultat toga, ovaj element nije korišten. Dugo su vremena znanstvenici iz različitih zemalja pokušavali riješiti problem čistoće metala. Tek 1914. bilo je moguće dobiti relativno čisti cirkonij, a metal, koji se može obrađivati ​​(kovati, valjati, valjati) otprilike na isti način kao i bakar, uspjeli su izolirati tek 1925. nizozemski kemičari van Arkel i de Boer . Odstupili su od tradicionalne i široko korištene metode elektrolize, koristeći svoju novu metodu "build-up", koja se sastojala u činjenici da je hlapljivi spoj (u njihovom slučaju to je bio cirkonijev tetrajodid ZrI4) bio podvrgnut toplinskom razlaganju u vakuumu, a čisti metal je taložen na vruću volframovu nit .

Biti u prirodi

Cirkonij je prilično čest element: njegov sadržaj u zemljinoj kori iznosi 0,025% težine. Među metalima u smislu prevalencije zauzima dvanaesto mjesto. Međutim, cirkonij je visoko raspršen i njegove značajne nakupine su rijetke. Dakle, u glavnim stijenama, njegov sadržaj ne prelazi 1.3.10-2%; u granitima, pjeskovitim i glinenim tlima ovaj element je puno češći - 2 10-2%, ali cirkonij je najčešći u alkalnim stijenama - 5 10-2%, što je čak više od prosječnog sadržaja u zemljinoj kori općenito . Najčešće se može naći u obliku raznih kemijskih spojeva, koji se pak pojavljuju u litosferi, jer je cirkonij litofilni element. U prirodi su njegovi spojevi poznati isključivo s kisikom u obliku oksida i silikata. Unatoč činjenici da je cirkonij element u tragovima, postoji oko 40 minerala u kojima je cirkonij prisutan u obliku oksida ili soli. Zbog takve raspršenosti u stijenama i nepostojanja velikih naslaga, cirkonij se koristi mnogo manje od istinski rijetkih metala. Ovaj metal je slab vodeni migrant - sadržaj cirkonija u morskoj vodi ne prelazi 0,00005 mg/l. U biološkom okruženju također nije uobičajeno.

Cirkon ZrSiO4 uglavnom je rasprostranjen u prirodi, u kojem 67,1% ZrO2, baddeleit ZrO2 i različiti kompleksni minerali: eudijalit (Na,Ca)6ZrOH(Si3O9)2(OH,Cl)2, itd.

Cirkon je najčešći cirkonijev mineral, poznat od davnina, kada su ga nazivali hijacint, azorit, auerbahit, engelhardit i drugim imenima. Cirkon je otočni silikat koji se nalazi u svim vrstama stijena, ali je najkarakterističniji za granite i sijenite. Mineral je dobro oblikovan kristal, čiji izgled varira ovisno o uvjetima nastanka, pa tako u granitima i granitnim pegmatitima postoje kristali dugoprizmatične prirode, au alkalnim i metasomatskim stijenama - dipiramidalnog tipa. Također možete pronaći "blizance", "zvijene blizance", radijalno-zračeće i snopaste izrasline.

Često su kristali relativno mali (samo nekoliko milimetara), ali postoje iznimke težine desetaka ili čak stotina karata. Kristali cirkona dugi nekoliko centimetara pronađeni su u okrugu Hinderson u Sjevernoj Karolini. Na Madagaskaru nisu rijetkost nalazi teški nekoliko kilograma. U Sjedinjenim Američkim Državama Smithsonian Institution drži nekoliko cirkona donesenih s otoka Šri Lanke. Razlikuju se po boji i težini: najveći cirkon - smeđi teži 118,1 karata; žuto-smeđa 97,6; žuta 23.5, bezbojna 23.9. Tamo možete vidjeti i velike kristale iz Burme i Tajlanda. Londonski geološki muzej, Američki prirodoslovni muzej u New Yorku i Kanadski muzej u Torontu mogu se pohvaliti bogatim zbirkama velikih cirkona. Na Uralu je iskopano mnogo velikih i vrlo lijepih cirkona.

Cirkoni često sadrže mnoge nečistoće: željezo, aluminij, rijetke zemlje, hafnij, berilij, uran i druge. S tim u vezi, znanstvenici razlikuju nekoliko vrsta cirkona: malakon, citrolit, alvit, aršinovit i mnoge druge.

Mineral baddeleite, za razliku od cirkona, otkriven je relativno nedavno - 1892. godine u Brazilu. Tu se nalazi i glavno nalazište ovog minerala, Posos de Caldas. Neki nalazi ovog ležišta jednostavno su nevjerojatni - jedan od blokova baddeleita, izvađen iz stijene, težio je 30 tona! Uz obale rijeka i potoka baddeleit se javlja u obliku aluvijalnih oblutaka promjera do 7,5 mm, koji sadrži preko 90% cirkonijevog dioksida. Zbog svog izgleda, ovaj kamenčić je od strane lokalnih rudara dobio nadimak "favas", što na portugalskom znači "bob" (fava).

Primjena

Područja primjene cirkonija i minerala koji ga sadrže iznimno su raznolika, povezana su s visokotehnološkim industrijama, a ujedno i s proizvodnjom najzastupljenijih roba široke potrošnje.

Prvi potrošač cirkonija bila je metalurgija - prvo crna, a zatim obojena. To je zbog niza svojstava četrdesetog elementa. Zbog visokog afiniteta prema kisiku, dušiku, sumporu i fosforu, legura cirkonija sa željezom i silicijem ili s aluminijem i silicijem koristi se kao dezoksidant i čistač čelika.

Cirkonij se široko koristi kao legirajući element, jer dodavanjem drugim metalima dobiva posebna svojstva - otpornost na toplinu, otpornost na kiseline i mnoga druga. Osim novostečenih svojstava, cirkonijevim legurama se povećava njihova mehanička čvrstoća, što pomaže produžiti njihov radni vijek i proširiti mogućnosti njihove primjene u raznim područjima. Vrijedno je navesti nekoliko primjera takvih legura i njihova područja primjene.

Ferocirkonij (legura cirkonija sa željezom), koji sadrži do 20% Zr, koristi se u metalurgiji kao dezoksidant i otplinjavač čelika. Kemičari i metalurzi otkrili su da dodavanje cirkonija u željezne legure ima isti učinak kao i uvođenje silicija u njih: poboljšava se kvaliteta nehrđajućeg čelika i čelika otpornog na toplinu, povećava se mehanička čvrstoća i zavarljivost čelika.

Još jedna legura cirkonija koja se široko koristi u crnoj metalurgiji, uz ferozirkonij, je legura sa silicijem. Ova se legura koristi za otplinjavanje čelika, budući da je cirkonij energetski deoksidizator i aditiv za rafiniranje, njegovo uvođenje brzo smanjuje metalne okside i uklanja dušik.

Legure bakra i cirkonija koriste se za izradu vodljivih dijelova električne opreme koji se zagrijavaju tijekom rada. Uvođenje cirkonija praktički ne utječe na visoku električnu vodljivost bakra, ali značajno povećava čvrstoću i toplinsku otpornost legure.

Legure magnezija s cirkonijem imaju dobra mehanička i fizikalna svojstva i smatraju se najprikladnijima za konstrukcijske svrhe.

Legure aluminija s cirkonijem (do 3% Zr) otporne su na koroziju, koriste se u mrežama katodnih vakuumskih cijevi.

Cirkonij, pročišćen iz hafnija, dobio je najveću važnost kao konstrukcijski materijal u nuklearnim reaktorima. Visoka otpornost na koroziju, u kombinaciji s mehaničkom čvrstoćom, visokim talištem i niskim učinkovitim poprečnim presjekom apsorpcije toplinskog neutrona, nedavno je omogućila široku upotrebu cirkonija za oblaganje gorivih elemenata (TVEL).

Nizak i ujednačen koeficijent toplinskog rastezanja, visoka otpornost na koroziju, kao i visoka mehanička čvrstoća i kemijska otpornost doveli su do upotrebe cirkonija za proizvodnju visokokvalitetne kemijske opreme, medicinske opreme, implantata i niti za neurokirurgiju.

Izolatori u visokofrekventnoj opremi izrađeni od materijala koji sadrže cirkonij značajno smanjuju gubitke energije.

Cirkonij u prahu prvenstveno se koristi u proizvodnji signalnih raketa, detonatora, upaljača za projektile i daljinskih bombi.

Ipak, najveći dio ekstrahirane cirkonijeve sirovine (oko 90%) koristi se u mineralnom obliku u obliku cirkona koji sadrži do 66% cirkonijevog dioksida (ZrO2). Zbog svojih svojstava - visokog tališta (više od 2700 °C), niskog koeficijenta toplinskog rastezanja i otpornosti na kemijske napade - ZrO2 je dobio široku primjenu u raznim područjima. Široko se koristi u proizvodnji toplinskih zaštitnih premaza, visoko vatrostalnih proizvoda, čvrstih elektrolita, toplinski otpornih emajla, vatrostalnih stakala, raznih vrsta keramike, keramičkih pigmenata, katalizatora, alata za rezanje i abrazivnih materijala, umjetnih dragulja. U posljednjem desetljeću, s naglim razvojem elektronike i računalne tehnologije, kao i raznih komunikacijskih sredstava, cirkonijev dioksid se počeo masovno koristiti u optičkim vlaknima i proizvodnji keramike koja se koristi u elektronici.

Zbog svoje visoke tvrdoće, cirkonijev karbid ZrC koristi se kao materijal za brušenje, kao i za zamjenu dijamanata pri rezanju stakla.

Proizvodnja

Glavni izvor sirovine za industrijsku proizvodnju metalnog cirkonija je mineral cirkon ZrSiO4.

Glavne metode dobivanja metalnog cirkonija mogu se podijeliti u tri skupine: 1) metode oporabe; 2) metode toplinske disocijacije i 3) elektrolitičke metode.

Prije svega, cirkonijeve rude prolaze kroz fazu obogaćivanja, za što se koristi gravitacijska metoda s pročišćavanjem koncentrata elektrostatskom i magnetskom separacijom. Metalni cirkonij proizvodi se iz njegovih spojeva koji se dobivaju razgradnjom koncentrata. U ovom slučaju moguće su sljedeće opcije:

a) sinteriranje s vapnom ili kalcijevim karbonatom uz dodatak CaCl2 na temperaturama iznad 1100 °C:

ZrSiO4 + ZCaO = CaZrO3 + Ca2SiO4

b) sinteriranje sa sodom na temperaturi većoj od 1000 °C ili taljenje s kaustičnom sodom (temperatura mora biti iznad 500 °C):

ZrSiO4 + 2Na2CO3 = Na2ZrO3 + Na2SiO3 + 2CO2

Iz legure ili sintera proizvedenog alkalnim otvaranjem najprije se silicijevi spojevi uklanjaju ispiranjem vodom ili razrijeđenom solnom kiselinom, nakon čega se ostatak razgrađuje solnom ili sumpornom kiselinom. Rezultat su oksiklorid i sulfati.

c) sinteriranje s kalijevim fluorosilikatom na temperaturama blizu 1000 °C:

ZrSiO4 + K2SiF6 = K2ZrF6 + 2SiO2

Dobiveni fluorocirkonatni kolač se zagrijava i ispere zakiseljenom vodom, kalijev fluorocirkonat prelazi u vodu, kada se otopina ohladi, najveći dio (75-90%) se oslobađa.

d) kloriranje ugljenom na temperaturi od oko 1000 ° C, dok je moguća preliminarna karbidizacija na temperaturi od 1700 do 1800 ° C, dizajnirana za uklanjanje većine silicija u obliku vrlo hlapljivog oksida (SiO). Rezultat je cirkonijev klorid ZrCl4, koji je sublimiran i ojačan.

Cirkonijevi spojevi se izoliraju iz dobivenih kiselih otopina sljedećim metodama:

a) hidrolitičko taloženje bazičnih cirkonijevih sulfata xZrO2.ySO3 zH2O iz otopina sumporne kiseline ili klorovodične kiseline;

b) kristalizacija cirkonijevog oksiklorida ZrOCl2 8H2O tijekom isparavanja otopina klorovodične kiseline;

c) kristalizacija cirkonijevog sulfata Zr(SO4)2 dodatkom koncentrirane sumporne kiseline ili isparavanjem otopina sumporne kiseline. Kao rezultat kalcinacije sulfata i klorida dobiva se ZrO2.

Svi spojevi cirkonija dobiveni iz koncentrata uvijek sadrže hafnij. Pročišćavanje cirkonija iz njega prilično je naporan i skup proces. Cirkonij se odvaja od svog stalnog pratioca frakcijskom kristalizacijom K2ZrF6, ekstrakcijom iz kiselih otopina organskim otapalima (na primjer, tributil fosfatom), metodama ionske izmjene i selektivnom redukcijom tetraklorida (ZrCl4 i HfCl4).

Postoji metoda "izgradnje" koju su razvili nizozemski znanstvenici van Arkel i de Boer. Sastoji se od činjenice da se hlapljivi spoj (cirkonijev tetrajodid ZrI4) termički razgrađuje u vakuumu, a čisti metal taloži se na vruću volframovu nit. Dvadesetih godina prošlog stoljeća ova je metoda bila naširoko korištena, ali visoka cijena cirkonija dobivenog ovom metodom ozbiljno je ograničila njen opseg. Stoga se ukazala potreba za razvojem nove, jeftinije metode dobivanja cirkonija. Na taj je način poboljšana Krolova metoda postala. Shema ove proizvodnje uključuje dvije glavne faze: cirkonijev dioksid se klorira, a dobiveni cirkonijev tetraklorid se reducira metalnim magnezijem ispod sloja rastaljenog metala. Konačni proizvod, cirkonska spužva, topi se u šipke iu takvom obliku šalje potrošaču.

Fizička svojstva

Kao što znamo, cirkonij je u slobodnom metalnom obliku izolirao davno - 1824. godine švedski kemičar Jens Berzelius. Desetljećima nije bilo moguće dobiti element visokog stupnja čistoće, zbog čega nije bilo moguće proučavati fizikalna svojstva ovog metala. Tek sredinom dvadesetog stoljeća znanstvenici su uspjeli dobiti cirkonij bez nečistoća. Pokazalo se da u cirkoniju, ponekad u vrlo velikim količinama, postoji hafnij - stalni pratilac ovog metala, koji ranije nije bio primijećen zbog kemijskih svojstava sličnih cirkoniju.

Čisti cirkonij ima izgled tipičnog metala - sjajne srebrno-sive boje, podsjeća na čelik, ali se od njega razlikuje po većoj čvrstoći i duktilnosti. Štoviše, potonja kvaliteta, kako su primijetili metalurzi, izravno ovisi o količini kisika sadržanog u cirkoniju. Dakle, ako više od 0,7% kisika uđe u rastaljeni tekući cirkonij, tada će metal biti krhak zbog stvaranja čvrstih otopina kisika u cirkoniju, čija se svojstva uvelike razlikuju od svojstava čistog metala. Isti učinak imaju i nečistoće dušika, ugljika i vodika. Gustoća čistog cirkonija na 20°C iznosi 6,45 g/cm3, tvrdoća po Brinellu je 640-670 Mn/m2 ili 64-67 kgf/mm2. Na tvrdoću uvelike utječe prisutnost nečistoća (osobito kisika), koje povećavaju tvrdoću cirkonija, smanjujući njegovu krtost. Dakle, s udjelom kisika većim od 0,2%, cirkonij nije podložan hladnoj obradi pritiskom. Vlačna čvrstoća cirkonija je 253 MN/m2 ili 25,3 kgf/mm2, modul elastičnosti pri 20°C = 97 Gn/m2 ili 9700 kgf/mm2.

Cirkonij je metal visokih temperatura: talište (tmelt) cirkonija visoke čistoće je 1845° C, vrelište (tkip) je 3580-3700° C. Cirkonijev dioksid ZrO2 jedna je od najvatrostalnijih tvari u prirodi. Topi se na 2680°C! Takva svojstva metala i njegovog dioksida odredila su njihovu upotrebu u metalurgiji: legiranje čelika otpornih na toplinu i otpornih na toplinu s cirkonijem, korištenje ZrO2 u proizvodnji vatrostalnih materijala.

Navedenim toplinskim karakteristikama cirkonija treba dodati: specifični toplinski kapacitet u temperaturnom području 25-100°C = 0,291 kJ/(kg∙K) ili 0,0693 cal/(g∙°C); koeficijent toplinske vodljivosti pri 50 ° S = 20,96 W / (m ∙ K) ili 0,050 cal / (cm s ∙ ° S); temperaturni koeficijent linearnog širenja na temperaturama od 20-400 ° S = 6,9∙10-6. Temperatura prijelaza u stanje supravodljivosti je 0,7K.

Metalni cirkonij karakteriziraju dvije alotropske modifikacije: α-modifikacija, koja ima heksagonalnu strukturu i stabilna je na temperaturama ispod 863 °C, i β-modifikacija, koja ima rešetku prostorno centrirane kocke i stabilna je na temperaturama iznad 863 ° C. Dakle, prijelaz α-modifikacije u β - modifikaciju događa se na ovoj graničnoj temperaturi od 863 ° C. Štoviše, dodavanje aluminija, olova, kositra i kadmija povećava temperaturu prijelaza iz jednog stanja u drugo, i dodatak željeza, kroma, nikla, molibdena, bakra, titana i nekih drugih metala - niži.

Električni otpor cirkonija visoke čistoće na 20°C = 44,1 mikrohm∙cm. Cirkonij je paramagnetik, njegova specifična magnetska osjetljivost raste kada se metal zagrijava. Dakle, na temperaturi od -73 ° C, specifična magnetska osjetljivost cirkonija je 1,28 ° C, a na 327 ° C - 1,41 ° C.

Najvrjednije svojstvo čistog cirkonija je njegov mali presjek hvatanja toplinskih neutrona (0,18 barna). To je puno manje od ostalih metala - željeza (2,53 barna), nikla (4,60 barna) ili bakra (3,69 barna). Iako mnogi jeftiniji metali imaju presjek hvatanja istog reda: 0,65 barna za kositar, 0,22 barna za aluminij, a još manje za magnezij - samo 0,06 barna. Međutim, svi navedeni metali su topljivi i neotporni na toplinu, za razliku od cirkonija. Stoga se ovaj metal koristi kao konstrukcijski materijal u konstrukciji reaktora.

Kemijska svojstva

Jedno od najznačajnijih svojstava cirkonija je njegova visoka otpornost na koroziju na mnoge agresivne medije. U pogledu svoje sposobnosti otpornosti na koroziju, cirkonij nadmašuje takve otporne metale kao što su niobij i titan. U normalnim uvjetima cirkonij je inertan na atmosferske plinove i vodu, a ne reagira s klorovodičnom i sumpornom (do 50% koncentracije) kiselinama. Tijekom pokusa utvrđeno je da nehrđajući čelik gubi oko 2,6 milimetara godišnje u pet postotnoj solnoj kiselini na 60 ° C, titan - oko 1 milimetar, a cirkonij - 1000 puta manje. Cirkonij ima najveću otpornost na lužine, jedini je metal otporan na lužine koji sadrže amonijak. Što se tiče otpornosti na agresivne medije, cirkonij je inferioran čak i tantalu - jednom od najmoćnijih boraca protiv korozije.

Takvu otpornost lako je objasniti kemijskim svojstvima cirkonija, odnosno stvaranjem zaštitnog oksidnog filma na njegovoj površini, koji štiti metal od daljnjeg uništenja. Za potpunu oksidaciju cirkonija bit će potrebno zagrijati ga do 700°C, tek tada će film biti djelomično uništen, djelomično otopljen u metalu. Ispostavilo se da je upravo temperatura od 700 ° C granica iza koje završava kemijska otpornost elementa broj 40. Ali čak i prije te granice, cirkonij, kada se zagrije na 300 ° C i više, počinje više reagirati aktivno s kisikom i drugim komponentama atmosfere. Kao rezultat, formiranje dioksida i hidrida s vodenom parom, s ugljičnim dioksidom - karbid i dioksid, s dušikom - cirkonijev nitrid. Do iste temperature, cirkonij je pouzdano zaštićen oksidnim filmom, koji jamči visoku kemijsku otpornost cirkonija.

A ipak cirkonij stupa u interakciju s kiselinama, to se događa ako je moguće stvaranje anionskih kompleksa. Dakle, na temperaturama iznad 100 ° C, stupa u interakciju s mješavinom dušične i fluorovodične kiseline i aqua regia:

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

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

Otapa se u fluorovodičnoj i vrućoj koncentriranoj (iznad 50%) sumpornoj kiselini:

Zr + 6HF = H2 + 2H2

Cirkonij u obliku strugotina ili praha ponaša se sasvim drugačije na zraku. Za razliku od kompaktnog metalnog cirkonija, ove se piromorfne tvari lako spontano zapale na zraku već na sobnoj temperaturi. Takav proces je egzoterman i odvija se uz veliko oslobađanje topline. Prašinasti cirkonij u mješavini sa zrakom može eksplodirati.

Interakcija cirkonija s vodom također je neobična. Većina metala u dodiru s vodom podliježe galvanskoj koroziji, koja se sastoji u prijelazu njihovih kationa u vodu. Cirkonij, kao u reakciji s kisikom, u interakciji s vodom, prekriven je zaštitnim filmom koji je netopiv. Dakle, zahvaljujući svojstvima svog zaštitnog filma, cirkonij je zaštićen od vodene korozije.

Kada se zagrije, cirkonij počinje komunicirati s plinovima. Dakle, na temperaturama iznad 800 ° C, kompaktni cirkonij počinje aktivno apsorbirati kisik:

Cirkonij počinje djelovati s dušikom na temperaturama od 700-800°C uz stvaranje nitrida: ZrN.

Iznad 300°C cirkonij počinje apsorbirati vodik, stvarajući čvrstu otopinu i hidride ZrH i ZrH2. Na 1200-1300°C u vakuumu, hidridi disociraju i sav vodik se može ukloniti iz metala.

Kada se zagrije, cirkonij također počinje reagirati s nemetalima. Na temperaturama iznad 900 ° C dolazi do interakcije s ugljikom uz stvaranje ZrC karbida. Cirkonij reagira s klorom, jodom i bromom već na 200°C, stvarajući više halogenide ZrX4 (gdje je X halogen). Interakcija s fluorom događa se na uobičajenoj temperaturi.

Četrdeseti element periodnog sustava otkrio je 1783. godine kemičar njemačkog podrijetla M.G. Klaprotom. Metalni cirkonij pročišćen od nečistoća dobiven je tek početkom 20. stoljeća. I iako je od tog trenutka prošlo gotovo 100 godina, metal još uvijek ima niz nejasnoća, počevši od podrijetla imena do utjecaja na ljudsko zdravlje. Zašto cijena 1 grama raste već nekoliko desetljeća.

Biti u prirodi

Cirkonij se u prirodi javlja samo u obliku oksida i silikata. Među njima se uglavnom razlikuju cirkon, eudialit, baddeleit. Vrijedno je napomenuti da metal u naslagama uvijek prati hafnij. To se događa zbog slične kristalne rešetke metala.

Glavni udio cirkonijevih minerala nalazi se u litosferi. Jedna tona zemljine kore čini prosječno 210 grama cirkona. Spojevi cirkonija nalaze se i u morskoj vodi. Ali ovdje je njegova koncentracija znatno niža i iznosi 0,05 mg na 1000 litara.

Lideri u broju nalazišta cirkonija su Australija (cirkon), Južna Afrika (baddeleit), nešto manje od SAD-a, Brazila i Indije. Rusija ima 10% svjetskih rezervi.

Priznanica

U početku je cirkonij izoliran iz oksida metodom "rasta". Na vruće volframove niti postavljena je cirkonijska traka. Pod utjecajem temperatura iznad 2000 ºS, metalni cirkonij zalijepio se za površinu grijača, a preostale komponente spoja su izgorjele.

Ova metoda je zahtijevala veliku količinu električne energije i ubrzo je razvijena ekonomičnija Croll metoda. Njegova bit leži u prethodnom kloriranju cirkonijevog dioksida, nakon čega slijedi redukcija magnezija. Ali razvoj metoda za dobivanje cirkonija nije tu stao. Nešto kasnije u industriji se počela koristiti još jeftinija alkalna i fluoridna redukcija cirkonija iz oksida.

Sastav cirkonija e110

Jodid cirkonij

Vrlo duktilan i niske čvrstoće. Dobiva se jodidnom metodom koja se temelji na sposobnosti metala da tvori spojeve s jodom. Istodobno se lako odvajaju štetne nečistoće i dobiva se čisti metal. Šipke su izrađene od jodid cirkonija.

Cijena

Glavni dobavljači cirkonija na svjetskom tržištu su Australija i Južna Afrika. U posljednje vrijeme prednost u izvozu cirkona i cirkonijevih minerala sve više naginje Južnoafričkoj Republici. Glavni potrošači su Europska unija (Italija, Francuska, Njemačka), Kina i Japan. Cirkon se uglavnom prodaje u obliku ferolegura.

Tijekom proteklih 10 godina, potražnja za metalom cirkonija porasla je u prosjeku za 5,2% godišnje. Proizvodni kapacitet za to vrijeme uspio je porasti za nešto više od 2%. Posljedica toga je stalna nestašica cirkonija na svjetskom tržištu, što je bio preduvjet za povećanje njegove vrijednosti.

Dva su glavna razloga za rast potražnje za ovim metalom:

• Globalno povećanje nuklearne industrije.
• Aktivna uporaba cirkonija u proizvodnji keramike.

Također, neki stručnjaci smatraju da je prestanak rudarenja baddeleita u Australiji djelomično utjecao na rast kotacija cirkonija.

Na ruskom sekundarnom tržištu metala cijena cirkonija kreće se od 450 do 7500 rubalja po kilogramu. Što je metal čišći, to je viša cijena.

Primjena

Gore navedena svojstva omogućuju cirkoniju široku upotrebu u raznim industrijama. Ovdje su sljedeća područja:

• U elektrotehnici se kao supravodič koristi legura cirkonija s niobijem. Podnosi opterećenja do 100 kA\cm2. Prijelazna točka u supravodljivi režim je 4,2 K. Također, u radio opremi, elektroničke ploče su obložene cirkonijem kako bi apsorbirali ispušne plinove. Filtri zračenja od cirkonijeva oksida za rendgenske cijevi karakterizira visoka monokromatska vrijednost.
• U nuklearnoj energetici koristi se kao materijal za ljuske gorivih šipki (zone u kojima se izravno odvija nuklearna fisija i proizvodnja topline) i druge komponente termonuklearnog reaktora.
• Metalurgija koristi cirkonij kao legirajući element. Ovaj metal je jak deoksidizator, nadmašujući i mangan i silicij u ovom pokazatelju. Dodavanje samo 0,5% cirkonija konstrukcijskim metalima (čelik 45, 30KhGSA) povećava njihovu čvrstoću za 1,5-1,8 puta. Time se dodatno poboljšava tijek procesa rezanja. Cirkon je glavna komponenta korund keramike. U usporedbi s šamotom, vijek trajanja mu je 3-4 puta veći. Ovaj vatrostalni materijal koristi se u proizvodnji lonaca i korita čeličnih peći.
• U strojarstvu se metal koristi kao materijal za proizvode poput crpki i cijevnih spojeva koji rade u agresivnom okruženju.
• U pirotehnici se metali cirkonij koriste za izradu pozdrava i vatrometa. To se događa zbog odsutnosti dima tijekom izgaranja, kao i oslobađanja značajne količine svjetlosne energije.
• U kemijskoj industriji cirkon se koristi kao sirovina za kermet - keramičko-metalni premaz s povećanom otpornošću na habanje i otpornošću na kiseline.
• U optici se aktivno koristi fianit - obrađen cirkon s dodacima skandijuma i drugih metala rijetke zemlje. Fianiti imaju značajan kut loma, što im omogućuje da se koriste kao materijal za proizvodnju leća. U nakitu je kubični cirkonij poznat kao sintetička zamjena za dijamant.
• U vojnoj industriji cirkonij služi kao punilo za ocrtavajuće metke i signalne rakete.

Fizička i kemijska svojstva

Cirkonij je metal koji izgleda kao srebro. Njegova gustoća je 6506 kg / m3. Talište - 1855,3 ºS. Specifični toplinski kapacitet varira unutar 0,3 KJ / kg C. Ovaj metal nema visoku toplinsku vodljivost. Vrijednost mu je na razini od 21 W/m C, što je 1,9 puta niže nego kod titana. Električni otpor cirkonija je 41-60 μOhm cm i izravno ovisi o količini kisika i dušika u metalu.

Cirkonij ima jednu od najnižih transverzalnih stopa hvatanja toplinskih neutrona (0,181 barna). Po ovom parametru od trenutno poznatih metala zaobilazi ga jedino magnezij (0,060 barna).

Cirkonij je, kao i željezo, paramagnetik. Njegova osjetljivost na magnetsko polje raste s porastom temperature.

Čisti cirkonij nema visoke mehaničke karakteristike. Tvrdoća mu je oko 70 jedinica po Vickersovoj ljestvici. Vlačna čvrstoća je 175 MPa, što je gotovo 2,5 puta manje od ugljičnog čelika obične kvalitete. Granica razvlačenja 55 MPa. Cirkonij je jedan od plastičnih metala s modulom elastičnosti od 96 MPa.

Sva gore navedena mehanička svojstva su uvjetna, jer. njihova se vrijednost jako mijenja s povećanjem nečistoća u sastavu cirkonija.

Dakle, povećanje udjela kisika (do 0,4%) smanjuje plastičnost cirkonija do takvog stanja da kovanje i štancanje postaje potpuno nemoguće. Povećanje sastava vodika na 0,001% povećava krhkost cirkonija gotovo 2 puta.

Cirkonij je otporan na vodu i većinu lužina i kiselina. No, poput mehaničkih karakteristika, otpornost na koroziju izravno ovisi o kontaminaciji metala elementima kao što su ugljik, titan i aluminij. Metal ne ulazi u kemijsku reakciju s 50% otopinama sumporne i klorovodične kiseline. Reagira s dušičnom kiselinom samo na temperaturama iznad 95 ºS. To je jedini metal otporan na alkalije koji u svom sastavu ima amonijak. Kada oznaka dosegne 780 ºS, počinje aktivna apsorpcija kisika cirkonijem. Kod dušika su ti procesi sporiji, ali je i temperatura niža. Samo 600 ºS.

Najaktivniji plin u tom pogledu je vodik. Njegov prodor duboko u metal počinje već na 145 ºS i praćen je tako obilnim oslobađanjem topline da se volumen cirkonija povećava. Prašina cirkonija posebno je zapaljiva zbog mogućnosti samozapaljenja u zraku. Treba napomenuti da je ovaj proces reverzibilan. Potpuno uklanjanje vodika provodi se na posebnoj opremi pri temperaturi od 800 ºS.

Ljekovita svojstva

Kao kemijski element nema nikakav učinak na ljudski organizam. Naprotiv, jedan je od biološki najinertnijih materijala. Prema ovom pokazatelju, cirkonij je ispred takvih metala kao što su titan i nehrđajući čelik. Poznate narukvice od cirkonija, koje su se aktivno reklamirale kasnih 90-ih, nisu se pokazale u stvarnoj praksi. Medicinski stručnjaci su dokazali da je dobrobit od njihove uporabe posljedica placebo učinka.

Iako je, s druge strane, poznato da nošenje naušnica od cirkonija doprinosi bržem zacjeljivanju rane nakon bušenja uha.

Godine 1789. Martin Heinrich Klaproth, član Berlinske akademije znanosti, objavio je rezultate analize dragog kamena donesenog s obale Cejlona. Tijekom ove analize izolirana je tvar koju je Klaproth nazvao cirkonska zemlja. Podrijetlo ovog imena objašnjava se na različite načine. Neki njegovo podrijetlo nalaze u arapskoj riječi "zarkun", što znači mineral, drugi smatraju da riječ "cirkonij" dolazi od dvije perzijske riječi "king" - zlato i "gun" - boja (zbog zlatne boje dragocjenosti sorta cirkona - zumbul ).

Kako je dobiven i dobiven cirkonij

Tvar koju je izolirao Klaproth nije bila novi element, već je bila oksid novog elementa, koji je kasnije zauzeo u tablici D.I. Mendeljejevljeva četrdeseta ćelija. Koristeći suvremene simbole, formula tvari koju je dobio Klaproth napisana je kako slijedi: ZrO 2.

35 godina nakon Klaprothovih eksperimenata, poznati švedski kemičar Jens Jakob Berzelius uspio je dobiti metalni cirkonij. Berzelius reducirao kalij fluorocirkonat metalnim natrijem:

K 2 + 4Na → Zr + 2KF + 2NaF

a dobio srebrno sivi metal.

Cirkonij nastao kao rezultat ove reakcije bio je krt zbog značajnog sadržaja nečistoća. Metal nije bio podložan obradi i nije mogao pronaći praktičnu primjenu. Ali moglo bi se pretpostaviti da bi pročišćeni cirkonij, poput mnogih drugih metala, bio prilično plastičan.

U XIX i ranom XX stoljeću. mnogi su znanstvenici pokušali dobiti čisti cirkonij, ali svi su pokušaji dugo vremena završili neuspjehom. Ispitana aluminotermička metoda nije pomogla, eksperimenti, čiji su autori nastojali dobiti metalni cirkonij iz otopina njegovih soli, nisu doveli do cilja. Potonje se prvenstveno objašnjava visokim kemijskim afinitetom cirkonija prema kisiku.

Da bi se bilo koji metal mogao dobiti elektrolizom iz otopine njegove soli, taj metal mora stvarati jednoatomne ione. Ali cirkonij ne stvara takve ione. Cirkonijev sulfat Zr(SO 4) 2, na primjer, postoji samo u koncentriranoj sumpornoj kiselini, a kada se razrijedi, započinje hidroliza i reakcije stvaranja kompleksa. Na kraju se ispostavlja:

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

U vodenoj otopini cirkonijev klorid također se hidrolizira:

ZrCl 4 + H 2 O → ZrOCl 2 + 2HCl.

Neki su istraživači vjerovali da su uspjeli dobiti cirkonij elektrolizom otopina, ali su bili zavedeni izgledom produkata taloženih na elektrodama. U nekim slučajevima to su doista bili metali, ali ne cirkonij, nego nikal ili bakar, čije su nečistoće bile sadržane u cirkonijevim sirovinama; u drugima, cirkonijev hidroksid koji izgleda kao metal.

Tek 20-ih godina našeg stoljeća (100 godina nakon što je Berzelius primio prve uzorke cirkonija!) razvijena je prva industrijska metoda za dobivanje ovog metala.

Ovo je metoda “build-up” koju su razvili nizozemski znanstvenici van Arkel i de Boer. Njegova bit leži u činjenici da se hlapljivi spoj (u ovom slučaju cirkonijev tetrajodid ZrI 4) termički razgrađuje u vakuumu, a čisti metal se taloži na vruću volframovu nit.

Na taj način dobiven je metalni cirkonij koji se može obrađivati ​​– kovati, valjati, valjati – otprilike jednako lako kao i bakar.

Kasnije su metalurzi otkrili da plastična svojstva cirkonija uglavnom ovise o sadržaju kisika. Ako više od 0,7% kisika prodre u rastaljeni cirkonij, tada će metal biti krt zbog stvaranja čvrstih otopina kisika u cirkoniju, čija se svojstva uvelike razlikuju od svojstava čistog metala.

Metoda nadogradnje je prvo stekla određenu popularnost, ali visoka cijena cirkonija dobivenog ovom metodom ozbiljno je ograničila njen opseg. A svojstva cirkonija pokazala su se zanimljivima. (Više o njima u nastavku.) Postoji potreba za razvojem nove, jeftinije metode za dobivanje cirkonija. Poboljšana metoda Crolla postala je takva metoda.

Croll metoda omogućuje dobivanje cirkonija upola jeftinije od metode ekstenzije. Shema ove proizvodnje uključuje dvije glavne faze: cirkonijev dioksid se klorira, a dobiveni cirkonijev tetraklorid se reducira metalnim magnezijem ispod sloja rastaljenog metala. Konačni proizvod, cirkonska spužva, topi se u šipke iu takvom obliku šalje potrošaču.

Cirkonij dioksid

Dok su znanstvenici tražili način dobivanja metalnog cirkonija, praktičari su već počeli koristiti neke njegove spojeve, prvenstveno cirkonij. Svojstva cirkonijevog dioksida uvelike ovise o tome kako je dobiven. ZrO 2 , koji nastaje kalcinacijom nekih termički nestabilnih cirkonijevih soli, netopljiv je u vodi. Slabo kalcinirani dioksid dobro se otapa u kiselinama, ali jako kalciniran postaje netopljiv u mineralnim kiselinama, osim fluorovodične.

Još jedno zanimljivo svojstvo: jako zagrijani cirkonij emitira svjetlost toliko intenzivno da se može koristiti u tehnici rasvjete. Ovo svojstvo iskoristio je poznati njemački znanstvenik Walter Hermann Nernst. Žarne šipke u Nernstovoj lampi bile su izrađene od ZrO 2 . Užareni cirkonijev dioksid ponekad služi kao izvor svjetlosti u laboratorijskim eksperimentima.

U industriji, proizvodnji silikata i metalurgiji prvi su koristili cirkonijev dioksid. Još početkom našeg stoljeća izrađivani su cirkon vatrostalni materijali koji traju tri puta duže od uobičajenih. Vatrostalni materijali s dodatkom ZrO 2 dopuštaju do 1200 taljenja čelika bez popravka u peći. To je puno.

Cirkon opeke su istisnule šamot (široko korišteni vatrostalni materijal na bazi gline ili kaolina) u topljenju metalnog aluminija, a evo i zašto. Šamot je legiran s aluminijem, a na površini se stvaraju naslage troske koje je potrebno povremeno očistiti. A cirkon opeke se ne kvase rastaljenim aluminijem. To omogućuje pećima obloženim cirkonom kontinuirani rad deset mjeseci.

Značajne količine cirkonija koriste se u proizvodnji keramike, porculana i stakla.

Popis industrija kojima je potreban cirkonij može se nastaviti unedogled. Ali da vidimo za što je bio koristan metalni cirkonij, koji se tako dugo nije mogao dobiti.

Cirkonij i metalurgija

Prvi potrošač metalnog cirkonija bila je crna metalurgija. Cirkonij se pokazao kao dobar deoksidans. U deoksidacijskom djelovanju nadmašuje čak i mangan i titan. Istodobno, cirkonij smanjuje sadržaj plinova i sumpora u čeliku, čija ga prisutnost čini manje duktilnim.

Čelici legirani cirkonijem ne gube potrebnu žilavost u širokom rasponu temperatura, dobro podnose udarna opterećenja. Stoga se čeliku koji se koristi za izradu oklopnih ploča dodaje cirkonij. Ovo vjerojatno uzima u obzir činjenicu da dodaci cirkonija imaju pozitivan učinak na čvrstoću čelika. Ako se uzorak čelika koji nije legiran cirkonijem sruši pod opterećenjem od oko 900 kg, tada čelik istog recepta, ali s dodatkom samo 0,1% cirkonija, može izdržati opterećenje od 1600 kg.

Značajne količine cirkonija troši i obojena metalurgija. Ovdje je njegovo djelovanje vrlo raznoliko. Manji dodaci cirkonija povećavaju otpornost aluminijskih legura na toplinu, a višekomponentne legure magnezija s dodatkom cirkonija postaju otpornije na koroziju. Cirkonij povećava otpornost titana na djelovanje kiselina. Otpornost na koroziju legure titana s 14% Zr u 5% klorovodičnoj kiselini na 100°C je 70 puta (!) veća od one komercijalno čistog titana. Inače, cirkonij utječe na molibden. Dodatak 5% cirkonija udvostručuje tvrdoću ovog vatrostalnog, ali prilično mekanog metala.

Postoje i druga područja primjene metalnog cirkonija. Visoka otpornost na koroziju i relativna netaljivost omogućili su njegovu upotrebu u mnogim industrijama. Predionice za proizvodnju umjetnih vlakana, vruće armature, laboratorijska i medicinska oprema, katalizatori - ovo nije potpuni popis proizvoda od metalnog cirkonija.

Međutim, metalurgija i strojogradnja nisu bili glavni potrošači ovog metala. Za nuklearnu energiju bile su potrebne ogromne količine cirkonija.

Problem "reactor-grade" cirkonija

Cirkonij nije odmah ušao u nuklearnu tehnologiju. Kako bi postao koristan u ovoj industriji, metal mora imati određeni skup svojstava. (Pogotovo ako se tvrdi da je strukturni materijal u konstrukciji reaktora.) Glavno od ovih svojstava je mali presjek hvatanja toplinskih neutrona. U načelu, ova se karakteristika može definirati kao sposobnost materijala da zarobi, apsorbira neutrone i time spriječi širenje lančane reakcije.

Presjek hvatanja neutrona mjeri se u barnima. Što je ta vrijednost veća, materijal apsorbira više neutrona i više sprječava razvoj lančane reakcije. Naravno, za reakcijsku zonu reaktora odabiru se materijali s minimalnim presjekom zahvata.

Za čisti metalni cirkonij ova vrijednost je 0,18 barna. Mnogi jeftiniji metali imaju presjek hvatanja istog reda: kositar, na primjer, ima 0,65 barna, aluminij ima 0,22 barna, a magnezij ima samo 0,06 barna. Ali i kositar, i magnezij, i aluminij su topljivi i nisu otporni na toplinu; cirkonij se tali tek na 1860°C.

Činilo se da je jedino ograničenje dosta visoka cijena elementa br. 40 (iako se za ovu industriju ne štedi novac), no pojavila se još jedna komplikacija.

U Zemljinoj kori uz cirkonij uvijek dolazi hafnij. U rudama cirkonija, na primjer, njegov sadržaj je obično između 0,5 i 2,0%. Kemijski analog cirkonija (u periodnom sustavu hafnij stoji neposredno ispod cirkonija) hvata toplinske neutrone 500 puta intenzivnije od cirkonija. Čak i manje nečistoće hafnija snažno utječu na tijek reakcije. Na primjer, nečistoća hafnija od 1,5% povećava poprečni presjek hvatanja cirkonija za faktor 20.

Tehnika se suočila s problemom potpunog odvajanja cirkonija i hafnija. Ako su pojedinačna svojstva oba metala vrlo atraktivna, onda njihova kombinirana prisutnost čini materijal apsolutno neprikladnim za nuklearnu tehnologiju.

Problem razdvajanja hafnija i cirkonija pokazao se vrlo teškim - njihova su kemijska svojstva gotovo ista zbog iznimne sličnosti u strukturi atoma. Za njihovo odvajanje koristi se složeno višestupanjsko pročišćavanje: ionska izmjena, višestruko taloženje, ekstrakcija.

Sve te operacije značajno poskupljuju cirkonij, a on je već skup: nodularni metal (99,7% Zr) višestruko je skuplji od koncentrata. Problem ekonomičnog odvajanja cirkonija i hafnija tek treba riješiti.

Ipak, cirkonij je postao "atomski" metal.

O tome, posebno, svjedoče ovakve činjenice. Prva američka nuklearna podmornica, Nautilus, bila je opremljena reaktorom od cirkonija. Kasnije se pokazalo da je isplativije izrađivati ​​ljuske gorivih ćelija od cirkonija, nego stacionarne dijelove jezgre reaktora.

Ipak, proizvodnja ovog metala raste iz godine u godinu, a stopa tog rasta je neobično visoka. Dovoljno je reći da je u desetljeću, od 1949. do 1959., svjetska proizvodnja cirkonija porasla 100 puta! Prema američkim podacima, 1975. godine svjetska proizvodnja cirkonija iznosila je oko 3000 tona.

Cirkonij, zrak i voda

U prethodnim poglavljima gotovo ništa nije rečeno o kemijskim svojstvima elementa #40. Glavni razlog tome je nevoljkost ponavljanja mnogih članaka i monografija o metalnim elementima. Cirkonij je najtipičniji metal, karakterističan predstavnik svoje skupine (i podskupine) i svog razdoblja. Karakterizira ga prilično visoka kemijska aktivnost, koja postoji, međutim, u latentnom obliku.

O razlozima te tajnovitosti i o odnosu cirkonija prema komponentama vode i zraka trebalo bi detaljnije govoriti.

Kompaktni metalik cirkonij izgleda vrlo slično čeliku. Ni na koji način ne pokazuje svoju kemijsku aktivnost iu normalnim uvjetima ponaša se izrazito inertno u odnosu na atmosferske plinove. Prividna kemijska pasivnost cirkonija objašnjava se prilično tradicionalno: na njegovoj površini uvijek postoji nevidljivi oksidni film koji štiti metal od daljnje oksidacije. Za potpunu oksidaciju cirkonija temperatura se mora podići na 700°C. Tek tada će oksidni film biti djelomično uništen i djelomično otopljen u metalu.

Dakle, 700°C je temperaturna granica iznad koje prestaje kemijska otpornost cirkonija. Nažalost, ova brojka je previše optimistična. Već na 300 °C cirkonij počinje aktivnije komunicirati s kisikom i drugim komponentama atmosfere: vodenom parom (tvoreći dioksid i hidrid), ugljičnim dioksidom (tvoreći karbid i dioksid) i dušikom (produkt reakcije je cirkonijev nitrid). Ali na temperaturama ispod 300°C, oksidni film je pouzdani štit koji jamči visoku kemijsku otpornost cirkonija.

Za razliku od kompaktnog metalnog cirkonija, njegov prah i strugotine ponašaju se na zraku. To su piroforne tvari koje se lako spontano zapale na zraku čak i na sobnoj temperaturi. Ovo oslobađa puno topline. Prašina cirkonija pomiješana sa zrakom može čak i eksplodirati.

Zanimljiv je odnos cirkonija prema vodi. Očiti znakovi interakcije metala s vodom nisu vidljivi dugo vremena. Ali na površini cirkonija namočenoj vodom odvija se proces koji nije sasvim uobičajen za metale. Kao što je poznato, mnogi metali pod djelovanjem vode podliježu galvanskoj koroziji, koja se sastoji u prijelazu njihovih kationa u vodu. Cirkonij se također pod djelovanjem vode oksidira i prekriva zaštitnim filmom, koji se ne otapa u vodi i sprječava daljnju oksidaciju metala.

Najlakši način za pretvaranje cirkonijevih iona u vodu je otapanje nekih njegovih soli. Kemijsko ponašanje četverovalentnog cirkonijevog iona u vodenim otopinama vrlo je složeno. Ovisi o mnogim kemijskim čimbenicima i procesima koji se odvijaju u vodenim otopinama.

Postojanje iona Zr +4 "u čistom obliku" je malo vjerojatno. Dugo se vremena vjerovalo da cirkonij postoji u vodenim otopinama u obliku cirkonilnih iona ZrO +2 . Kasnija istraživanja su pokazala da u stvarnosti, osim cirkonilnih iona, otopine sadrže veliki broj različitih složenih cirkonijevih iona, kako hidratiziranih tako i hidroliziranih. Njihova opća skraćena formula (4 str–m)+ .

Takvo složeno ponašanje cirkonija u otopini objašnjava se visokom kemijskom aktivnošću ovog elementa. Preparativni cirkonij (pročišćen iz ZrO 2) ulazi u mnoge reakcije, tvoreći jednostavne i složene spojeve. "Tajna" povećane kemijske aktivnosti cirkonija leži u strukturi njegovih elektronskih ljuski. Atomi cirkonija građeni su na takav način da teže pričvrstiti na sebe što više drugih iona; ako u otopini nema dovoljno takvih iona, tada se ioni cirkonija međusobno spajaju i dolazi do polimerizacije. U tom slučaju gubi se kemijska aktivnost cirkonija; reaktivnost polimeriziranih cirkonijevih iona mnogo je niža od one nepolimeriziranih. Tijekom polimerizacije smanjuje se i aktivnost otopine u cjelini.

Ovo je, općenito uzevši, "posjetnica" jednog od važnih metala našeg vremena - elementa broj 40, cirkonija.

"Nesavršeni dijamanti"

U srednjem vijeku bio je poznat nakit od tzv. nesavršenih dijamanata. Njihova nesavršenost sastojala se u manjoj tvrdoći od običnog dijamanta i nešto lošijoj igri boja nakon brušenja. Imali su i drugo ime - Matara (prema mjestu ekstrakcije - Matare, regija otoka Cejlon). Srednjovjekovni draguljari nisu znali da su dragocjeni mineral koji koriste monokristali cirkona, glavnog minerala cirkonija. Cirkon dolazi u raznim bojama, od bezbojnog do krvavo crvenog. Zlatari zovu crveni dragocjeni cirkon zumbul. Zumbuli su poznati već jako dugo. Prema biblijskoj tradiciji, drevni veliki svećenici nosili su na prsima 12 dragih kamenova, među njima i zumbul.

Je li rijetko?

Cirkonij je široko rasprostranjen u prirodi u obliku raznih kemijskih spojeva. Njegov sadržaj u zemljinoj kori je prilično visok - 0,025%, što se tiče prevalencije, zauzima dvanaesto mjesto među metalima. Unatoč tome, cirkonij je manje popularan od mnogih doista rijetkih metala. To je bilo zbog ekstremne raspršenosti cirkonija u zemljinoj kori i nepostojanja velikih naslaga njegovih prirodnih spojeva.

Prirodni spojevi cirkonija

Poznato ih je više od četrdeset. Cirkonij je u njima prisutan u obliku oksida ili soli. Najveće industrijsko značenje imaju cirkonijev dioksid, baddeleit ZrO 2 i cirkonijev silikat, cirkon ZrSiO 4 . Najsnažnija istražena nalazišta cirkona i baddeleita nalaze se u SAD-u, Australiji i Brazilu. Indija, Zapadna Afrika.

SSSR ima značajne rezerve sirovina cirkona koje se nalaze u raznim regijama Ukrajine, Urala i Sibira.

PbZrO 3 - piezoelektrični

Piezokristali su potrebni za mnoge radiotehničke uređaje: stabilizatore frekvencije, generatore ultrazvučnih vibracija i druge. Ponekad moraju raditi u uvjetima povišenih temperatura. Kristali olovnog cirkonata praktički ne mijenjaju svoja piezoelektrična svojstva na temperaturama do 300°C.

Cirkonij i mozak

Visoka otpornost na koroziju cirkonija omogućila je njegovu upotrebu u neurokirurgiji. Legure cirkonija koriste se za izradu hemostatskih stezaljki, kirurških instrumenata, a ponekad čak i niti za šivanje tijekom operacija mozga.