Cirkonij na mizi. Zapestnice iz cirkonija - zdravilna moč kovine

Ta kemični element, ki je kasneje z atomsko maso 91,224 g / mol zasedel 40. mesto v tabeli D.I. Mendelejeva, je v začetku 19. stoletja pridobil švedski kemik Jens Jakob Berzelius. Za osnovo je bil vzet ZrO2 oksid, ki so ga našli v dragulju, ki ga je s Cejlona prinesel drug znanstvenik - Martin Heinrich Klaproth. Učinek na kalijev fluorocirkonat kovinskega natrija se je izkazal za uspešnega:

K2 + 4Na → Zr + 2KF + 2NaF

Rezultat poskusov je bila proizvodnja čistega cirkonija – sijoče, srebrno bele kovine, neverjetno plastične, a hkrati precej goste. Pozneje se je izkazalo, da je Zr popolnoma primeren za obdelavo - vroče in hladno (kovanje, valjanje, žigosanje), vendar skoraj popolnoma izgubi svoje najboljše lastnosti in prejme nekovinske nečistoče.

Fizikalne lastnosti cirkonija

Znani sta dve kristalni modifikaciji cirkonija:

• α-cirkonij - heksagonalna tesno zapakirana mreža (a = 3,228Å; c = 5,120Å)
• β-cirkonij - kubična telocentrična mreža (a = 3,61Å)

Pridobivanje β-oblike iz α-oblike je mogoče s segrevanjem kovine na 862 °C.

Cirkonij ima naslednje fizikalne lastnosti:

• gostota cirkonija - 6,45 g / cm3 (v normalnih pogojih, tj. pri 20 ° C)
• tališče - 1825°С
• vrelišče 3580-3700°С
• specifična toplotna kapaciteta (25-100°С) – 0,291 kJ/(kg K)
• koeficient toplotne prevodnosti (50 ° С) - 20,96 W / (m K)
• temperaturni koeficient linearne ekspanzije (20-400 ° С) - 6,9 10-6
• električna upornost (20 ° C) - 44,1 μk cm

Kovina, ki ima kot primesi vodik, ogljik, dušik ali kisik, opazno poveča svojo krhkost. Čisti cirkonij je obdarjen z:

• modul elastičnosti (20 ° С) - 97 Gn / m2 (9700 kgf / mm 2)
• natezna trdnost - 253 MN / m 2 (25,3 kgf / mm 2)
• Trdota po Brinellu - 640-670 MN / m 2 (64-67 kgf / mm 2)

Odpornost cirkonija proti koroziji

Protikorozijska zaščita je kakovost, ki jo pri cirkoniju pogosto postavljamo v ospredje. Ta element ni topen v alkalijah, niti v dušikovi ali klorovodikovi kislini. To je odličen legirni element, zaradi katerega so vse večkomponentne magnezijeve zlitine za red velikosti bolj odporne proti koroziji.

Poleg zaščite pred korozijo lahko cirkonij bistveno izboljša druge lastnosti zlitine: ohrani njeno žilavost, poveča odpornost na udarce in v bakrovih zlitinah ohrani električno prevodnost ob znatnem utrjevanju. Le nekaj desetink odstotka Zr v magnezijevi zlitini podvoji njeno trdnost. Skoraj enako lahko rečemo za aluminijeve zlitine, ki v prisotnosti cirkonija povečajo svojo zmogljivost za red velikosti.

Cirkonij v metalurgiji

Cirkonij je kovina, ki se pogosto uporablja v metalurgiji. Najprej se uporablja kot zelo učinkovit dezoksidant (z vidika teh lastnosti se je Zr izkazal za boljšega od titana in mangana). Prav tako cirkonij prispeva k ohranjanju žilavosti jekel, hkrati pa jim daje odpornost na visoke udarne obremenitve. Končno element Zr iz zlitine odstrani pline in žveplo, kar pomeni, da prispeva k ohranjanju plastičnosti kovine.

Na primer: kovinska zlitina brez cirkonija prenese udarno obremenitev 900 kg. Samo 0,1 % dodatka Zr jo dvigne na 1600 kg.

V barvni metalurgiji cirkonij deluje kot legirni element, uporablja pa se tudi za povečanje toplotne odpornosti aluminijevih zlitin.

Naš planet je bogat z minerali, vključno s kovinami. Eden najpogostejših je cirkonij. Najdemo ga v katerem koli kotičku Zemlje. Kaj je ta kovina, kakšne so njene lastnosti in kje se uporablja?

Kemijske lastnosti

Preprosta snov cirkonij je element stranske podskupine IV skupine petega obdobja periodičnega sistema D. I. Mendelejeva. Dodelili so mu atomsko številko 40, njegova atomska masa pa je 91.224. Je jekleno siva kovina z rumenkastim odtenkom in značilnim leskom. Pridobivajo ga s pretaljevanjem cirkonijevih odpadkov in iz rudnega koncentrata, saj se v zemeljski skorji v čisti obliki ne pojavlja.

naravno kovinsko cirkonij porazdeljena v obliki kemičnih naravnih spojin - več kot 40 soli ali oksidov. Konec 18. stoletja je nemški znanstvenik Klaproth iz hijacintovega kamna izoliral cirkonijev oksid. Spada med dragocene sorte tega kamna. Do 20. stoletja kovine ni bilo mogoče dobiti v čisti obliki, v 20. letih pa so znanstveniki kljub temu dosegli uspeh.

V svoji prečiščeni obliki ima številne lastnosti, ki odlikujejo zlato:

• plastika;
• upogljiv;
• proti koroziji;
• toplotno odporne;
• paramagnetni.

Kovina ne boji se izpostavljenosti klorirani in morski vodi. Ne izgubi svojih visokih lastnosti pri nizkih in visokih temperaturah. Odporen na amoniak, kisline in alkalije. Uporablja se predvsem za dodajanje zlitinam drugih kovin, kar poveča njegovo proizvodnost in naredi njegove lastnosti skoraj edinstvene. Ime je dobil po perzijski besedi "tsargun" (zlati kamen).

Precej pogosto cirkonij zamenjati s cirkonom, ki je cirkonijev silikat. Kovina lahko spremeni svojo barvo in barva je lahko:

• zelena;
• rjav;
• Črna;
• rumena;
• včasih rdeče.

Njegova barva je odvisna od nečistoč, ki sestavljajo sestavo. Nečistoče, ki obarvajo kamen, pogosto vključujejo kalcij, baker, železo, cink, uran, stroncij in titan. Vsebuje tudi redke zemeljske elemente.

Biti v naravi

Nahajališča cirkonijeve rude so široko razširjena v črevesju zemlje. Depozite lahko vidimo v več oblikah v obliki:

• amorfni oksidi;
• soli;
• monokristali.

V afriških nahajališčih najdemo kristale, ki tehtajo do 1 kg. Največ cirkonija (kovine) je koncentrirano v Avstraliji, Indiji, Južni Afriki, Braziliji in Severni Ameriki. Te države imajo največje zaloge te kovine. Rusija ima v Sibiriji in na Uralu skoraj 10 % svetovnih zalog cirkonija. Najpogosteje se v rudi pojavlja skupaj s hafnijem, saj mu je po svojih lastnostih blizu. Vsak od njih ima svoje privlačne značilnosti, vendar jih ni mogoče uporabljati v kombinaciji. Večstopenjsko čiščenje sicer omogoča ločevanje teh dveh elementov, vendar takšen postopek izdelave bistveno podraži cirkonij.

Najdeno v naravi velik zelen in neprozoren cirkonij, lahko pa povzročijo povečano sevanje. Takšnih primerkov ni mogoče rezati, hraniti v domovih in prevažati v velikih količinah. Cirkonij zaseda 12. mesto po razširjenosti med kovinami po vsem svetu. Kljub temu je bil dolgo časa nepriljubljen element, celo v primerjavi z redkimi radioaktivnimi elementi. To je razloženo z dejstvom, da je veliko njegovih rezerv razpršenih po zemlji, vendar ni toliko zelo velikih rezerv.

Uporaba kovinskega cirkonija

Zaradi svojih edinstvenih lastnosti in kakovosti se ta element lahko uporablja v številnih panogah. Njegovo uporablja se v obliki zlitin na različnih področjih sodobne industrije:

• konstrukcija letal;
• Nuklearna energija;
• raketna znanost;
• instrumenti;
• Livarna;
• vojaška industrija;
• medicinska oprema.

Zaradi visoke stabilnosti, ki celo presega titan, je postal zelo priljubljen v medicinski industriji. Uporablja se za protetiko in izdelavo kirurških instrumentov.

Kovinski cirkonij se že dolgo uporablja za izdelavo nakita. Lahko prevzame številne odtenke, saj je anodizirana kovina. To omogoča zlatarjem, da utelešajo različne umetniške ideje pri ustvarjanju nakita. Izdelki izgledajo elegantno in lepo, zato so cenjeni na svetovnem trgu nakita.

Z visoko stopnjo zaščite pred korozijo ta legirni element pomaga narediti večkomponentne magnezijeve zlitine veliko bolj odporne proti koroziji. Izboljša tudi žilavost zlitin, poveča njihovo odpornost na udarce. V zlitinah z bakrom poleg trdnosti ohranja električno prevodnost. V zlitinah z aluminijem ta edinstven element bistveno izboljša njihovo delovanje.

Široko uporabljen element v metalurški industriji in deluje kot zelo učinkovit dezoksidant. Ta kakovost je nekajkrat višja od kakovosti mangana in titana. Cirkonij izboljša žilavost vrst jekel in jim tako pomaga, da so bolj odporna na udarne obremenitve. Spodbuja duktilnost z odstranjevanjem žvepla in plina iz zlitin. Uporablja se tudi kot legirni element v barvni metalurgiji in za povečanje toplotne kapacitete aluminijevih zlitin.

Zdravilne lastnosti

Zaradi svojih posebnih fizikalnih in kemijskih lastnosti se cirkonij aktivno uporablja v medicini. Zaradi nevtralnosti do učinkov alkalnih, kislih in vodnih okolij ter amoniaka se doda sestavkom za izdelavo medicinskih instrumentov. On spodbuja hitro celjenje ran in ima protimikrobni učinek. Zaradi teh lastnosti se v ranah ne tvori gnoj in okužbe ne prodrejo vanje.

Element ni alergen, zato olajša alergijske reakcije. Ne prepušča sevanja in velja za odličen antiseptik. V medicini so ga začeli uporabljati za izdelavo šivalnih niti. Ker je kovina zelo duktilna, omogoča ohranjanje strukture kosti med zlomi. Zaradi tega se kosti hitreje zrastejo.

Aktivno se uporablja tudi v zobozdravstvu in ortopedski protetiki. Ne draži telesnih tkiv in je nevtralen do katerega koli okolja. Mnoge vrste kovin povzročajo alergijsko reakcijo v ustni votlini, česar pa ne moremo reči o cirkoniju. Zaradi svojih lastnosti in redkih lastnosti je postal nepogrešljiv pri izdelavi medicinskih instrumentov in vsadkov.

Najdemo ga v nekaterih živilih, vendar v minimalnih količinah. Cirkonij je na primer v ovčetini, ovsenih kosmičih, rižu, pistacijah, stročnicah in drugih živilih, vendar ga je premalo, da bi imel negativne učinke na zdravje.

Menijo, da nakit s cirkonijem pozitivno vpliva na telo. Če si po prebadanju ušes takoj nadenete uhane s cirkonijem, se bodo rane hitreje zacelile. Kovina dobro vpliva na stanje kože, zato je priporočljivo nositi zapestnice in druge izdelke na telesu. Zdravilno deluje pri kožnih boleznih, artrozi, artritisu, hipertenziji. Kljub takim manifestacijam uradna medicina še ni dala takšnih dokazov.

Cirkonij (Zr) je element z atomskim številom 40 in atomsko maso 91,22. Je element sekundarne podskupine četrte skupine, pete periode periodnega sistema kemičnih elementov Dmitrija Ivanoviča Mendelejeva. Cirkonij v prostem stanju je pri normalnih pogojih briljantna srebrno bela kovina z gostoto 6,45 g/cm3. Čisti cirkonij brez primesi je zelo duktilen in ga je mogoče enostavno hladno in vroče obdelati. Tako kot mnoge druge kovine, vključno s sosedom v skupini - titanom, cirkonij, ki vsebuje nečistoče nekovin (zlasti kisik), močno poslabša svoje mehanske lastnosti. Na primer, za zanesljivo delovanje jedrskega reaktorja je potrebno, da takšne "nevarne" nečistoče, kot so bor, kadmij in druge, vsebujejo cepljive snovi v količinah, ki ne presegajo milijonink odstotka. Čisti cirkonij - eden najboljših konstrukcijskih materialov za jedrske reaktorje - postane popolnoma neprimeren za ta namen, če vsebuje že rahlo primes hafnija, ki nima lastnih mineralov in je cirkonij običajno v naravi spremljevalec.

Znanost pozna pet naravnih izotopov cirkonija: 90Zr (51,46%), 91Zr (11,23%), 92Zr (17,11%), 94Zr (17,4%), 96Zr (2,8%). Od umetno pridobljenih radioaktivnih izotopov cirkonija je najpomembnejši 95Zr, katerega razpolovna doba je 65 dni. Našel je uporabo kot sledilnik izotopov.

Leta 1789 je nemški kemik Martin Heinrich Klaproth iz analize minerala cirkona izoliral cirkonijev dioksid. V obliki prahu je bil cirkonij prvič pridobljen veliko kasneje - leta 1824 pri Jensu Jakobu Berzeliusu, plastični cirkonij pa sta šele leta 1925 pridobila nizozemska znanstvenika A. van Arkel in I. de Boer zaradi termične disociacije cirkonijevih jodidov.

Ena najdragocenejših lastnosti kovinskega cirkonija je njegova visoka odpornost proti koroziji v različnih okoljih. Na primer, ne topi se v dušikovi in ​​klorovodikovi kislini ter v alkalijah. Na tej lastnosti kovine št. 40 temelji legiranje jekel s cirkonijem. Tako postanejo večkomponentne magnezijeve zlitine z dodatkom cirkonija bolj odporne proti koroziji. Cirkonij poveča odpornost titana na delovanje kislin. Poleg tega jekla, legirana s cirkonijem, ne izgubijo zahtevane žilavosti v širokem temperaturnem območju, dobro se upirajo udarnim obremenitvam. Poveča trdnost legiranih jekel. Dodatek cirkonija k bakru znatno poveča njegovo trdnost, skoraj brez zmanjšanja električne prevodnosti. Zlitina na osnovi magnezija z dodatkom nekaj odstotkov cinka in le nekaj desetink odstotka cirkonija je dvakrat močnejša od čistega magnezija in ne izgubi trdnosti pri 200 °C. Kakovost aluminijevih zlitin se bistveno izboljša tudi s cirkonijem se jim doda.

Cirkonij težko ujame počasne (toplotne) nevtrone. Zaradi te lastnosti v kombinaciji z visoko odpornostjo proti koroziji in agresivnim okoljem, mehansko trdnostjo pri povišanih temperaturah se ta in zlitine na njegovi osnovi aktivno uporabljajo pri načrtovanju jedrskih reaktorjev.

Pri proizvodnji jekla cirkonijevi dodatki služijo za odstranjevanje kisika, dušika in žvepla iz njega. Cirkonij se uporablja tudi kot legirna komponenta nekaterih oklepnih, nerjavnih in toplotno odpornih jekel.

Na tako znani lastnosti cirkonija, kot je aktivna absorpcija plinov v segretem stanju, njegova uporaba temelji na sintranju kovinskih praškov, pa tudi v elektrovakuumski tehnologiji. Torej pri temperaturi 300 ° C cirkonij absorbira vodik, pri 400 ° C in več pa sodeluje s kisikom in dušikom.

Biološke lastnosti

Cirkonij neposredno ne igra pomembne biološke vloge v življenju človeškega telesa. Ni bioelement, ni vključen v strukturni material celic - ni vitalni mikroelement. Povsem možno je, da je to posledica slabega poznavanja vseh lastnosti te kovine, saj postopoma, leto za letom, cirkonij razkriva vedno več novih lastnosti, povezanih z vplivom tega elementa na telo in zdravje ljudi.

Trenutno se v klinikah za travmatologijo in maksilofacialno kirurgijo za zdravljenje večkratnih zlomov kosti uporablja metoda fiksatorjev (implantatov), ​​ki natančno in trdno popolnoma pritrdijo kostne fragmente, pri čemer so izključeni tudi najmanjši premiki, kar prispeva k hitri fuziji. kostnega tkiva in hitro celjenje pooperativne rane.

V svetovni praksi proizvajalci implantatov za izdelavo ploščic in vijakov uporabljajo nerjavno jeklo in titanove zlitine. V naši državi so bili razviti in obvladani vsadki iz cirkonijevih zlitin razredov E125 in E110, ki niso slabši od najboljših tujih vzorcev. Nasprotno, uporaba vsadkov iz cirkonijevih zlitin zagotavlja številne prednosti: visoko korozijsko odpornost materiala; odlična biološka združljivost (brez alergijskih reakcij in zavrnitve), zaradi česar ni potrebe po ponovnem kirurškem posegu za odstranitev vsadkov; visoke trdnostne lastnosti cirkonijevih zlitin. Relativno nizka gostota zlitine omogoča lažjo zasnovo vsadka; odlična duktilnost zagotavlja natančnejše prileganje upogiba implantata konturi kosti.

Seznam instrumentov in vsadkov za maksilofacialno kirurgijo in nevrokirurgijo je zelo širok: več kot dva ducata vrst ploščic in sponk, kortikalni vijaki za pritrditev, hemostatske sponke, svedri in celo niti za šivanje med možganskimi operacijami!

Element št. 40, tako kot njegove zlitine, ne draži okolnih mehkih tkiv in kosti, je popolnoma kompatibilen z biološkimi tkivi in ​​ima na njih tudi poseben učinek. Zdravniki so ugotovili, da nošenje uhanov iz cirkonija zaceli rano na ušesni mečici po prebadanju 2-3 dni prej kot pri nošenju zlatih uhanov. Poleg tega so ljudje, ki nenehno nosijo nakit iz cirkonija ali cirkonov, opazili znatno izboljšanje splošnega stanja kot celote. Poskusi so dali pozitivne rezultate pri zdravljenju kožnih bolezni s cirkonijevimi zapestnicami, pasovi in ​​ploščicami: dermatitis, nevrodermatitis, otroški ekcem, bolezni mišično-skeletnega sistema, hrbtenice, artritis in artroza presnovnega izvora, zlomi zgornjih in spodnjih okončin in drugo. bolezni. Pozitivni učinek opazimo pri več kot 90% bolnikov.

Zdrava polovica preiskovancev ni občutila nobenih negativnih učinkov nošenja zapestnic, vendar je opazila izboljšanje splošnega zdravja.

Tako je mogoče trditi, da cirkonijeve zapestnice in drug nakit iz te kovine, njenih zlitin in mineralov niso zdravilo za vse bolezni, vendar imajo določen zdravilni učinek na človeško telo. V vsakem primeru ne škodi.

Srednjeveški draguljarji so pogosto uporabljali tako imenovane "nepopolne diamante" za ustvarjanje edinstvenega nakita. Ti "diamanti" so se malo razlikovali od pravih draguljev - nekoliko mehkejši in nekoliko motnejši, kar ni dovolilo, da bi rezani kamen zasijal in lesketal kot diamant. Ti kamni so imeli tudi bolj specifična imena: diamanti Matara - glede na kraj njihovega pridobivanja - območje Matare (Matturai) na otoku Šrilanka. Žargon ali cejlonski žargon - Rumeni, slamnato rumeni in dimljeni cirkoni. Imenujejo jih tudi siamski diamanti. Starlite ali starlight - cirkon naravne nebesno modre barve ali pridobljen po termokemični obdelavi. Hijacint - prozoren medeno-rumen, rdeče-rjav, rdeče-rjav, rdeč, roza cirkon. Barva tega kamna spominja na hijacinto - rožo, ki jo je po starogrškem mitu vzgojil Apolon iz telesa (ali krvi) lepega mladeniča Hijacinta, Apolonovega ljubljenca, ki ga je ubil Zefir, bog vetra.

Seveda pa srednjeveški obrtniki niso vedeli, da obdelujejo cirkonijev mineral – cirkonijeve monokristale.

Cirkonij ima zelo majhen presek zajema toplotnih nevtronov. Zato se kovinski cirkonij, ki ne vsebuje hafnija, in njegove zlitine uporabljajo v jedrski energiji za izdelavo gorivnih elementov, gorivnih elementov in drugih konstrukcij jedrskih reaktorjev. Tako so na prvo ameriško jedrsko podmornico Nautilus namestili reaktor, v celoti izdelan iz cirkonija. Kasneje se je izkazalo, da je bolj donosno izdelovati obloge gorivnih elementov (TVEL) iz cirkonija in ne stacionarnih delov reaktorske sredice.

Dodatki cirkonija med legiranjem jekel povečajo trdnostne lastnosti zlitine. Tako se prototipi jekel, ki niso legirani s cirkonijem, uničijo pod obremenitvijo, manjšo od tone, jeklo enake sestave, vendar z dodatkom le 0,1% cirkonija, lahko prenese obremenitev več kot eno in pol tone!

Specifikacije za cirkonij tako imenovane "reaktorske čistosti" dovoljujejo prisotnost največ 0,02% hafnija v njem. A tudi takšni homeopatski odmerki večnega spremljevalca cirkonija precej občutno – šestinpolkrat – zmanjšajo nevtronsko prosojnost cirkonija!

Cirkonijev dioksid ima zelo zanimivo lastnost: močno segret oddaja svetlobo tako intenzivno, da se lahko uporablja v svetlobni tehniki. Za to lastnost cirkonijevega dioksida je prvi izvedel slavni nemški fizik Walter Hermann Nernst. Na podlagi tega nenavadnega pojava je fizik zasnoval svetilko, ki je kasneje dobila ime "Nernstova svetilka", v kateri so bile žarilne palice izdelane iz cirkonijevega dioksida.

Zelo zanimivo uporabo je našel cirkonijev tetraklorid. Električna prevodnost plošče te snovi se spreminja glede na pritisk, ki deluje nanjo. Na tem principu temelji delovanje univerzalnega manometra - naprave, ki meri tlak. Z najmanjšo spremembo tlaka se spremeni tudi jakost toka v tokokrogu naprave, katere lestvica je umerjena v enotah tlaka. Takšni manometri so izjemno občutljivi na spremembe tlaka, zato lahko z njimi določamo tlak od stotisočink atmosfere do tisoče atmosfer!

Svoje vodoodbojne lastnosti dežni plašči dolgujejo cirkonijevim solim, ki so del posebne emulzije za impregnacijo tkanin. Cirkonijeve soli se uporabljajo tudi za izdelavo barvnih tiskarskih barv, posebnih lakov in plastike. Kot katalizator se cirkonijeve spojine uporabljajo pri proizvodnji visokooktanskega motornega goriva. Sulfatne spojine tega elementa so znane po svojih odličnih strojilnih lastnostih.

Zgodba

Pravzaprav je zgodovina priljubljenosti cirkonija pri človeštvu precej stara - tudi v času vladavine Rima v Judeji so visoki duhovniki v svojem nakitu nosili hijacint - kristale cirkonija - glavni mineral cirkonija. Srednjeveški draguljarji iz različnih držav so pogosto okrasili svoje izdelke s temi kristali. Nakit s cirkoni je pridobil posebno popularnost v Indiji v 15.-16. stoletju in v tridesetih letih 19. stoletja.

Ta mineral, ki vsebuje cirkonij, so kopali na otoku Cejlon, od koder so ga trgovci nato v izobilju izvažali v številne države. Ti kristali so pridobili tako izjemno priljubljenost zaradi svoje raznolike in zelo lepe barve: od prozorne brezbarvne do bledo rumeno-rjave, ki se spreminja v sivo-zeleno do krvavo-rdečo. To je bil rdeči cirkon, ki so ga draguljarji imenovali hijacint (staro ime je peradol), pri čemer so ga imeli za eno od vrst topaza ali rubina, ki mu je po kemični sestavi podoben. Šele ob koncu 18. stoletja je hijacint dobil svoje sodobno ime - cirkon Zr, tako ime mu je dal mineralog Werner.

Prav eden od teh cirkonov iz Cejlona je padel v roke M. G. Klaprotha, člana Berlinske akademije znanosti. Leta 1789 je izvedel raziskavo dragulja po lastni metodi in še istega leta objavil rezultate analize. Klaproth je pridobil snov, ki jo je poimenoval "cirkonska zemlja". V posebnem srebrnem lončku je zlil cirkonov prah z jedko alkalijo, nato pa zlitino raztopil v žveplovi kislini. Nadalje je kemik iz raztopine izločil silicijevo kislino in železo, nakar je dobil kristale soli in iz njih oksid (isto zemljo), ki ga je imenoval "cirkonij" (Zirconerde).

S takim imenom je Klaprot najverjetneje zavrnil naslednje perzijske koncepte: "zar" ("kralj") - zlato in "pištola" ("pištola") - barva, torej dobesedno - "zlate barve". Iz naslednjih premislekov lahko ugibamo, da je imel mineral, ki je bil v rokah kemika, zlato rjavo barvo. Druga domneva o izvoru imena temelji na arabski besedi "zarkun" - cinober, mineral. Kot lahko vidite, sta si besedi zelo podobni, kar pomeni, da iz njunega pomena izhaja ime kovine.

V ruskih virih so imena podobna, čeprav imajo majhne razlike. Tako je Scherer (1808) imenoval kovino "cirkon", Zakharov (1810) se drži iste formulacije, Dvigubsky (1824) je bolj izviren - "osnova cirkonske zemlje" ali "cirkonij", Strakhov (1825) imenuje kovino "cirkon".

Tudi cirkonijev (II) oksid je izoliral Giton de Morovo samo iz hijacinte, najdene v Franciji.

Kovinski cirkon (z zelo visokim deležem primesi) je prvi uspel pridobiti J. J. Berzelius leta 1824 z redukcijo kalijevega fluor-cirkonata s kovinskim natrijem:

K2 + 4Na → Zr + 2KF + 2NaF

Rezultat je bila srebrno siva kovina, ki je bila tako krhka, da je ni bilo mogoče obdelati. Razlog za to je bila visoka vsebnost nečistoč. Posledično ta element ni bil uporabljen. Dolgo časa so znanstveniki iz različnih držav poskušali rešiti problem čistosti kovin. Šele leta 1914 je bilo mogoče pridobiti razmeroma čist cirkonij, kovino, ki jo je mogoče obdelovati (kovati, valjati, valjati) približno tako kot baker, pa sta uspela izolirati šele leta 1925 nizozemska kemika van Arkel in de Boer. . Odstopili so od tradicionalne in široko uporabljene metode elektrolize, pri čemer so uporabili svojo novo »build-up« metodo, ki je bila sestavljena iz dejstva, da je bila hlapna spojina (v njihovem primeru je bil to cirkonijev tetrajodid ZrI4) izpostavljena termičnemu razkroju v vakuumu, in čista kovina je bila odložena na vročo volframovo nitko.

Biti v naravi

Cirkonij je dokaj pogost element: njegova vsebnost v zemeljski skorji je 0,025% teže. Med kovinami po razširjenosti zaseda dvanajsto mesto. Vendar je cirkonij zelo razpršen in kakršna koli znatna kopičenja so redka. Torej v glavnih kamninah njegova vsebnost ne presega 1.3.10-2%; v granitih, peščenih in glinenih tleh je ta element veliko pogostejši - 2 10-2%, vendar je cirkonij najpogostejši v alkalnih kamninah - 5 10-2%, kar je celo višje od povprečne vsebnosti v zemeljski skorji na splošno . Najpogosteje ga najdemo v obliki različnih kemičnih spojin, ki se pojavljajo v litosferi, saj je cirkonij litofilni element. V naravi poznamo njegove spojine izključno s kisikom v obliki oksidov in silikatov. Kljub temu, da je cirkonij element v sledovih, obstaja približno 40 mineralov, v katerih je cirkonij prisoten v obliki oksidov ali soli. Zaradi takšne razpršenosti v kamninah in odsotnosti velikih nahajališč se cirkonij uporablja veliko manj kot resnično redke kovine. Ta kovina je šibek vodni selivec - vsebnost cirkonija v morski vodi ne presega 0,00005 mg/l. V biološkem okolju tudi ni pogosta.

V naravi je pretežno razširjen cirkon ZrSiO4, v katerem je 67,1 % ZrO2, baddeleit ZrO2 in različni kompleksni minerali: evdialit (Na,Ca)6ZrOH(Si3O9)2(OH,Cl)2 itd.

Cirkon je najpogostejši cirkonijev mineral, poznan že v antiki, ko so ga imenovali hijacint, azorit, auerbahit, engelhardit in druga imena. Cirkon je otoški silikat, ki ga najdemo v vseh vrstah kamnin, vendar je najbolj značilen za granite in sienite. Mineral je dobro oblikovan kristal, katerega videz se razlikuje glede na pogoje nastanka, tako da so v granitih in granitnih pegmatitih kristali dolgoprizmatične narave, v alkalnih in metasomatskih kamninah pa dipiramidalni tip. Najdete lahko tudi "dvojčke", "zgibne dvojčke", radialno-sevalne in snopičaste izrastke.

Pogosto so kristali razmeroma majhni (le nekaj milimetrov), vendar obstajajo izjeme, ki tehtajo več deset ali celo sto karatov. Več centimetrov dolge kristale cirkona so našli v okrožju Hinderson v Severni Karolini. Na Madagaskarju najdbe, težke po več kilogramov, niso redke. V Združenih državah Amerike ima Smithsonian Institution več cirkonov, pripeljanih z otoka Šrilanka. Razlikujejo se po barvi in ​​teži: največji cirkon - rjav tehta 118,1 karata; rumeno-rjava 97,6; rumena 23,5, brezbarvna 23,9. Tam si lahko ogledate tudi velike kristale iz Burme in Tajske. Z bogatimi zbirkami velikih cirkonov se lahko pohvalijo Londonski geološki muzej, Ameriški prirodoslovni muzej v New Yorku in Kanadski muzej v Torontu. Na Uralu so izkopali veliko velikih in zelo lepih cirkonov.

Cirkoni pogosto vsebujejo številne primesi: železo, aluminij, redke zemeljske kovine, hafnij, berilij, uran in druge. V zvezi s tem znanstveniki razlikujejo več vrst cirkona: malakon, citrolit, alvit, aršinovit in številne druge.

Mineral baddeleit je bil za razliko od cirkona odkrit relativno nedavno - leta 1892 v Braziliji. Tam se nahaja tudi glavno nahajališče tega minerala Posos de Caldas. Nekatere najdbe tega nahajališča so preprosto neverjetne - eden od blokov baddeleita, izvlečen iz kamnine, je tehtal 30 ton! Ob bregovih rek in potokov se pojavlja baddeleit v obliki naplavljenih prodnikov do premera 7,5 mm, ki vsebuje preko 90 % cirkonijevega dioksida. Zaradi njegovega videza so lokalni rudarji ta kamenček poimenovali »favas«, kar v portugalščini pomeni »fižol« (fava).

Aplikacija

Področja uporabe cirkonija in mineralov, ki ga vsebujejo, so izjemno raznolika, povezana so z visokotehnološkimi panogami in hkrati s proizvodnjo najpogostejših izdelkov široke porabe.

Prvi porabnik cirkonija je bila metalurgija - najprej črna, nato barvna. To je posledica številnih lastnosti štiridesetega elementa. Zaradi velike afinitete do kisika, dušika, žvepla in fosforja se zlitina cirkonija z železom in silicijem ali z aluminijem in silicijem uporablja kot deoksidator in čistilo jekla.

Cirkonij se pogosto uporablja kot legirni element, saj jim dodajanje drugim kovinam daje posebne lastnosti - toplotno odpornost, kislinsko odpornost in številne druge. Zlitine s cirkonijem poleg novo pridobljenih lastnosti povečajo svojo mehansko trdnost, kar pripomore k daljši življenjski dobi in razširitvi možnosti uporabe na različnih področjih. Vredno je navesti nekaj primerov takih zlitin in njihovih področij uporabe.

Ferocirkonij (zlitina cirkonija z železom), ki vsebuje do 20% Zr, se uporablja v metalurgiji kot deoksidator in razplinjevalec jekla. Kemiki in metalurgi so ugotovili, da ima dodajanje cirkonija železovim zlitinam enak učinek kot vnos silicija vanje: izboljša se kakovost nerjavnih in toplotno odpornih jekel, povečata se mehanska trdnost in varivost jekel.

Druga cirkonijeva zlitina, ki se poleg ferozirkonija pogosto uporablja v črni metalurgiji, je zlitina s silicijem. Ta zlitina se uporablja za razplinjevanje jekel, ker je cirkonij energijski deoksidator in dodatek za rafiniranje, njegova uvedba hitro zmanjša kovinske okside in odstrani dušik.

Zlitine bakra in cirkonija se uporabljajo za izdelavo prevodnih delov električne opreme, ki se med delovanjem segrejejo. Uvedba cirkonija praktično ne vpliva na visoko električno prevodnost bakra, vendar bistveno poveča trdnost in toplotno odpornost zlitine.

Zlitine magnezija s cirkonijem imajo dobre mehanske in fizikalne lastnosti in veljajo za najprimernejše za konstrukcijske namene.

Zlitine aluminija s cirkonijem (do 3% Zr) so odporne proti koroziji, uporabljajo se v mrežah katodnih vakuumskih cevi.

Cirkonij, očiščen iz hafnija, je pridobil največji pomen kot strukturni material v jedrskih reaktorjih. Visoka odpornost proti koroziji v kombinaciji z mehansko trdnostjo, visokim tališčem in nizkim efektivnim prerezom absorpcije toplotnih nevtronov je nedavno omogočila široko uporabo cirkonija za prevleko gorivnih elementov (TVEL).

Nizek in enakomeren koeficient toplotnega raztezanja, visoka odpornost proti koroziji ter visoka mehanska trdnost in kemična odpornost so privedli do uporabe cirkonija za izdelavo visokokakovostne kemične opreme, medicinske opreme, vsadkov in niti za nevrokirurgijo.

Izolatorji v visokofrekvenčni opremi iz materialov, ki vsebujejo cirkonij, bistveno zmanjšajo izgube energije.

Cirkonij v prahu se uporablja predvsem pri izdelavi svetlobnih raket, detonatorjev, vžigalnih vžigalnih vžigalnikov in daljinskih bomb.

Še vedno pa se večina pridobljenih cirkonijevih surovin (približno 90 %) uporablja v mineralni obliki v obliki cirkona, ki vsebuje do 66 % cirkonijevega dioksida (ZrO2). Zaradi svojih lastnosti - visokega tališča (več kot 2700 ° C), nizkega koeficienta toplotnega raztezanja in odpornosti proti kemičnim napadom - se je ZrO2 široko uporabljal na najrazličnejših področjih. Široko se uporablja pri proizvodnji toplotno zaščitnih premazov, visoko ognjevzdržnih izdelkov, trdnih elektrolitov, toplotno odpornih emajlov, ognjevzdržnih stekel, različnih vrst keramike, keramičnih pigmentov, katalizatorjev, rezilnih orodij in abrazivnih materialov, umetnih draguljev. V zadnjem desetletju se je s hitrim razvojem elektronike in računalniške tehnologije ter različnih komunikacijskih sredstev cirkonijev dioksid začel množično uporabljati v optičnih vlaknih in proizvodnji keramike, ki se uporablja v elektroniki.

Zaradi visoke trdote se cirkonijev karbid ZrC uporablja kot brusilni material, pa tudi kot nadomestek diamantov pri rezanju stekla.

Proizvodnja

Glavni surovinski vir industrijske proizvodnje kovinskega cirkonija je mineral cirkon ZrSiO4.

Glavne metode za pridobivanje kovinskega cirkonija lahko razdelimo v tri skupine: 1) metode predelave; 2) metode toplotne disociacije in 3) elektrolitske metode.

Najprej gredo cirkonijeve rude skozi fazo obogatitve, za katero se uporablja gravitacijska metoda s čiščenjem koncentrata z elektrostatično in magnetno separacijo. Kovinski cirkonij se proizvaja iz njegovih spojin, ki se pridobivajo z razgradnjo koncentrata. V tem primeru so možne naslednje možnosti:

a) sintranje z apnom ali kalcijevim karbonatom z dodatkom CaCl2 pri temperaturah nad 1100 ° C:

ZrSiO4 + ZCaO = CaZrO3 + Ca2SiO4

b) sintranje s sodo pri temperaturi nad 1000 ° C ali taljenje s kavstično sodo (temperatura mora biti nad 500 ° C):

ZrSiO4 + 2Na2CO3 = Na2ZrO3 + Na2SiO3 + 2CO2

Iz zlitine ali sintra, proizvedenega z alkalnim odpiranjem, najprej odstranimo silicijeve spojine z izpiranjem z vodo ali razredčeno klorovodikovo kislino, nato pa ostanek razgradimo s klorovodikovo ali žveplovo kislino. Rezultat so oksiklorid in sulfati.

c) sintranje s kalijevim fluorosilikatom pri temperaturah blizu 1000 ° C:

ZrSiO4 + K2SiF6 = K2ZrF6 + 2SiO2

Nastalo fluorocirkonatno pogačo segrejemo in speremo z nakisano vodo, kalijev fluorocirkonat preide v vodo, ko se raztopina ohladi, se sprosti večina (75-90%).

d) kloriranje s premogom pri temperaturi približno 1000 ° C, medtem ko je možna predhodna karbidizacija pri temperaturi od 1700 do 1800 ° C, namenjena odstranitvi večine silicija v obliki zelo hlapnega oksida (SiO). Rezultat je cirkonijev klorid ZrCl4, ki je sublimiran in utrjen.

Cirkonijeve spojine izoliramo iz nastalih kislih raztopin z naslednjimi metodami:

a) hidrolitsko obarjanje bazičnih cirkonijevih sulfatov xZrO2.ySO3 zH2O iz raztopin žveplove kisline ali klorovodikove kisline;

b) kristalizacija cirkonijevega oksiklorida ZrOCl2 · 8H2O med izhlapevanjem raztopin klorovodikove kisline;

c) kristalizacija cirkonijevega sulfata Zr(SO4)2 z dodatkom koncentrirane žveplove kisline ali z izhlapevanjem raztopin žveplove kisline. Kot rezultat žganja sulfatov in kloridov dobimo ZrO2.

Vse cirkonijeve spojine, pridobljene iz koncentratov, vedno vsebujejo hafnij. Čiščenje cirkonija iz njega je precej naporen in drag postopek. Cirkonij ločimo od svojega stalnega spremljevalca s frakcijsko kristalizacijo K2ZrF6, ekstrakcijo iz kislih raztopin z organskimi topili (na primer tributil fosfat), metodami ionske izmenjave in selektivno redukcijo tetrakloridov (ZrCl4 in HfCl4).

Obstaja metoda "izgradnje", ki sta jo razvila nizozemska znanstvenika van Arkel in de Boer. Sestavljen je iz dejstva, da se hlapna spojina (cirkonijev tetrajodid ZrI4) termično razgradi v vakuumu in čista kovina se nanese na vroč volframov filament. V dvajsetih letih prejšnjega stoletja je bila ta metoda široko uporabljena, vendar so visoki stroški cirkonija, pridobljenega s to metodo, močno omejili njen obseg. Zato se je pojavila potreba po razvoju nove, cenejše metode za pridobivanje cirkonija. Na ta način je postala izboljšana Krolova metoda. Shema te proizvodnje vključuje dve glavni stopnji: cirkonijev dioksid se klorira, nastali cirkonijev tetraklorid pa se reducira s kovinskim magnezijem pod plastjo staljene kovine. Končni produkt, cirkonijevo gobo, pretopimo v palice in v takšni obliki pošljemo potrošniku.

Fizične lastnosti

Kot vemo, je cirkonij v prosti kovinski obliki izoliral že davno – leta 1824 ga je izoliral švedski kemik Jens Berzelius. Več desetletij ni bilo mogoče pridobiti elementa visoke stopnje čistosti, zato ni bilo mogoče preučiti fizikalnih lastnosti te kovine. Šele sredi dvajsetega stoletja je znanstvenikom uspelo pridobiti cirkonij brez nečistoč. Izkazalo se je, da je v cirkoniju, včasih v zelo velikih količinah, hafnij - stalni spremljevalec te kovine, ki prej ni bil opažen zaradi kemičnih lastnosti, podobnih cirkoniju.

Čisti cirkonij ima videz tipične kovine - briljantne srebrno sive barve, ki spominja na jeklo, vendar se od njega razlikuje po večji trdnosti in duktilnosti. Poleg tega je zadnja kakovost, kot ugotavljajo metalurgi, neposredno odvisna od količine kisika v cirkoniju. Torej, če v staljeni tekoči cirkonij vstopi več kot 0,7% kisika, bo kovina krhka zaradi tvorbe trdnih raztopin kisika v cirkoniju, katerih lastnosti se močno razlikujejo od lastnosti čiste kovine. Enak učinek imajo nečistoče dušika, ogljika in vodika. Gostota čistega cirkonija pri 20°C je 6,45 g/cm3, trdota po Brinellu je 640-670 Mn/m2 ali 64-67 kgf/mm2. Na trdoto velik vpliv ima prisotnost nečistoč (predvsem kisika), ki povečujejo trdoto cirkonija in zmanjšujejo njegovo krhkost. Tako z vsebnostjo kisika več kot 0,2% cirkonij ni primeren za hladno obdelavo s pritiskom. Natezna trdnost cirkonija je 253 MN/m2 ali 25,3 kgf/mm2, modul elastičnosti pri 20°C = 97 Gn/m2 ali 9700 kgf/mm2.

Cirkonij je kovina visokih temperatur: tališče (tmelt) cirkonija visoke čistosti je 1845° C, vrelišče (tboil) je 3580-3700° C. Cirkonijev dioksid ZrO2 je ena najbolj ognjevzdržnih snovi v naravi. Topi se pri 2680°C! Takšne lastnosti kovine in njenega dioksida so določile njihovo uporabo v metalurgiji: legiranje toplotno odpornih in toplotno odpornih jekel s cirkonijem, uporaba ZrO2 pri izdelavi ognjevzdržnih materialov.

Zgornjim toplotnim karakteristikam cirkonija je treba dodati še: specifično toplotno kapaciteto v temperaturnem območju 25-100°C = 0,291 kJ/(kg∙K) ali 0,0693 cal/(g∙°C); koeficient toplotne prevodnosti pri 50 ° С = 20,96 W / (m ∙ K) ali 0,050 cal / (cm s ∙ ° С); temperaturni koeficient linearne ekspanzije pri temperaturah 20-400 ° С = 6,9∙10-6. Temperatura prehoda v stanje superprevodnosti je 0,7K.

Za kovinski cirkonij sta značilni dve alotropni modifikaciji: α-modifikacija, ki ima heksagonalno strukturo in je stabilna pri temperaturah pod 863 °C, in β-modiifikacija, ki ima mrežo prostorsko centrirane kocke in je stabilna pri temperaturah nad 863 ° C. Tako pride do prehoda α-modifikacije v β - modifikacijo pri tej mejni temperaturi 863 ° C. Poleg tega dodatek aluminija, svinca, kositra in kadmija poveča temperaturo prehoda iz enega stanja v drugo in dodatek železa, kroma, niklja, molibdena, bakra, titana in nekaterih drugih kovin - nižji.

Električna upornost cirkonija visoke čistosti pri 20 °C = 44,1 mikrohm∙cm. Cirkonij je paramagneten, njegova specifična magnetna občutljivost se poveča pri segrevanju kovine. Tako je pri temperaturi -73 ° C specifična magnetna občutljivost cirkonija 1,28 ° C, pri 327 ° C pa 1,41 ° C.

Najdragocenejša lastnost čistega cirkonija je njegov majhen presek zajetja toplotnih nevtronov (0,18 barna). To je veliko manj kot druge kovine - železo (2,53 barna), nikelj (4,60 barna) ali baker (3,69 barna). Čeprav ima veliko cenejših kovin presek zajetja istega reda: 0,65 barna za kositer, 0,22 barna za aluminij in še manj za magnezij - le 0,06 barna. Vendar so vse naštete kovine za razliko od cirkonija taljive in toplotno neobstojne. Zato se ta kovina uporablja kot konstrukcijski material pri gradnji reaktorjev.

Kemijske lastnosti

Ena najbolj izjemnih lastnosti cirkonija je njegova visoka korozijska odpornost na številne agresivne medije. Z vidika odpornosti proti koroziji cirkonij presega tako odporne kovine, kot sta niobij in titan. V normalnih pogojih je cirkonij inerten glede na atmosferske pline in vodo ter ne reagira s klorovodikovo in žveplovo (do 50-odstotne koncentracije) kislino. Med poskusi je bilo ugotovljeno, da nerjavno jeklo izgubi približno 2,6 milimetrov na leto v petih odstotkih klorovodikove kisline pri 60 ° C, titan - približno 1 milimeter in cirkonij - 1000-krat manj. Cirkonij ima največjo odpornost na alkalije, je edina kovina, odporna na alkalije, ki vsebujejo amoniak. Z vidika odpornosti na agresivne medije je cirkonij slabši celo od tantala - enega najmočnejših borcev proti koroziji.

Takšno odpornost je enostavno razložiti s kemičnimi lastnostmi cirkonija, oziroma s tvorbo zaščitnega oksidnega filma na njegovi površini, ki ščiti kovino pred nadaljnjim uničenjem. Za popolno oksidacijo cirkonija ga bo treba segreti do 700°C, šele takrat bo film delno uničen, delno raztopljen v kovini. Izkazalo se je, da je ravno temperatura 700 ° C meja, nad katero se konča kemična odpornost elementa številka 40. Toda še pred to mejo začne cirkonij, ko se segreje na 300 ° C in več, bolj reagirati aktivno s kisikom in drugimi sestavinami ozračja. Kot rezultat, z vodno paro tvorita dioksid in hidrid, z ogljikovim dioksidom - karbid in dioksid, z dušikom - cirkonijev nitrid. Do iste temperature je cirkonij zanesljivo zaščiten z oksidnim filmom, ki zagotavlja visoko kemično odpornost cirkonija.

In vendar cirkonij medsebojno deluje s kislinami, to se zgodi, če je možna tvorba anionskih kompleksov. Torej pri temperaturah nad 100 ° C sodeluje z mešanico dušikove in fluorovodikove kisline in aqua regia:

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

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

Topi se v fluorovodikovi in ​​​​vroči koncentrirani (nad 50%) žveplovi kislini:

Zr + 6HF = H2 + 2H2

Cirkonij v obliki ostružkov ali prahu se na zraku obnaša povsem drugače. V nasprotju s kompaktnim kovinskim cirkonijem se te piromorfne snovi hitro spontano vnamejo na zraku že pri sobni temperaturi. Tak proces je eksotermičen in poteka z velikim sproščanjem toplote. Prahu podoben cirkonij v mešanici z zrakom lahko eksplodira.

Nenavadna je tudi interakcija cirkonija z vodo. Večina kovin v stiku z vodo je podvržena galvanski koroziji, ki je sestavljena iz prehoda njihovih kationov v vodo. Cirkonij, tako kot pri reakciji s kisikom, pri interakciji z vodo, je prekrit z zaščitno folijo, ki je netopna. Tako je cirkonij zaradi lastnosti zaščitnega filma zaščiten pred vodno korozijo.

Pri segrevanju cirkonij začne delovati s plini. Torej pri temperaturah nad 800 ° C začne kompaktni cirkonij aktivno absorbirati kisik:

Cirkonij začne interakcijo z dušikom pri temperaturah 700-800 ° C s tvorbo nitrida: ZrN.

Nad 300 °C začne cirkonij absorbirati vodik, tvori trdno raztopino in hidrida ZrH in ZrH2. Pri 1200-1300 °C v vakuumu hidridi disociirajo in ves vodik se lahko odstrani iz kovine.

Pri segrevanju začne cirkonij reagirati tudi z nekovinami. Pri temperaturah nad 900 ° C pride do interakcije z ogljikom s tvorbo ZrC karbida. Cirkonij že pri 200°C reagira s klorom, jodom in bromom, pri čemer nastanejo višji halogenidi ZrX4 (kjer je X halogen). Interakcija s fluorom poteka pri običajni temperaturi.

Štirideseti element periodnega sistema je leta 1783 odkril kemik nemškega porekla M.G. Klaprotom. Kovinski cirkonij, očiščen iz nečistoč, je bil pridobljen šele v začetku 20. stoletja. In čeprav je od tega trenutka minilo skoraj 100 let, ima kovina še vedno številne nejasnosti, začenši z izvorom njenega imena in konča z vplivom na zdravje ljudi. Zakaj cena 1 grama le tega raste že nekaj desetletij.

Biti v naravi

Cirkonij se v naravi pojavlja le v obliki oksidov in silikatov. Med njimi se razlikujejo predvsem cirkon, evdialit, baddeleit. Omeniti velja, da kovino v nahajališčih vedno spremlja hafnij. To se zgodi zaradi podobne kristalne mreže kovin.

Glavni delež cirkonijevih mineralov se nahaja v litosferi. Ena tona zemeljske skorje predstavlja v povprečju 210 gramov cirkona. Cirkonijeve spojine najdemo tudi v morski vodi. Vendar je njegova koncentracija tukaj precej nižja in znaša 0,05 mg na 1000 litrov.

Vodilni po številu nahajališč cirkonija so Avstralija (cirkon), Južna Afrika (baddeleit), nekoliko manj kot ZDA, Brazilija in Indija. Rusija ima 10% svetovnih rezerv.

potrdilo o prejemu

Sprva je bil cirkonij izoliran iz oksidov z metodo "rast". Na vroče volframove filamente je bil nameščen cirkonijev trak. Pod vplivom temperatur nad 2000 ºС se je kovinski cirkonij prilepil na površino grelnika, preostale komponente spojine pa so izgorele.

Ta metoda je zahtevala veliko električne energije in kmalu je bila razvita bolj ekonomična metoda Croll. Njegovo bistvo je v predhodnem kloriranju cirkonijevega dioksida, ki mu sledi redukcija magnezija. Toda razvoj metod za pridobivanje cirkonija se tu ni ustavil. Nekaj ​​kasneje se je v industriji začela uporabljati še cenejša alkalna in fluoridna redukcija cirkonija iz oksidov.

Sestava cirkonija e110

Cirkonijev jodid

Visoko duktilen in z nizkimi trdnostnimi lastnostmi. Pridobiva se z jodidno metodo, ki temelji na sposobnosti kovine, da tvori spojine z jodom. Hkrati se zlahka ločijo škodljive nečistoče in dobimo čisto kovino. Palice so izdelane iz cirkonijevega jodida.

Cena

Glavna dobavitelja cirkonija na svetovnem trgu sta Avstralija in Južna Afrika. V zadnjem času se prednost pri izvozu cirkona in cirkonijevih mineralov vse bolj nagiba k Južnoafriški republiki. Glavni porabniki so Evropska unija (Italija, Francija, Nemčija), Kitajska in Japonska. S cirkonom se trguje predvsem v obliki ferozlitin.

V zadnjih 10 letih se je povpraševanje po cirkonijevi kovini v povprečju povečalo za 5,2 % na leto. Proizvodne zmogljivosti so se v tem času uspele dvigniti za nekaj več kot 2 %. Posledično se je na svetovnem trgu oblikovalo stalno pomanjkanje cirkonija, kar je bil predpogoj za povečevanje njegove vrednosti.

Obstajata dva glavna razloga za rast povpraševanja po tej kovini:

• Globalno povečanje jedrske industrije.
• Aktivna uporaba cirkonija v proizvodnji keramike.

Tudi nekateri strokovnjaki menijo, da je prenehanje rudarjenja baddeleita v Avstraliji delno vplivalo na rast kotacij cirkonija.

Na ruskem sekundarnem trgu kovin se stroški cirkonija gibljejo od 450 do 7500 rubljev na kilogram. Čim čistejša je kovina, tem višja je cena.

Aplikacija

Zgornje lastnosti zagotavljajo široko uporabo cirkonija v različnih panogah. Tu so naslednja področja:

• V elektrotehniki se kot superprevodnik uporablja cirkonijeva zlitina z niobijem. Prenese obremenitve do 100 kA\cm2. Prehodna točka v superprevodni režim je 4,2 K. Tudi v radijski opremi so elektronske plošče prevlečene s cirkonijem, da absorbira izpušne pline. Za cirkonijeve sevalne filtre za rentgenske cevi je značilna visoka monokromatska vrednost.
• V jedrski energetiki se uporablja kot material za lupine gorivnih palic (območja, kjer se neposredno izvaja jedrska cepitev in proizvodnja toplote) in drugih komponent termonuklearnega reaktorja.
• Metalurgija uporablja cirkonij kot legirni element. Ta kovina je močan dezoksidant, ki po tem indikatorju presega tako mangan kot silicij. Dodatek le 0,5% cirkonija konstrukcijskim kovinam (jeklo 45, 30KhGSA) poveča njihovo trdnost za 1,5-1,8-krat. To dodatno izboljša potek rezalnega procesa. Cirkon je glavna sestavina korundne keramike. V primerjavi s šamotom je njegova življenjska doba 3-4 krat daljša. Ta ognjevarni material se uporablja pri izdelavi lončkov in korit jeklenih peči.
• V strojništvu se kovina uporablja kot material za izdelke, kot so črpalke in cevni pribor, ki delujejo v agresivnih okoljih.
• V pirotehniki se cirkonijeve kovine uporabljajo za izdelavo pozdravov in ognjemetov. To se zgodi zaradi odsotnosti dima med zgorevanjem, pa tudi zaradi sproščanja znatne količine svetlobne energije.
• V kemični industriji se cirkon uporablja kot surovina za kermet - keramično-kovinsko prevleko s povečano odpornostjo proti obrabi in odpornostjo na kisline.
• V optiki se aktivno uporablja fianit - obdelan cirkon z dodatki skandija in drugih redkih zemeljskih kovin. Fianiti imajo pomemben lomni kot, zaradi česar se lahko uporabljajo kot material za izdelavo leč. V nakitu je kubični cirkonij znan kot sintetični nadomestek za diamant.
• V vojaški industriji cirkonij služi kot polnilo za sledilne naboje in rakete.

Fizikalne in kemijske lastnosti

Cirkonij je kovina, ki izgleda kot srebro. Njegova gostota je 6506 kg / m3. Tališče - 1855,3 ºС. Specifična toplotna kapaciteta se giblje znotraj 0,3 KJ / kg C. Ta kovina nima visoke toplotne prevodnosti. Njegova vrednost je na ravni 21 W/m C, kar je 1,9-krat manj kot pri titanu. Električni upor cirkonija je 41-60 μOhm cm in je neposredno odvisen od količine kisika in dušika v kovini.

Cirkonij ima eno najnižjih transverzalnih stopenj zajetja toplotnih nevtronov (0,181 barna). Po tem parametru ga od trenutno znanih kovin zaobide le magnezij (0,060 barna).

Cirkonij je tako kot železo paramagneten. Njegova dovzetnost za magnetno polje se poveča z naraščajočo temperaturo.

Čisti cirkonij nima visokih mehanskih lastnosti. Njegova trdota je približno 70 enot po Vickersovi lestvici. Natezna trdnost je 175 MPa, kar je skoraj 2,5-krat manj kot navadno kakovostno ogljikovo jeklo. Meja tečenja 55 MPa. Cirkonij je ena izmed plastičnih kovin z modulom elastičnosti 96 MPa.

Vse zgoraj navedene mehanske lastnosti so pogojne, ker. njihova vrednost se močno spreminja z večanjem nečistoč v sestavi cirkonija.

Tako povečanje vsebnosti kisika (do 0,4%) zmanjša plastičnost cirkonija do te mere, da postane kovanje in žigosanje popolnoma nemogoče. Povečanje sestave vodika na 0,001% poveča krhkost cirkonija za skoraj 2-krat.

Cirkonij je odporen na vodo in večino alkalij in kislin. Toda, tako kot mehanske lastnosti, je odpornost proti koroziji neposredno odvisna od onesnaženosti kovin z elementi, kot so ogljik, titan in aluminij. Kovina ne vstopi v kemično reakcijo s 50% raztopinami žveplove in klorovodikove kisline. Z dušikovo kislino reagira le pri temperaturah nad 95 ºС. Je edina na alkalije odporna kovina, ki ima v svoji sestavi amoniak. Ko oznaka doseže 780 ºС, se začne aktivna absorpcija kisika s cirkonijem. Pri dušiku so ti procesi počasnejši, a je tudi temperatura nižja. Samo 600 ºС.

Najbolj aktiven plin v tem pogledu je vodik. Njegov prodor globoko v kovino se začne že pri 145 ºС in ga spremlja tako obilno sproščanje toplote, da se volumen cirkonija poveča. Cirkonijev prah je še posebej vnetljiv zaradi možnosti samovžiga na zraku. Treba je opozoriti, da je ta proces reverzibilen. Popolna odstranitev vodika poteka na posebni opremi pri temperaturi 800 ºС.

Zdravilne lastnosti

Kot kemijski element ne vpliva na človeško telo. Nasprotno, je eden najbolj biološko inertnih materialov. Po tem kazalniku je cirkonij pred kovinami, kot sta titan in nerjavno jeklo. Znane cirkonijeve zapestnice, ki so se aktivno oglaševale v poznih 90. letih, se v resnični praksi niso izkazale. Medicinski strokovnjaki so dokazali, da je dobro počutje zaradi njihove uporabe posledica placebo učinka.

Čeprav je po drugi strani znano, da nošenje cirkonijevih uhanov prispeva k hitrejšemu celjenju rane po prebadanju ušes.

Leta 1789 je Martin Heinrich Klaproth, član berlinske akademije znanosti, objavil rezultate analize dragega kamna, prinesenega z obale Cejlona. Med to analizo je bila izolirana snov, ki jo je Klaproth poimenoval cirkonska zemlja. Izvor tega imena je razložen na različne načine. Nekateri najdejo njegov izvor v arabski besedi "zarkun", ki pomeni mineral, drugi menijo, da beseda "cirkonij" izvira iz dveh perzijskih besed "king" - zlato in "gun" - barva (zaradi zlate barve dragocenosti sorta cirkona - hijacinta ).

Kako so pridobili in pridobili cirkonij

Snov, ki jo je izoliral Klaproth, ni bila nov element, ampak je bil oksid novega elementa, ki ga je pozneje v tabeli zasedel D.I. Štirideseta celica Mendelejeva. Z uporabo sodobnih simbolov je formula snovi, ki jo je pridobil Klaproth, zapisana na naslednji način: ZrO 2.

35 let po Klaprothovih poskusih je znanemu švedskemu kemiku Jensu Jakobu Berzeliusu uspelo pridobiti kovinski cirkonij. Berzelius reduciral kalijev fluorocirkonat s kovinskim natrijem:

K 2 + 4Na → Zr + 2KF + 2NaF

in prejel srebrno sivo kovino.

Cirkonij, ki je nastal kot posledica te reakcije, je bil zaradi velike vsebnosti nečistoč krhek. Kovina ni bila primerna za obdelavo in ni mogla najti praktične uporabe. Vendar bi lahko domnevali, da bi bil prečiščeni cirkonij, tako kot mnoge druge kovine, precej plastičen.

V XIX in začetku XX stoletja. številni znanstveniki so poskušali pridobiti čisti cirkonij, vendar so se vsi poskusi dolgo končali z neuspehom. Preizkušena aluminotermična metoda ni pomagala, poskusi, katerih avtorji so želeli pridobiti kovinski cirkonij iz raztopin njegovih soli, niso pripeljali do cilja. Slednje je razloženo predvsem z visoko kemijsko afiniteto cirkonija do kisika.

Da bi lahko z elektrolizo pridobili katero koli kovino iz raztopine njene soli, mora ta kovina tvoriti enoatomske ione. Toda cirkonij ne tvori takih ionov. Cirkonijev sulfat Zr(SO 4) 2, na primer, obstaja samo v koncentrirani žveplovi kislini in ko se razredči, se začnejo reakcije hidrolize in tvorbe kompleksov. Na koncu se izkaže:

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

V vodni raztopini se hidrolizira tudi cirkonijev klorid:

ZrCl 4 + H 2 O → ZrOCl 2 + 2HCl.

Nekateri raziskovalci so verjeli, da jim je uspelo pridobiti cirkonij z elektrolizo raztopin, vendar jih je zavedel videz produktov, ki so se nalagali na elektrodah. V nekaterih primerih je šlo res za kovine, vendar ne za cirkonij, temveč za nikelj ali baker, katerih primesi so vsebovale cirkonijeve surovine; v drugih pa cirkonijev hidroksid, ki izgleda kot kovina.

Šele v dvajsetih letih našega stoletja (100 let po tem, ko je Berzelius prejel prve vzorce cirkonija!) je bila razvita prva industrijska metoda za pridobivanje te kovine.

To je metoda »build-up«, ki sta jo razvila nizozemska znanstvenika van Arkel in de Boer. Njegovo bistvo je v tem, da se hlapljiva spojina (v tem primeru cirkonijev tetrajodid ZrI 4) v vakuumu termično razgradi in čista kovina nanese na vroč volframov filament.

Na ta način so pridobili kovinski cirkonij, ki ga je mogoče obdelovati – kovati, valjati, valjati – približno tako enostavno kot baker.

Kasneje so metalurgi ugotovili, da so plastične lastnosti cirkonija odvisne predvsem od vsebnosti kisika v njem. Če v staljeni cirkonij prodre več kot 0,7% kisika, bo kovina krhka zaradi tvorbe trdnih raztopin kisika v cirkoniju, katerih lastnosti se močno razlikujejo od lastnosti čiste kovine.

Metoda gradnje je najprej pridobila nekaj priljubljenosti, vendar so visoki stroški cirkonija, pridobljenega s to metodo, močno omejili njen obseg. In lastnosti cirkonija so se izkazale za zanimive. (Več o njih spodaj.) Treba je razviti nov, cenejši način pridobivanja cirkonija. Izboljšana metoda Croll je postala taka metoda.

Metoda Croll omogoča pridobivanje cirkonija po polovični ceni kot metoda razširitve. Shema te proizvodnje vključuje dve glavni stopnji: cirkonijev dioksid se klorira, nastali cirkonijev tetraklorid pa se reducira s kovinskim magnezijem pod plastjo staljene kovine. Končni izdelek, cirkonijevo gobo, pretopimo v palice in v takšni obliki pošljemo potrošniku.

Cirkonijev dioksid

Medtem ko so znanstveniki iskali način za pridobivanje kovinskega cirkonija, so praktiki že začeli uporabljati nekatere njegove spojine, predvsem cirkonij. Lastnosti cirkonijevega dioksida so v veliki meri odvisne od tega, kako je pridobljen. ZrO 2, ki nastane pri žganju nekaterih termično nestabilnih cirkonijevih soli, je netopen v vodi. Šibko kalciniran dioksid se dobro topi v kislinah, močno kalciniran pa postane netopen v mineralnih kislinah, razen fluorovodikove.

Še ena zanimiva lastnost: močno segret cirkonij oddaja svetlobo tako intenzivno, da se lahko uporablja v svetlobni tehniki. To lastnost je izkoristil znani nemški znanstvenik Walter Hermann Nernst. Žarilne palice v Nernstovi žarnici so bile izdelane iz ZrO 2 . Žarilni cirkonijev dioksid včasih služi kot vir svetlobe v laboratorijskih poskusih.

V industriji sta prvi uporabili cirkonijev dioksid proizvodnja silikata in metalurgija. Že v začetku našega stoletja so izdelovali cirkonske ognjevzdržne materiale, ki imajo trikrat daljšo življenjsko dobo od običajnih. Ognjevzdržni materiali z dodatkom ZrO 2 omogočajo do 1200 taljenja jekla brez popravila peči. Veliko je.

Cirkonske opeke so izpodrinile šamot (široko uporabljen ognjevzdržni material na osnovi gline ali kaolina) pri taljenju kovinskega aluminija in tukaj je razlog. Šamot je legiran z aluminijem, na njegovi površini pa nastajajo žlindre, ki jih je treba občasno očistiti. In cirkonske opeke staljeni aluminij ne zmoči. To omogoča neprekinjeno delovanje cirkonskih peči deset mesecev.

Znatne količine cirkonija se uporabljajo pri proizvodnji keramike, porcelana in stekla.

Seznam industrij, ki potrebujejo cirkonijev dioksid, bi lahko nadaljeval v nedogled. Pa poglejmo, za kaj je bil uporaben kovinski cirkonij, ki ga tako dolgo ni bilo mogoče dobiti.

Cirkonij in metalurgija

Prvi porabnik kovinskega cirkonija je bila črna metalurgija. Cirkonij se je izkazal kot dober deoksidant. V deoksidacijskem delovanju prekaša celo mangan in titan. Hkrati cirkonij zmanjša vsebnost plinov in žvepla v jeklu, zaradi prisotnosti katerega je to manj duktilno.

Jekla, legirana s cirkonijem, v širokem temperaturnem območju ne izgubijo zahtevane žilavosti, dobro prenašajo udarne obremenitve. Zato jeklu, ki se uporablja za izdelavo oklepnih plošč, dodajajo cirkonij. Pri tem je verjetno upoštevano dejstvo, da dodatki cirkonija pozitivno vplivajo na trdnost jekla. Če se vzorec jekla, ki ni legiran s cirkonijem, zruši pod obremenitvijo približno 900 kg, potem lahko jeklo istega recepta, vendar z dodatkom samo 0,1% cirkonija, prenese obremenitev 1600 kg.

Znatne količine cirkonija porabi tudi barvna metalurgija. Tukaj je njegovo delovanje zelo raznoliko. Manjši dodatki cirkonija povečajo toplotno odpornost aluminijevih zlitin, večkomponentne magnezijeve zlitine z dodatkom cirkonija pa postanejo bolj odporne proti koroziji. Cirkonij poveča odpornost titana na delovanje kislin. Korozijska odpornost titanove zlitine s 14 % Zr v 5 % klorovodikovi kislini pri 100 °C je 70-krat (!) večja od komercialno čistega titana. Sicer pa cirkonij vpliva na molibden. Dodatek 5 % cirkonija podvoji trdoto te ognjevarne, a precej mehke kovine.

Obstajajo tudi druga področja uporabe kovinskega cirkonija. Visoka odpornost proti koroziji in relativna netaljivost sta omogočili njegovo uporabo v številnih panogah. Predilnice za proizvodnjo umetnih vlaken, vroče armature, laboratorijska in medicinska oprema, katalizatorji - to ni popoln seznam izdelkov iz kovinskega cirkonija.

Vendar pa metalurgija in strojegradnja nista bili glavni porabnici te kovine. Za jedrsko energijo so bile potrebne ogromne količine cirkonija.

Problem "reaktorskega" cirkonija

Cirkonij v jedrsko tehnologijo ni prišel takoj. Da postane kovina uporabna v tej industriji, mora imeti določen nabor lastnosti. (Še posebej, če trdi, da je strukturni material pri gradnji reaktorjev.) Glavna od teh lastnosti je majhen presek zajetja toplotnih nevtronov. Načeloma lahko to lastnost definiramo kot sposobnost materiala, da ujame, absorbira nevtrone in s tem prepreči širjenje verižne reakcije.

Prerez zajetja nevtronov se meri v skednjih. Večja kot je ta vrednost, več nevtronov material absorbira in bolj preprečuje razvoj verižne reakcije. Seveda so za reakcijsko cono reaktorjev izbrani materiali z minimalnim prerezom zajetja.

Za čisti kovinski cirkonij je ta vrednost 0,18 barna. Številne cenejše kovine imajo zajemne prereze istega reda: kositer ima na primer 0,65 barna, aluminij 0,22 barna, magnezij pa le 0,06 barna. Toda kositer, magnezij in aluminij so taljivi in ​​niso odporni na vročino; cirkonij se tali šele pri 1860°C.

Zdelo se je, da je edina omejitev dokaj visoka cena elementa št.

V zemeljski skorji cirkonij vedno spremlja hafnij. V cirkonijevih rudah je na primer njegova vsebnost običajno med 0,5 in 2,0 %. Kemični analog cirkonija (v periodnem sistemu stoji hafnij neposredno pod cirkonijem) zajema toplotne nevtrone 500-krat močneje kot cirkonij. Tudi manjše primesi hafnija močno vplivajo na potek reakcije. Na primer, 1,5 % nečistoče hafnija poveča presek zajemanja cirkonija za faktor 20.

Tehnika se je soočila s problemom popolne ločitve cirkonija in hafnija. Če so posamezne lastnosti obeh kovin zelo privlačne, potem je zaradi njihove skupne prisotnosti material popolnoma neprimeren za jedrsko tehnologijo.

Problem ločevanja hafnija in cirkonija se je izkazal za zelo težkega - njune kemijske lastnosti so skoraj enake zaradi izredne podobnosti v strukturi atomov. Za njihovo ločevanje se uporablja kompleksno večstopenjsko čiščenje: ionska izmenjava, večkratno obarjanje, ekstrakcija.

Vse te operacije znatno povečajo stroške cirkonija in je že tako drago: nodularna kovina (99,7% Zr) je večkrat dražja od koncentrata. Problem ekonomičnega ločevanja cirkonija in hafnija je še treba rešiti.

Kljub temu je cirkonij postal »atomska« kovina.

To še posebej dokazujejo takšna dejstva. Prva ameriška jedrska podmornica Nautilus je bila opremljena s cirkonijevim reaktorjem. Kasneje se je izkazalo, da je bolj donosno izdelovati lupine gorivnih celic iz cirkonija kot nepremične dele jedra reaktorja.

Kljub temu se proizvodnja te kovine iz leta v leto povečuje, stopnja te rasti pa je neobičajno visoka. Dovolj je reči, da se je v desetletju, od 1949 do 1959, svetovna proizvodnja cirkonija povečala za 100-krat! Po ameriških podatkih je leta 1975 svetovna proizvodnja cirkonija znašala približno 3000 ton.

Cirkonij, zrak in voda

V prejšnjih poglavjih ni bilo skoraj nič povedanega o kemijskih lastnostih elementa #40. Glavni razlog za to je nenaklonjenost ponavljanju številnih člankov in monografij o kovinskih elementih. Cirkonij je najbolj značilna kovina, značilen predstavnik svoje skupine (in podskupine) in svojega obdobja. Zanj je značilna precej visoka kemična aktivnost, ki pa obstaja v latentni obliki.

Razloge za to tajnost in odnos cirkonija do vodnih in zračnih komponent je treba obravnavati podrobneje.

Kompaktni kovinski cirkonij je zelo podoben jeklu. Nikakor ne kaže svoje kemične aktivnosti in se v normalnih pogojih obnaša izjemno inertno glede na atmosferske pline. Navidezna kemična pasivnost cirkonija je razložena precej tradicionalno: na njegovi površini je vedno neviden oksidni film, ki ščiti kovino pred nadaljnjo oksidacijo. Za popolno oksidacijo cirkonija je potrebno temperaturo dvigniti na 700°C. Šele takrat bo oksidni film delno uničen in delno raztopljen v kovini.

Torej je 700 °C temperaturna meja, nad katero se kemična odpornost cirkonija konča. Na žalost je ta številka preveč optimistična. Že pri 300 ° C začne cirkonij bolj aktivno sodelovati s kisikom in drugimi sestavinami atmosfere: vodno paro (tvori dioksid in hidrid), ogljikov dioksid (tvori karbid in dioksid) in dušik (reakcijski produkt je cirkonijev nitrid). Toda pri temperaturah pod 300 °C je oksidni film zanesljiv ščit, ki zagotavlja visoko kemično odpornost cirkonija.

Za razliko od kompaktnega kovinskega cirkonija se njegov prah in ostružki obnašajo na zraku. To so piroforne snovi, ki se zlahka spontano vnamejo na zraku tudi pri sobni temperaturi. Pri tem se sprosti veliko toplote. Prah cirkonija, pomešan z zrakom, lahko celo eksplodira.

Zanimiv je odnos cirkonija do vode. Očitni znaki interakcije kovine z vodo niso vidni dolgo časa. Toda na površini cirkonija, namočenega z vodo, poteka proces, ki ni povsem običajen za kovine. Kot je znano, so številne kovine pod vplivom vode podvržene galvanski koroziji, ki je sestavljena iz prehoda njihovih kationov v vodo. Tudi cirkonij je pod delovanjem vode oksidiran in prekrit z zaščitno folijo, ki se v vodi ne topi in preprečuje nadaljnjo oksidacijo kovine.

Najlažji način za pretvorbo cirkonijevih ionov v vodo je z raztapljanjem nekaterih njegovih soli. Kemijsko obnašanje štirivalentnega cirkonijevega iona v vodnih raztopinah je zelo kompleksno. Odvisno je od številnih kemijskih dejavnikov in procesov, ki potekajo v vodnih raztopinah.

Obstoj iona Zr +4 "v čisti obliki" je malo verjeten. Dolgo časa je veljalo, da cirkonij obstaja v vodnih raztopinah v obliki cirkonilnih ionov ZrO +2. Kasnejše študije so pokazale, da v resnici raztopine poleg cirkonilnih ionov vsebujejo veliko število različnih kompleksnih cirkonijevih ionov, tako hidratiranih kot hidroliziranih. Njihova splošna skrajšana formula (4 str–m)+ .

Tako kompleksno obnašanje cirkonija v raztopini je razloženo z visoko kemično aktivnostjo tega elementa. Preparativni cirkonij (očiščen iz ZrO 2) vstopa v številne reakcije, pri čemer tvori preproste in kompleksne spojine. "Skrivnost" povečane kemične aktivnosti cirkonija je v strukturi njegovih elektronskih lupin. Atomi cirkonija so zgrajeni tako, da težijo k temu, da nase vežejo čim več drugih ionov; če v raztopini ni dovolj takšnih ionov, se cirkonijevi ioni med seboj povežejo in pride do polimerizacije. V tem primeru se kemična aktivnost cirkonija izgubi; reaktivnost polimeriziranih cirkonijevih ionov je precej nižja kot pri nepolimeriziranih. Med polimerizacijo se zmanjša tudi aktivnost raztopine kot celote.

To je na splošno "vizitka" ene od pomembnih kovin našega časa - elementa št. 40, cirkonija.

"Nepopolni diamanti"

V srednjem veku je bil znan nakit iz tako imenovanih nepopolnih diamantov. Njihova nepopolnost je bila manjša trdota kot pri navadnem diamantu in nekoliko slabša igra barv po brušenju. Imeli so tudi drugo ime - Matara (glede na kraj pridobivanja - Matare, regija otoka Cejlon). Srednjeveški draguljarji niso vedeli, da so dragoceni minerali, ki so jih uporabljali, monokristali cirkona, glavnega minerala cirkonija. Cirkon je na voljo v različnih barvah, od brezbarvnega do krvavo rdečega. Draguljarji imenujejo rdeči dragoceni cirkon hijacint. Hijacinte so znane že zelo dolgo. Po svetopisemskem izročilu so stari veliki duhovniki na prsih nosili 12 dragih kamnov, med njimi tudi hijacinto.

Ali je redko?

Cirkonij je v naravi zelo razširjen v obliki različnih kemičnih spojin. Njegova vsebnost v zemeljski skorji je precej visoka - 0,025%, glede na razširjenost se uvršča na dvanajsto mesto med kovinami. Kljub temu je cirkonij manj priljubljen kot številne resnično redke kovine. To je bilo posledica izjemne razpršenosti cirkonija v zemeljski skorji in odsotnosti velikih nahajališč njegovih naravnih spojin.

Naravne cirkonijeve spojine

Znanih je več kot štirideset. Cirkonij je v njih prisoten v obliki oksidov ali soli. Največji industrijski pomen imata cirkonijev dioksid, baddeleit ZrO 2 in cirkonijev silikat, cirkon ZrSiO 4 . Najmočnejša raziskana nahajališča cirkona in baddeleita se nahajajo v ZDA, Avstraliji in Braziliji. Indija, Zahodna Afrika.

ZSSR ima znatne zaloge surovin cirkona v različnih regijah Ukrajine, Urala in Sibirije.

PbZrO 3 - piezoelektrični

Piezokristali so potrebni za številne radijske tehnične naprave: stabilizatorje frekvence, generatorje ultrazvočnih vibracij in druge. Včasih morajo delati v pogojih povišanih temperatur. Kristali svinčevega cirkonata praktično ne spremenijo svojih piezoelektričnih lastnosti pri temperaturah do 300°C.

Cirkonij in možgani

Visoka korozijska odpornost cirkonija je omogočila njegovo uporabo v nevrokirurgiji. Cirkonijeve zlitine se uporabljajo za izdelavo hemostatskih sponk, kirurških instrumentov in včasih celo niti za šivanje med možganskimi operacijami.