Zirkoni në tavolinë. Rrathë zirkoni - fuqia shëruese e metalit

Ky element kimik, i cili më pas me një masë atomike prej 91.224 g / mol, zuri vendin e 40-të në tabelën e D.I. Mendeleev, është marrë nga kimisti suedez Jens Jakob Berzelius në fillim të shekullit të 19-të. Si bazë u mor oksidi ZrO2, i cili u gjet në një perlë të sjellë nga një shkencëtar tjetër - Martin Heinrich Klaproth - nga Ceiloni. Efekti në fluorozirkonatin e kaliumit të natriumit metalik doli të ishte i suksesshëm:

K2 + 4Na → Zr + 2KF + 2NaF

Rezultati i eksperimenteve ishte prodhimi i zirkonit të pastër - një metal me shkëlqim, të bardhë argjendi, tepër plastik, por në të njëjtën kohë mjaft i dendur. Më pas, rezultoi se Zr i përshtatet në mënyrë të përsosur përpunimit - të nxehtë dhe të ftohtë (falsifikim, rrotullim, stampim), por pothuajse plotësisht humbet cilësitë e tij më të mira, duke marrë papastërti jo metalike.

Vetitë fizike të zirkonit

Dy modifikime kristalore të zirkonit janë të njohura:

• α-zirkonium - grilë gjashtëkëndore e mbushur ngushtë (a = 3,228Å; c = 5,120Å)
• β-zirkonium - grilë kub me qendër trupin (a = 3,61Å)

Marrja e formës β nga forma α është e mundur duke ngrohur metalin në 862°C.

Zirkoni ka këto veti fizike:

• Dendësia e zirkonit - 6,45 g / cm3 (në kushte normale, d.m.th. në 20 ° C)
• pika e shkrirjes - 1825 ° С
• pika e vlimit 3580-3700°С
• Kapaciteti specifik i nxehtësisë (25-100°С) – 0,291 kJ/(kg K)
• Koeficienti i përçueshmërisë termike (50 ° С) - 20,96 W / (m K)
• koeficienti i temperaturës së zgjerimit linear (20-400°С) - 6,9 10-6
• rezistenca elektrike (20°C) - 44,1 μk cm

Një metal që ka hidrogjen, karbon, azot ose oksigjen si papastërti, rritet ndjeshëm në brishtësinë e tij. Zirkoni i pastër është i pajisur me:

• moduli i elasticitetit (20 ° С) - 97 Gn / m2 (9700 kgf / mm 2)
• forca në tërheqje - 253 MN / m 2 (25,3 kgf / mm 2)
• Fortësia e Brinell - 640-670 MN / m 2 (64-67 kgf / mm 2)

Rezistenca ndaj korrozionit të zirkonit

Mbrojtja nga korrozioni është cilësia që në rastin e zirkonit vihet shpesh në krye. Ky element nuk tretet në alkale, as në acide nitrik ose klorhidrik. Ky është një element i shkëlqyeshëm aliazh që e bën çdo lidhje shumëkomponente të magnezit në një shkallë më të madhe rezistente ndaj korrozionit.

Përveç mbrojtjes nga korrozioni, zirkonium mund të përmirësojë ndjeshëm cilësitë e tjera të lidhjes: të ruajë qëndrueshmërinë e tij, të rrisë rezistencën ndaj ndikimit dhe në lidhjet e bakrit, të ruajë përçueshmërinë elektrike në sfondin e forcimit të konsiderueshëm. Vetëm disa të dhjetat e një për qind të Zr në një aliazh magnezi dyfishojnë forcën e tij. Pothuajse e njëjta gjë mund të thuhet për lidhjet e aluminit, të cilat, në prani të zirkonit, rrisin performancën e tyre me një renditje të madhësisë.

Zirkoni në metalurgji

Zirkoni është një metal i përdorur gjerësisht në metalurgji. Para së gjithash, përdoret si një deoksidues shumë efektiv (për sa i përket këtyre vetive, Zr doli të ishte më i mirë se titani dhe mangani). Gjithashtu, zirkonium kontribuon në ruajtjen e qëndrueshmërisë së çeliqeve, duke i pajisur ata me rezistencë ndaj ngarkesave të larta të goditjes. Së fundi, elementi Zr largon gazrat dhe squfurin nga aliazhi, që do të thotë se kontribuon në ruajtjen e plasticitetit të metalit.

Për shembull: një aliazh metalik pa zirkon i reziston një ngarkese ndikimi prej 900 kg. Vetëm një shtesë prej 0,1% e Zr e rrit atë në 1600 kg.

Në metalurgjinë me ngjyra, zirkonium vepron si një element aliazh, dhe përdoret gjithashtu për të rritur rezistencën ndaj nxehtësisë së lidhjeve të aluminit.

Planeti ynë është i pasur me minerale, duke përfshirë metale. Një nga më të zakonshmet është zirkonium. Mund të gjendet në çdo cep të Tokës. Çfarë është ky metal, cilat janë vetitë e tij dhe ku përdoret?

Vetitë kimike

Substanca e thjeshtë zirkon është një element i një nëngrupi anësor të grupit IV të periudhës së pestë të sistemit periodik të D. I. Mendeleev. I është caktuar numri atomik 40 dhe masa atomike është 91.224. Është një metal gri-çelik me një nuancë të verdhë dhe një shkëlqim karakteristik. Përftohet nga rishkrirja e mbetjeve të zirkonit dhe nga koncentrati i xehes, pasi nuk gjendet në formën e tij të pastër në koren e tokës.

natyralisht metalike zirkon shpërndahet në formën e përbërjeve kimike natyrore - më shumë se 40 kripëra ose okside. Në fund të shekullit të 18-të, shkencëtari gjerman Klaproth izoloi oksidin e zirkonit nga guri i zymbylit. I përket shumëllojshmërisë së çmuar të këtij guri. Deri në shekullin e 20-të, metali nuk mund të merrej në formën e tij të pastër, por në vitet 20, shkencëtarët megjithatë arritën sukses.

Në formën e tij të pastruar, ai ka shumë nga vetitë që dallojnë arin:

• plastike;
• i lakueshëm;
• anti-korrozioni;
• rezistent ndaj nxehtësisë;
• paramagnetike.

Metal nuk ka frikë nga ekspozimi ndaj ujit të klorur dhe detit. Nuk i humbet cilësitë e larta në temperatura të ulëta dhe të larta. Rezistent ndaj amoniakut, acideve dhe alkaleve. Përdoret kryesisht për t'i shtuar lidhjeve të metaleve të tjera, gjë që rrit aftësinë e tij përpunuese dhe i bën vetitë e tij pothuajse unike. Emrin e ka marrë nga fjala persiane "tsargun" (gur i artë).

Shumë shpesh zirkon i ngatërruar me zirkon, i cili është një silikat zirkoniumi. Metali mund të ndryshojë ngjyrën e tij dhe ngjyra mund të jetë:

• jeshile;
• kafe;
• e zezë;
• e verdhe;
• ndonjëherë e kuqe.

Ngjyra e saj varet nga papastërtitë që përbëjnë përbërjen. Papastërtitë që ngjyrosin gurin shpesh përfshijnë kalcium, bakër, hekur, zink, uranium, stroncium dhe titan. Ai gjithashtu përmban elemente të rralla të tokës.

Të qenit në natyrë

Depozitat xeherore të zirkonit janë të shpërndara gjerësisht në zorrët e tokës. Depozitat mund të shihen në disa forma në formën:

• oksidet amorfe;
• kripëra;
• monokristale.

Në depozitat afrikane, gjenden kristale që peshojnë deri në 1 kg. Mbi të gjitha zirkoniumi (metali) është i përqendruar në Australi, Indi, Afrikën e Jugut, Brazil dhe Amerikën e Veriut. Këto shtete kanë rezervat më të mëdha të këtij metali. Rusia ka pothuajse 10% të rezervave të zirkonit në botë në Siberi dhe Urale. Më së shpeshti në xehe gjendet së bashku me hafniumin, pasi është afër tij në vetitë e tij. Secila prej tyre ka karakteristikat e veta tërheqëse, por ato nuk mund të përdoren në kombinim. Pastrimi me shumë faza bën të mundur ndarjen e këtyre dy elementeve, por një proces i tillë prodhimi e bën zirkoniumin dukshëm më të shtrenjtë.

Gjendet në natyrë zirkon i madh jeshil dhe opak, por ato mund të shkaktojnë rritje të rrezatimit. Shembuj të tillë nuk mund të priten, të ruhen në shtëpi dhe të transportohen në vëllime të mëdha. Zirkoni zë vendin e 12-të në shpërndarjen e metaleve në të gjithë botën. Pavarësisht këtij fakti, ai ishte një element i papëlqyer për një kohë të gjatë, madje edhe në krahasim me elementë të rrallë radioaktivë. Kjo shpjegohet me faktin se ka shumë rezerva të saj të shpërndara në tokë, por nuk ka aq shumë rezerva shumë të mëdha.

Aplikimi i zirkonit metalik

Për shkak të vetive dhe cilësive të tij unike, ky element mund të përdoret në shumë industri. E tij përdoret në formën e lidhjeve në fusha të ndryshme të industrisë moderne:

• ndërtimi i avionëve;
• energji bërthamore;
• shkenca raketore;
• instrumentacion;
• shkritore;
• industria ushtarake;
• Pajisje mjekësore.

Për shkak të qëndrueshmërisë së tij të lartë, e cila madje tejkalon atë të titanit, është bërë shumë popullor në industrinë mjekësore. Përdoret për protetikë dhe prodhimin e instrumenteve kirurgjikale.

Zirkoni metalik është përdorur prej kohësh për të krijuar bizhuteri. Është në gjendje të marrë shumë nuanca pasi është metal i anodizuar. Kjo i lejon argjendaritë të mishërojnë një sërë idesh artistike në krijimin e bizhuterive. Produktet duken elegante dhe të bukura, prandaj vlerësohen në tregun botëror të bizhuterive.

Me një shkallë të lartë mbrojtjeje nga korrozioni, ky element aliazh ndihmon që lidhjet shumëkomponente të magnezit të jenë shumë më rezistente ndaj korrozionit. Ai gjithashtu përmirëson qëndrueshmërinë e lidhjeve, rrit rezistencën e tyre ndaj ndikimit. Në lidhjet me bakër, përveç forcës, ruan përçueshmëri elektrike. Në lidhjet me alumin, ky element unik përmirëson ndjeshëm performancën e tyre.

Element i përdorur gjerësisht në industrinë metalurgjike dhe vepron si një deoksidues shumë efektiv. Kjo cilësi është disa herë më e lartë se ajo e manganit dhe titanit. Zirkoni përmirëson qëndrueshmërinë e klasave të çelikut, duke i ndihmuar ata të jenë më rezistent ndaj ngarkesave të goditjes. Nxit duktilitetin duke hequr squfurin dhe gazin nga lidhjet. Përdoret gjithashtu si një element aliazh në metalurgjinë me ngjyra dhe për të rritur kapacitetin termik të lidhjeve të aluminit.

Vetitë medicinale

Për shkak të vetive të veçanta fizike dhe kimike, zirkonium është përdorur në mënyrë aktive në mjekësi. Për shkak të neutralitetit të tij ndaj efekteve të mjediseve alkaline, acidike dhe ujore, si dhe amoniakut, ai shtohet në përbërjet për prodhimin e instrumenteve mjekësore. Ai stimulon shërimin e shpejtë të plagëve dhe shfaq një efekt antimikrobik. Për shkak të këtyre vetive, qelbi nuk krijohet në plagë dhe infeksionet nuk depërtojnë në to.

Elementi nuk është alergjen, prandaj lehtëson reaksionet alergjike. Nuk transmeton rrezatim dhe konsiderohet një antiseptik i shkëlqyer. Në mjekësi, ajo filloi të përdoret për prodhimin e fijeve të qepjes. Meqenëse metali është shumë duktil, bën të mundur ruajtjen e strukturës së kockave gjatë frakturave. Për shkak të kësaj, kockat rriten së bashku më shpejt.

Përdoret gjithashtu në mënyrë aktive në stomatologji dhe protetikë ortopedike. Nuk irriton indet e trupit dhe është neutral në raport me çdo mjedis. Shumë lloje metalesh shkaktojnë një reaksion alergjik në zgavrën me gojë, gjë që nuk mund të thuhet për zirkonin. Për shkak të karakteristikave dhe vetive të rralla, ai është bërë i domosdoshëm në prodhimin e instrumenteve mjekësore dhe implanteve.

Gjendet në disa ushqime, por në sasi minimale. Për shembull, zirkonium gjendet në mishin e deles, tërshërën, orizin, fëstëkët, bishtajoret dhe ushqime të tjera, por ka shumë pak për të shkaktuar efekte negative shëndetësore.

Besohet se bizhuteritë me zirkon kanë një efekt pozitiv në trup. Nëse pas shpimit të veshëve, vendosni menjëherë vathë me zirkon, atëherë plagët do të shërohen më shpejt. Metali ka një efekt të mirë në gjendjen e lëkurës, prandaj rekomandohet të vishni byzylykë dhe produkte të tjera në trup. Ka një efekt shërues për sëmundjet e lëkurës, artrozën, artritin, hipertensionin. Pavarësisht manifestimeve të tilla, mjekësia zyrtare ende nuk ka dhënë dëshmi të tilla.

Zirkoni (Zr) është një element me numër atomik 40 dhe peshë atomike 91,22. Është një element i një nëngrupi dytësor të grupit të katërt, periudha e pestë e tabelës periodike të elementeve kimike të Dmitry Ivanovich Mendeleev. Zirkoni në gjendje të lirë në kushte normale është një metal i shkëlqyeshëm në ngjyrë argjendi të bardhë me një densitet prej 6,45 g/cm3. Zirkoni i pastër dhe pa papastërti është shumë duktil dhe mund të punohet lehtësisht në të ftohtë dhe të nxehtë. Ashtu si shumë metale të tjera, duke përfshirë fqinjin e tij në grup - titan, zirkon, që përmban papastërti të jometaleve (veçanërisht oksigjen), degradon ndjeshëm vetitë e tij mekanike. Për shembull, për funksionimin e besueshëm të një reaktori bërthamor, është e nevojshme që papastërtitë e tilla "të rrezikshme" si bor, kadmium dhe të tjera të përmbahen në materiale të zbërthyeshme në sasi që nuk i kalojnë të milionatat e përqindjes. Zirkoni i pastër - një nga materialet më të mira strukturore për reaktorët bërthamorë - bëhet plotësisht i papërshtatshëm për këtë qëllim nëse përmban qoftë edhe një përzierje të lehtë hafniumi, i cili nuk ka mineralet e veta dhe zakonisht shoqëron zirkonin në natyrë.

Shkenca njeh pesë izotope natyrore të zirkonit: 90Zr (51.46%), 91Zr (11.23%), 92Zr (17.11%), 94Zr (17.4%), 96Zr (2.8%). Nga izotopet radioaktive të zirkonit të përftuara artificialisht, më i rëndësishmi është 95Zr, gjysma e jetës së të cilit është 65 ditë. Ka gjetur aplikim si gjurmues izotop.

Në 1789, kimisti gjerman Martin Heinrich Klaproth izoloi dioksidin e zirkonit nga analiza e mineralit të zirkonit. Në formën e një pluhuri, zirkoniumi u mor për herë të parë shumë më vonë - në 1824 nga Jens Jakob Berzelius, dhe zirkoniumi plastik u mor vetëm në 1925 nga shkencëtarët holandezë A. van Arkel dhe I. de Boer për shkak të disociimit termik të jodureve të zirkonit.

Një nga vetitë më të vlefshme të zirkonit metalik është rezistenca e tij e lartë ndaj korrozionit në mjedise të ndryshme. Për shembull, nuk tretet në acidet nitrik dhe klorhidrik dhe në alkalet. Lidhja e çeliqeve me zirkon bazohet në këtë veti të metalit nr. 40. Kështu, lidhjet shumëkomponente të magnezit me shtimin e zirkonit bëhen më rezistente ndaj korrozionit. Zirkoni rrit rezistencën e titanit ndaj veprimit të acideve. Për më tepër, çeliqet e lidhur me zirkon nuk humbasin qëndrueshmërinë e kërkuar në një gamë të gjerë temperaturash, ata i rezistojnë mirë ngarkesave të goditjes. Rrit forcën e çeliqeve të lidhur. Shtimi i zirkonit në bakër rrit ndjeshëm forcën e tij, pothuajse pa ulur përçueshmërinë elektrike. Një aliazh i bazuar në magnez me shtimin e disa për qind të zinkut dhe vetëm disa të dhjetat e një për qind të zirkonit është dy herë më i fortë se magnezi i pastër dhe nuk e humb forcën në 200 ° C. Cilësia e lidhjeve të aluminit gjithashtu përmirësohet ndjeshëm kur zirkon u shtohet atyre.

Zirkoni mezi kap neutronet e ngadalta (termike). Është në këtë pronë në kombinim me rezistencën e lartë ndaj korrozionit dhe mjediseve agresive, forcën mekanike në temperatura të ngritura që ajo dhe lidhjet e bazuara në të përdoren në mënyrë aktive në projektimin e reaktorëve të energjisë bërthamore.

Në prodhimin e çelikut, aditivët e zirkonit shërbejnë për të hequr oksigjenin, azotin dhe squfurin prej tij. Gjithashtu, zirkonium përdoret si një përbërës aliazh i disa armaturave, çeliqeve inox dhe rezistent ndaj nxehtësisë.

Në një pronë të tillë të njohur të zirkonit si thithja aktive e gazeve në një gjendje të nxehtë, përdorimi i tij bazohet në shkrirjen e pluhurave metalikë, si dhe në teknologjinë e elektrovakumit. Pra, në një temperaturë prej 300 ° C, zirkonium thith hidrogjenin, dhe në 400 ° C dhe më lart ai ndërvepron me oksigjen dhe azot.

Vetitë biologjike

Zirkoni nuk luan drejtpërdrejt role të rëndësishme biologjike në jetën e trupit të njeriut. Nuk është bioelement, nuk përfshihet në materialin strukturor të qelizave - nuk është një mikroelement vital. Është shumë e mundur që kjo të jetë për shkak të njohjes së dobët të të gjitha vetive të këtij metali, sepse gradualisht, vit pas viti, zirkonium zbulon gjithnjë e më shumë cilësi të reja që lidhen me ndikimin e këtij elementi në organizmin dhe shëndetin e njeriut.

Aktualisht, në klinikat e traumatologjisë dhe kirurgjisë maksilofaciale, për trajtimin e frakturave të shumta të kockave, përdoret metoda e fiksuesve (implanteve), të cilët fiksojnë me saktësi dhe fort plotësisht fragmentet kockore, duke përjashtuar edhe ndërrimet më të vogla, gjë që kontribuon në shkrirjen e shpejtë. të indeve kockore dhe shërimin e shpejtë të plagës pas operacionit.

Në praktikën botërore, prodhuesit e implanteve përdorin çelik inox dhe lidhjet e titanit për prodhimin e pllakave dhe vidhave. Në vendin tonë, u zhvilluan dhe zotëruan implantet e bëra nga lidhjet e zirkonit të klasave E125 dhe E110, të cilat nuk janë inferiore ndaj mostrave më të mira të huaja. Përkundrazi, përdorimi i implanteve të bëra nga lidhjet e zirkonit ofron një sërë avantazhesh: rezistencë të lartë ndaj korrozionit të materialit; pajtueshmëri e shkëlqyer biologjike (pa reaksione alergjike dhe refuzim), për shkak të së cilës nuk ka nevojë për ndërhyrje të përsëritura kirurgjikale për heqjen e implanteve; vetitë e fortësisë së lartë të lidhjeve të zirkonit. Dendësia relativisht e ulët e aliazhit bën të mundur lehtësimin e projektimit të implantit; duktiliteti i shkëlqyer siguron një përshtatje më të saktë të kthesës së implantit me konturin e kockës.

Lista e instrumenteve dhe implanteve për kirurgjinë maksilofaciale dhe neurokirurgjinë është shumë e gjerë: më shumë se dy duzina lloje pllakash dhe kapësesh, vida kortikale për fiksim, kapëse hemostatike, stërvitje dhe madje edhe fije për qepje gjatë operacioneve të trurit!

Elementi nr. 40, si lidhjet e tij, nuk irriton indet e buta dhe kockat përreth, është plotësisht i pajtueshëm me indet biologjike dhe gjithashtu ka një efekt të veçantë mbi to. Mjekët kanë zbuluar se mbajtja e vathëve prej zirkonit shëron një plagë të llapës së veshit pas shpimit 2-3 ditë më herët sesa kur mbani një palë vathë ari. Përveç kësaj, njerëzit që mbajnë vazhdimisht bizhuteri të bëra duke përdorur zirkon ose zirkon vunë re një përmirësim të ndjeshëm në gjendjen e tyre të përgjithshme në tërësi. Eksperimentet dhanë rezultate pozitive në trajtimin e sëmundjeve të lëkurës me byzylykë, rripa dhe pllaka zirkoniumi: dermatiti, neurodermatiti, ekzema e fëmijërisë, sëmundjet e sistemit muskuloskeletor, shtylla kurrizore, artriti dhe artroza me origjinë metabolike, frakturat e ekstremiteteve të sipërme dhe të poshtme dhe të tjera. sëmundjet. Një efekt pozitiv vërehet në më shumë se 90% të pacientëve.

Gjysma e shëndoshë e subjekteve nuk ndien asnjë efekt negativ nga veshja e byzylykëve, por vunë re një përmirësim në shëndetin e tyre të përgjithshëm.

Kështu, mund të argumentohet se byzylykët e zirkonit dhe bizhuteritë e tjera të bëra nga ky metal, lidhjet dhe mineralet e tij nuk janë ilaç për të gjitha sëmundjet, por ato kanë një efekt të caktuar shërues në trupin e njeriut. Në çdo rast, nuk bën dëm.

Bizhuteritë mesjetare shpesh përdornin të ashtuquajturat "diamante të papërsosur" për të krijuar bizhuteri unike. Këto "diamante" ndryshonin pak nga xhevahiret e vërteta - disi më të buta dhe pak më të vrenjtura, gjë që nuk lejonte që guri i prerë të shkëlqejë dhe të shkëlqejë si një diamant. Këta gurë kishin edhe emra më specifikë: diamante Matara - sipas vendit të nxjerrjes së tyre - zona Matare (Matturai) në ishullin Sri Lanka. Zhargon ose zhargon Ceylon - Zirkone të verdhë, të verdhë kashte dhe të tymosur. Ata quhen edhe diamante siamez. Starlite ose drita e yjeve - zirkon me ngjyrë natyrale blu qielli ose i marrë pas trajtimit termokimik. Hyacinth - zirkon transparent me ngjyrë mjaltë-verdhë, të kuqe-kafe, të kuqe-kafe, të kuqe, rozë zirkon. Ngjyra e këtij guri i ngjan zymbylit - një lule e rritur, sipas mitit të lashtë grek, nga Apolloni nga trupi (ose gjaku) i të riut të bukur Hyacinth, i preferuari i Apollonit, i cili u vra nga Zephyr, perëndia e erës.

Natyrisht, mjeshtrit mesjetarë nuk e dinin se po punonin me mineralin e zirkonit - kristalet e vetme të zirkonit.

Zirkoni ka një seksion kryq të kapjes termike të neutronit shumë të vogël. Prandaj, zirkoniumi metalik, i cili nuk përmban hafnium, dhe lidhjet e tij përdoren në industrinë e energjisë bërthamore për prodhimin e elementeve të karburantit, montimeve të karburantit dhe modeleve të tjera të reaktorëve bërthamorë. Kështu, një reaktor i bërë tërësisht prej zirkoniumi u instalua në nëndetësen e parë bërthamore amerikane, Nautilus. Më vonë doli se është më e dobishme të bësh veshje të elementit të karburantit (TVEL) nga zirkon, dhe jo pjesë të palëvizshme të bërthamës së reaktorit.

Aditivët e zirkonit gjatë lidhjes së çeliqeve rrisin karakteristikat e forcës së lidhjes. Pra, prototipet e çeliqeve jo të lidhur me zirkon shkatërrohen nën një ngarkesë më të vogël se një ton, çeliku me të njëjtën përbërje, por me shtimin e vetëm 0,1% zirkonium, mund të përballojë një ngarkesë prej më shumë se një ton e gjysmë!

Specifikimet për zirkonin e të ashtuquajturës "pastërti e reaktorit" lejojnë praninë e jo më shumë se 0.02% hafnium në të. Por edhe doza të tilla homeopatike të shoqëruesit të përjetshëm të zirkonit në mënyrë mjaft të konsiderueshme - gjashtë herë e gjysmë - zvogëlojnë transparencën e neutroneve të zirkonit!

Dioksidi i zirkonit ka një veti shumë interesante: nxehet shumë, lëshon dritë aq intensivisht sa mund të përdoret në teknologjinë e ndriçimit. Fizikani i famshëm gjerman Walter Hermann Nernst ishte i pari që mësoi për këtë veti të dioksidit të zirkonit. Mbi bazën e këtij fenomeni të pazakontë, fizikani krijoi një llambë, e cila më vonë mori emrin "llamba Nernst", në të cilën shufrat inkandeshente ishin bërë nga dioksidi i zirkonit.

Një aplikim shumë interesant u gjet nga tetrakloridi i zirkonit. Përçueshmëria elektrike e një pllake të kësaj substance ndryshon në varësi të presionit që vepron mbi të. Funksionimi i një matës presioni universal bazohet në këtë parim - një pajisje që mat presionin. Me ndryshimin më të vogël të presionit, ndryshon edhe forca aktuale në qarkun e pajisjes, shkalla e së cilës është e kalibruar në njësi presioni. Manometra të tillë janë jashtëzakonisht të ndjeshëm ndaj ndryshimeve të presionit, kështu që ato mund të përdoren për të përcaktuar presionin nga njëqind e mijëra atmosfera në mijëra atmosfera!

Mushama ia detyrojnë vetitë e tyre kundër ujit kripërave të zirkonit, të cilat janë pjesë e një emulsioni të veçantë për ngopjen e pëlhurave. Kripërat e zirkonit përdoren gjithashtu për prodhimin e bojrave të printimit me ngjyra, llaqeve speciale dhe plastikës. Si një katalizator, komponimet e zirkonit përdoren në prodhimin e karburantit motorik me oktan të lartë. Përbërjet sulfate të këtij elementi janë të famshëm për vetitë e tyre të shkëlqyera tanike.

Histori

Në fakt, historia e popullaritetit të zirkonit për njerëzimin është mjaft e vjetër - madje edhe gjatë mbretërimit të Romës në Jude, kryepriftërinjtë mbanin zymbyl në bizhuteritë e tyre - kristalet e zirkonit - minerali kryesor i zirkonit. Bizhuteritë mesjetare nga vende të ndryshme shpesh dekoronin produktet e tyre me këto kristale. Bizhuteritë me zirkon fituan popullaritet të veçantë në Indi në shekujt 15-16 dhe në vitet tridhjetë të shekullit të 19-të.

Ky mineral që përmban zirkon u minua në ishullin Ceylon, nga i cili tregtarët më pas e eksportuan atë me bollëk në shumë vende. Këto kristale fituan një popullaritet kaq të jashtëzakonshëm për shkak të ngjyrës së tyre të larmishme dhe shumë të bukur: nga e pangjyrë transparente dhe e verdhë-kafe e zbehtë, duke u kthyer në gri-jeshile në të kuqe gjaku. Ishte zirkon i kuq që bizhuteritë e quanin zymbyl (emri i vjetër është peradol), duke e konsideruar atë një nga varietetet e topazit ose rubinit, të ngjashëm me të në përbërjen kimike. Vetëm në fund të shekullit të 18-të, zymbyl mori emrin e tij modern - zirkon Zr; mineralogisti Werner i dha këtë emër.

Ishte një nga këto zirkon nga Ceiloni që ra në duart e M. G. Klaproth, anëtar i Akademisë së Shkencave të Berlinit. Në 1789, ai kreu kërkime mbi perlë duke përdorur metodën e tij dhe publikoi rezultatet e analizës në të njëjtin vit. Klaproth mori një substancë që ai e quajti "tokë zirkon". Ai shkriu pluhurin e zirkonit me alkalin kaustik në një kavanoz të posaçëm argjendi, më pas e treti aliazhin në acid sulfurik. Më tej, kimisti izoloi acidin silicik dhe hekurin nga tretësira, pas së cilës mori kristale kripe, dhe prej tyre oksid (e njëjta tokë), të cilën e quajti "zirkonium" (Zirconerde).

Me një emër të tillë, Klaproth ka shumë të ngjarë të zmbrapsi konceptet e mëposhtme persiane: "zar" ("mbret") - ari dhe "armë" ("armë") - ngjyra, domethënë fjalë për fjalë - "me ngjyrë të artë". Nga konsideratat e mëposhtme, mund të merret me mend se minerali, i cili ishte në duart e një kimisti, kishte një ngjyrë kafe të artë. Një supozim tjetër për origjinën e emrit bazohet në fjalën arabe "zarkun" - cinnabar, mineral. Siç mund ta shihni, fjalët janë shumë të ngjashme, që do të thotë se emri i metalit vjen nga kuptimi i tyre.

Në burimet ruse, emrat janë të ngjashëm, megjithëse kanë dallime të vogla. Kështu që Scherer (1808) e quajti metalin "zirkon", Zakharov (1810) i përmbahet të njëjtit formulim, Dvigubsky (1824) është më origjinal - "baza e tokës së zirkonit" ose "zirkon", Strakhov (1825) e quan metalin. "zirkon".

Oksidi i zirkonit (II) u izolua gjithashtu nga Giton de Morovo vetëm nga zymbyl i gjetur në Francë.

Zirkoni metalik (me një përqindje shumë të lartë të papastërtive) u arrit për herë të parë të përftohej nga J. J. Berzelius në 1824 duke reduktuar fluorin-zirkonatin e kaliumit me natriumin metalik:

K2 + 4Na → Zr + 2KF + 2NaF

Rezultati ishte një metal gri argjendi që ishte aq i brishtë sa nuk mund të punohej. Arsyeja për këtë ishte përmbajtja e lartë e papastërtive. Si rezultat, ky element nuk u përdor. Për një kohë të gjatë, shkencëtarë nga vende të ndryshme u përpoqën të zgjidhnin problemin e pastërtisë së metaleve. Vetëm në vitin 1914 u bë e mundur të përftohej zirkonium relativisht i pastër, dhe metali, i cili mund të përpunohet (falsifikuar, mbështjellë, rrotullohet) në të njëjtën mënyrë si bakri, ishte në gjendje të izolonte vetëm në vitin 1925 kimistët holandezë van Arkel dhe de Boer. . Ata u larguan nga metoda tradicionale dhe e përdorur gjerësisht e elektrolizës, duke përdorur metodën e tyre të re të "ndërtimit", e cila konsistonte në faktin se një përbërës i paqëndrueshëm (në rastin e tyre ishte tetrajodidi i zirkonit ZrI4) iu nënshtrua dekompozimit termik në vakum, dhe metali i pastër u depozitua në një filament të nxehtë tungsteni.

Të qenit në natyrë

Zirkoni është një element mjaft i zakonshëm: përmbajtja e tij në koren e tokës është 0.025% ndaj peshës. Ndër metalet për nga prevalenca, ajo renditet e dymbëdhjetë. Megjithatë, zirkonium është shumë i shpërndarë dhe çdo akumulim i rëndësishëm i tij është i rrallë. Pra, në shkëmbinjtë kryesorë, përmbajtja e tij nuk kalon 1.3.10-2%; në granit, toka ranore dhe argjilore, ky element është shumë më i zakonshëm - 2 10-2%, por zirkonium është më i zakonshëm në shkëmbinjtë alkaline - 5 10-2%, që është edhe më i lartë se përmbajtja mesatare në koren e tokës në përgjithësi. . Më shpesh, mund të gjendet në formën e përbërjeve të ndryshme kimike, të cilat, nga ana tjetër, ndodhin në litosferë, sepse zirkonium është një element litofil. Në natyrë, përbërjet e tij njihen ekskluzivisht me oksigjen në formën e oksideve dhe silikateve. Pavarësisht se zirkonium është një element gjurmë, ka rreth 40 minerale në të cilat zirkonium është i pranishëm në formën e oksideve ose kripërave. Për shkak të shpërndarjes së tillë në shkëmbinj dhe mungesës së depozitave të mëdha, zirkonium përdoret shumë më pak se metalet vërtet të rralla. Ky metal është një migrant i dobët i ujit - përmbajtja e zirkonit në ujin e detit nuk kalon 0,00005 mg/l. Në mjedisin biologjik, gjithashtu nuk është e zakonshme.

Në natyrë është i shpërndarë kryesisht zirkon ZrSiO4, në të cilin 67,1% ZrO2, baddeleyite ZrO2 dhe minerale të ndryshme komplekse: eudialit (Na,Ca)6ZrOH(Si3O9)2(OH,Cl)2 etj.

Zirkoni është minerali më i zakonshëm i zirkonit, i njohur që nga kohërat e lashta, kur quhej zymbyl, azorit, auerbachite, engelhardite dhe emra të tjerë. Zirkoni është një silikat izolues që gjendet në të gjitha llojet e shkëmbinjve, por është më karakteristik për granitet dhe sienitet. Minerali është një kristale të formuar mirë, pamja e të cilave ndryshon në varësi të kushteve të formimit, kështu që në granit dhe pegmatit granitik ka kristale të një natyre të gjatë prizmatike, dhe në shkëmbinjtë alkaline dhe metasomatikë - një lloj dipiramidal. Ju gjithashtu mund të gjeni "binjakë", "binjakë të dredhur", rritje radiale dhe të ngjashme me demet.

Shpesh, kristalet janë relativisht të vogla (vetëm disa milimetra), por ka përjashtime që peshojnë dhjetëra apo edhe qindra karat. Kristal zirkon disa centimetra të gjatë janë gjetur në Hinderson County, Karolina e Veriut. Në Madagaskar, gjetjet që peshojnë disa kilogramë nuk janë të rralla. Në Shtetet e Bashkuara të Amerikës, Instituti Smithsonian mban disa zirkon të sjellë nga ishulli i Sri Lanka. Ato ndryshojnë në ngjyrë dhe peshë: zirkon më i madh - kafe peshon 118.1 karat; verdhë-kafe 97,6; e verdha 23,5, e pangjyrë 23,9. Aty mund të shihni edhe kristale të mëdha nga Birmania dhe Tajlanda. Muzeu Gjeologjik i Londrës, Muzeu Amerikan i Historisë Natyrore në Nju Jork dhe Muzeu Kanadez në Toronto mund të mburren me koleksione të pasura zirkonësh të mëdhenj. Shumë zirkone të mëdha dhe shumë të bukura u minuan në Urale.

Zirkonet shpesh përmbajnë shumë papastërti: hekur, alumin, metale të rralla të tokës, hafnium, berilium, uranium dhe të tjerë. Në këtë drejtim, shkencëtarët dallojnë disa lloje të zirkonit: malakon, citrolite, alvit, arshinovite dhe shumë të tjerë.

Minerali baddeleyite, ndryshe nga zirkon, u zbulua relativisht kohët e fundit - në 1892 në Brazil. Aty ndodhet edhe depozitimi kryesor i këtij minerali, Posos de Caldas. Disa gjetje të kësaj depozite janë thjesht të mahnitshme - një nga blloqet e baddeleyite, i nxjerrë nga shkëmbi, peshonte 30 tonë! Përgjatë brigjeve të lumenjve dhe përrenjve, baddeleyiti shfaqet në formën e guralecave aluviale deri në 7.5 mm në diametër, i cili përmban mbi 90% dioksid zirkonium. Për pamjen e tij, ky guralec u quajt "favas" nga minatorët vendas, që do të thotë "fasule" (fava) në portugalisht.

Aplikacion

Fushat e aplikimit të zirkonit dhe mineraleve që përmbajnë atë janë jashtëzakonisht të larmishme, ato lidhen me industritë e teknologjisë së lartë dhe në të njëjtën kohë me prodhimin e mallrave më të zakonshme të konsumit.

Konsumatori i parë i zirkonit ishte metalurgjia - së pari e zezë, pastaj me ngjyra. Kjo është për shkak të një numri të vetive të elementit të dyzetë. Për shkak të afinitetit të lartë ndaj oksigjenit, azotit, squfurit dhe fosforit, një aliazh zirkoniumi me hekur dhe silikon ose me alumin dhe silikon përdoret si deoksidues dhe pastrues çeliku.

Zirkoni përdoret gjerësisht si një element aliazh, sepse shtimi i tij në metale të tjera u jep atyre veti të veçanta - rezistencë ndaj nxehtësisë, rezistencë ndaj acidit dhe shumë të tjera. Përveç vetive të reja të fituara, lidhjet e zirkonit rrisin forcën e tyre mekanike, gjë që ndihmon në rritjen e jetëgjatësisë së tyre dhe zgjerimin e mundësive të përdorimit të tyre në fusha të ndryshme. Vlen të jepen disa shembuj të lidhjeve të tilla dhe fushat e tyre të aplikimit.

Ferrozirconium (një aliazh i zirkonit me hekur), që përmban deri në 20% Zr, përdoret në metalurgji si deoksidues dhe degazues për çelikun. Kimistët dhe metalurgët kanë zbuluar se shtimi i zirkonit në lidhjet e hekurit ka të njëjtin efekt si futja e silikonit në to: përmirësohet cilësia e çeliqeve inox dhe rezistente ndaj nxehtësisë, rritet forca mekanike dhe saldueshmëria e çeliqeve.

Një tjetër aliazh zirkoni i përdorur gjerësisht në metalurgjinë e zezë, së bashku me ferrozirkonin, është një aliazh me silikon. Kjo aliazh përdoret për degazimin e çeliqeve, sepse zirkonium është një deoksidues energjik dhe aditiv rafinues, futja e tij redukton shpejt oksidet metalike dhe largon azotin.

Lidhjet bakër-zirkon përdoren për prodhimin e pjesëve përcjellëse të pajisjeve elektrike që nxehen gjatë funksionimit. Futja e zirkonit praktikisht nuk ka asnjë efekt në përçueshmërinë e lartë elektrike të bakrit, por rrit ndjeshëm forcën dhe rezistencën ndaj nxehtësisë së lidhjes.

Lidhjet e magnezit me zirkon kanë veti të mira mekanike dhe fizike dhe konsiderohen më të përshtatshmet për qëllime strukturore.

Lidhjet e aluminit me zirkon (deri në 3% Zr) janë rezistente ndaj korrozionit, ato përdoren në rrjetat e tubave të vakumit katodë.

Zirkoni, i pastruar nga hafniumi, fitoi rëndësinë më të madhe si material strukturor në reaktorët bërthamorë. Rezistenca e lartë ndaj korrozionit, e kombinuar me forcën mekanike, pikën e lartë të shkrirjes dhe seksionin kryq të absorbimit termik efektiv të neutronit, kohët e fundit kanë bërë të mundur përdorimin e gjerë të zirkonit për veshjen e elementeve të karburantit (TEL).

Koeficienti i ulët dhe uniform i zgjerimit termik, rezistenca e lartë ndaj korrozionit, si dhe forca e lartë mekanike dhe rezistenca kimike çuan në përdorimin e zirkonit për prodhimin e pajisjeve kimike të cilësisë së lartë, pajisjeve mjekësore, implanteve dhe fijeve për neurokirurgji.

Izoluesit në pajisjet me frekuencë të lartë të bërë nga materiale që përmbajnë zirkon reduktojnë ndjeshëm humbjet e energjisë.

Zirkoni i pluhurosur përdoret kryesisht në prodhimin e flakëruesve, detonatorëve, siguresave të predhave dhe bombave në distancë.

Por megjithatë, shumica e lëndëve të para të zirkonit të nxjerrë (rreth 90%) përdoren në formën minerale në formën e zirkonit, i cili përmban deri në 66% dioksid zirkoniumi (ZrO2). Për shkak të vetive të tij - pika e lartë e shkrirjes (më shumë se 2700 ° C), koeficienti i ulët i zgjerimit termik dhe rezistencës ndaj sulmit kimik - ZrO2 është përdorur gjerësisht në një larmi fushash. Përdoret gjerësisht në prodhimin e veshjeve mbrojtëse termike, produkteve shumë zjarrduruese, elektroliteve të ngurta, smalteve rezistente ndaj nxehtësisë, gotave zjarrduruese, llojeve të ndryshme të qeramikës, pigmenteve qeramike, katalizatorëve, veglave prerëse dhe materialeve gërryese, gurëve të çmuar artificialë. Në dekadën e fundit, me zhvillimin e shpejtë të elektronikës dhe teknologjisë kompjuterike, si dhe mjeteve të ndryshme të komunikimit, dioksidi i zirkonit ka filluar të përdoret gjerësisht në fibrat optike dhe prodhimin e qeramikës që përdoret në elektronikë.

Për shkak të fortësisë së tij të lartë, karabit zirkonium ZrC përdoret si material bluar, si dhe për të zëvendësuar diamantet gjatë prerjes së xhamit.

Prodhimi

Burimi kryesor i lëndës së parë të prodhimit industrial të zirkonit metalik është minerali zirkon ZrSiO4.

Metodat kryesore për marrjen e zirkonit metalik mund të ndahen në tre grupe: 1) metodat e rikuperimit; 2) metodat e disociimit termik dhe 3) metodat elektrolitike.

Para së gjithash, xehet e zirkonit kalojnë në fazën e pasurimit, për të cilën përdoret metoda e gravitetit me pastrimin e koncentratit me ndarje elektrostatike dhe magnetike. Zirkoni metalik prodhohet nga komponimet e tij, të cilat përftohen nga dekompozimi i koncentratit. Në këtë rast, opsionet e mëposhtme janë të mundshme:

a) sinterizimi me gëlqere ose karbonat kalciumi me shtimin e CaCl2 në temperatura mbi 1100 ° C:

ZrSiO4 + ZCaO = CaZrO3 + Ca2SiO4

b) sinterimi me sodë në një temperaturë prej më shumë se 1000 ° C ose shkrirja me sodë kaustike (temperatura duhet të jetë mbi 500 ° C):

ZrSiO4 + 2Na2CO3 = Na2ZrO3 + Na2SiO3 + 2CO2

Nga aliazhi ose sinteri i prodhuar nga hapja alkaline, para së gjithash, komponimet e silikonit hiqen me shpëlarje me ujë ose acid klorhidrik të holluar, pas së cilës mbetja zbërthehet me acide klorhidrike ose sulfurike. Rezultati është oksiklorur dhe sulfate, përkatësisht.

c) sinterizimi me fluorosilikat kaliumi në temperatura afër 1000 ° C:

ZrSiO4 + K2SiF6 = K2ZrF6 + 2SiO2

Torta e fluorozirkonatit që rezulton nxehet dhe lahet me ujë të acidifikuar, fluorozirkonati i kaliumit kalon në ujë, kur tretësira ftohet, pjesa më e madhe (75-90%) lirohet.

d) klorifikimi me qymyr në një temperaturë prej rreth 1000 ° C, ndërsa një karbidizimi paraprak në një temperaturë nga 1700 në 1800 ° C është i mundur, i projektuar për të hequr pjesën më të madhe të silikonit në formën e një oksidi shumë të paqëndrueshëm (SiO). Rezultati është kloruri i zirkonit ZrCl4, i cili sublimohet dhe forcohet.

Përbërjet e zirkonit izolohen nga solucionet acidike që rezultojnë me metodat e mëposhtme:

a) precipitimi hidrolitik i sulfateve bazë të zirkonit xZrO2.ySO3 zH2O nga tretësirat e acidit sulfurik ose të acidit klorhidrik;

b) kristalizimi i klorurit të zirkonit ZrOCl2 8H2O gjatë avullimit të tretësirave të acidit klorhidrik;

c) kristalizimi i sulfatit të zirkonit Zr(SO4)2 duke shtuar acid sulfurik të koncentruar ose duke avulluar tretësirat e acidit sulfurik. Si rezultat i kalcinimit të sulfateve dhe klorureve, fitohet ZrO2.

Të gjitha përbërjet e zirkonit të marra nga koncentratet përmbajnë gjithmonë hafnium. Pastrimi i zirkonit prej tij është një proces mjaft i mundimshëm dhe i shtrenjtë. Zirkoni ndahet nga shoqëruesi i tij konstant nga kristalizimi i pjesshëm i K2ZrF6, nxjerrja nga tretësira acide me tretës organikë (për shembull, tributil fosfat), metodat e shkëmbimit të joneve dhe reduktimi selektiv i tetraklorureve (ZrCl4 dhe HfCl4).

Ekziston një metodë "ndërtimi" e zhvilluar nga shkencëtarët holandezë van Arkel dhe de Boer. Ai konsiston në faktin se një përbërës i paqëndrueshëm (tetrajodidi i zirkonit ZrI4) i nënshtrohet dekompozimit termik në vakum dhe një metal i pastër depozitohet në një filament të nxehtë tungsteni. Në vitet njëzetë të shekullit të kaluar, kjo metodë u përdor gjerësisht, por kostoja e lartë e zirkonit të marrë me këtë metodë e kufizoi rëndë shtrirjen e saj. Prandaj, lindi nevoja për të zhvilluar një metodë të re, më të lirë për marrjen e zirkonit. Në këtë mënyrë, metoda e përmirësuar Krol u bë. Skema e këtij prodhimi përfshin dy faza kryesore: dioksidi i zirkonit klorohet dhe tetrakloridi i zirkonit që rezulton reduktohet nga magnezi metalik nën një shtresë metali të shkrirë. Produkti përfundimtar, sfungjeri i zirkonit, shkrihet në shufra dhe i dërgohet konsumatorit në këtë formë.

Vetitë fizike

Siç e dimë, zirkoniumi u izolua në formën e tij të lirë metalike shumë kohë më parë - në 1824 nga kimisti suedez Jens Berzelius. Nuk ishte e mundur të përftohej një element i një shkalle të lartë pastërtie për shumë dekada, kjo është arsyeja pse nuk ishte e mundur të studioheshin vetitë fizike të këtij metali. Vetëm në mesin e shekullit të njëzetë, shkencëtarët arritën të merrnin zirkon pa papastërti. Doli se në zirkon, ndonjëherë në sasi shumë të mëdha, ka hafnium - një shoqërues i vazhdueshëm i këtij metali, i cili nuk ishte vënë re më parë për shkak të vetive kimike të ngjashme me zirkonin.

Zirkoni i pastër ka pamjen e një metali tipik - një ngjyrë e shkëlqyeshme argjendi-gri, që të kujton çelikun, por që ndryshon prej tij në forcë dhe duktilitet më të madh. Për më tepër, cilësia e fundit, siç theksohet nga metalurgët, varet drejtpërdrejt nga sasia e oksigjenit që përmbahet në zirkon. Pra, nëse më shumë se 0.7% oksigjen hyn në zirkonin e lëngshëm të shkrirë, atëherë metali do të jetë i brishtë për shkak të formimit të zgjidhjeve të ngurta të oksigjenit në zirkon, vetitë e të cilave ndryshojnë shumë nga vetitë e metalit të pastër. I njëjti efekt ushtrohet nga papastërtitë e azotit, karbonit dhe hidrogjenit. Dendësia e zirkonit të pastër në 20°C është 6,45 g/cm3, fortësia e Brinell është 640-670 Mn/m2 ose 64-67 kgf/mm2. Fortësia ndikohet shumë nga prania e papastërtive (sidomos oksigjenit), të cilat rrisin fortësinë e zirkonit, duke ulur brishtësinë e tij. Kështu, me një përmbajtje oksigjeni prej më shumë se 0.2%, zirkoniumi nuk i nënshtrohet punës së ftohtë me presion. Rezistenca në tërheqje e zirkonit është 253 MN/m2 ose 25,3 kgf/mm2, moduli i elasticitetit në 20°C = 97 Gn/m2 ose 9700 kgf/mm2.

Zirkoni është një metal i temperaturave të larta: pika e shkrirjes (shkrirja) e zirkonit me pastërti të lartë është 1845° C, pika e vlimit (tvlimi) është 3580-3700° C. Dioksidi i zirkonit ZrO2 është një nga substancat më zjarrduruese në natyrë. Shkrihet në 2680°C! Vetitë e tilla të metalit dhe dioksidit të tij përcaktuan përdorimin e tyre në metalurgji: lidhja e çeliqeve rezistente ndaj nxehtësisë dhe nxehtësisë me zirkon, përdorimi i ZrO2 në prodhimin e lëndëve zjarrduruese.

Karakteristikave termike të mësipërme të zirkonit duhet t'i shtohen sa vijon: kapaciteti specifik i nxehtësisë në intervalin e temperaturës 25-100°C = 0,291 kJ/(kg∙K) ose 0,0693 cal/(g∙°C); koeficienti i përçueshmërisë termike në 50 ° С = 20,96 W / (m ∙ K) ose 0,050 cal / (cm s ∙ ° С); koeficienti i temperaturës së zgjerimit linear në temperaturat 20-400 ° С = 6.9∙10-6. Temperatura e kalimit në gjendjen e superpërçueshmërisë është 0.7K.

Zirkoni metalik karakterizohet nga dy modifikime alotropike: modifikimi α, i cili ka një strukturë gjashtëkëndore dhe është i qëndrueshëm në temperatura nën 863 ° C, dhe modifikimi β, i cili ka një rrjetë të një kubi të përqendruar në hapësirë ​​dhe është i qëndrueshëm në temperaturat mbi 863 ° C. Kështu, kalimi i modifikimit α në β - modifikohet në këtë temperaturë kufitare prej 863 ° C. Për më tepër, shtimi i aluminit, plumbit, kallajit dhe kadmiumit rrit temperaturën e kalimit nga një gjendje në tjetrën, dhe shtimi i hekurit, kromit, nikelit, molibdenit, bakrit, titanit dhe disa metaleve të tjera - më i ulët.

Rezistenca elektrike e zirkonit me pastërti të lartë në 20°C = 44,1 mikrohm∙cm. Zirkoni është paramagnetik, ndjeshmëria e tij magnetike specifike rritet kur metali nxehet. Pra, në një temperaturë prej -73 ° C, ndjeshmëria magnetike specifike e zirkonit është 1.28 ° C, dhe në 327 ° C - 1.41 ° C.

Vetia më e vlefshme e zirkonit të pastër është seksioni i tij i vogël termik i kapjes së neutronit (0,18 hambar). Është shumë më pak se metalet e tjera - hekuri (2,53 hambarë), nikel (4,60 hambarë) ose bakri (3,69 hambarë). Edhe pse shumë metale më të lira kanë një seksion kryq kapjeje të të njëjtit rend: 0,65 hambar për kallaj, 0,22 hambar për alumin, dhe akoma më pak për magnez - vetëm 0,06 hambar. Megjithatë, të gjitha metalet e listuara janë të shkrirë dhe jo rezistente ndaj nxehtësisë, ndryshe nga zirkonium. Prandaj, është ky metal që përdoret si material strukturor në ndërtimin e reaktorëve.

Vetitë kimike

Një nga vetitë më të shquara të zirkonit është rezistenca e tij e lartë ndaj korrozionit ndaj shumë mediave agresive. Për sa i përket aftësisë së tij për t'i rezistuar korrozionit, zirkonium tejkalon metale të tilla rezistente si niobium dhe titani. Në kushte normale, zirkoniumi është inert në lidhje me gazrat atmosferikë dhe ujin, dhe nuk reagon me acidet klorhidrike dhe sulfurike (deri në përqendrim 50%). Gjatë eksperimenteve, u zbulua se çeliku inox humbet rreth 2.6 milimetra në vit në pesë përqind acid klorhidrik në 60 ° C, titan - rreth 1 milimetër dhe zirkon - 1000 herë më pak. Zirkoni ka rezistencën më të madhe ndaj alkaleve, është i vetmi metal rezistent ndaj alkaleve që përmbajnë amoniak. Për sa i përket rezistencës ndaj mediave agresive, zirkonium është inferior edhe ndaj tantalit - një nga luftëtarët më të fuqishëm kundër korrozionit.

Një rezistencë e tillë shpjegohet lehtësisht nga vetitë kimike të zirkonit, ose më saktë nga formimi i një filmi oksid mbrojtës në sipërfaqen e tij, i cili mbron metalin nga shkatërrimi i mëtejshëm. Për të oksiduar plotësisht zirkonin, do të jetë e nevojshme ta ngrohni atë deri në 700 ° C, vetëm atëherë filmi do të shkatërrohet pjesërisht, pjesërisht i tretur në metal. Rezulton se është pikërisht temperatura 700 ° C ajo kufiri përtej të cilit përfundon rezistenca kimike e elementit numër 40. Por edhe para këtij kufiri, zirkonium, kur nxehet në 300 ° C e lart, fillon të reagojë më shumë. në mënyrë aktive me oksigjen dhe përbërës të tjerë të atmosferës. Si rezultat, formimi i dioksidit dhe hidridit me avujt e ujit, me dioksid karboni - karabit dhe dioksid, me azot - nitrid zirkonium. Deri në të njëjtën temperaturë, zirkonium mbrohet në mënyrë të besueshme nga një film oksid, i cili garanton rezistencë të lartë kimike të zirkonit.

E megjithatë zirkonium ndërvepron me acidet, kjo ndodh nëse formimi i komplekseve anionike është i mundur. Pra, në temperatura mbi 100 ° C, ai ndërvepron me një përzierje të acideve nitrik dhe hidrofluorik dhe aqua regia:

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

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

Ai shpërndahet në acide sulfurike hidrofluorike dhe të nxehta (mbi 50%):

Zr + 6HF = H2 + 2H2

Zirkoni në formën e ashklave ose pluhurit sillet krejt ndryshe në ajër. Në kontrast me zirkonin kompakt metalik, këto substanca piromorfe ndizen lehtësisht spontanisht në ajër tashmë në temperaturën e dhomës. Një proces i tillë është ekzotermik dhe ndodh me një lëshim të madh të nxehtësisë. Zirkoni i ngjashëm me pluhurin në një përzierje me ajrin është në gjendje të shpërthejë.

Ndërveprimi i zirkonit me ujin është gjithashtu i pazakontë. Shumica e metaleve në kontakt me ujin i nënshtrohen korrozionit galvanik, i cili konsiston në kalimin e kationeve të tyre në ujë. Zirkoni, si në reagimin ndaj oksigjenit, duke bashkëvepruar me ujin, është i mbuluar me një film mbrojtës që është i patretshëm. Kështu, për shkak të vetive të filmit të tij mbrojtës, zirkonium mbrohet nga korrozioni i ujit.

Kur nxehet, zirkonium fillon të ndërveprojë me gazrat. Pra, në temperatura mbi 800 ° C, zirkonium kompakt fillon të thithë në mënyrë aktive oksigjenin:

Zirkoni fillon të ndërveprojë me azotin në temperaturat 700-800°C me formimin e nitridit: ZrN.

Mbi 300°C, zirkonium fillon të thithë hidrogjenin, duke formuar një tretësirë ​​të ngurtë dhe hidride ZrH dhe ZrH2. Në 1200-1300°C në vakum, hidridet shpërndahen dhe i gjithë hidrogjeni mund të hiqet nga metali.

Kur nxehet, zirkonium gjithashtu fillon të reagojë me jometalet. Në temperaturat mbi 900 ° C, ndërveprimi me karbonin ndodh me formimin e karabit ZrC. Zirkoni reagon me klorin, jodin dhe bromin tashmë në 200°C, duke formuar halidet më të larta ZrX4 (ku X është një halogjen). Ndërveprimi me fluorin ndodh në temperaturë të zakonshme.

Elementi i dyzetë i tabelës periodike u zbulua në 1783 nga një kimist me origjinë gjermane M.G. Klaprotom. Metali i zirkonit i pastruar nga papastërtitë u mor vetëm në fillim të shekullit të 20-të. Dhe megjithëse kanë kaluar pothuajse 100 vjet nga ai moment, metali ka ende një sërë paqartësish, duke filluar nga origjina e emrit të tij dhe duke përfunduar me ndikimin në shëndetin e njeriut. Pse çmimi i 1 gram prej tij po rritet prej disa dekadash.

Të qenit në natyrë

Zirkoni gjendet natyrshëm vetëm në formën e oksideve dhe silikateve. Ndër to dallohen kryesisht zirkon, eudialit, baddeleyite. Vlen të theksohet se metali në depozita shoqërohet gjithmonë me hafnium. Kjo ndodh për shkak të rrjetës së ngjashme kristalore të metaleve.

Pjesa kryesore e mineraleve të zirkonit ndodhet në litosferë. Një ton i kores së tokës përbën mesatarisht 210 gram zirkon. Komponimet e zirkonit gjenden gjithashtu në ujin e detit. Por përqendrimi i tij këtu është shumë më i ulët dhe arrin në 0.05 mg për 1000 litra.

Liderët në numrin e depozitave të zirkonit janë Australia (zirkon), Afrika e Jugut (baddeleyite), pak më pak se SHBA, Brazili dhe India. Rusia përbën 10% të rezervave botërore.

Faturë

Fillimisht, zirkoniumi u izolua nga oksidet me metodën e "rritjes". Një shirit zirkoniumi u montua në filamente të nxehtë tungsteni. Nën ndikimin e temperaturave mbi 2000 ºС, metali i zirkonit u mbërthye në sipërfaqen e ngrohësit dhe përbërësit e mbetur të përbërjes u dogjën.

Kjo metodë kërkonte një sasi të madhe energjie elektrike dhe së shpejti u zhvillua një metodë më ekonomike Croll. Thelbi i tij qëndron në klorinimin paraprak të dioksidit të zirkonit, i ndjekur nga reduktimi i magnezit. Por zhvillimi i metodave për marrjen e zirkonit nuk u ndal këtu. Disa kohë më vonë, reduktimi edhe më i lirë alkalin dhe fluor i zirkonit nga oksidet filloi të përdoret në industri.

Përbërja e zirkonit e110

Jodidi i zirkonit

Shumë duktil dhe me karakteristika të ulëta të forcës. Përftohet me metodën e jodurit bazuar në aftësinë e metalit për të formuar komponime me jod. Në të njëjtën kohë, papastërtitë e dëmshme ndahen lehtësisht dhe fitohet metal i pastër. Shufrat janë bërë nga zirkonium jodur.

Çmimi

Furnizuesit kryesorë të zirkonit në tregun botëror janë Australia dhe Afrika e Jugut. Kohët e fundit, avantazhi në eksportin e mineraleve të zirkonit dhe zirkonit po anon gjithnjë e më shumë drejt Republikës së Afrikës së Jugut. Konsumatorët kryesorë janë Bashkimi Evropian (Italia, Franca, Gjermania), Kina dhe Japonia. Zirkoni tregtohet kryesisht në formën e ferroaliazheve.

Gjatë 10 viteve të fundit, kërkesa për metal zirkon është rritur mesatarisht me 5.2% në vit. Kapaciteti prodhues gjatë kësaj kohe arriti të rritet me pak më shumë se 2%. Si rezultat, në tregun botëror u formua një mungesë e vazhdueshme e zirkonit, e cila ishte një parakusht për rritjen e vlerës së tij.

Ekzistojnë 2 arsye kryesore për rritjen e kërkesës për këtë metal:

• Rritja globale e industrisë bërthamore.
• Përdorimi aktiv i zirkonit në prodhimin e qeramikës.

Gjithashtu, disa ekspertë besojnë se ndërprerja e minierave të baddeleyite në Australi ndikoi pjesërisht në rritjen e kuotimeve të zirkonit.

Në tregun sekondar rus të metaleve, kostoja e zirkonit varion nga 450 në 7500 rubla për kilogram. Sa më i pastër të jetë metali, aq më i lartë është çmimi.

Aplikacion

Karakteristikat e mësipërme ofrojnë zirkonium me përdorim të gjerë në industri të ndryshme. Këtu janë fushat e mëposhtme:

• Në inxhinierinë elektrike, aliazhi i zirkonit me niobium përdoret si një superpërçues. I reziston ngarkesave deri në 100 kA\cm2. Pika e kalimit në regjimin e superpërcjellësit është 4.2 K. Gjithashtu, në pajisjet radio, pllakat elektronike janë të veshura me zirkon në mënyrë që të thithin gazrat që dalin nga gazi. Filtrat e rrezatimit zirkoni për tubat me rreze X karakterizohen nga një vlerë e lartë njëngjyrëshe.
• Në industrinë e energjisë bërthamore, përdoret si material për predha të shufrave të karburantit (zona ku kryhet drejtpërdrejt ndarja bërthamore dhe prodhimi i nxehtësisë) dhe përbërës të tjerë të një reaktori termonuklear.
• Metalurgjia përdor zirkonin si një element aliazh. Ky metal është një deoksidues i fortë, duke tejkaluar manganin dhe silikonin në këtë tregues. Shtimi i vetëm 0,5% zirkonium në metalet strukturore (çeliku 45, 30KhGSA) rrit forcën e tyre me 1,5-1,8 herë. Kjo përmirëson gjithashtu rrjedhën e procesit të prerjes. Zirkoni është përbërësi kryesor i qeramikës së korundit. Krahasuar me baltën e zjarrit, jeta e tij e shërbimit është 3-4 herë më e lartë. Ky material zjarrdurues përdoret në prodhimin e gropave dhe furrave të furrave të çelikut.
• Në inxhinierinë mekanike, metali përdoret si material për produkte të tilla si pompat dhe pajisjet e tubave që funksionojnë në mjedise agresive.
• Në piroteknikë, metalet e zirkonit përdoren për të bërë përshëndetje dhe fishekzjarre. Kjo ndodh për shkak të mungesës së tymit gjatë djegies, si dhe lëshimit të një sasie të konsiderueshme të energjisë së dritës.
• Në industrinë kimike, zirkon përdoret si lëndë e parë për qermeti - një shtresë qeramike-metalike me rezistencë të shtuar ndaj konsumit dhe rezistencë ndaj acideve.
• Në optikë, fianiti përdoret në mënyrë aktive - zirkon i përpunuar me shtesa të skandiumit dhe metaleve të tjera të rralla të tokës. Fianitet kanë një kënd të konsiderueshëm thyerjeje, gjë që u lejon atyre të përdoren si material për prodhimin e lenteve. Në bizhuteri, zirkoni kub njihet si një zëvendësues sintetik i diamantit.
• Në industrinë ushtarake, zirkonium shërben si një mbushës për gjurmuesit e plumbave dhe flakërimeve.

Vetite fizike dhe kimike

Zirkoni është një metal që duket si argjendi. Dendësia e tij është 6506 kg / m3. Pika e shkrirjes - 1855,3 ºС. Kapaciteti specifik i nxehtësisë varion brenda 0,3 KJ / kg C. Ky metal nuk ka një përçueshmëri të lartë termike. Vlera e tij është në nivelin 21 W/m C, që është 1,9 herë më e ulët se ajo e titanit. Rezistenca elektrike e zirkonit është 41-60 μOhm cm dhe varet drejtpërdrejt nga sasia e oksigjenit dhe azotit në metal.

Zirkoni ka një nga nivelet më të ulëta të kapjes së neutroneve termike tërthore (0,181 hambar). Sipas këtij parametri, nga metalet e njohura aktualisht, ai anashkalohet vetëm nga magnezi (0,060 hambar).

Zirkoni, si hekuri, është paramagnetik. Ndjeshmëria e tij ndaj një fushe magnetike rritet me rritjen e temperaturës.

Zirkoni i pastër nuk ka karakteristika të larta mekanike. Fortësia e tij është rreth 70 njësi në shkallën Vickers. Forca në tërheqje është 175 MPa, e cila është pothuajse 2.5 herë më e ulët se çeliku i karbonit me cilësi të zakonshme. Forca e rendimentit 55 MPa. Zirkoni është një nga metalet plastike me një modul elastik prej 96 MPa.

Të gjitha vetitë mekanike të mësipërme janë të kushtëzuara, sepse. vlera e tyre ndryshon fuqishëm me rritjen e papastërtive në përbërjen e zirkonit.

Kështu, një rritje në përmbajtjen e oksigjenit (deri në 0.4%) zvogëlon plasticitetin e zirkonit në një gjendje të tillë që falsifikimi dhe stampimi bëhet plotësisht i pamundur. Një rritje në përbërjen e hidrogjenit në 0.001% rrit brishtësinë e zirkonit me pothuajse 2 herë.

Zirkoni është rezistent ndaj ujit dhe shumicës së alkaleve dhe acideve. Por, si karakteristikat mekanike, rezistenca ndaj korrozionit varet drejtpërdrejt nga ndotja e metaleve me elementë të tillë si karboni, titani dhe alumini. Metali nuk hyn në një reaksion kimik me zgjidhje 50% të acidit sulfurik dhe klorhidrik. Ai reagon me acidin nitrik vetëm në temperatura mbi 95 ºС. Është i vetmi metal rezistent ndaj alkaleve që ka në përbërjen e tij amoniak. Kur shenja arrin 780 ºС, fillon thithja aktive e oksigjenit nga zirkonium. Me azot, këto procese janë më të ngadalta, por edhe temperatura është më e ulët. Vetëm 600 ºС.

Gazi më aktiv në këtë drejtim është hidrogjeni. Depërtimi i tij thellë në metal fillon tashmë në 145 ºС dhe shoqërohet me një lëshim kaq të bollshëm të nxehtësisë sa rritet vëllimi i zirkonit. Pluhuri i zirkonit është veçanërisht i ndezshëm për shkak të mundësisë së vetëndezjes në ajër. Duhet të theksohet se ky proces është i kthyeshëm. Heqja e plotë e hidrogjenit kryhet në pajisje speciale në një temperaturë prej 800 ºС.

Vetitë medicinale

Si një element kimik, ai nuk ka asnjë efekt në trupin e njeriut. Përkundrazi, është një nga materialet më inerte biologjikisht. Sipas këtij treguesi, zirkonium është përpara metaleve të tilla si titani dhe çeliku inox. Rrathët e njohur të zirkonit, të reklamuara në mënyrë aktive në fund të viteve '90, nuk u shfaqën në praktikën reale. Ekspertët mjekësorë kanë vërtetuar se mirëqenia nga përdorimi i tyre është pasojë e efektit placebo.

Edhe pse, nga ana tjetër, dihet se mbajtja e vathëve prej zirkoni kontribuon në shërimin më të shpejtë të plagës pas shpimit të veshit.

Në 1789, Martin Heinrich Klaproth, një anëtar i Akademisë së Shkencave të Berlinit, publikoi rezultatet e një analize të një guri të çmuar të sjellë nga brigjet e Ceylon. Gjatë kësaj analize, u izolua një substancë, të cilën Klaproth e quajti tokë zirkon. Origjina e këtij emri shpjegohet në mënyra të ndryshme. Disa e gjejnë origjinën e saj në fjalën arabe "zarkun", që do të thotë një mineral, të tjerë besojnë se fjala "zirconium" vjen nga dy fjalë persiane "mbret" - ari dhe "armë" - ngjyra (për shkak të ngjyrës së artë të të çmuarit shumëllojshmëri zirkon - zymbyl ).

Si u përftua dhe u përftua zirkonium

Substanca e izoluar nga Klaproth nuk ishte një element i ri, por ishte një oksid i një elementi të ri, i cili më pas u pushtua në tabelë nga D.I. Qelia e dyzetë e Mendelejevit. Duke përdorur simbole moderne, formula e substancës së marrë nga Klaproth shkruhet si më poshtë: ZrO 2.

35 vjet pas eksperimenteve të Klaproth-it, kimisti i famshëm suedez Jens Jakob Berzelius arriti të marrë zirkonin metalik. Berzelius reduktoi fluorozirkonatin e kaliumit me metal natriumi:

K 2 + 4Na → Zr + 2KF + 2NaF

dhe mori një metal gri argjendi.

Zirkoni i formuar si rezultat i këtij reagimi ishte i brishtë për shkak të përmbajtjes së konsiderueshme të papastërtive. Metali nuk i kushtohej përpunimit dhe nuk mund të gjente aplikim praktik. Por mund të supozohet se zirkoniumi i pastruar, si shumë metale të tjera, do të ishte mjaft plastik.

Në shekullin XIX dhe në fillim të shekullit XX. shumë shkencëtarë u përpoqën të merrnin zirkon të pastër, por të gjitha përpjekjet përfunduan në dështim për një kohë të gjatë. Metoda aluminotermike e testuar nuk ndihmoi, eksperimentet, autorët e të cilave kërkuan të merrnin zirkon metalik nga tretësirat e kripërave të tij, nuk çuan në qëllim. Kjo e fundit shpjegohet kryesisht nga afiniteti i lartë kimik i zirkonit për oksigjenin.

Për të fituar ndonjë metal me elektrolizë nga një tretësirë ​​e kripës së tij, ky metal duhet të formojë jone monotomike. Por zirkonium nuk formon jone të tilla. Sulfati i zirkoniumit Zr(SO 4) 2, për shembull, ekziston vetëm në acidin sulfurik të koncentruar dhe kur hollohet, fillojnë reaksionet e hidrolizës dhe të formimit të kompleksit. Në fund të fundit rezulton:

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

Në një zgjidhje ujore, kloruri i zirkonit gjithashtu hidrolizohet:

ZrCl 4 + H 2 O → ZrOCl 2 + 2HCl.

Disa studiues besonin se ata arritën të merrnin zirkon nga elektroliza e tretësirave, por ata u mashtruan nga pamja e produkteve të depozituara në elektroda. Në disa raste, këto ishin vërtet metale, por jo zirkon, por nikel ose bakër, papastërtitë e të cilave përmbaheshin në lëndët e para të zirkonit; në të tjerat, hidroksidi i zirkonit që duket si një metal.

Vetëm në vitet 20 të shekullit tonë (100 vjet pasi Berzelius mori mostrat e para të zirkonit!) U zhvillua metoda e parë industriale për marrjen e këtij metali.

Kjo është metoda e "ndërtimit" e zhvilluar nga shkencëtarët holandezë van Arkel dhe de Boer. Thelbi i tij qëndron në faktin se një përbërës i paqëndrueshëm (në këtë rast, tetrajodidi i zirkonit ZrI 4) i nënshtrohet dekompozimit termik në vakum dhe një metal i pastër depozitohet në një filament të nxehtë tungsteni.

Në këtë mënyrë është marrë zirkon metalik, i cili mund të përpunohet - i falsifikuar, i mbështjellë, i mbështjellë - pothuajse aq lehtë sa bakri.

Më vonë, metalurgët zbuluan se vetitë plastike të zirkonit varen kryesisht nga përmbajtja e tij e oksigjenit. Nëse më shumë se 0,7% oksigjen depërton në zirkonin e shkrirë, atëherë metali do të jetë i brishtë për shkak të formimit të tretësirave të ngurta të oksigjenit në zirkon, vetitë e të cilave ndryshojnë shumë nga ato të metalit të pastër.

Metoda e ngritjes së pari fitoi një popullaritet, por kostoja e lartë e zirkonit të marrë me këtë metodë e kufizoi rëndë shtrirjen e saj. Dhe vetitë e zirkonit doli të ishin interesante. (Më shumë rreth tyre më poshtë.) Ekziston nevoja për të zhvilluar një metodë të re, më të lirë për marrjen e zirkonit. Një metodë e përmirësuar e Croll u bë një metodë e tillë.

Metoda Croll bën të mundur marrjen e zirkonit me gjysmën e kostos së metodës së zgjerimit. Skema e këtij prodhimi përfshin dy faza kryesore: dioksidi i zirkonit klorohet dhe tetrakloridi i zirkonit që rezulton reduktohet nga magnezi metalik nën një shtresë metali të shkrirë. Produkti përfundimtar, sfungjeri i zirkonit, shkrihet në shufra dhe i dërgohet konsumatorit në këtë formë.

Dioksidi i zirkonit

Ndërsa shkencëtarët po kërkonin një mënyrë për të marrë zirkonin metalik, praktikuesit tashmë kanë filluar të përdorin disa nga përbërësit e tij, kryesisht zirkoninë. Vetitë e dioksidit të zirkonit varen kryesisht nga mënyra se si përftohet. ZrO 2, i formuar gjatë kalcinimit të disa kripërave të zirkonit të paqëndrueshme termikisht, është i patretshëm në ujë. Dioksidi i kalcinuar dobët tretet mirë në acide, por, i kalcinuar fort, bëhet i patretshëm në acide minerale, përveç hidrofluorit.

Një tjetër veçori interesante: zirkonia me nxehtësi të lartë lëshon dritë aq intensivisht sa mund të përdoret në teknologjinë e ndriçimit. Shkencëtari i njohur gjerman Walter Hermann Nernst ka përfituar nga kjo pronë. Shufrat inkandeshente në llambën Nernst ishin bërë nga ZrO2. Dioksidi i zirkonit inkandeshent ndonjëherë shërben si burim drite në eksperimentet laboratorike.

Në industri, prodhimi i silikatit dhe metalurgjia ishin të parat që përdorën dioksidin e zirkonit. Qysh në fillim të shekullit tonë janë bërë zjarrdurues zirkon, të cilët qëndrojnë tre herë më shumë se zakonisht. Materialet zjarrduruese që përmbajnë shtimin e ZrO 2 lejojnë deri në 1200 shkrirje çeliku pa riparimin e furrës. Është shumë.

Tullat e zirkonit kanë zëvendësuar argjilën e zjarrit (një material zjarrdurues i përdorur gjerësisht i bazuar në argjilë ose kaolinë) në shkrirjen e aluminit metalik, dhe ja pse. Shamota është e lidhur me alumin dhe në sipërfaqen e saj krijohen grumbullime skorje, të cilat duhet të pastrohen periodikisht. Dhe tullat e zirkonit nuk lagen nga alumini i shkrirë. Kjo lejon që furrat e veshura me zirkon të funksionojnë vazhdimisht për dhjetë muaj.

Sasi të konsiderueshme të zirkonit përdoren në prodhimin e qeramikës, porcelanit dhe qelqit.

Lista e industrive që kanë nevojë për zirkon mund të vazhdojë pafundësisht. Por le të shohim se për çfarë metali ishte i dobishëm zirkonium, i cili nuk mund të fitohej për kaq shumë kohë.

Zirkoni dhe metalurgjia

Konsumatori i parë i zirkonit metalik ishte metalurgjia e zezë. Zirkoni u tregua një deoksidues i mirë. Në veprimin deoksidues, ai tejkalon edhe manganin dhe titanin. Në të njëjtën kohë, zirkonium zvogëlon përmbajtjen e gazeve dhe squfurit në çelik, prania e të cilave e bën atë më pak duktil.

Çeliqet e lidhur me zirkon nuk humbasin qëndrueshmërinë e kërkuar në një gamë të gjerë temperaturash, ata i rezistojnë mirë ngarkesave të goditjes. Prandaj, zirkonium i shtohet çelikut që përdoret për prodhimin e pllakave të blinduara. Kjo ndoshta merr parasysh faktin se shtesat e zirkonit kanë një efekt pozitiv në forcën e çelikut. Nëse një mostër çeliku jo e lidhur me zirkon shembet nën një ngarkesë prej rreth 900 kg, atëherë çeliku i së njëjtës recetë, por me shtimin e vetëm 0,1% zirkonium, mund të përballojë një ngarkesë prej 1600 kg.

Metalurgjia me ngjyra gjithashtu konsumon sasi të konsiderueshme të zirkonit. Këtu veprimi i tij është shumë i larmishëm. Shtesat e vogla të zirkonit rrisin rezistencën ndaj nxehtësisë së lidhjeve të aluminit, dhe lidhjet shumëkomponente të magnezit me shtimin e zirkonit bëhen më rezistente ndaj korrozionit. Zirkoni rrit rezistencën e titanit ndaj veprimit të acideve. Rezistenca ndaj korrozionit e lidhjes së titanit me 14% Zr në 5% acid klorhidrik në 100°C është 70 herë (!) më e madhe se ajo e titanit të pastër komercial. Përndryshe, zirkonium ndikon në molibden. Shtimi i 5% zirkonium dyfishon fortësinë e këtij metali zjarrdurues, por mjaft të butë.

Ka fusha të tjera të aplikimit të zirkonit metalik. Rezistenca e lartë ndaj korrozionit dhe infuzibiliteti relativ kanë bërë të mundur përdorimin e tij në shumë industri. Spinerat për prodhimin e fibrave artificiale, pajisje të nxehta, pajisje laboratorike dhe mjekësore, katalizatorë - kjo nuk është një listë e plotë e produkteve të bëra nga zirkonium metalik.

Megjithatë, metalurgjia dhe ndërtimi i makinerive nuk ishin konsumatorët kryesorë të këtij metali. Sasi të mëdha zirkoni kërkoheshin për energjinë bërthamore.

Problemi i zirkonit "të shkallës së reaktorit".

Zirkoni nuk hyri menjëherë në teknologjinë bërthamore. Për t'u bërë i dobishëm në këtë industri, metali duhet të ketë një grup të caktuar vetive. (Veçanërisht nëse pretendon të jetë një material strukturor në ndërtimin e reaktorëve.) Kryesorja e këtyre vetive është një seksion kryq i vogël i kapjes së neutronit termik. Në parim, kjo karakteristikë mund të përkufizohet si aftësia e një materiali për të kapur, thithur neutrone dhe në këtë mënyrë për të parandaluar përhapjen e një reaksioni zinxhir.

Seksioni kryq i kapjes së neutronit matet në hambarë. Sa më e madhe kjo vlerë, aq më shumë neutrone thith materiali dhe aq më shumë parandalon zhvillimin e një reaksioni zinxhir. Natyrisht, materialet me një seksion kryq të kapjes minimale zgjidhen për zonën e reagimit të reaktorëve.

Për zirkonin e pastër metalik, kjo vlerë është 0.18 hambar. Shumë metale më të lira kanë seksione tërthore kapëse të të njëjtit rend: kallaji, për shembull, ka 0,65 hambarë, alumini ka 0,22 hambarë dhe magnezi ka vetëm 0,06 hambarë. Por si kallaji, ashtu edhe magnezi dhe alumini janë të shkrirë dhe jo rezistent ndaj nxehtësisë; Zirkoni shkrihet vetëm në 1860°C.

Dukej se i vetmi kufizim ishte çmimi mjaft i lartë i elementit nr. 40 (edhe pse paratë nuk duhen kursyer për këtë industri), por u shfaq një ndërlikim tjetër.

Në koren e Tokës, zirkonium shoqërohet gjithmonë me hafnium. Në mineralet e zirkonit, për shembull, përmbajtja e tij është zakonisht midis 0.5 dhe 2.0%. Analogu kimik i zirkonit (në tabelën periodike, hafniumi qëndron drejtpërdrejt nën zirkon) kap neutronet termike 500 herë më intensivisht se zirkonium. Edhe papastërtitë e vogla të hafniumit ndikojnë fuqishëm në rrjedhën e reaksionit. Për shembull, një papastërti hafniumi 1.5% rrit seksionin kryq të kapjes së zirkonit me një faktor prej 20.

Teknika u përball me problemin e ndarjes së plotë të zirkonit nga hafniumi. Nëse vetitë individuale të të dy metaleve janë shumë tërheqëse, atëherë prania e tyre e kombinuar e bën materialin absolutisht të papërshtatshëm për teknologjinë bërthamore.

Problemi i ndarjes së hafniumit dhe zirkonit doli të ishte shumë i vështirë - vetitë e tyre kimike janë pothuajse të njëjta për shkak të ngjashmërisë ekstreme në strukturën e atomeve. Për ndarjen e tyre, përdoret një pastrim kompleks me shumë faza: shkëmbimi i joneve, reshjet e shumta, nxjerrja.

Të gjitha këto operacione rrisin ndjeshëm koston e zirkonit, dhe tashmë është i shtrenjtë: metali duktil (99.7% Zr) është shumë herë më i shtrenjtë se koncentrati. Problemi i ndarjes ekonomike të zirkonit dhe hafniumit është ende për t'u zgjidhur.

Sidoqoftë, zirkoniumi u bë një metal "atomik".

Kjo, në veçanti, dëshmohet nga fakte të tilla. Nëndetësja e parë bërthamore amerikane, Nautilus, ishte e pajisur me një reaktor zirkoniumi. Më vonë doli se është më fitimprurëse të bëhen predha të qelizave të karburantit nga zirkonium, sesa pjesë të palëvizshme të bërthamës së reaktorit.

Megjithatë, prodhimi i këtij metali po rritet nga viti në vit dhe ritmi i kësaj rritjeje është jashtëzakonisht i lartë. Mjafton të thuhet se në një dekadë, nga viti 1949 deri në vitin 1959, prodhimi botëror i zirkonit u rrit 100 herë! Sipas të dhënave amerikane, në vitin 1975 prodhimi botëror i zirkonit arrinte në rreth 3000 tonë.

Zirkoni, ajri dhe uji

Në kapitujt e mëparshëm, pothuajse asgjë nuk u tha për vetitë kimike të elementit #40. Arsyeja kryesore për këtë është ngurrimi për të përsëritur shumë artikuj dhe monografi për elementët metalikë. Zirkoni është metali më tipik, një përfaqësues karakteristik i grupit (dhe nëngrupit) dhe periudhës së tij. Karakterizohet nga një aktivitet kimik mjaft i lartë, i cili megjithatë ekziston në formë latente.

Arsyet për këtë fshehtësi dhe marrëdhëniet e zirkonit me përbërësit e ujit dhe ajrit duhet të diskutohen më në detaje.

Zirkoni kompakt metalik duket shumë i ngjashëm me çelikun. Ai nuk e shfaq në asnjë mënyrë aktivitetin e tij kimik dhe në kushte normale sillet jashtëzakonisht inerte në lidhje me gazrat atmosferikë. Pasiviteti i dukshëm kimik i zirkonit shpjegohet mjaft tradicionalisht: ka gjithmonë një film oksidi të padukshëm në sipërfaqen e tij që mbron metalin nga oksidimi i mëtejshëm. Për të oksiduar plotësisht zirkonin, temperatura duhet të rritet në 700°C. Vetëm atëherë filmi i oksidit do të shkatërrohet pjesërisht dhe do të tretet pjesërisht në metal.

Pra, 700°C është kufiri i temperaturës përtej të cilit përfundon rezistenca kimike e zirkonit. Fatkeqësisht, kjo shifër është shumë optimiste. Tashmë në 300°C, zirkonium fillon të ndërveprojë më aktivisht me oksigjenin dhe përbërësit e tjerë të atmosferës: avujt e ujit (duke formuar dioksid dhe hidrid), dioksid karboni (duke formuar karbid dhe dioksid) dhe azot (produkti i reagimit është nitridi i zirkonit). Por në temperatura nën 300°C, filmi oksid është një mburojë e besueshme që garanton rezistencën e lartë kimike të zirkonit.

Ndryshe nga zirkoniumi kompakt metalik, pluhuri dhe rruazat e tij sillen në ajër. Këto janë substanca piroforike që ndizen lehtësisht në mënyrë spontane në ajër edhe në temperaturën e dhomës. Kjo çliron shumë nxehtësi. Pluhuri i zirkonit i përzier me ajër madje mund të shpërthejë.

Marrëdhënia e zirkonit me ujin është interesante. Shenjat e dukshme të ndërveprimit të metalit me ujin nuk janë të dukshme për një kohë të gjatë. Por në sipërfaqen e zirkonit të lagur me ujë, ndodh një proces që nuk është aspak i zakonshëm për metalet. Siç dihet, shumë metale nën veprimin e ujit i nënshtrohen korrozionit galvanik, i cili konsiston në kalimin e kationeve të tyre në ujë. Zirkoni gjithashtu oksidohet nën veprimin e ujit dhe mbulohet me një shtresë mbrojtëse, e cila nuk tretet në ujë dhe parandalon oksidimin e mëtejshëm të metalit.

Mënyra më e lehtë për të kthyer jonet e zirkonit në ujë është duke tretur disa nga kripërat e tij. Sjellja kimike e jonit tetravalent të zirkonit në tretësirat ujore është shumë komplekse. Varet nga shumë faktorë dhe procese kimike që ndodhin në tretësirat ujore.

Ekzistenca e jonit Zr +4 "në formë të pastër" nuk ka gjasa. Për një kohë të gjatë, besohej se zirkonium ekziston në tretësirat ujore në formën e joneve zirkonil ZrO +2. Studimet e mëvonshme kanë treguar se në realitet, përveç joneve të zirkonilit, tretësirat përmbajnë një numër të madh të joneve të ndryshme komplekse të zirkonit, të hidratuar dhe të hidrolizuar. Formula e tyre e përgjithshme e shkurtuar (4 fq–m)+ .

Një sjellje e tillë komplekse e zirkonit në tretësirë ​​shpjegohet me aktivitetin e lartë kimik të këtij elementi. Zirkoni përgatitor (i pastruar nga ZrO 2) hyn në shumë reaksione, duke formuar komponime të thjeshta dhe komplekse. "Sekreti" i rritjes së aktivitetit kimik të zirkonit qëndron në strukturën e predhave të tij elektronike. Atomet e zirkonit janë ndërtuar në mënyrë të tillë që kanë tendencë të bashkojnë me vete sa më shumë jone të tjerë; nëse nuk ka mjaftueshëm jone të tillë në tretësirë, atëherë jonet e zirkonit bashkohen me njëri-tjetrin dhe ndodh polimerizimi. Në këtë rast, aktiviteti kimik i zirkonit humbet; reaktiviteti i joneve të zirkonit të polimerizuar është shumë më i ulët se i atyre të papolimerizuar. Gjatë polimerizimit zvogëlohet edhe aktiviteti i tretësirës në tërësi.

Kjo është, në terma të përgjithshëm, "karta e vizitës" e një prej metaleve të rëndësishme të kohës sonë - elementi nr. 40, zirkonium.

"Diamante të papërsosur"

Në mesjetë, bizhuteritë e bëra nga të ashtuquajturat diamante të papërsosur ishin të njohura. Papërsosmëria e tyre konsistonte në fortësinë më të vogël se ajo e një diamanti të zakonshëm dhe një lojë disi më të keqe të ngjyrave pas prerjes. Ata gjithashtu kishin një emër tjetër - Matara (sipas vendit të nxjerrjes - Matare, një rajon i ishullit të Ceylon). Bizhuteritë mesjetare nuk e dinin se minerali i çmuar që ata përdornin ishte kristal i vetëm i zirkonit, minerali kryesor i zirkonit. Zirkoni vjen në një larmi ngjyrash, nga pa ngjyrë në të kuqe gjaku. Bizhuteritë e quajnë zymbyl të kuq të çmuar të zirkonit. Hyacinths janë të njohur për një kohë shumë të gjatë. Sipas traditës biblike, kryepriftërinjtë e lashtë mbanin 12 gurë të çmuar në gjoks, mes tyre edhe zymbyl.

A është e rrallë?

Zirkoni është i përhapur gjerësisht në natyrë në formën e komponimeve të ndryshme kimike. Përmbajtja e tij në koren e tokës është mjaft e lartë - 0,025%, për sa i përket përhapjes, ajo renditet e dymbëdhjetë në mesin e metaleve. Pavarësisht kësaj, zirkoniumi është më pak i popullarizuar se shumë prej metaleve vërtet të rralla. Kjo ishte për shkak të shpërndarjes ekstreme të zirkonit në koren e tokës dhe mungesës së depozitave të mëdha të përbërjeve të tij natyrore.

Komponimet natyrale të zirkonit

Dihet më shumë se dyzet. Zirkoni është i pranishëm në to në formën e oksideve ose kripërave. Dioksidi i zirkonit, baddeleyiti ZrO 2 dhe silikati i zirkonit, zirkon ZrSiO 4 janë të rëndësisë më të madhe industriale. Më të fuqishmet nga depozitat e eksploruara të zirkonit dhe baddeleyitit ndodhen në SHBA, Australi dhe Brazil. Indi, Afrika Perëndimore.

BRSS ka rezerva të konsiderueshme të lëndëve të para të zirkonit të vendosura në rajone të ndryshme të Ukrainës, Uraleve dhe Siberisë.

PbZrO 3 - piezoelektrik

Piezokristalet nevojiten për shumë pajisje radio inxhinierike: stabilizues të frekuencës, gjeneratorë të dridhjeve tejzanor dhe të tjerë. Ndonjëherë ata duhet të punojnë në kushte të temperaturave të ngritura. Kristalet e zirkonatit të plumbit praktikisht nuk i ndryshojnë vetitë e tyre piezoelektrike në temperatura deri në 300°C.

Zirkoni dhe truri

Rezistenca e lartë ndaj korrozionit të zirkonit bëri të mundur përdorimin e tij në neurokirurgji. Lidhjet e zirkonit përdoren për të bërë kapëse hemostatike, instrumente kirurgjikale dhe ndonjëherë edhe fije për qepje gjatë operacioneve të trurit.