เซอร์โคเนียมบนโต๊ะ กำไลเซอร์โคเนียม - พลังบำบัดของโลหะ

องค์ประกอบทางเคมีนี้ซึ่งต่อมามีมวลอะตอม 91.224 g / mol เกิดขึ้นที่ 40 ในตารางของ D.I. Mendeleev ได้รับมาจากนักเคมีชาวสวีเดน Jens Jakob Berzelius เมื่อต้นศตวรรษที่ 19 ออกไซด์ของ ZrO2 ถูกนำมาใช้เป็นพื้นฐาน ซึ่งพบในอัญมณีที่นำโดยนักวิทยาศาสตร์อีกคน - Martin Heinrich Klaproth - จากศรีลังกา ผลต่อโพแทสเซียมฟลูออโรซีโคเนตของโซเดียมโลหะประสบความสำเร็จ:

K2 + 4Na → Zr + 2KF + 2NaF

ผลจากการทดลองคือการผลิตเซอร์โคเนียมบริสุทธิ์ ซึ่งเป็นโลหะสีขาวเงินเป็นมันเงา เป็นพลาสติกอย่างเหลือเชื่อ แต่ในขณะเดียวกันก็ค่อนข้างหนาแน่น ต่อจากนั้นปรากฎว่า Zr ยืมตัวเองอย่างสมบูรณ์แบบในการประมวลผล - ร้อนและเย็น (การปลอม, กลิ้ง, ปั๊ม) แต่เกือบจะสูญเสียคุณสมบัติที่ดีที่สุดไปโดยสิ้นเชิงและได้รับสิ่งสกปรกที่ไม่ใช่โลหะ

คุณสมบัติทางกายภาพของเซอร์โคเนียม

รู้จักการดัดแปลงผลึกเซอร์โคเนียมสองแบบ:

• α-zirconium - ตาข่ายปิดล้อมหกเหลี่ยม (a = 3.228Å; c = 5.120Å)
• β-zirconium - ตาข่ายที่มีตัวเป็นศูนย์กลางลูกบาศก์ (a = 3.61Å)

การได้รับรูปแบบ β จากรูปแบบ α สามารถทำได้โดยการให้ความร้อนแก่โลหะถึง 862°C

เซอร์โคเนียมมีคุณสมบัติทางกายภาพดังต่อไปนี้:

• ความหนาแน่นของเซอร์โคเนียม - 6.45 g / cm3 (ภายใต้สภาวะปกติเช่นที่ 20 ° C)
• จุดหลอมเหลว - 1825°С
• จุดเดือด 3580-3700 องศาเซลเซียส
• ความจุความร้อนจำเพาะ (25-100 องศาเซลเซียส) – 0.291 kJ/(kg K)
• ค่าสัมประสิทธิ์การนำความร้อน (50 ° C) - 20.96 W / (m K)
• ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของการขยายตัวเชิงเส้น (20-400 องศาเซลเซียส) – 6.9 10-6
• ความต้านทานไฟฟ้า (20 ° C) - 44.1 μk cm

โลหะที่มีไฮโดรเจน คาร์บอน ไนโตรเจน หรือออกซิเจนเป็นสิ่งเจือปนจะเพิ่มความเปราะบางอย่างเห็นได้ชัด เซอร์โคเนียมบริสุทธิ์กอปรด้วย:

• โมดูลัสความยืดหยุ่น (20 ° C) - 97 Gn / m2 (9700 kgf / mm 2)
• ความต้านทานแรงดึง - 253 MN / m 2 (25.3 kgf / mm 2)
• ความแข็งของบริเนล - 640-670 MN / m 2 (64-67 kgf / mm 2)

ความต้านทานการกัดกร่อนของเซอร์โคเนียม

การป้องกันการกัดกร่อนเป็นคุณภาพที่ในกรณีของเซอร์โคเนียมมักจะถูกวางไว้ในระดับแนวหน้า องค์ประกอบนี้ไม่ละลายในด่างหรือในกรดไนตริกหรือไฮโดรคลอริก นี่คือองค์ประกอบการผสมที่ยอดเยี่ยมที่ทำให้แมกนีเซียมอัลลอยด์ที่มีหลายองค์ประกอบมีความทนทานต่อการกัดกร่อนมากขึ้น

นอกจากการป้องกันการกัดกร่อนแล้ว เซอร์โคเนียมยังสามารถปรับปรุงคุณภาพอื่นๆ ของโลหะผสมได้อย่างมีนัยสำคัญ: รักษาความเหนียว เพิ่มความต้านทานแรงกระแทก และในโลหะผสมทองแดง รักษาค่าการนำไฟฟ้ากับพื้นหลังของการชุบแข็งอย่างมีนัยสำคัญ Zr เพียงไม่กี่สิบเปอร์เซ็นต์ในโลหะผสมแมกนีเซียมจะเพิ่มความแข็งแกร่งเป็นสองเท่า เกือบจะเหมือนกันเกี่ยวกับโลหะผสมอลูมิเนียมซึ่งในที่ที่มีเซอร์โคเนียมเพิ่มประสิทธิภาพของพวกมันตามลำดับความสำคัญ

เซอร์โคเนียมในโลหะวิทยา

เซอร์โคเนียมเป็นโลหะที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านโลหะวิทยา อย่างแรกเลย มันถูกใช้เป็น deoxidizer ที่มีประสิทธิภาพสูง (ในแง่ของคุณสมบัติเหล่านี้ Zr กลับกลายเป็นว่าดีกว่าไททาเนียมและแมงกานีส) นอกจากนี้ เซอร์โคเนียมยังช่วยรักษาความเหนียวของเหล็ก ในขณะเดียวกันก็ให้ความทนทานต่อแรงกระแทกสูง ในที่สุด องค์ประกอบ Zr จะขจัดก๊าซและกำมะถันออกจากโลหะผสม ซึ่งหมายความว่าจะช่วยรักษาความเป็นพลาสติกของโลหะ

ตัวอย่างเช่น โลหะผสมที่ไม่มีเซอร์โคเนียมสามารถรับน้ำหนักกระแทกได้ 900 กก. การเพิ่ม Zr เพียง 0.1% เพิ่มเป็น 1600 กก.

ในโลหะวิทยาที่ไม่ใช่เหล็ก เซอร์โคเนียมทำหน้าที่เป็นองค์ประกอบโลหะผสม และยังใช้เพื่อเพิ่มความต้านทานความร้อนของโลหะผสมอลูมิเนียม

โลกของเราอุดมไปด้วยแร่ธาตุ รวมทั้งโลหะ ที่พบมากที่สุดคือเซอร์โคเนียม สามารถพบได้ในทุกมุมโลก โลหะนี้คืออะไร คุณสมบัติของมันคืออะไรและใช้ที่ไหน?

คุณสมบัติทางเคมี

เซอร์โคเนียมสารอย่างง่ายเป็นองค์ประกอบของกลุ่มย่อยด้านข้างของกลุ่ม IV ของช่วงเวลาที่ห้าของระบบธาตุของ D. I. Mendeleev มันถูกกำหนดให้เป็นเลขอะตอม 40 และมวลอะตอมของมันคือ 91.224 เป็นโลหะสีเทาเหล็กที่มีโทนสีเหลืองและมีลักษณะเป็นเงา ได้มาจากการหลอมของเสียเซอร์โคเนียมอีกครั้งและจากแร่เข้มข้น เพราะมันไม่ได้เกิดขึ้นในรูปแบบบริสุทธิ์ในเปลือกโลก

โลหะธรรมชาติ เซอร์โคเนียมกระจายอยู่ในรูปของสารประกอบทางเคมีตามธรรมชาติ - เกลือหรือออกไซด์มากกว่า 40 ชนิด ในตอนท้ายของศตวรรษที่ 18 นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมัน Klaproth ได้แยกเซอร์โคเนียมออกไซด์ออกจากหินผักตบชวา มันเป็นของอัญมณีล้ำค่ามากมาย จนถึงศตวรรษที่ 20 โลหะไม่สามารถได้รับในรูปแบบบริสุทธิ์ แต่ในยุค 20 นักวิทยาศาสตร์ยังคงประสบความสำเร็จ

ในรูปแบบบริสุทธิ์มีคุณสมบัติหลายอย่างที่แยกแยะทองคำ:

• พลาสติก;
• อ่อน;
• ป้องกันการกัดกร่อน;
• ทนความร้อน;
• พาราแมกเนติก

โลหะ ไม่กลัวการสัมผัสกับคลอรีนและน้ำทะเล. ไม่สูญเสียคุณภาพที่สูงที่อุณหภูมิต่ำและสูง ทนต่อแอมโมเนีย กรด และด่าง ส่วนใหญ่จะใช้เพื่อเพิ่มโลหะผสมของโลหะอื่น ๆ ซึ่งเพิ่มความสามารถในการผลิตและทำให้คุณสมบัติของมันเกือบจะไม่เหมือนใคร ได้ชื่อมาจากคำภาษาเปอร์เซีย "ซาร์กุน" (หินสีทอง)

ค่อนข้างบ่อยเซอร์โคเนียม สับสนกับเพทายซึ่งเป็นเซอร์โคเนียมซิลิเกต โลหะสามารถเปลี่ยนสีได้และสีสามารถ:

• เขียว;
• สีน้ำตาล;
• สีดำ;
• สีเหลือง;
• บางครั้งก็แดง

สีของมันขึ้นอยู่กับสิ่งเจือปนที่ประกอบเป็นองค์ประกอบ สิ่งเจือปนที่ทำให้หินมีสีได้แก่ แคลเซียม ทองแดง เหล็ก สังกะสี ยูเรเนียม สตรอนเทียม และไททาเนียม นอกจากนี้ยังมีธาตุหายาก

อยู่ในธรรมชาติ

แหล่งแร่ของเซอร์โคเนียมมีการกระจายอย่างกว้างขวางในลำไส้ของโลก สามารถดูเงินฝากได้หลายรูปแบบในรูปแบบ:

• ออกไซด์อสัณฐาน;
• เกลือ
• คริสตัลเดี่ยว

ในแหล่งสะสมของแอฟริกาพบคริสตัลที่มีน้ำหนักมากถึง 1 กิโลกรัม เซอร์โคเนียม (โลหะ) ส่วนใหญ่มีความเข้มข้นในออสเตรเลีย อินเดีย แอฟริกาใต้ บราซิล และอเมริกาเหนือ รัฐเหล่านี้มีโลหะสำรองที่ใหญ่ที่สุด รัสเซียมีเซอร์โคเนียมสำรองเกือบ 10% ของโลกในไซบีเรียและเทือกเขาอูราล ส่วนใหญ่มักเกิดขึ้นกับแร่แฮฟเนียมเนื่องจากมีคุณสมบัติใกล้เคียงกับแร่ แต่ละคนมีลักษณะที่น่าสนใจของตัวเอง แต่ไม่สามารถใช้ร่วมกันได้ การทำให้บริสุทธิ์แบบหลายขั้นตอนทำให้สามารถแยกองค์ประกอบทั้งสองนี้ออกจากกัน แต่กระบวนการผลิตดังกล่าวทำให้เซอร์โคเนียมมีราคาแพงกว่ามาก

พบได้ในธรรมชาติ เซอร์โคเนียสีเขียวขุ่นขนาดใหญ่แต่สามารถทำให้เกิดการแผ่รังสีที่เพิ่มขึ้นได้ ตัวอย่างดังกล่าวไม่สามารถตัด เก็บไว้ในบ้าน และขนส่งในปริมาณมากได้ เซอร์โคเนียมครองอันดับที่ 12 ในการจำหน่ายโลหะทั่วโลก แม้ว่าข้อเท็จจริงนี้จะเป็นองค์ประกอบที่ไม่เป็นที่นิยมมาเป็นเวลานาน แม้จะเทียบกับธาตุกัมมันตภาพรังสีที่หายาก สิ่งนี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่ามีปริมาณสำรองจำนวนมากที่กระจัดกระจายอยู่บนโลก แต่มีปริมาณสำรองที่ใหญ่มากไม่มากนัก

แอพลิเคชันของเซอร์โคเนียมโลหะ

เนื่องจากคุณสมบัติและคุณภาพที่เป็นเอกลักษณ์ องค์ประกอบนี้จึงสามารถใช้ได้ในหลายอุตสาหกรรม ของเขา ใช้ในรูปของโลหะผสมในด้านต่าง ๆ ของอุตสาหกรรมสมัยใหม่:

• การก่อสร้างเครื่องบิน
• พลังงานนิวเคลียร์;
• วิทยาศาสตร์จรวด
• เครื่องมือวัด;
• โรงหล่อ;
• อุตสาหกรรมการทหาร
• อุปกรณ์ทางการแพทย์.

เนื่องจากมีความเสถียรสูง ซึ่งมากกว่าไทเทเนียม จึงได้รับความนิยมอย่างมากในอุตสาหกรรมการแพทย์ ใช้สำหรับขาเทียมและการผลิตเครื่องมือผ่าตัด

เซอร์โคเนียมเมทัลลิกถูกนำมาใช้เพื่อสร้างเครื่องประดับมานานแล้ว สามารถทาได้หลายเฉด เนื่องจากเป็นโลหะอโนไดซ์ สิ่งนี้ทำให้นักอัญมณีสามารถรวบรวมความคิดทางศิลปะที่หลากหลายในการสร้างเครื่องประดับ สินค้าดูหรูหราและสวยงามจึงมีมูลค่าในตลาดเครื่องประดับโลก

ด้วยการป้องกันการกัดกร่อนในระดับสูง ส่วนประกอบที่เป็นโลหะผสมนี้ช่วยให้โลหะผสมแมกนีเซียมที่มีหลายส่วนประกอบมีความทนทานต่อการกัดกร่อนมากขึ้น นอกจากนี้ยังช่วยเพิ่มความเหนียวของโลหะผสมเพิ่มความต้านทานแรงกระแทก ในโลหะผสมที่มีทองแดงนอกจากจะมีความแข็งแรงแล้ว ยังรักษาค่าการนำไฟฟ้าได้อีกด้วย ในโลหะผสมกับอะลูมิเนียม องค์ประกอบที่เป็นเอกลักษณ์นี้ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพได้อย่างมาก

องค์ประกอบที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมโลหการและ ทำหน้าที่เป็น deoxidizer ที่มีประสิทธิภาพสูง. คุณภาพนี้สูงกว่าแมงกานีสและไททาเนียมหลายเท่า เซอร์โคเนียมช่วยเพิ่มความเหนียวของเกรดเหล็ก ซึ่งช่วยให้ทนต่อแรงกระแทกได้มากขึ้น มันส่งเสริมความเหนียวโดยการกำจัดกำมะถันและก๊าซออกจากโลหะผสม นอกจากนี้ยังใช้เป็นองค์ประกอบการผสมในโลหะที่ไม่ใช่เหล็กและเพื่อเพิ่มความจุความร้อนของโลหะผสมอลูมิเนียม

สรรพคุณทางยา

เนื่องจากคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีพิเศษ เซอร์โคเนียมจึงถูกนำมาใช้ในทางการแพทย์อย่างแข็งขัน เนื่องจากความเป็นกลางต่อผลกระทบของสภาพแวดล้อมที่เป็นด่าง กรด และในน้ำ รวมทั้งแอมโมเนีย จึงมีการเพิ่มองค์ประกอบสำหรับการผลิตเครื่องมือแพทย์ เขา กระตุ้นการสมานของบาดแผลอย่างรวดเร็วและแสดงฤทธิ์ต้านจุลชีพ. เนื่องจากคุณสมบัติเหล่านี้ หนองจึงไม่ก่อตัวในบาดแผลและการติดเชื้อจะไม่แทรกซึมเข้าไป

องค์ประกอบนี้ไม่ใช่สารก่อภูมิแพ้จึงช่วยให้เกิดอาการแพ้ได้ง่าย ไม่ส่งรังสีและถือเป็นน้ำยาฆ่าเชื้อที่ดีเยี่ยม ในทางการแพทย์เริ่มใช้ในการผลิตด้ายเย็บ เนื่องจากโลหะมีความเหนียวมาก จึงสามารถรักษาโครงสร้างของกระดูกไว้ได้ในระหว่างการแตกหัก ด้วยเหตุนี้กระดูกจึงโตเร็วขึ้น

นอกจากนี้ยังใช้อย่างแข็งขันในด้านทันตกรรมและทันตกรรมประดิษฐ์ ไม่ระคายเคืองต่อเนื้อเยื่อของร่างกายและเป็นกลางในทุกสภาพแวดล้อม โลหะหลายชนิดทำให้เกิดอาการแพ้ในช่องปาก ซึ่งไม่สามารถพูดถึงเซอร์โคเนียมได้ เนื่องจากลักษณะเฉพาะและคุณสมบัติที่หายาก จึงเป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้ในการผลิตเครื่องมือแพทย์และรากฟันเทียม

พบในอาหารบางชนิด แต่ในปริมาณที่น้อยที่สุด ตัวอย่างเช่น เนื้อแกะ ข้าวโอ๊ต ข้าว พิสตาชิโอ พืชตระกูลถั่ว และอาหารอื่นๆ มีเซอร์โคเนียม แต่ต่ำเกินไปที่จะส่งผลเสียต่อสุขภาพ

เชื่อกันว่า เครื่องประดับที่มีเซอร์โคเนียมมีผลดีต่อร่างกาย. หากหลังจากเจาะหูคุณใส่ต่างหูเซอร์โคเนียมทันทีบาดแผลก็จะหายเร็วขึ้น โลหะมีผลดีต่อสภาพผิว ดังนั้นจึงแนะนำให้สวมกำไลและผลิตภัณฑ์อื่นๆ ในร่างกาย มันมีผลการรักษาโรคผิวหนัง, โรคข้ออักเสบ, โรคไขข้อ, ความดันโลหิตสูง แม้จะมีอาการดังกล่าว แต่ยาอย่างเป็นทางการยังไม่ได้ให้หลักฐานดังกล่าว

เซอร์โคเนียม (Zr) เป็นองค์ประกอบที่มีเลขอะตอม 40 และน้ำหนักอะตอม 91.22 เป็นองค์ประกอบของกลุ่มย่อยรองของกลุ่มที่สี่ ซึ่งเป็นช่วงที่ห้าของตารางธาตุขององค์ประกอบทางเคมีของ Dmitry Ivanovich Mendeleev เซอร์โคเนียมในสภาวะอิสระภายใต้สภาวะปกติเป็นโลหะสีเงินขาวเจิดจ้าที่มีความหนาแน่น 6.45 ก./ซม.3 เซอร์โคเนียมบริสุทธิ์และปราศจากสิ่งเจือปนมีความเหนียวมากและสามารถทำงานร้อนและเย็นได้ง่าย เช่นเดียวกับโลหะอื่น ๆ รวมทั้งเพื่อนบ้านในกลุ่ม - ไททาเนียมเซอร์โคเนียมที่มีสิ่งเจือปนที่ไม่ใช่โลหะ (โดยเฉพาะออกซิเจน) ทำให้คุณสมบัติทางกลของมันลดลงอย่างรวดเร็ว ตัวอย่างเช่น สำหรับการทำงานที่เชื่อถือได้ของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ จำเป็นต้องมีสิ่งเจือปนที่ "อันตราย" เช่น โบรอน แคดเมียม และอื่นๆ อยู่ในวัสดุฟิชไซล์ในปริมาณไม่เกินหนึ่งในล้านของเปอร์เซ็นต์ เซอร์โคเนียมบริสุทธิ์ หนึ่งในวัสดุโครงสร้างที่ดีที่สุดสำหรับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ กลายเป็นสิ่งที่ไม่เหมาะสมอย่างสมบูรณ์สำหรับจุดประสงค์นี้ หากมีแฮฟเนียมผสมอยู่เล็กน้อย ซึ่งไม่มีแร่ธาตุในตัวเอง และมักจะมาพร้อมกับเซอร์โคเนียมในธรรมชาติ

วิทยาศาสตร์รู้ห้าไอโซโทปธรรมชาติของเซอร์โคเนียม: 90Zr (51.46%), 91Zr (11.23%), 92Zr (17.11%), 94Zr (17.4%), 96Zr (2.8%) จากไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีที่ได้รับเทียมของเซอร์โคเนียม สิ่งที่สำคัญที่สุดคือ 95Zr ซึ่งครึ่งชีวิตคือ 65 วัน พบแอปพลิเคชั่นเป็นตัวติดตามไอโซโทป

ในปี ค.ศ. 1789 นักเคมีชาวเยอรมัน Martin Heinrich Klaproth ได้แยกเซอร์โคเนียมไดออกไซด์ออกจากการวิเคราะห์แร่เพทาย ในรูปของผง เซอร์โคเนียมได้มาก่อนมากในภายหลัง - ในปี 1824 โดย Jens Jakob Berzelius และเซอร์โคเนียมพลาสติกได้ในปี 1925 โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวดัตช์ A. van Arkel และ I. de Boer เนื่องจากการแยกตัวทางความร้อนของเซอร์โคเนียมไอโอไดด์

หนึ่งในคุณสมบัติที่มีค่าที่สุดของโลหะเซอร์โคเนียมคือมีความทนทานต่อการกัดกร่อนสูงในสภาพแวดล้อมต่างๆ ตัวอย่างเช่น ไม่ละลายในกรดไนตริก กรดไฮโดรคลอริก และในด่าง โลหะผสมของเหล็กที่มีเซอร์โคเนียมขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของโลหะหมายเลข 40 ดังนั้นโลหะผสมแมกนีเซียมหลายองค์ประกอบที่มีการเติมเซอร์โคเนียมจึงทนทานต่อการกัดกร่อนมากขึ้น เซอร์โคเนียมเพิ่มความต้านทานของไททาเนียมต่อการกระทำของกรด นอกจากนี้ เหล็กกล้าที่ผสมกับเซอร์โคเนียมจะไม่สูญเสียความเหนียวที่ต้องการในช่วงอุณหภูมิที่กว้าง และยังทนต่อแรงกระแทกได้ดี เพิ่มความแข็งแรงของเหล็กกล้าเจือ การเพิ่มเซอร์โคเนียมกับทองแดงช่วยเพิ่มความแข็งแรงได้อย่างมาก โดยแทบไม่ลดค่าการนำไฟฟ้า โลหะผสมที่มีแมกนีเซียมเป็นส่วนประกอบหลักโดยเติมสังกะสีสองสามเปอร์เซ็นต์และเซอร์โคเนียมเพียงไม่กี่สิบเปอร์เซ็นต์มีความแข็งแรงเป็นสองเท่าของแมกนีเซียมบริสุทธิ์และไม่สูญเสียความแข็งแรงที่ 200 ° C นอกจากนี้ คุณภาพของโลหะผสมอะลูมิเนียมยังได้รับการปรับปรุงอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเซอร์โคเนียม ถูกเพิ่มเข้าไป

เซอร์โคเนียมจับนิวตรอนช้า (ความร้อน) ได้ยาก มันอยู่ในคุณสมบัตินี้ รวมกับความต้านทานสูงต่อการกัดกร่อนและตัวกลางที่ก้าวร้าว ความแข็งแรงเชิงกลที่อุณหภูมิสูง ที่มันและโลหะผสมที่มีพื้นฐานจากมันถูกใช้อย่างแข็งขันในการออกแบบเครื่องปฏิกรณ์พลังงานนิวเคลียร์

ในการผลิตเหล็ก สารเติมแต่งเซอร์โคเนียมทำหน้าที่กำจัดออกซิเจน ไนโตรเจน และกำมะถันออกจากเหล็ก นอกจากนี้ เซอร์โคเนียมยังใช้เป็นส่วนประกอบในการผสมเกราะ สแตนเลส และเหล็กทนความร้อน

ในคุณสมบัติที่รู้จักกันดีของเซอร์โคเนียม เนื่องจากการดูดซับก๊าซในสภาวะที่ร้อน การใช้งานนั้นขึ้นอยู่กับการเผาผนึกผงโลหะเช่นเดียวกับในเทคโนโลยีไฟฟ้าด้วยไฟฟ้า ดังนั้นที่อุณหภูมิ 300 ° C เซอร์โคเนียมจะดูดซับไฮโดรเจนและที่อุณหภูมิ 400 ° C ขึ้นไปจะมีปฏิกิริยากับออกซิเจนและไนโตรเจน

คุณสมบัติทางชีวภาพ

เซอร์โคเนียมไม่ได้มีบทบาททางชีววิทยาที่สำคัญในชีวิตของร่างกายมนุษย์โดยตรง มันไม่ใช่องค์ประกอบทางชีวภาพ มันไม่รวมอยู่ในวัสดุโครงสร้างของเซลล์ - มันไม่ใช่องค์ประกอบการติดตามที่สำคัญ เป็นไปได้ค่อนข้างมากว่าเป็นเพราะความรู้ที่ไม่ดีเกี่ยวกับคุณสมบัติทั้งหมดของโลหะนี้ เพราะเซอร์โคเนียมค่อยๆ เผยให้เห็นคุณสมบัติใหม่ ๆ ที่เกี่ยวข้องกับอิทธิพลขององค์ประกอบนี้ที่มีต่อร่างกายและสุขภาพของมนุษย์มากขึ้นเรื่อยๆ ปีแล้วปีเล่า

ปัจจุบันในคลินิกของบาดแผลและการผ่าตัดใบหน้าขากรรไกรสำหรับการรักษากระดูกหักหลาย ๆ วิธีที่ใช้ในการตรึง (รากฟันเทียม) ซึ่งแก้ไขชิ้นส่วนกระดูกอย่างถูกต้องและแน่นหนาอย่างสมบูรณ์ยกเว้นการเปลี่ยนแปลงที่เล็กที่สุดซึ่งก่อให้เกิดการหลอมรวมอย่างรวดเร็ว ของเนื้อเยื่อกระดูกและการรักษาบาดแผลหลังผ่าตัดอย่างรวดเร็ว

ในทางปฏิบัติของโลก ผู้ผลิตรากฟันเทียมใช้สแตนเลสและโลหะผสมไทเทเนียมสำหรับการผลิตเพลตและสกรู ในประเทศของเรา รากฟันเทียมที่ทำจากโลหะผสมเซอร์โคเนียมเกรด E125 และ E110 ได้รับการพัฒนาและเชี่ยวชาญ ซึ่งไม่ได้ด้อยกว่าตัวอย่างจากต่างประเทศที่ดีที่สุด ในทางตรงกันข้าม การใช้วัสดุปลูกถ่ายที่ทำจากโลหะผสมเซอร์โคเนียมมีข้อดีหลายประการ ได้แก่ ความทนทานต่อการกัดกร่อนสูงของวัสดุ ความเข้ากันได้ทางชีวภาพที่ยอดเยี่ยม (ไม่มีอาการแพ้และการปฏิเสธ) เนื่องจากไม่จำเป็นต้องมีการแทรกแซงการผ่าตัดซ้ำเพื่อเอารากฟันเทียม คุณสมบัติความแข็งแรงสูงของโลหะผสมเซอร์โคเนียม ความหนาแน่นที่ค่อนข้างต่ำของโลหะผสมทำให้สามารถอำนวยความสะดวกในการออกแบบรากฟันเทียมได้ ความเหนียวที่ดีเยี่ยมช่วยให้มั่นใจว่าการดัดงอของรากฟันเทียมเข้ากับส่วนโค้งของกระดูกแม่นยำยิ่งขึ้น

รายการเครื่องมือและรากฟันเทียมสำหรับศัลยกรรมใบหน้าขากรรไกรและศัลยกรรมประสาทนั้นกว้างมาก: แผ่นและลวดเย็บกระดาษมากกว่าสองโหล, สกรูเยื่อหุ้มสมองสำหรับการยึด, ที่หนีบห้ามเลือด, การฝึกซ้อมและแม้แต่ด้ายสำหรับการเย็บระหว่างการทำงานของสมอง!

องค์ประกอบหมายเลข 40 เช่นเดียวกับโลหะผสมไม่ระคายเคืองเนื้อเยื่ออ่อนและกระดูกโดยรอบเข้ากันได้อย่างสมบูรณ์กับเนื้อเยื่อชีวภาพและยังมีผลพิเศษกับพวกเขา แพทย์พบว่าการใส่ต่างหูเซอร์โคเนียมช่วยรักษาแผลที่ติ่งหูหลังจากเจาะเร็วกว่าการใส่ต่างหูทอง 2-3 วัน นอกจากนี้ ผู้ที่สวมใส่เครื่องประดับที่ทำโดยใช้เซอร์โคเนียมหรือเซอร์คอนอย่างต่อเนื่องพบว่ามีการปรับปรุงอย่างมากในสภาพทั่วไปโดยรวม การทดลองให้ผลลัพธ์ที่เป็นบวกในการรักษาโรคผิวหนังด้วยสร้อยข้อมือเซอร์โคเนียม, เข็มขัดและแผ่น: โรคผิวหนัง, neurodermatitis, กลากในวัยเด็ก, โรคของระบบกล้ามเนื้อและกระดูก, กระดูกสันหลัง, โรคข้ออักเสบและโรคข้ออักเสบจากการเผาผลาญ, การแตกหักของแขนขาบนและล่างและอื่น ๆ โรคต่างๆ พบผลในเชิงบวกในผู้ป่วยมากกว่า 90%

อาสาสมัครที่มีสุขภาพดีครึ่งหนึ่งไม่รู้สึกถึงผลเสียใดๆ จากการสวมกำไล แต่สังเกตเห็นว่าสุขภาพโดยรวมของพวกเขาดีขึ้น

ดังนั้นจึงเป็นที่ถกเถียงกันอยู่ว่ากำไลเซอร์โคเนียมและเครื่องประดับอื่น ๆ ที่ทำจากโลหะนี้ โลหะผสมและแร่ธาตุของมันไม่ใช่ยาครอบจักรวาลสำหรับโรคทั้งหมด แต่มีผลการรักษาบางอย่างในร่างกายมนุษย์ ไม่ว่าในกรณีใดก็ไม่เป็นอันตราย

นักอัญมณีในยุคกลางมักใช้สิ่งที่เรียกว่า "เพชรที่ไม่สมบูรณ์" เพื่อสร้างเครื่องประดับที่มีเอกลักษณ์เฉพาะตัว "เพชร" เหล่านี้แตกต่างเล็กน้อยจากอัญมณีจริง - ค่อนข้างนุ่มและมีเมฆมากเล็กน้อย ซึ่งไม่อนุญาตให้หินเจียระไนส่องแสงระยิบระยับเหมือนเพชร หินเหล่านี้ยังมีชื่อเฉพาะเจาะจงมากขึ้น: เพชรมาทารา - ตามสถานที่สกัด - พื้นที่มาตาเร (มัตตูไร) บนเกาะศรีลังกา ศัพท์แสงหรือภาษาซีลอน ศัพท์แสง - สีเหลือง ฟางสีเหลือง และเพทายควัน พวกเขาจะเรียกว่าเพชรสยาม Starlite หรือ starlight - เพทายด้วยธรรมชาติหรือได้รับหลังจากการบำบัดด้วยความร้อนด้วยสีฟ้า ผักตบชวา - สีเหลืองน้ำผึ้งโปร่งใส, น้ำตาลแดง, น้ำตาลแดง, แดง, เพทายสีชมพู สีของหินก้อนนี้คล้ายกับผักตบชวา - ดอกไม้ที่ปลูกตามตำนานกรีกโบราณโดยอพอลโลจากร่างกาย (หรือเลือด) ของผักตบชวาชายหนุ่มที่สวยงามซึ่งเป็นที่ชื่นชอบของอพอลโลซึ่งถูก Zephyr เทพเจ้าแห่งสายลมสังหาร

แน่นอนว่าช่างฝีมือยุคกลางไม่รู้ว่าพวกเขากำลังทำงานกับแร่เซอร์โคเนียม - ผลึกเดี่ยวเพทาย

เซอร์โคเนียมมีส่วนจับนิวตรอนความร้อนขนาดเล็กมาก ดังนั้นเซอร์โคเนียมที่เป็นโลหะซึ่งไม่มีแฮฟเนียมและโลหะผสมของเซอร์โคเนียมจึงถูกใช้ในอุตสาหกรรมพลังงานนิวเคลียร์เพื่อการผลิตองค์ประกอบเชื้อเพลิง การประกอบเชื้อเพลิง และการออกแบบอื่นๆ ของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ดังนั้น เครื่องปฏิกรณ์ที่ทำจากเซอร์โคเนียมทั้งหมดจึงถูกติดตั้งบนเรือดำน้ำนิวเคลียร์ลำแรกของอเมริกาที่ชื่อว่า นอติลุส ต่อมาปรากฎว่าการหุ้มองค์ประกอบเชื้อเพลิง (TVEL) จากเซอร์โคเนียมทำได้ดีกว่า และไม่ใช่ชิ้นส่วนที่อยู่กับที่ของแกนเครื่องปฏิกรณ์

สารเติมแต่งของเซอร์โคเนียมในระหว่างการผสมของเหล็กจะเพิ่มลักษณะความแข็งแรงของโลหะผสม ดังนั้นต้นแบบของเหล็กที่ไม่ได้เจือด้วยเซอร์โคเนียมจะถูกทำลายภายใต้น้ำหนักที่น้อยกว่าหนึ่งตัน เหล็กที่มีองค์ประกอบเดียวกัน แต่ด้วยการเพิ่มเซอร์โคเนียมเพียง 0.1% เท่านั้น จึงสามารถรับน้ำหนักได้มากกว่าหนึ่งตันครึ่ง!

ข้อมูลจำเพาะสำหรับเซอร์โคเนียมที่เรียกว่า "ความบริสุทธิ์ของเครื่องปฏิกรณ์" อนุญาตให้มีแฮฟเนียมไม่เกิน 0.02% ในนั้น แต่ถึงกระนั้นปริมาณชีวจิตดังกล่าวของเซอร์โคเนียมนิรันดร์ก็ค่อนข้างสำคัญ - หกและครึ่ง - ลดความโปร่งใสของนิวตรอนของเซอร์โคเนียม!

เซอร์โคเนียมไดออกไซด์มีคุณสมบัติที่น่าสนใจมาก: ให้ความร้อนสูง เปล่งแสงอย่างเข้มข้นจนสามารถนำมาใช้ในเทคโนโลยีแสงสว่างได้ นักฟิสิกส์ชาวเยอรมันชื่อ Walter Hermann Nernst เป็นคนแรกที่ได้เรียนรู้เกี่ยวกับคุณสมบัติของเซอร์โคเนียมไดออกไซด์นี้ จากปรากฏการณ์ที่ไม่ปกตินี้ นักฟิสิกส์ได้ออกแบบหลอดไฟซึ่งต่อมาเรียกว่า "หลอด Nernst" ซึ่งหลอดไส้ทำจากเซอร์โคเนียมไดออกไซด์

พบแอปพลิเคชั่นที่น่าสนใจมากโดยเซอร์โคเนียมเตตระคลอไรด์ ค่าการนำไฟฟ้าของเพลตของสารนี้แตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับความดันที่กระทำต่อสารนั้น การทำงานของเกจวัดแรงดันสากลนั้นใช้หลักการนี้ - อุปกรณ์ที่ใช้วัดแรงดัน ด้วยการเปลี่ยนแปลงของแรงดันที่น้อยที่สุดความแรงของกระแสในวงจรของอุปกรณ์ก็เปลี่ยนไปเช่นกันซึ่งมีการปรับเทียบมาตราส่วนในหน่วยของแรงดัน มาโนมิเตอร์ดังกล่าวมีความไวต่อการเปลี่ยนแปลงของแรงดันอย่างมาก ดังนั้นจึงสามารถใช้วัดความดันตั้งแต่หนึ่งแสนชั้นบรรยากาศไปจนถึงบรรยากาศนับพัน!

เสื้อกันฝนมีคุณสมบัติไม่ซับน้ำของเกลือเซอร์โคเนียม ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของอิมัลชันพิเศษสำหรับผ้าชุบน้ำ เกลือเซอร์โคเนียมยังใช้สำหรับการผลิตหมึกพิมพ์สี น้ำยาเคลือบเงาพิเศษ และพลาสติก สารประกอบเซอร์โคเนียมใช้ในการผลิตเชื้อเพลิงเครื่องยนต์ออกเทนสูงเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา สารประกอบซัลเฟตขององค์ประกอบนี้มีชื่อเสียงในด้านคุณสมบัติการฟอกหนังที่ดีเยี่ยม

เรื่องราว

อันที่จริงประวัติศาสตร์ความนิยมของเซอร์โคเนียมต่อมนุษยชาติค่อนข้างเก่า - แม้ในช่วงรัชสมัยของกรุงโรมในแคว้นยูเดีย มหาปุโรหิตก็สวมผักตบชวาในเครื่องประดับ - คริสตัลเพทาย - แร่ธาตุหลักของเซอร์โคเนียม นักอัญมณีจากยุคกลางจากประเทศต่างๆ มักตกแต่งผลิตภัณฑ์ของตนด้วยคริสตัลเหล่านี้ เครื่องประดับที่มีเพทายได้รับความนิยมเป็นพิเศษในอินเดียในช่วงศตวรรษที่ 15-16 และในช่วงทศวรรษที่สามสิบของศตวรรษที่ 19

แร่ที่ประกอบด้วยเซอร์โคเนียมนี้ถูกขุดขึ้นที่เกาะซีลอน ซึ่งต่อมาพ่อค้าได้ส่งออกแร่ดังกล่าวไปยังหลายประเทศอย่างมากมาย คริสตัลเหล่านี้ได้รับความนิยมอย่างโดดเด่นเนื่องจากสีที่หลากหลายและสวยงามมาก ตั้งแต่ไม่มีสีใสและน้ำตาลเหลืองซีด เปลี่ยนเป็นสีเทาอมเขียวเป็นสีแดงเลือด มันเป็นเพทายสีแดงที่นักอัญมณีเรียกว่าผักตบชวา (ชื่อเดิมคือเพราดอล) โดยพิจารณาว่าเป็นบุษราคัมหรือทับทิมชนิดหนึ่งซึ่งคล้ายกับองค์ประกอบทางเคมี ในช่วงปลายศตวรรษที่ 18 เท่านั้นที่ผักตบชวาได้รับชื่อที่ทันสมัย ​​- zircon Zr นักแร่วิทยาเวอร์เนอร์ตั้งชื่อนี้ให้

เป็นหนึ่งในเพทายจากศรีลังกาที่ตกไปอยู่ในมือของ M. G. Klaproth สมาชิกของสถาบันวิทยาศาสตร์แห่งเบอร์ลิน ในปี ค.ศ. 1789 เขาได้ทำการวิจัยเกี่ยวกับอัญมณีโดยใช้วิธีการของเขาเองและเผยแพร่ผลการวิเคราะห์ในปีเดียวกัน Klaproth ได้รับสารที่เขาเรียกว่า "zircon earth" เขาผสมผงเพทายกับด่างโซดาไฟในเบ้าหลอมเงินพิเศษ จากนั้นละลายโลหะผสมในกรดซัลฟิวริก นอกจากนี้นักเคมีได้แยกกรดซิลิซิกและธาตุเหล็กออกจากสารละลายหลังจากนั้นเขาได้รับผลึกเกลือและออกไซด์จากพวกมัน (ดินเดียวกัน) ซึ่งเขาเรียกว่า "เซอร์โคเนียม" (Zirconerde)

ด้วยชื่อดังกล่าว Klaproth มักจะขับไล่แนวคิดเปอร์เซียต่อไปนี้: "zar" ("ราชา") - ทองและ "ปืน" ("ปืน") - สีนั่นคือตามตัวอักษร - "สีทอง" จากการพิจารณาต่อไปนี้ เราสามารถเดาได้ว่าแร่ที่อยู่ในมือของนักเคมีนั้นมีสีน้ำตาลทอง อีกข้อสันนิษฐานเกี่ยวกับที่มาของชื่อนั้นมาจากคำภาษาอาหรับ "zarkun" - ชาด, แร่ อย่างที่คุณเห็น คำเหล่านี้คล้ายกันมาก ซึ่งหมายความว่าชื่อโลหะมาจากความหมายของมัน

ในแหล่งข้อมูลของรัสเซียชื่อจะคล้ายกันแม้ว่าจะมีความแตกต่างกันเล็กน้อย ดังนั้น Scherer (1808) เรียกว่าโลหะ "เพทาย", Zakharov (1810) ยึดมั่นในสูตรเดียวกัน Dvigubsky (1824) เป็นต้นฉบับมากขึ้น - "ฐานของเพทายดิน" หรือ "เซอร์โคเนียม", Strakhov (1825) เรียกโลหะ " เพทาย".

เซอร์โคเนียม (II) ออกไซด์ยังถูกแยกโดย Giton de Morovo จากผักตบชวาที่พบในฝรั่งเศสเท่านั้น

เพทายโลหะ (ที่มีสัดส่วนของสิ่งเจือปนสูงมาก) ได้ครั้งแรกโดย J. J. Berzelius ในปี พ.ศ. 2367 โดยการลดโพแทสเซียมฟลูออรีน-เซอร์โคเนตด้วยโซเดียมโลหะ:

K2 + 4Na → Zr + 2KF + 2NaF

ผลที่ได้คือโลหะสีเทาเงินที่เปราะมากจนไม่สามารถทำงานได้ เหตุผลก็คือมีสิ่งสกปรกในปริมาณมาก เป็นผลให้ไม่ได้ใช้องค์ประกอบนี้ นักวิทยาศาสตร์จากประเทศต่าง ๆ พยายามแก้ปัญหาความบริสุทธิ์ของโลหะเป็นเวลานาน เฉพาะในปี 1914 เท่านั้นที่สามารถรับเซอร์โคเนียมที่ค่อนข้างบริสุทธิ์ได้ และโลหะซึ่งสามารถแปรรูปได้ (หลอม รีด รีด) ในลักษณะเดียวกับทองแดง สามารถแยกออกได้ในปี 1925 นักเคมีชาวดัตช์ van Arkel และ de Boer . พวกเขาเลิกใช้วิธีการอิเล็กโทรไลซิสแบบดั้งเดิมและใช้กันอย่างแพร่หลายโดยใช้วิธีการ "สะสม" ใหม่ซึ่งประกอบด้วยความจริงที่ว่าสารประกอบระเหย (ในกรณีของพวกเขาคือเซอร์โคเนียม tetraiodide ZrI4) อยู่ภายใต้การสลายตัวทางความร้อนในสุญญากาศ และโลหะบริสุทธิ์ถูกสะสมบนไส้หลอดทังสเตนร้อน

อยู่ในธรรมชาติ

เซอร์โคเนียมเป็นองค์ประกอบที่ค่อนข้างธรรมดา: มีเนื้อหาในเปลือกโลก 0.025% โดยน้ำหนัก ในบรรดาโลหะในแง่ของความชุก มันอยู่ในอันดับที่สิบสอง อย่างไรก็ตามเซอร์โคเนียมมีการกระจายตัวสูงและการสะสมที่สำคัญของเซอร์โคเนียมนั้นหายาก ดังนั้นในหินหลักเนื้อหาไม่เกิน 1.3.10-2%; ในหินแกรนิต ดินทราย และดินเหนียว องค์ประกอบนี้พบได้บ่อยกว่ามาก - 2 10-2% แต่เซอร์โคเนียมพบมากที่สุดในหินอัลคาไลน์ - 5 10-2% ซึ่งมากกว่าเนื้อหาเฉลี่ยในเปลือกโลกโดยทั่วไป . ส่วนใหญ่มักพบได้ในรูปของสารประกอบเคมีต่างๆ ซึ่งในทางกลับกัน เกิดขึ้นในเปลือกโลก เนื่องจากเซอร์โคเนียมเป็นธาตุหิน โดยธรรมชาติแล้ว สารประกอบของมันถูกรู้จักเฉพาะกับออกซิเจนในรูปของออกไซด์และซิลิเกต แม้ว่าเซอร์โคเนียมจะเป็นธาตุรอง แต่ก็มีแร่ธาตุประมาณ 40 ชนิดที่เซอร์โคเนียมมีอยู่ในรูปของออกไซด์หรือเกลือ เนื่องจากการกระจายตัวในหินและไม่มีตะกอนจำนวนมาก เซอร์โคเนียมจึงถูกใช้น้อยกว่าโลหะหายากอย่างแท้จริง โลหะนี้เป็นน้ำที่อพยพย้ายถิ่นฐาน - เนื้อหาของเซอร์โคเนียมในน้ำทะเลไม่เกิน 0.00005 มก./ล. ในสภาพแวดล้อมทางชีวภาพก็ไม่ธรรมดาเช่นกัน

เพทาย ZrSiO4 ส่วนใหญ่กระจายอยู่ในธรรมชาติ ซึ่ง 67.1% ZrO2, baddeleyite ZrO2 และแร่ธาตุที่ซับซ้อนต่างๆ: eudialyte (Na,Ca)6ZrOH(Si3O9)2(OH,Cl)2 เป็นต้น

เพทายเป็นแร่เซอร์โคเนียมที่พบมากที่สุด ซึ่งรู้จักกันมาตั้งแต่สมัยโบราณ เมื่อมันถูกเรียกว่าผักตบชวา อะโซไรต์ ออเออร์บาไคต์ เอนเกลฮาร์ไดต์ และชื่ออื่นๆ เพทายเป็นซิลิเกตเดี่ยวที่พบในหินทุกประเภท แต่เป็นลักษณะเฉพาะส่วนใหญ่ของหินแกรนิตและไซไนต์ แร่เป็นผลึกที่มีรูปแบบที่ดี ลักษณะที่ปรากฏแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับเงื่อนไขของการก่อตัว ดังนั้นในหินแกรนิตและหินแกรนิตเพกมาไทต์จึงมีผลึกที่มีลักษณะเป็นแท่งปริซึมยาว และในหินอัลคาไลน์และหิน metasomatic - ประเภทไดปิรามิดัล นอกจากนี้คุณยังสามารถพบ "ฝาแฝด", "ฝาแฝดที่บิดเบี้ยว", การเติบโตแบบรัศมีรัศมีและแบบมัด

บ่อยครั้งที่คริสตัลมีขนาดค่อนข้างเล็ก (เพียงไม่กี่มิลลิเมตร) แต่มีข้อยกเว้นที่มีน้ำหนักหลายสิบหรือหลายร้อยกะรัต พบผลึกเพทายยาวหลายเซนติเมตรในเขตฮินเดอร์สัน รัฐนอร์ทแคโรไลนา ในมาดากัสการ์ พบว่าน้ำหนักหลายกิโลกรัมไม่ใช่เรื่องแปลก ในสหรัฐอเมริกา สถาบันสมิธโซเนียนมีเพทายหลายตัวที่นำมาจากเกาะศรีลังกา มีสีและน้ำหนักต่างกัน: เพทายที่ใหญ่ที่สุด - สีน้ำตาลมีน้ำหนัก 118.1 กะรัต เหลืองน้ำตาล 97.6; สีเหลือง 23.5 ไม่มีสี 23.9 คุณยังสามารถเห็นคริสตัลขนาดใหญ่จากพม่าและประเทศไทยได้อีกด้วย พิพิธภัณฑ์ธรณีวิทยาลอนดอน พิพิธภัณฑ์ประวัติศาสตร์ธรรมชาติอเมริกันในนิวยอร์ก และพิพิธภัณฑ์แคนาดาในโตรอนโตสามารถอวดคอลเล็กชั่นเพทายขนาดใหญ่ได้มากมาย เพทายขนาดใหญ่และสวยงามมากถูกขุดในเทือกเขาอูราล

เพทายมักมีสิ่งเจือปนหลายอย่าง เช่น เหล็ก อะลูมิเนียม โลหะหายาก แฮฟเนียม เบริลเลียม ยูเรเนียม และอื่นๆ ในเรื่องนี้ นักวิทยาศาสตร์แยกแยะเพทายได้หลายแบบ: มาลาคอน, ซิโตรไลต์, อัลวิต, อาร์ชิโนไวท์และอื่น ๆ อีกมากมาย

แร่ baddeleyite ซึ่งแตกต่างจากเพทายถูกค้นพบค่อนข้างเร็ว - ในปี พ.ศ. 2435 ในบราซิล แหล่งแร่หลักของ Posos de Caldas ก็อยู่ที่นั่นเช่นกัน การค้นพบบางส่วนของเงินฝากนี้ช่างน่าอัศจรรย์ - หนึ่งในบล็อกของ baddeleyite ที่สกัดจากหินมีน้ำหนัก 30 ตัน! ตามริมฝั่งแม่น้ำและลำธาร Baddeleyite เกิดขึ้นในรูปแบบของก้อนกรวดลุ่มน้ำที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางสูงสุด 7.5 มม. ซึ่งมีเซอร์โคเนียมไดออกไซด์มากกว่า 90% สำหรับลักษณะที่ปรากฏ ก้อนกรวดนี้มีชื่อเล่นว่า "favas" โดยคนงานเหมืองในท้องถิ่น ซึ่งแปลว่า "ถั่ว" (fava) ในภาษาโปรตุเกส

แอปพลิเคชัน

ขอบเขตของการใช้เซอร์โคเนียมและแร่ธาตุที่ประกอบด้วยมันมีความหลากหลายมาก เกี่ยวข้องกับอุตสาหกรรมไฮเทค และในเวลาเดียวกันกับการผลิตสินค้าอุปโภคบริโภคทั่วไป

ผู้บริโภคเซอร์โคเนียมรายแรกคือโลหะ - สีดำก่อนจากนั้นจึงไม่ใช่เหล็ก นี่เป็นเพราะคุณสมบัติหลายประการขององค์ประกอบที่สี่สิบ เนื่องจากมีความเกี่ยวข้องกับออกซิเจน ไนโตรเจน กำมะถัน และฟอสฟอรัสสูง โลหะผสมของเซอร์โคเนียมที่มีเหล็กและซิลิกอนหรืออลูมิเนียมและซิลิกอนจึงถูกใช้เป็นสารขจัดออกซิไดซ์และน้ำยาทำความสะอาดเหล็ก

เซอร์โคเนียมใช้กันอย่างแพร่หลายในฐานะองค์ประกอบการผสม เนื่องจากการเพิ่มเข้ากับโลหะอื่นๆ ทำให้มีคุณสมบัติพิเศษ เช่น ทนความร้อน ทนกรด และอื่นๆ อีกมากมาย นอกจากคุณสมบัติที่ได้มาใหม่แล้ว โลหะผสมที่มีเซอร์โคเนียมยังช่วยเพิ่มความแข็งแรงทางกล ซึ่งช่วยยืดอายุการใช้งานและขยายความเป็นไปได้ในการใช้งานในด้านต่างๆ เป็นการดีที่จะยกตัวอย่างบางส่วนของโลหะผสมดังกล่าวและขอบเขตการใช้งาน

Ferrozirconium (โลหะผสมของเซอร์โคเนียมกับเหล็ก) ที่มี Zr มากถึง 20% ใช้ในโลหะวิทยาเป็น deoxidizer และ degasser สำหรับเหล็ก นักเคมีและนักโลหะวิทยาพบว่าการเพิ่มเซอร์โคเนียมลงในโลหะผสมของเหล็กมีผลเช่นเดียวกับการนำซิลิกอนเข้าไป: คุณภาพของสเตนเลสสตีลและเหล็กทนความร้อนดีขึ้น ความแข็งแรงทางกลและความสามารถในการเชื่อมของเหล็กเพิ่มขึ้น

โลหะผสมเซอร์โคเนียมอีกชนิดหนึ่งที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในโลหะเหล็กและเฟอร์โรเซอร์โคเนียมเป็นโลหะผสมที่มีซิลิกอน โลหะผสมนี้ใช้สำหรับการขจัดแก๊สเหล็ก เนื่องจากเซอร์โคเนียมเป็นสารขจัดออกซิไดซ์ที่มีพลังและสารเติมแต่งการกลั่น การแนะนำของโลหะผสมนี้ช่วยลดออกไซด์ของโลหะและขจัดไนโตรเจนได้อย่างรวดเร็ว

โลหะผสมทองแดงเซอร์โคเนียมใช้สำหรับการผลิตชิ้นส่วนที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าของอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ทำให้ร้อนขึ้นระหว่างการทำงาน การแนะนำของเซอร์โคเนียมแทบไม่มีผลกระทบต่อการนำไฟฟ้าสูงของทองแดง แต่เพิ่มความแข็งแรงและความต้านทานความร้อนของโลหะผสมอย่างมีนัยสำคัญ

โลหะผสมของแมกนีเซียมกับเซอร์โคเนียมมีคุณสมบัติทางกลและทางกายภาพที่ดีและถือว่าเหมาะสมที่สุดสำหรับวัตถุประสงค์เชิงโครงสร้าง

โลหะผสมของอลูมิเนียมที่มีเซอร์โคเนียม (สูงถึง 3% Zr) มีความทนทานต่อการกัดกร่อน ใช้ในกริดของหลอดสุญญากาศแคโทด

เซอร์โคเนียมทำให้บริสุทธิ์จากแฮฟเนียมได้รับความสำคัญสูงสุดในฐานะวัสดุโครงสร้างในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ความต้านทานการกัดกร่อนสูง รวมกับความแข็งแรงเชิงกล จุดหลอมเหลวสูง และส่วนการดูดกลืนนิวตรอนความร้อนที่มีประสิทธิภาพต่ำ ทำให้เมื่อเร็ว ๆ นี้สามารถใช้เซอร์โคเนียมในการเคลือบองค์ประกอบเชื้อเพลิง (REs) ได้อย่างกว้างขวาง

ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำและสม่ำเสมอ ความต้านทานการกัดกร่อนสูง ตลอดจนความแข็งแรงเชิงกลสูงและทนต่อสารเคมี นำไปสู่การใช้เซอร์โคเนียมในการผลิตอุปกรณ์เคมีคุณภาพสูง อุปกรณ์ทางการแพทย์ รากฟันเทียม และเกลียวสำหรับศัลยกรรมประสาท

ลูกถ้วยไฟฟ้าในอุปกรณ์ความถี่สูงที่ทำจากวัสดุที่มีเซอร์โคเนียมช่วยลดการสูญเสียพลังงานได้อย่างมาก

เซอร์โคเนียมแบบผงใช้เป็นหลักในการผลิตพลุ ระเบิด ฟิวส์โพรเจกไทล์ และระเบิดระยะไกล

แต่ถึงกระนั้น วัตถุดิบเซอร์โคเนียมที่สกัดได้ส่วนใหญ่ (ประมาณ 90%) จะใช้ในรูปแบบแร่ในรูปของเพทายซึ่งมีเซอร์โคเนียมไดออกไซด์ (ZrO2) มากถึง 66% เนื่องจากคุณสมบัติของมัน - จุดหลอมเหลวสูง (มากกว่า 2700 ° C) ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำและความต้านทานต่อการโจมตีทางเคมี - ZrO2 ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านต่างๆ มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตสารเคลือบป้องกันความร้อน, ผลิตภัณฑ์ทนไฟสูง, อิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็ง, เคลือบทนความร้อน, แว่นตาทนไฟ, เซรามิกประเภทต่างๆ, เม็ดสีเซรามิก, ตัวเร่งปฏิกิริยา, เครื่องมือตัดและวัสดุขัด, อัญมณีเทียม ในทศวรรษที่ผ่านมา ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ ตลอดจนวิธีการสื่อสารที่หลากหลาย เซอร์โคเนียมไดออกไซด์จึงเริ่มถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในไฟเบอร์ออปติกและการผลิตเซรามิกที่ใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

เนื่องจากมีความแข็งสูง เซอร์โคเนียมคาร์ไบด์ ZrC จึงถูกใช้เป็นวัสดุเจียร และสามารถใช้แทนเพชรเมื่อตัดกระจก

การผลิต

แหล่งวัตถุดิบหลักของการผลิตทางอุตสาหกรรมของโลหะเซอร์โคเนียมคือแร่เซอร์โคเนียม ZrSiO4

วิธีการหลักในการรับโลหะเซอร์โคเนียมสามารถแบ่งออกเป็นสามกลุ่ม: 1) วิธีการกู้คืน; 2) วิธีการแยกตัวด้วยความร้อน และ 3) วิธีการอิเล็กโทรไลต์

ประการแรกแร่เซอร์โคเนียมจะผ่านขั้นตอนการเสริมสมรรถนะ ซึ่งใช้วิธีแรงโน้มถ่วงกับการทำให้บริสุทธิ์แบบเข้มข้นโดยการแยกด้วยไฟฟ้าสถิตและแม่เหล็ก เซอร์โคเนียมโลหะผลิตจากสารประกอบซึ่งได้มาจากการสลายตัวของสมาธิ ในกรณีนี้ ตัวเลือกต่อไปนี้เป็นไปได้:

ก) การเผาด้วยปูนขาวหรือแคลเซียมคาร์บอเนตด้วยการเติม CaCl2 ที่อุณหภูมิสูงกว่า 1100 ° C:

ZrSiO4 + ZCaO = CaZrO3 + Ca2SiO4

b) การเผาด้วยโซดาที่อุณหภูมิมากกว่า 1,000 ° C หรือหลอมรวมกับโซดาไฟ (อุณหภูมิต้องสูงกว่า 500 ° C):

ZrSiO4 + 2Na2CO3 = Na2ZrO3 + Na2SiO3 + 2CO2

จากโลหะผสมหรือการเผาที่เกิดจากการเปิดอัลคาไลน์ก่อนอื่นสารประกอบซิลิกอนจะถูกลบออกโดยการชะล้างด้วยน้ำหรือกรดไฮโดรคลอริกเจือจางหลังจากนั้นจะย่อยสลายด้วยกรดไฮโดรคลอริกหรือซัลฟิวริก ผลที่ได้คือออกซีคลอไรด์และซัลเฟตตามลำดับ

c) การเผาด้วยโพแทสเซียมฟลูออโรซิลิเกตที่อุณหภูมิใกล้เคียงกับ 1,000 ° C:

ZrSiO4 + K2SiF6 = K2ZrF6 + 2SiO2

เค้ก fluorozirconate ที่ได้จะถูกทำให้ร้อนและล้างด้วยน้ำที่เป็นกรด โพแทสเซียม fluorozirconate จะผ่านเข้าไปในน้ำ เมื่อสารละลายถูกทำให้เย็นลง ส่วนใหญ่ (75-90%) จะถูกปล่อยออกมา

d) คลอรีนด้วยถ่านหินที่อุณหภูมิประมาณ 1,000 ° C ในขณะที่คาร์ไบด์เบื้องต้นที่อุณหภูมิ 1700 ถึง 1800 ° C เป็นไปได้ซึ่งออกแบบมาเพื่อกำจัดซิลิกอนส่วนใหญ่ในรูปของออกไซด์ระเหยง่าย (SiO) ผลที่ได้คือเซอร์โคเนียมคลอไรด์ ZrCl4 ซึ่งถูกทำให้อ่อนตัวและแข็งแรงขึ้น

สารประกอบเซอร์โคเนียมถูกแยกออกจากสารละลายที่เป็นกรดที่เกิดขึ้นโดยวิธีการดังต่อไปนี้:

ก) การตกตะกอนด้วยไฮโดรไลติกของเซอร์โคเนียมซัลเฟตพื้นฐาน xZrO2.ySO3 zH2O จากกรดซัลฟิวริกหรือกรดไฮโดรคลอริก

b) การตกผลึกของเซอร์โคเนียมออกซีคลอไรด์ ZrOCl2 8H2O ระหว่างการระเหยของสารละลายกรดไฮโดรคลอริก

c) การตกผลึกของเซอร์โคเนียมซัลเฟต Zr (SO4)2 โดยการเพิ่มกรดซัลฟิวริกเข้มข้นหรือโดยการระเหยสารละลายกรดซัลฟิวริก จากการเผาซัลเฟตและคลอไรด์ทำให้ได้ ZrO2

สารประกอบเซอร์โคเนียมทั้งหมดที่ได้จากสารเข้มข้นจะมีแฮฟเนียมเสมอ การทำให้บริสุทธิ์ของเซอร์โคเนียมเป็นกระบวนการที่ค่อนข้างลำบากและมีราคาแพง เซอร์โคเนียมถูกแยกออกจากเพื่อนร่วมทางที่คงที่โดยการตกผลึกแบบเศษส่วนของ K2ZrF6 การสกัดจากสารละลายที่เป็นกรดด้วยตัวทำละลายอินทรีย์ (เช่น ไตรบิวทิลฟอสเฟต) วิธีการแลกเปลี่ยนไอออน การลดการเลือกเตตระคลอไรด์ (ZrCl4 และ HfCl4)

มีวิธีการ "สร้าง" ที่พัฒนาโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวดัตช์ van Arkel และ de Boer ประกอบด้วยสารประกอบระเหยง่าย (zirconium tetraiodide ZrI4) ผ่านการสลายตัวทางความร้อนในสุญญากาศ และโลหะบริสุทธิ์จะเกาะอยู่บนไส้หลอดทังสเตนร้อน ในทศวรรษที่ 20 ของศตวรรษที่ผ่านมา วิธีนี้ใช้กันอย่างแพร่หลาย แต่เซอร์โคเนียมที่มีราคาสูงที่ได้จากวิธีนี้จำกัดขอบเขตอย่างมาก ดังนั้นจึงจำเป็นต้องพัฒนาวิธีการใหม่ที่ถูกกว่าเพื่อให้ได้เซอร์โคเนียม ด้วยวิธีนี้ วิธี Krol ที่ได้รับการปรับปรุงจึงกลายเป็น แผนการผลิตนี้เกี่ยวข้องกับสองขั้นตอนหลัก: เซอร์โคเนียมไดออกไซด์ถูกคลอรีน และเซอร์โคเนียมเตตระคลอไรด์ที่เป็นผลลัพธ์จะลดลงโดยแมกนีเซียมโลหะภายใต้ชั้นของโลหะหลอมเหลว ผลิตภัณฑ์สุดท้าย ฟองน้ำเซอร์โคเนียม หลอมเป็นแท่งและส่งไปยังผู้บริโภคในรูปแบบนี้

คุณสมบัติทางกายภาพ

อย่างที่เราทราบกันดีว่าเซอร์โคเนียมถูกแยกออกมาในรูปโลหะอิสระเมื่อนานมาแล้ว - ในปี พ.ศ. 2367 โดยนักเคมีชาวสวีเดน Jens Berzelius เป็นเวลานานหลายทศวรรษที่ผ่านมาไม่สามารถได้รับองค์ประกอบที่มีความบริสุทธิ์สูง จึงเป็นสาเหตุที่ไม่สามารถศึกษาคุณสมบัติทางกายภาพของโลหะนี้ได้ เฉพาะในช่วงกลางศตวรรษที่ยี่สิบเท่านั้นที่นักวิทยาศาสตร์สามารถได้รับเซอร์โคเนียมที่ปราศจากสิ่งสกปรก ปรากฎว่าในเซอร์โคเนียมบางครั้งในปริมาณมากมีแฮฟเนียมซึ่งเป็นสหายคงที่ของโลหะนี้ซึ่งไม่เคยสังเกตเห็นมาก่อนเนื่องจากคุณสมบัติทางเคมีคล้ายกับเซอร์โคเนียม

เซอร์โคเนียมบริสุทธิ์มีลักษณะของโลหะทั่วไป - สีเทาเงินที่ยอดเยี่ยมชวนให้นึกถึงเหล็ก แต่มีความแข็งแรงและความเหนียวที่แตกต่างจากมัน นอกจากนี้คุณภาพหลังตามที่นักโลหะวิทยาระบุไว้นั้นขึ้นอยู่กับปริมาณออกซิเจนในเซอร์โคเนียมโดยตรง ดังนั้นหากออกซิเจนมากกว่า 0.7% เข้าสู่เซอร์โคเนียมเหลวที่หลอมเหลวโลหะจะเปราะเนื่องจากการก่อตัวของสารละลายออกซิเจนที่เป็นของแข็งในเซอร์โคเนียมซึ่งมีคุณสมบัติแตกต่างจากคุณสมบัติของโลหะบริสุทธิ์มาก ผลเช่นเดียวกันนี้เกิดจากสิ่งเจือปนของไนโตรเจน คาร์บอน และไฮโดรเจน ความหนาแน่นของเซอร์โคเนียมบริสุทธิ์ที่ 20°C คือ 6.45 g/cm3 ความแข็งของ Brinell คือ 640-670 Mn/m2 หรือ 64-67 kgf/mm2 ความแข็งได้รับอิทธิพลอย่างมากจากการมีสิ่งเจือปน (โดยเฉพาะออกซิเจน) ซึ่งเพิ่มความแข็งของเซอร์โคเนียม ลดความเปราะบาง ดังนั้นด้วยปริมาณออกซิเจนมากกว่า 0.2% เซอร์โคเนียมจึงไม่ตอบสนองต่อการทำงานที่เย็นโดยใช้แรงกด ความต้านทานแรงดึงของเซอร์โคเนียมคือ 253 MN/m2 หรือ 25.3 kgf/mm2 โมดูลัสความยืดหยุ่นที่ 20°C = 97 Gn/m2 หรือ 9700 kgf/mm2

เซอร์โคเนียมเป็นโลหะที่มีอุณหภูมิสูง: จุดหลอมเหลว (tmelt) ของเซอร์โคเนียมที่มีความบริสุทธิ์สูงคือ 1845 องศาเซลเซียส จุดเดือด (tboil) คือ 3580-3700 องศาเซลเซียส เซอร์โคเนียมไดออกไซด์ ZrO2 เป็นหนึ่งในสารทนไฟที่สุดในธรรมชาติ มันละลายที่ 2680 ° C! คุณสมบัติดังกล่าวของโลหะและไดออกไซด์เป็นตัวกำหนดการใช้งานในโลหะวิทยา: การผสมเหล็กทนความร้อนและทนความร้อนด้วยเซอร์โคเนียม การใช้ ZrO2 ในการผลิตวัสดุทนไฟ

การเพิ่มคุณสมบัติทางความร้อนของเซอร์โคเนียมควรเพิ่มสิ่งต่อไปนี้: ความจุความร้อนจำเพาะในช่วงอุณหภูมิ 25-100 °C = 0.291 kJ/(kg∙K) หรือ 0.0693 cal/(g∙°C); ค่าสัมประสิทธิ์การนำความร้อนที่ 50 ° C = 20.96 W / (m ∙ K) หรือ 0.050 cal / (cm s ∙° C); ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของการขยายตัวเชิงเส้นที่อุณหภูมิ 20-400 ° C = 6.9∙10-6 อุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะเป็นตัวนำยิ่งยวดคือ 0.7K

เซอร์โคเนียมที่เป็นโลหะมีลักษณะเฉพาะโดยการปรับเปลี่ยนแบบ allotropic สองครั้ง: การปรับ α ซึ่งมีโครงสร้างหกเหลี่ยมและมีเสถียรภาพที่อุณหภูมิต่ำกว่า 863 ° C และการปรับเปลี่ยน β ซึ่งมีโครงข่ายของลูกบาศก์ที่อยู่ตรงกลางเชิงพื้นที่และมีความเสถียรที่อุณหภูมิสูงกว่า 863 ° C ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงของการปรับα-modification เป็น β -modification เกิดขึ้นที่อุณหภูมิขอบเขตนี้ที่ 863 ° C นอกจากนี้การเพิ่มอลูมิเนียมตะกั่วดีบุกและแคดเมียมยังเพิ่มอุณหภูมิการเปลี่ยนจากสถานะหนึ่งไปอีกสถานะหนึ่งและ การเพิ่มของเหล็ก โครเมียม นิกเกิล โมลิบดีนัม ทองแดง ไททาเนียม และโลหะอื่นๆ ลดลง

ความต้านทานไฟฟ้าของเซอร์โคเนียมความบริสุทธิ์สูงที่ 20°C = 44.1 microhm∙cm เซอร์โคเนียมเป็นพาราแมกเนติก ความไวต่อแม่เหล็กจะเพิ่มขึ้นเมื่อโลหะถูกทำให้ร้อน ดังนั้นที่อุณหภูมิ -73 ° C ความไวต่อแม่เหล็กของเซอร์โคเนียมจำเพาะคือ 1.28 ° C และที่ 327 ° C - 1.41 ° C

คุณสมบัติที่มีค่าที่สุดของเซอร์โคเนียมบริสุทธิ์คือส่วนตัดขวางของการจับนิวตรอนความร้อนที่มีขนาดเล็ก (0.18 ยุ้งฉาง) มันน้อยกว่าโลหะอื่นมาก - เหล็ก (2.53 ยุ้งฉาง), นิกเกิล (4.60 ยุ้งฉาง) หรือทองแดง (3.69 โรงนา) แม้ว่าโลหะราคาถูกจำนวนมากจะมีหน้าตัดแบบเดียวกัน: 0.65 โรงนาสำหรับดีบุก, 0.22 โรงนาสำหรับอลูมิเนียม และแม้แต่น้อยสำหรับแมกนีเซียม - เพียง 0.06 โรงนา อย่างไรก็ตาม โลหะที่อยู่ในรายการทั้งหมดสามารถหลอมได้และไม่ทนความร้อน ซึ่งแตกต่างจากเซอร์โคเนียม ดังนั้นจึงเป็นโลหะชนิดนี้ที่ใช้เป็นวัสดุโครงสร้างในการก่อสร้างเครื่องปฏิกรณ์

คุณสมบัติทางเคมี

คุณสมบัติที่โดดเด่นที่สุดประการหนึ่งของเซอร์โคเนียมคือความต้านทานการกัดกร่อนสูงต่อตัวกลางที่มีฤทธิ์รุนแรงหลายชนิด ในแง่ของความสามารถในการต้านทานการกัดกร่อน เซอร์โคเนียมมีมากกว่าโลหะที่ทนทานเช่นไนโอเบียมและไททาเนียม ภายใต้สภาวะปกติ เซอร์โคเนียมจะเฉื่อยเมื่อเทียบกับก๊าซในบรรยากาศและน้ำ และไม่ทำปฏิกิริยากับกรดไฮโดรคลอริกและซัลฟิวริก (ความเข้มข้นสูงถึง 50%) ในระหว่างการทดลอง พบว่าเหล็กกล้าไร้สนิมสูญเสียกรดไฮโดรคลอริก 5 เปอร์เซ็นต์ต่อปี ประมาณ 2.6 มิลลิเมตรต่อปี ที่อุณหภูมิ 60 องศาเซลเซียส ไททาเนียม - ประมาณ 1 มิลลิเมตร และเซอร์โคเนียม - น้อยกว่า 1,000 เท่า เซอร์โคเนียมมีความทนทานต่อด่างมากที่สุด เป็นโลหะชนิดเดียวที่ทนต่อด่างที่มีแอมโมเนีย ในแง่ของความต้านทานต่อสื่อที่ก้าวร้าว เซอร์โคเนียมยังด้อยกว่าแทนทาลัมซึ่งเป็นหนึ่งในนักสู้ที่ทรงพลังที่สุดต่อการกัดกร่อน

ความต้านทานดังกล่าวอธิบายได้ง่ายด้วยคุณสมบัติทางเคมีของเซอร์โคเนียม หรือโดยการสร้างฟิล์มป้องกันออกไซด์บนพื้นผิว ซึ่งช่วยปกป้องโลหะจากการถูกทำลายเพิ่มเติม ในการทำให้เซอร์โคเนียมออกซิไดซ์อย่างสมบูรณ์ จำเป็นต้องให้ความร้อนสูงถึง 700 องศาเซลเซียส จากนั้นฟิล์มจะถูกทำลายบางส่วนและละลายบางส่วนในโลหะ ปรากฎว่าเป็นอุณหภูมิ 700 ° C ซึ่งเป็นขีด จำกัด ที่เกินความทนทานต่อสารเคมีขององค์ประกอบหมายเลข 40 แต่ก่อนขีด จำกัด นี้เซอร์โคเนียมเมื่อถูกความร้อนถึง 300 ° C ขึ้นไปก็เริ่มทำปฏิกิริยาอย่างแข็งขันมากขึ้น ด้วยออกซิเจนและองค์ประกอบอื่น ๆ ของบรรยากาศ เป็นผลให้เกิดไดออกไซด์และไฮไดรด์ด้วยไอน้ำด้วยคาร์บอนไดออกไซด์ - คาร์ไบด์และไดออกไซด์ด้วยไนโตรเจน - เซอร์โคเนียมไนไตรด์ ด้วยอุณหภูมิที่เท่ากัน เซอร์โคเนียมได้รับการปกป้องอย่างน่าเชื่อถือด้วยฟิล์มออกไซด์ ซึ่งรับประกันความทนทานต่อสารเคมีของเซอร์โคเนียมในระดับสูง

และเซอร์โคเนียมทำปฏิกิริยากับกรด สิ่งนี้จะเกิดขึ้นหากการก่อตัวของสารเชิงซ้อนประจุลบเป็นไปได้ ดังนั้นที่อุณหภูมิสูงกว่า 100 ° C มันจะทำปฏิกิริยากับส่วนผสมของกรดไนตริกและกรดไฮโดรฟลูออริกและกรดกัดทอง:

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

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

มันละลายในกรดซัลฟิวริกไฮโดรฟลูออริกและร้อนเข้มข้น (มากกว่า 50%):

Zr + 6HF = H2 + 2H2

เซอร์โคเนียมในรูปของขี้กบหรือผงมีลักษณะแตกต่างกันมากในอากาศ ตรงกันข้ามกับเซอร์โคเนียมโลหะขนาดกะทัดรัด สาร pyromorphic เหล่านี้ติดไฟได้เองตามธรรมชาติในอากาศที่อุณหภูมิห้องอยู่แล้ว กระบวนการดังกล่าวเป็นกระบวนการคายความร้อนและเกิดขึ้นจากการปล่อยความร้อนจำนวนมาก เซอร์โคเนียมที่มีลักษณะเหมือนฝุ่นผสมกับอากาศสามารถระเบิดได้

ปฏิกิริยาของเซอร์โคเนียมกับน้ำก็ผิดปกติเช่นกัน โลหะส่วนใหญ่ที่สัมผัสกับน้ำจะถูกกัดกร่อนด้วยกัลวานิก ซึ่งประกอบด้วยการเปลี่ยนไอออนบวกของพวกมันเป็นน้ำ เซอร์โคเนียมเช่นเดียวกับปฏิกิริยากับออกซิเจนที่ทำปฏิกิริยากับน้ำถูกปกคลุมด้วยฟิล์มป้องกันที่ไม่ละลายน้ำ ดังนั้นเนื่องจากคุณสมบัติของฟิล์มป้องกันเซอร์โคเนียมจึงได้รับการปกป้องจากการกัดกร่อนของน้ำ

เมื่อถูกความร้อนเซอร์โคเนียมจะเริ่มทำปฏิกิริยากับก๊าซ ดังนั้นที่อุณหภูมิสูงกว่า 800 ° C เซอร์โคเนียมขนาดกะทัดรัดจึงเริ่มดูดซับออกซิเจนอย่างแข็งขัน:

เซอร์โคเนียมเริ่มทำปฏิกิริยากับไนโตรเจนที่อุณหภูมิ 700-800 °C ด้วยการก่อตัวของไนไตรด์: ZrN

ที่อุณหภูมิสูงกว่า 300 องศาเซลเซียส เซอร์โคเนียมจะเริ่มดูดซับไฮโดรเจน ก่อตัวเป็นสารละลายที่เป็นของแข็งและไฮไดรด์ ZrH และ ZrH2 ที่อุณหภูมิ 1200-1300 องศาเซลเซียสในสุญญากาศ ไฮไดรด์จะแยกตัวและไฮโดรเจนทั้งหมดจะถูกลบออกจากโลหะ

เมื่อถูกความร้อน เซอร์โคเนียมก็เริ่มทำปฏิกิริยากับอโลหะ ที่อุณหภูมิสูงกว่า 900 ° C ปฏิกิริยากับคาร์บอนจะเกิดขึ้นกับการก่อตัวของ ZrC คาร์ไบด์ เซอร์โคเนียมทำปฏิกิริยากับคลอรีน ไอโอดีน และโบรมีนที่อุณหภูมิ 200°C ทำให้เกิดเฮไลด์ที่สูงกว่า ZrX4 (โดยที่ X คือฮาโลเจน) ปฏิกิริยากับฟลูออรีนเกิดขึ้นที่อุณหภูมิปกติ

องค์ประกอบที่สี่สิบของตารางธาตุถูกค้นพบในปี พ.ศ. 2326 โดยนักเคมีชาวเยอรมัน M.G. คลาโปรตอม โลหะเซอร์โคเนียมที่บริสุทธิ์จากสิ่งสกปรกนั้นได้มาเมื่อต้นศตวรรษที่ 20 เท่านั้น และถึงแม้เวลาจะผ่านไปเกือบ 100 ปีนับตั้งแต่ช่วงเวลานั้น โลหะยังคงมีความคลุมเครืออยู่หลายประการ เริ่มจากที่มาของชื่อและลงท้ายด้วยผลกระทบต่อสุขภาพของมนุษย์ ทำไมราคา 1 กรัมจึงขึ้นเป็นเวลาหลายสิบปี

อยู่ในธรรมชาติ

เซอร์โคเนียมเกิดขึ้นตามธรรมชาติในรูปของออกไซด์และซิลิเกตเท่านั้น ในหมู่พวกเขาเพทาย, eudialyte, baddeleyite ส่วนใหญ่มีความโดดเด่น เป็นที่น่าสังเกตว่าโลหะในเงินฝากนั้นมาพร้อมกับแฮฟเนียมเสมอ สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากตาข่ายคริสตัลที่คล้ายกันของโลหะ

แร่เซอร์โคเนียมส่วนใหญ่ตั้งอยู่ในธรณีภาค เปลือกโลกหนึ่งตันมีค่าเฉลี่ย 210 กรัมของเพทาย สารประกอบเซอร์โคเนียมยังพบได้ในน้ำทะเล แต่ความเข้มข้นที่นี่ต่ำกว่ามากและมีปริมาณ 0.05 มก. ต่อ 1,000 ลิตร

ผู้นำในจำนวนเงินฝากเซอร์โคเนียมคือออสเตรเลีย (เพทาย) แอฟริกาใต้ (แบดเดอไลต์) น้อยกว่าสหรัฐอเมริกา บราซิล และอินเดียเล็กน้อย รัสเซียคิดเป็น 10% ของทุนสำรองโลก

ใบเสร็จ

ในขั้นต้น เซอร์โคเนียมถูกแยกออกจากออกไซด์โดยวิธี "การเติบโต" แถบเซอร์โคเนียมถูกติดตั้งบนไส้หลอดทังสเตนร้อน ภายใต้อิทธิพลของอุณหภูมิที่สูงกว่า 2,000 ºС โลหะเซอร์โคเนียมจะติดอยู่ที่พื้นผิวเครื่องทำความร้อน และส่วนประกอบที่เหลือของสารประกอบถูกไฟไหม้

วิธีนี้ต้องใช้ไฟฟ้าจำนวนมากและในไม่ช้าวิธี Croll ที่ประหยัดกว่าก็ได้รับการพัฒนา สาระสำคัญอยู่ที่คลอรีนเบื้องต้นของเซอร์โคเนียมไดออกไซด์ ตามด้วยการลดแมกนีเซียม แต่การพัฒนาวิธีการรับเซอร์โคเนียมไม่ได้หยุดอยู่แค่นั้น หลังจากนั้นไม่นาน เซอร์โคเนียมจากออกไซด์ที่ลดลงแม้แต่อัลคาไลน์และฟลูออไรด์ที่ถูกกว่าก็เริ่มถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรม

องค์ประกอบเซอร์โคเนียม e110

เซอร์โคเนียมไอโอไดด์

มีความเหนียวสูงและมีลักษณะความแข็งแรงต่ำ ได้มาจากวิธีไอโอไดด์โดยพิจารณาจากความสามารถของโลหะในการสร้างสารประกอบด้วยไอโอดีน ในเวลาเดียวกัน สิ่งเจือปนที่เป็นอันตรายสามารถแยกออกได้ง่ายและได้รับโลหะบริสุทธิ์ แท่งทำจากไอโอไดด์เซอร์โคเนียม

ราคา

ซัพพลายเออร์หลักของเซอร์โคเนียมสู่ตลาดโลกคือออสเตรเลียและแอฟริกาใต้ เมื่อเร็ว ๆ นี้ความได้เปรียบในการส่งออกแร่เพทายและเซอร์โคเนียมกำลังเอนเอียงไปทางสาธารณรัฐแอฟริกาใต้มากขึ้น ผู้บริโภคหลักคือสหภาพยุโรป (อิตาลี ฝรั่งเศส เยอรมนี) จีน และญี่ปุ่น เพทายมีการซื้อขายกันในรูปของเฟอร์โรอัลลอยเป็นหลัก

ในช่วง 10 ปีที่ผ่านมา ความต้องการโลหะเซอร์โคเนียมเพิ่มขึ้นเฉลี่ย 5.2% ต่อปี กำลังการผลิตในช่วงเวลานี้สามารถเพิ่มขึ้นได้มากกว่า 2% เล็กน้อย เป็นผลให้เกิดการขาดแคลนเซอร์โคเนียมอย่างต่อเนื่องในตลาดโลกซึ่งเป็นข้อกำหนดเบื้องต้นสำหรับการเพิ่มมูลค่า

มีเหตุผลหลัก 2 ประการสำหรับการเติบโตของความต้องการโลหะนี้:

• การขยายตัวของอุตสาหกรรมนิวเคลียร์ทั่วโลก
• การใช้เซอร์โคเนียมอย่างแข็งขันในการผลิตเซรามิกส์

นอกจากนี้ ผู้เชี่ยวชาญบางคนเชื่อว่าการยุติการทำเหมือง baddeleyite ในออสเตรเลีย ส่งผลต่อการเติบโตของใบเสนอราคาเซอร์โคเนียมบางส่วน

ในตลาดโลหะรองของรัสเซีย ราคาของเซอร์โคเนียมอยู่ในช่วง 450 ถึง 7500 รูเบิลต่อกิโลกรัม โลหะยิ่งบริสุทธิ์ ราคายิ่งสูง

แอปพลิเคชัน

คุณสมบัติข้างต้นทำให้เซอร์โคเนียมใช้งานได้หลากหลายในอุตสาหกรรมต่างๆ นี่คือพื้นที่ต่อไปนี้:

• ในงานวิศวกรรมไฟฟ้า โลหะผสมเซอร์โคเนียมกับไนโอเบียมถูกใช้เป็นตัวนำยิ่งยวด ทนทานต่อโหลดสูงสุด 100 kA\cm2 จุดเปลี่ยนไปสู่ระบอบตัวนำยิ่งยวดคือ 4.2 เค นอกจากนี้ในอุปกรณ์วิทยุ แผงอิเล็กทรอนิกส์ยังเคลือบด้วยเซอร์โคเนียมเพื่อดูดซับก๊าซที่ปล่อยก๊าซออก ตัวกรองรังสีเซอร์โคเนียสำหรับหลอดเอ็กซ์เรย์นั้นมีค่าขาวดำสูง
• ในอุตสาหกรรมพลังงานนิวเคลียร์ มันถูกใช้เป็นวัสดุสำหรับเปลือกของแท่งเชื้อเพลิง (โซนที่มีการแตกตัวของนิวเคลียร์และการผลิตความร้อนโดยตรง) และส่วนประกอบอื่นๆ ของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบเทอร์โมนิวเคลียร์
• โลหะวิทยาใช้เซอร์โคเนียมเป็นธาตุผสม โลหะนี้เป็นสารกำจัดออกซิไดซ์ที่แรง ซึ่งเหนือกว่าทั้งแมงกานีสและซิลิกอนในตัวบ่งชี้นี้ การเพิ่มเซอร์โคเนียมเพียง 0.5% ให้กับโลหะโครงสร้าง (เหล็ก 45, 30KhGSA) เพิ่มความแข็งแรง 1.5-1.8 เท่า นอกจากนี้ยังช่วยปรับปรุงการไหลของกระบวนการตัด เพทายเป็นส่วนประกอบหลักของเซรามิกคอรันดัม เมื่อเทียบกับไฟร์เคลย์ อายุการใช้งานจะสูงกว่า 3-4 เท่า วัสดุทนไฟนี้ใช้ในการผลิตถ้วยใส่ตัวอย่างและรางของเตาหลอมเหล็ก
• ในงานวิศวกรรมเครื่องกล โลหะถูกใช้เป็นวัสดุสำหรับผลิตภัณฑ์ เช่น ปั๊มและข้อต่อท่อที่ทำงานในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง
• ในดอกไม้ไฟ โลหะเซอร์โคเนียมใช้ทำคารวะและดอกไม้ไฟ สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากไม่มีควันในระหว่างการเผาไหม้รวมถึงการปล่อยพลังงานแสงจำนวนมาก
• ในอุตสาหกรรมเคมี เพทายถูกใช้เป็นวัตถุดิบสำหรับเซอร์เม็ท ซึ่งเป็นสารเคลือบโลหะเซรามิกที่มีความทนทานต่อการสึกหรอและทนต่อกรดเพิ่มขึ้น
• ในด้านทัศนศาสตร์นั้น fianite ถูกใช้อย่างแข็งขัน - เพทายที่ผ่านการแปรรูปด้วยการเพิ่มของสแกนเดียมและโลหะหายากอื่น ๆ ฟิอาไนต์มีมุมหักเหที่ชัดเจน ซึ่งช่วยให้สามารถใช้เป็นวัสดุในการผลิตเลนส์ได้ ในเครื่องประดับ เซอร์โคเนียคิวบิกเป็นที่รู้จักกันในนามของเพชรสังเคราะห์
• ในอุตสาหกรรมการทหาร เซอร์โคเนียมทำหน้าที่เป็นสารตัวเติมสำหรับกระสุนและพลุตามรอย

คุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมี

เซอร์โคเนียมเป็นโลหะที่ดูเหมือนเงิน ความหนาแน่นของมันคือ 6506 กก. / ลบ.ม. จุดหลอมเหลว - 1855.3 ºС ความจุความร้อนจำเพาะแตกต่างกันไปภายใน 0.3 KJ / kg C โลหะนี้ไม่มีค่าการนำความร้อนสูง ค่าของมันอยู่ที่ระดับ 21 W/m C ซึ่งต่ำกว่าไททาเนียม 1.9 เท่า ความต้านทานไฟฟ้าของเซอร์โคเนียมอยู่ที่ 41-60 μOhm cm และขึ้นอยู่กับปริมาณออกซิเจนและไนโตรเจนในโลหะโดยตรง

เซอร์โคเนียมมีอัตราการดักจับนิวตรอนความร้อนตามขวางต่ำสุด (0.181 barn) ตามพารามิเตอร์นี้ ของโลหะที่รู้จักในปัจจุบัน แมกนีเซียมเท่านั้นที่เลี่ยงผ่าน (0.060 ยุ้งฉาง)

เซอร์โคเนียมก็เหมือนเหล็กเป็นพาราแมกเนติก ความไวต่อสนามแม่เหล็กจะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น

เซอร์โคเนียมบริสุทธิ์ไม่มีคุณสมบัติทางกลสูง ความแข็งของมันคือประมาณ 70 หน่วยในระดับวิคเกอร์ ความต้านทานแรงดึงอยู่ที่ 175 MPa ซึ่งต่ำกว่าเหล็กกล้าคาร์บอนคุณภาพทั่วไปเกือบ 2.5 เท่า ความแข็งแรงของผลผลิต 55 MPa เซอร์โคเนียมเป็นโลหะพลาสติกชนิดหนึ่งที่มีโมดูลัสยืดหยุ่น 96 MPa

คุณสมบัติทางกลทั้งหมดข้างต้นมีเงื่อนไขเพราะ ค่าของพวกมันเปลี่ยนแปลงอย่างมากเมื่อมีสิ่งเจือปนเพิ่มขึ้นในองค์ประกอบของเซอร์โคเนียม

ดังนั้นการเพิ่มปริมาณออกซิเจน (มากถึง 0.4%) จะช่วยลดความเป็นพลาสติกของเซอร์โคเนียมให้อยู่ในสภาพที่การปลอมและการปั๊มกลายเป็นสิ่งที่เป็นไปไม่ได้เลย การเพิ่มองค์ประกอบของไฮโดรเจนเป็น 0.001% เพิ่มความเปราะบางของเซอร์โคเนียมได้เกือบ 2 เท่า

เซอร์โคเนียมทนต่อน้ำและด่างและกรดส่วนใหญ่ แต่เช่นเดียวกับลักษณะทางกล ความต้านทานการกัดกร่อนขึ้นอยู่กับการปนเปื้อนของโลหะที่มีองค์ประกอบ เช่น คาร์บอน ไททาเนียม และอลูมิเนียมโดยตรง โลหะไม่ทำปฏิกิริยาเคมีกับสารละลาย 50% ของกรดซัลฟิวริกและกรดไฮโดรคลอริก ทำปฏิกิริยากับกรดไนตริกที่อุณหภูมิสูงกว่า 95 ºСเท่านั้น เป็นโลหะทนด่างเพียงชนิดเดียวที่มีแอมโมเนียอยู่ในองค์ประกอบ เมื่อเครื่องหมายถึง 780 ºСการดูดซึมออกซิเจนโดยเซอร์โคเนียมจะเริ่มขึ้น ด้วยไนโตรเจน กระบวนการเหล่านี้จะช้าลง แต่อุณหภูมิก็ลดลงเช่นกัน เพียง 600 ºС

ก๊าซที่แอคทีฟมากที่สุดในแง่นี้คือไฮโดรเจน การเจาะลึกเข้าไปในโลหะเริ่มต้นที่ 145 ºСและมาพร้อมกับการปล่อยความร้อนจำนวนมากซึ่งปริมาตรของเซอร์โคเนียมเพิ่มขึ้น ฝุ่นเซอร์โคเนียมติดไฟได้โดยเฉพาะเนื่องจากมีความเป็นไปได้ที่จะเกิดการลุกไหม้ในตัวเองในอากาศ ควรสังเกตว่ากระบวนการนี้สามารถย้อนกลับได้ การกำจัดไฮโดรเจนอย่างสมบูรณ์จะดำเนินการในอุปกรณ์พิเศษที่อุณหภูมิ 800 ºС

สรรพคุณทางยา

เนื่องจากเป็นองค์ประกอบทางเคมีจึงไม่มีผลใดๆ ต่อร่างกายมนุษย์ ในทางตรงกันข้าม มันเป็นหนึ่งในวัสดุที่เฉื่อยทางชีวภาพมากที่สุด ตามตัวบ่งชี้นี้ เซอร์โคเนียมอยู่เหนือโลหะเช่นไททาเนียมและสแตนเลส สร้อยข้อมือเซอร์โคเนียมที่รู้จักกันดีซึ่งโฆษณาอย่างแข็งขันในช่วงปลายยุค 90 ไม่ได้แสดงให้เห็นในทางปฏิบัติจริง ผู้เชี่ยวชาญทางการแพทย์ได้พิสูจน์แล้วว่าความเป็นอยู่ที่ดีจากการใช้เป็นผลมาจากผลของยาหลอก

ในทางกลับกัน เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าการสวมต่างหูเซอร์โคเนียมช่วยให้แผลหายเร็วขึ้นหลังการเจาะหู

ในปี 1789 Martin Heinrich Klaproth สมาชิกของ Berlin Academy of Sciences ได้ตีพิมพ์ผลการวิเคราะห์อัญมณีล้ำค่าที่นำมาจากชายฝั่งศรีลังกา ในระหว่างการวิเคราะห์นี้ สารถูกแยกออก ซึ่ง Klaproth เรียกว่า zircon earth ที่มาของชื่อนี้อธิบายได้หลายวิธี บางคนพบที่มาในภาษาอาหรับคำว่า "ซาร์คุน" ซึ่งหมายถึงแร่ คนอื่นเชื่อว่าคำว่า "เซอร์โคเนียม" มาจากคำภาษาเปอร์เซียสองคำคือ "ราชา" - ทอง และ "ปืน" - สี (เนื่องจากสีทองของอัญมณีล้ำค่า หลากหลายของเพทาย - ผักตบชวา ).

วิธีการได้มาและได้มาของเซอร์โคเนียม

สารที่ Klaproth แยกได้ไม่ใช่องค์ประกอบใหม่ แต่เป็นออกไซด์ขององค์ประกอบใหม่ ซึ่งต่อมา D.I. เซลล์ที่สี่สิบของ Mendeleev ด้วยการใช้สัญลักษณ์ที่ทันสมัย ​​สูตรของสารที่ Klaproth ได้รับนั้นเขียนดังนี้: ZrO 2

35 ปีหลังจากการทดลองของ Klaproth นักเคมีชื่อดังชาวสวีเดน Jens Jakob Berzelius ได้รับเซอร์โคเนียมที่เป็นโลหะ Berzelius ลดโพแทสเซียม fluorozirconate ด้วยโลหะโซเดียม:

K 2 + 4Na → Zr + 2KF + 2NaF

และได้รับโลหะสีเทาเงิน

เซอร์โคเนียมที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยานี้เปราะเนื่องจากมีสิ่งเจือปนที่มีนัยสำคัญ โลหะไม่ได้ให้ยืมตัวเองในการประมวลผลและไม่พบการใช้งานจริง แต่สามารถสันนิษฐานได้ว่าเซอร์โคเนียมบริสุทธิ์เช่นเดียวกับโลหะอื่นๆ จะเป็นพลาสติกค่อนข้างมาก

ใน XIX และต้นศตวรรษที่ XX นักวิทยาศาสตร์หลายคนพยายามที่จะได้รับเซอร์โคเนียมบริสุทธิ์ แต่ความพยายามทั้งหมดจบลงด้วยความล้มเหลวมาเป็นเวลานาน วิธีการทดสอบอลูมิโนเทอร์มิกที่ทดสอบไม่ได้ผล การทดลองซึ่งผู้เขียนพยายามหาเซอร์โคเนียมที่เป็นโลหะจากสารละลายของเกลือไม่ได้นำไปสู่เป้าหมาย ส่วนหลังอธิบายโดยหลักจากความสัมพันธ์ทางเคมีสูงของเซอร์โคเนียมกับออกซิเจน

เพื่อให้ได้โลหะใด ๆ โดยอิเล็กโทรไลซิสจากสารละลายของเกลือ โลหะนี้จะต้องสร้างไอออนโมโนโทมิก แต่เซอร์โคเนียมไม่ก่อให้เกิดไอออนดังกล่าว ตัวอย่างเช่น เซอร์โคเนียมซัลเฟต Zr(SO 4) 2 มีอยู่เฉพาะในกรดซัลฟิวริกเข้มข้นเท่านั้น และเมื่อเจือจาง ปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสและการก่อตัวที่ซับซ้อนจะเริ่มต้นขึ้น ในที่สุดปรากฎว่า:

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

ในสารละลายที่เป็นน้ำ เซอร์โคเนียมคลอไรด์ยังถูกไฮโดรไลซ์ด้วย:

ZrCl 4 + H 2 O → ZrOCl 2 + 2HCl.

นักวิจัยบางคนเชื่อว่าพวกเขาสามารถได้รับเซอร์โคเนียมโดยอิเล็กโทรไลซิสของสารละลาย แต่พวกเขาเข้าใจผิดโดยการปรากฏตัวของผลิตภัณฑ์ที่วางอยู่บนอิเล็กโทรด ในบางกรณี สิ่งเหล่านี้เป็นโลหะจริงๆ แต่ไม่ใช่เซอร์โคเนียม แต่เป็นนิกเกิลหรือทองแดง สิ่งเจือปนที่มีอยู่ในวัตถุดิบเซอร์โคเนียม เซอร์โคเนียมไฮดรอกไซด์ที่ดูเหมือนโลหะ

เฉพาะในช่วงทศวรรษที่ 20 ของศตวรรษของเรา (100 ปีหลังจากที่ Berzelius ได้รับตัวอย่างเซอร์โคเนียมชุดแรก!) เป็นวิธีอุตสาหกรรมวิธีแรกในการรับโลหะนี้ที่พัฒนาขึ้น

นี่เป็นวิธีการ "สร้าง" ที่พัฒนาโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวดัตช์ van Arkel และ de Boer สาระสำคัญของมันอยู่ในความจริงที่ว่าสารประกอบระเหย (ในกรณีนี้คือ zirconium tetraiodide ZrI 4) ผ่านการสลายตัวทางความร้อนในสุญญากาศและโลหะบริสุทธิ์จะถูกสะสมบนไส้หลอดทังสเตนร้อน

ด้วยวิธีนี้จึงได้โลหะเซอร์โคเนียมซึ่งสามารถนำไปแปรรูปได้ - หลอม, รีด, รีด - ง่ายเหมือนทองแดง

ต่อมา นักโลหะวิทยาพบว่าคุณสมบัติเชิงพลาสติกของเซอร์โคเนียมขึ้นอยู่กับปริมาณออกซิเจนเป็นหลัก หากออกซิเจนมากกว่า 0.7% แทรกซึมเข้าไปในเซอร์โคเนียมหลอมเหลว โลหะจะเปราะเนื่องจากการก่อตัวของสารละลายออกซิเจนที่เป็นของแข็งในเซอร์โคเนียม ซึ่งมีคุณสมบัติแตกต่างจากโลหะบริสุทธิ์อย่างมาก

วิธีการสร้างได้รับความนิยมในตอนแรก แต่เซอร์โคเนียมที่มีราคาสูงที่ได้จากวิธีนี้จำกัดขอบเขตอย่างมาก และคุณสมบัติของเซอร์โคเนียมก็น่าสนใจ (เพิ่มเติมเกี่ยวกับพวกเขาด้านล่าง) จำเป็นต้องพัฒนาวิธีการใหม่ที่ถูกกว่าเพื่อให้ได้เซอร์โคเนียม วิธีที่ได้รับการปรับปรุงของ Croll กลายเป็นวิธีการดังกล่าว

วิธี Croll ทำให้สามารถรับเซอร์โคเนียมได้ในราคาครึ่งหนึ่งของวิธีการต่อขยาย แผนการผลิตนี้เกี่ยวข้องกับสองขั้นตอนหลัก: เซอร์โคเนียมไดออกไซด์ถูกคลอรีน และเซอร์โคเนียมเตตระคลอไรด์ที่เป็นผลลัพธ์จะลดลงโดยแมกนีเซียมโลหะภายใต้ชั้นของโลหะหลอมเหลว ผลิตภัณฑ์สุดท้าย ฟองน้ำเซอร์โคเนียม หลอมเป็นแท่งและส่งไปยังผู้บริโภคในรูปแบบนี้

เซอร์โคเนียมไดออกไซด์

ในขณะที่นักวิทยาศาสตร์กำลังมองหาวิธีเพื่อให้ได้โลหะเซอร์โคเนียม ผู้ปฏิบัติงานได้เริ่มใช้สารประกอบบางชนิดแล้ว ซึ่งส่วนใหญ่เป็นเซอร์โคเนีย คุณสมบัติของเซอร์โคเนียมไดออกไซด์ส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับวิธีการได้มา ZrO 2 เกิดขึ้นระหว่างการเผาเกลือเซอร์โคเนียมที่ไม่เสถียรทางความร้อนบางชนิด ไม่ละลายในน้ำ ไดออกไซด์ที่เผาอย่างอ่อนจะละลายได้ดีในกรด แต่เมื่อเผาอย่างรุนแรง จะไม่ละลายในกรดแร่ ยกเว้นไฮโดรฟลูออริก

คุณสมบัติที่น่าสนใจอีกประการหนึ่ง: เซอร์โคเนียที่มีความร้อนสูงปล่อยแสงออกมาอย่างเข้มข้นจนสามารถนำมาใช้ในเทคโนโลยีแสงสว่างได้ นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันที่มีชื่อเสียงอย่าง Walter Hermann Nernst ใช้ประโยชน์จากคุณสมบัตินี้ หลอดไส้ในหลอด Nernst ทำจาก ZrO 2 หลอดไส้เซอร์โคเนียมไดออกไซด์บางครั้งทำหน้าที่เป็นแหล่งกำเนิดแสงในการทดลองในห้องปฏิบัติการ

ในอุตสาหกรรม การผลิตซิลิเกตและโลหะวิทยาเป็นประเทศแรกที่ใช้เซอร์โคเนียมไดออกไซด์ ย้อนกลับไปในตอนต้นของศตวรรษของเรา มีการสร้างวัสดุทนไฟเพทายซึ่งมีอายุการใช้งานยาวนานกว่าปกติถึงสามเท่า วัสดุทนไฟที่มีการเติม ZrO 2 ช่วยให้สามารถหลอมเหล็กได้มากถึง 1200 โดยไม่ต้องซ่อมเตา มันเป็นจำนวนมาก.

อิฐเพทายได้แทนที่ไฟร์เคลย์ (วัสดุทนไฟที่ใช้กันอย่างแพร่หลายจากดินเหนียวหรือดินขาว) ในการถลุงอะลูมิเนียมโลหะ และนี่คือเหตุผล Chamotte ผสมกับอลูมิเนียมและเกิดตะกรันสะสมบนพื้นผิว ซึ่งต้องทำความสะอาดออกเป็นระยะ และอิฐเพทายจะไม่เปียกด้วยอลูมิเนียมหลอมเหลว ซึ่งช่วยให้เตาเผาที่เคลือบด้วยเซอร์คอนทำงานอย่างต่อเนื่องเป็นเวลาสิบเดือน

เซอร์โคเนียจำนวนมากใช้ในการผลิตเซรามิก พอร์ซเลน และแก้ว

รายชื่ออุตสาหกรรมที่ต้องการเซอร์โคเนียสามารถดำเนินต่อไปได้ แต่มาดูกันว่าโลหะเซอร์โคเนียมมีประโยชน์อย่างไรซึ่งไม่สามารถหาได้เป็นเวลานาน

เซอร์โคเนียมและโลหะวิทยา

ผู้บริโภคคนแรกของเซอร์โคเนียมที่เป็นโลหะคือโลหะผสมเหล็ก เซอร์โคเนียมได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเป็นสารขจัดออกซิไดซ์ที่ดี มีประสิทธิภาพเหนือกว่าแมงกานีสและไททาเนียม ในเวลาเดียวกัน เซอร์โคเนียมลดปริมาณก๊าซและกำมะถันในเหล็ก ซึ่งทำให้มีความเหนียวน้อยลง

เหล็กกล้าที่ผสมด้วยเซอร์โคเนียมจะไม่สูญเสียความเหนียวที่ต้องการในช่วงอุณหภูมิที่กว้าง แต่ทนต่อแรงกระแทกได้ดี ดังนั้นเซอร์โคเนียมจึงถูกเติมลงในเหล็กที่ใช้สำหรับการผลิตแผ่นเกราะ สิ่งนี้อาจคำนึงถึงความจริงที่ว่าการเติมเซอร์โคเนียมมีผลดีต่อความแข็งแรงของเหล็ก หากตัวอย่างเหล็กที่ไม่เจือกับเซอร์โคเนียมยุบตัวภายใต้น้ำหนักประมาณ 900 กก. แสดงว่าเหล็กที่มีสูตรเดียวกัน แต่ด้วยการเพิ่มเซอร์โคเนียมเพียง 0.1% เท่านั้น สามารถรับน้ำหนักได้ 1600 กก.

โลหะวิทยาที่ไม่ใช่เหล็กยังใช้เซอร์โคเนียมเป็นจำนวนมาก ที่นี่การกระทำของมันมีความหลากหลายมาก การเพิ่มเซอร์โคเนียมเล็กน้อยเพิ่มความต้านทานความร้อนของโลหะผสมอลูมิเนียม และโลหะผสมแมกนีเซียมหลายองค์ประกอบที่เติมเซอร์โคเนียมจะทนต่อการกัดกร่อนมากขึ้น เซอร์โคเนียมเพิ่มความต้านทานของไททาเนียมต่อการกระทำของกรด ความต้านทานการกัดกร่อนของโลหะผสมไทเทเนียมที่มี 14% Zr ในกรดไฮโดรคลอริก 5% ที่ 100°C นั้นมากกว่าไทเทเนียมบริสุทธิ์เชิงพาณิชย์ถึง 70 เท่า (!) มิฉะนั้นเซอร์โคเนียมจะส่งผลต่อโมลิบดีนัม การเติมเซอร์โคเนียม 5% จะเพิ่มความแข็งเป็นสองเท่าของโลหะทนไฟแต่ค่อนข้างอ่อน

มีการใช้โลหะเซอร์โคเนียมในด้านอื่น ๆ ความต้านทานการกัดกร่อนสูงและความสามารถในการหลอมละลายสัมพัทธ์ทำให้สามารถใช้งานได้ในหลายอุตสาหกรรม สปินเนอร์สำหรับการผลิตเส้นใยประดิษฐ์ อุปกรณ์ร้อน อุปกรณ์ห้องปฏิบัติการและอุปกรณ์ทางการแพทย์ ตัวเร่งปฏิกิริยา - นี่ไม่ใช่รายการผลิตภัณฑ์ทั้งหมดที่ทำจากเซอร์โคเนียมที่เป็นโลหะ

อย่างไรก็ตาม โลหะวิทยาและการสร้างเครื่องจักรไม่ใช่ผู้บริโภคหลักของโลหะนี้ ต้องใช้เซอร์โคเนียมจำนวนมากสำหรับพลังงานนิวเคลียร์

ปัญหาของเซอร์โคเนียม "เกรดเครื่องปฏิกรณ์"

เซอร์โคเนียมไม่ได้เข้าสู่เทคโนโลยีนิวเคลียร์ในทันที เพื่อให้เป็นประโยชน์ในอุตสาหกรรมนี้ โลหะต้องมีคุณสมบัติบางอย่าง (โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากอ้างว่าเป็นวัสดุโครงสร้างในการสร้างเครื่องปฏิกรณ์) คุณสมบัติหลักของคุณสมบัติเหล่านี้คือส่วนตัดขวางของการจับนิวตรอนความร้อนขนาดเล็ก โดยหลักการ คุณลักษณะนี้สามารถกำหนดเป็นความสามารถของวัสดุในการดักจับ ดูดซับนิวตรอน และด้วยเหตุนี้จึงป้องกันการแพร่กระจายของปฏิกิริยาลูกโซ่

ภาพตัดขวางของการจับนิวตรอนถูกวัดในโรงนา ยิ่งค่านี้มากเท่าใด วัสดุก็จะดูดซับนิวตรอนได้มากขึ้น และป้องกันการพัฒนาของปฏิกิริยาลูกโซ่ได้มากเท่านั้น โดยธรรมชาติแล้ว วัสดุที่มีหน้าตัดขวางขั้นต่ำจะถูกเลือกสำหรับโซนปฏิกิริยาของเครื่องปฏิกรณ์

สำหรับเซอร์โคเนียมที่เป็นโลหะบริสุทธิ์ ค่านี้คือ 0.18 barn โลหะราคาถูกจำนวนมากจับส่วนตัดขวางของลำดับเดียวกัน ตัวอย่างเช่น ดีบุก มียุ้งฉาง 0.65 อะลูมิเนียม มียุ้งฉาง 0.22 และแมกนีเซียมมียุ้งฉางเพียง 0.06 แต่ทั้งดีบุก แมกนีเซียม และอะลูมิเนียมนั้นหลอมละลายได้และไม่ทนความร้อน เซอร์โคเนียมละลายที่อุณหภูมิ 1860°C เท่านั้น

ดูเหมือนว่าข้อจำกัดเพียงอย่างเดียวคือราคาค่อนข้างสูงขององค์ประกอบหมายเลข 40 (แม้ว่าเงินจะไม่ถูกสงวนไว้สำหรับอุตสาหกรรมนี้) แต่มีภาวะแทรกซ้อนอื่นเกิดขึ้น

ในเปลือกโลก เซอร์โคเนียมจะมาพร้อมกับฮาฟเนียมเสมอ ตัวอย่างเช่น ในแร่เซอร์โคเนียม เนื้อหามักจะอยู่ระหว่าง 0.5 ถึง 2.0% อะนาล็อกทางเคมีของเซอร์โคเนียม (ในตารางธาตุ ฮาฟเนียมตั้งอยู่ใต้เซอร์โคเนียมโดยตรง) จับนิวตรอนความร้อน 500 เท่าอย่างเข้มข้นกว่าเซอร์โคเนียม แม้แต่สิ่งเจือปนเล็กน้อยของแฮฟเนียมก็ส่งผลกระทบอย่างมากต่อการเกิดปฏิกิริยา ตัวอย่างเช่น สารเจือปนของแฮฟเนียม 1.5% จะเพิ่มการดักจับเซอร์โคเนียมได้ 20 เท่า

เทคนิคนี้ประสบปัญหาในการแยกเซอร์โคเนียมและแฮฟเนียมโดยสิ้นเชิง หากคุณสมบัติแต่ละอย่างของโลหะทั้งสองมีความน่าสนใจมาก การมีอยู่ของโลหะทั้งสองชนิดรวมกันจะทำให้วัสดุไม่เหมาะกับเทคโนโลยีนิวเคลียร์โดยสิ้นเชิง

ปัญหาในการแยกแฮฟเนียมและเซอร์โคเนียมเป็นเรื่องยากมาก - คุณสมบัติทางเคมีของพวกมันเกือบจะเหมือนกันเนื่องจากความคล้ายคลึงกันอย่างมากในโครงสร้างของอะตอม สำหรับการแยกสาร ใช้การทำให้บริสุทธิ์หลายขั้นตอนที่ซับซ้อน: การแลกเปลี่ยนไอออน การตกตะกอนหลายครั้ง การสกัด

การดำเนินการทั้งหมดเหล่านี้ทำให้ต้นทุนของเซอร์โคเนียมเพิ่มขึ้นอย่างมาก และมีราคาแพงอยู่แล้ว: โลหะดัด (99.7% Zr) มีราคาแพงกว่าแบบเข้มข้นหลายเท่า ปัญหาการแยกตัวของเซอร์โคเนียมและแฮฟเนียมอย่างประหยัดยังคงต้องแก้ไข

อย่างไรก็ตาม เซอร์โคเนียมกลายเป็นโลหะ "อะตอม"

โดยเฉพาะอย่างยิ่งสิ่งนี้พิสูจน์ได้จากข้อเท็จจริงดังกล่าว เรือดำน้ำนิวเคลียร์ลำแรกของอเมริกา นอติลุส ติดตั้งเครื่องปฏิกรณ์เซอร์โคเนียม ต่อมาปรากฏว่าการผลิตเปลือกเซลล์เชื้อเพลิงจากเซอร์โคเนียมมีกำไรมากกว่า แทนที่จะเป็นชิ้นส่วนที่อยู่กับที่ของแกนเครื่องปฏิกรณ์

อย่างไรก็ตาม การผลิตโลหะนี้เพิ่มขึ้นทุกปี และอัตราการเติบโตนี้สูงผิดปกติ พอเพียงที่จะบอกว่าในทศวรรษ 1949 ถึง 2502 การผลิตเซอร์โคเนียมทั่วโลกเพิ่มขึ้น 100 เท่า! ตามข้อมูลของอเมริกาในปี 1975 การผลิตเซอร์โคเนียมทั่วโลกมีจำนวนประมาณ 3000 ตัน

เซอร์โคเนียม อากาศ และน้ำ

ในบทที่แล้วแทบไม่มีการพูดถึงคุณสมบัติทางเคมีของธาตุ #40 เหตุผลหลักคือความไม่เต็มใจที่จะทำซ้ำหลายบทความและเอกสารเกี่ยวกับองค์ประกอบโลหะ เซอร์โคเนียมเป็นโลหะทั่วไปมากที่สุด ซึ่งเป็นตัวแทนของกลุ่ม (และกลุ่มย่อย) และระยะเวลาของมัน มันมีลักษณะเฉพาะด้วยกิจกรรมทางเคมีที่ค่อนข้างสูงซึ่งมีอยู่ แต่ในรูปแบบแฝง

เหตุผลของความลับนี้และความสัมพันธ์ของเซอร์โคเนียมกับส่วนประกอบน้ำและอากาศควรได้รับการกล่าวถึงในรายละเอียดเพิ่มเติม

เซอร์โคเนียมโลหะขนาดกะทัดรัดดูคล้ายกับเหล็กมาก มันไม่ได้แสดงกิจกรรมทางเคมีในทางใดทางหนึ่งและภายใต้สภาวะปกติจะทำงานเฉื่อยอย่างมากเมื่อเทียบกับก๊าซในชั้นบรรยากาศ การเฉื่อยทางเคมีของเซอร์โคเนียมที่เห็นได้ชัดนั้นอธิบายได้ค่อนข้างปกติ: มีฟิล์มออกไซด์ที่มองไม่เห็นอยู่บนพื้นผิวเสมอซึ่งช่วยปกป้องโลหะจากการเกิดออกซิเดชันเพิ่มเติม ในการทำให้เซอร์โคเนียมออกซิไดซ์อย่างสมบูรณ์ จะต้องเพิ่มอุณหภูมิเป็น 700 องศาเซลเซียส จากนั้นฟิล์มออกไซด์จะถูกทำลายบางส่วนและละลายบางส่วนในโลหะเท่านั้น

ดังนั้น 700 องศาเซลเซียสจึงเป็นขีดจำกัดของอุณหภูมิที่เกินกว่าที่ความทนทานต่อสารเคมีของเซอร์โคเนียมจะสิ้นสุดลง น่าเสียดายที่ตัวเลขนี้มองโลกในแง่ดีเกินไป ที่อุณหภูมิ 300 องศาเซลเซียสแล้ว เซอร์โคเนียมเริ่มมีปฏิกิริยากับออกซิเจนและส่วนประกอบอื่นๆ ของบรรยากาศมากขึ้น: ไอน้ำ (สร้างไดออกไซด์และไฮไดรด์) คาร์บอนไดออกไซด์ (ก่อตัวเป็นคาร์ไบด์และไดออกไซด์) และไนโตรเจน (ผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยาคือเซอร์โคเนียมไนไตรด์) แต่ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 300 องศาเซลเซียส ฟิล์มออกไซด์จะเป็นเกราะป้องกันที่เชื่อถือได้ซึ่งรับประกันความทนทานต่อสารเคมีของเซอร์โคเนียมในระดับสูง

ต่างจากเซอร์โคเนียมที่เป็นโลหะแบบกะทัดรัดตรงที่ผงและขี้เลื่อยของมันทำงานในอากาศ สารเหล่านี้คือสารไพโรฟอริกที่จุดติดไฟได้เองตามธรรมชาติในอากาศแม้ที่อุณหภูมิห้อง นี้ปล่อยความร้อนมาก ฝุ่นเซอร์โคเนียมผสมกับอากาศสามารถระเบิดได้

ความสัมพันธ์ของเซอร์โคเนียมกับน้ำเป็นเรื่องที่น่าสนใจ สัญญาณที่ชัดเจนของปฏิกิริยาของโลหะกับน้ำไม่สามารถมองเห็นได้เป็นเวลานาน แต่บนพื้นผิวของเซอร์โคเนียมที่เปียกด้วยน้ำ มีกระบวนการที่ไม่ปกติสำหรับโลหะเกิดขึ้น ดังที่ทราบกันดีว่าโลหะหลายชนิดภายใต้การกระทำของน้ำได้รับการกัดกร่อนด้วยไฟฟ้าซึ่งประกอบด้วยการเปลี่ยนไอออนบวกเป็นน้ำ เซอร์โคเนียมยังถูกออกซิไดซ์ภายใต้การกระทำของน้ำและเคลือบด้วยฟิล์มป้องกันซึ่งไม่ละลายในน้ำและป้องกันการเกิดออกซิเดชันของโลหะเพิ่มเติม

วิธีที่ง่ายที่สุดในการเปลี่ยนไอออนของเซอร์โคเนียมให้เป็นน้ำคือการละลายเกลือบางส่วน พฤติกรรมทางเคมีของเตตระวาเลนต์เซอร์โคเนียมไอออนในสารละลายในน้ำนั้นซับซ้อนมาก ขึ้นอยู่กับปัจจัยทางเคมีและกระบวนการหลายอย่างที่เกิดขึ้นในสารละลายที่เป็นน้ำ

การมีอยู่ของ Zr +4 ion "ในรูปแบบบริสุทธิ์" ไม่น่าเป็นไปได้ เป็นเวลานานที่เชื่อกันว่าเซอร์โคเนียมมีอยู่ในสารละลายในรูปของไอออนเซอร์โคนิล ZrO +2 . การศึกษาในภายหลังแสดงให้เห็นว่าในความเป็นจริง นอกเหนือจากไอออนเซอร์โคนิลแล้ว สารละลายยังมีไอออนเซอร์โคเนียมเชิงซ้อนที่แตกต่างกันจำนวนมาก ทั้งไฮเดรทและไฮโดรไลซ์ สูตรย่อทั่วไป (4 พี–ม)+ .

พฤติกรรมที่ซับซ้อนของเซอร์โคเนียมในสารละลายดังกล่าวอธิบายได้จากกิจกรรมทางเคมีที่สูงขององค์ประกอบนี้ เซอร์โคเนียมที่เตรียมการ (ทำให้บริสุทธิ์จาก ZrO 2) เกิดปฏิกิริยาหลายอย่าง ทำให้เกิดสารประกอบที่ง่ายและซับซ้อน "ความลับ" ของกิจกรรมทางเคมีที่เพิ่มขึ้นของเซอร์โคเนียมอยู่ในโครงสร้างของเปลือกอิเล็กตรอน อะตอมของเซอร์โคเนียมถูกสร้างขึ้นในลักษณะที่พวกมันมักจะเกาะติดไอออนกับตัวเองให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ หากมีไอออนดังกล่าวในสารละลายไม่เพียงพอไอออนของเซอร์โคเนียมจะรวมกันและเกิดพอลิเมอไรเซชัน ในกรณีนี้กิจกรรมทางเคมีของเซอร์โคเนียมจะหายไป การเกิดปฏิกิริยาของไอออนเซอร์โคเนียมโพลีเมอร์นั้นต่ำกว่าของไอออนที่ไม่ทำให้เกิดปฏิกิริยาพอลิเมอร์อย่างมาก ในระหว่างการทำโพลิเมอไรเซชัน กิจกรรมของสารละลายโดยรวมก็ลดลงเช่นกัน

โดยทั่วไปแล้วนี่คือ "บัตรเข้าชม" ของโลหะที่สำคัญชนิดหนึ่งในยุคของเรา - องค์ประกอบหมายเลข 40 เซอร์โคเนียม

“เพชรที่ไม่สมบูรณ์”

ในยุคกลางเครื่องประดับที่ทำจากเพชรที่ไม่สมบูรณ์นั้นเป็นที่รู้จักกันดี ความไม่สมบูรณ์ของพวกเขาประกอบด้วยความแข็งน้อยกว่าเพชรทั่วไปและการเล่นสีที่แย่ลงหลังจากการตัด พวกเขายังมีชื่ออื่น - Matara (ตามสถานที่สกัด - Matare ภูมิภาคของเกาะ Ceylon) นักอัญมณีในยุคกลางไม่ทราบว่าแร่ล้ำค่าที่พวกเขาใช้คือเพทายผลึกเดี่ยว ซึ่งเป็นแร่หลักของเซอร์โคเนียม เพทายมีหลายสี ตั้งแต่ไม่มีสีไปจนถึงสีแดงเลือดนก นักอัญมณีเรียกผักตบชวาเพทายสีแดง ผักตบชวาเป็นที่รู้จักกันมานานมาก ตามประเพณีในพระคัมภีร์ มหาปุโรหิตโบราณสวมอัญมณี 12 เม็ดบนหน้าอก ในหมู่พวกเขาคือผักตบชวา

หายากไหม?

เซอร์โคเนียมมีการกระจายอย่างกว้างขวางในธรรมชาติในรูปของสารประกอบทางเคมีต่างๆ ปริมาณของมันในเปลือกโลกค่อนข้างสูง - 0.025% ในแง่ของความชุกมันอยู่ในอันดับที่สิบสองของโลหะ อย่างไรก็ตามเรื่องนี้ เซอร์โคเนียมได้รับความนิยมน้อยกว่าโลหะหายากหลายชนิด สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากการกระจายตัวของเซอร์โคเนียมที่รุนแรงในเปลือกโลกและไม่มีการสะสมของสารประกอบตามธรรมชาติจำนวนมาก

สารประกอบเซอร์โคเนียมธรรมชาติ

เป็นที่รู้จักมากกว่าสี่สิบ เซอร์โคเนียมมีอยู่ในรูปของออกไซด์หรือเกลือ เซอร์โคเนียมไดออกไซด์, baddeleyite ZrO 2 และเซอร์โคเนียมซิลิเกต, เพทาย ZrSiO 4 มีความสำคัญทางอุตสาหกรรมมากที่สุด แหล่งแร่เซอร์คอนและแบดเดอไลต์ที่ทรงพลังที่สุดที่สำรวจพบนั้นตั้งอยู่ในสหรัฐอเมริกา ออสเตรเลีย และบราซิล อินเดีย, แอฟริกาตะวันตก.

สหภาพโซเวียตมีแหล่งสำรองวัตถุดิบเพทายที่สำคัญตั้งอยู่ในภูมิภาคต่างๆ ของยูเครน เทือกเขาอูราล และไซบีเรีย

PbZrO 3 - เพียโซอิเล็กทริก

จำเป็นต้องใช้ Piezocrystals สำหรับอุปกรณ์วิศวกรรมวิทยุหลายประเภท: ตัวปรับความถี่คงที่ เครื่องกำเนิดการสั่นสะเทือนแบบอัลตราโซนิก และอื่นๆ บางครั้งพวกเขาต้องทำงานในสภาวะที่มีอุณหภูมิสูง ผลึกตะกั่วเซอร์โคเนตแทบไม่เปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของเพียโซอิเล็กทริกที่อุณหภูมิสูงถึง 300 องศาเซลเซียส

เซอร์โคเนียมกับสมอง

เซอร์โคเนียมมีความต้านทานการกัดกร่อนสูงทำให้สามารถใช้ในศัลยกรรมประสาทได้ โลหะผสมเซอร์โคเนียมใช้ทำที่หนีบห้ามเลือด เครื่องมือผ่าตัด และบางครั้งก็เป็นเกลียวสำหรับการเย็บระหว่างการทำงานของสมอง