Cirkonij: legure na njegovoj osnovi. Svojstva, primjena

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-02 13:56

Rijedak, ali u isto vrijeme vrlo važan u mnogim industrijama, metal - cirkonij - prvi je put izoliran tek 1824. godine. Međutim, još uvijek je sadržavao određeni postotak drugih elemenata. Tek u 20. stoljeću bilo je moguće dobiti čisti cirkonij, bez raznih nečistoća. Legure na njegovoj osnovi uspješno se koriste za proizvodnju vatrostalnih materijala, abraziva, keramičkih boja, brusnog papira, tekstila, dezodoransa i umjetnog kamenja. Naravno, ne treba zaboraviti na veliku važnost ovog metala u medicini. Saznajte više o njemu.

Razvoj metalurgije

Cirkonij je glavna komponenta legura za nuklearnu energetiku. Ali za to je potrebno da bude što čistiji od raznih nečistoća. Činjenica je da u rudama cirkonija ne postoji samo takav rijetki zemni element kao što je hafnij, već i dušik, ugljik i kisik. A takve nemetalne nečistoće su prilično opasne i mogu se uključiti u sastav strukturnih materijala za nuklearne reaktore u količini ne većoj od milijunti dio postotka. Stoga, dobivanje čistog cirkonija i legura nanjegova je osnova prilično dug i naporan proces. Prvo se otvara koncentrat, zatim se obogaćuje, odvajaju se neželjene nečistoće i hafnij.

Čisti cirkonij izgleda kao tipičan metal. Izgledom je vrlo sličan čeliku, ali istodobno izdržljiviji i duktilniji. Naravno, u legurama na temelju toga, njegove karakteristike mogu značajno varirati ovisno o količini drugih elemenata. Na primjer, kisik (veći od 0,6%) će cirkonij učiniti krhkim. Ali postoji i loša strana: dioksid ovog metala (ZrO_{2) ima točku taljenja od 2680 °C.}

Glavni građevinski materijal

Kao što je ranije spomenuto, najšire područje gdje se koristi cirkonij i njegove legure je nuklearna industrija. Njihova glavna prednost je što imaju mali presjek hvatanja toplinskih neutrona (samo 0,18 barn), dobra svojstva korozije i visoko talište. Dakle, TVEL je glavni konstruktivni goriv element aktivne zone nuklearnog reaktora, u koji se nalazi nuklearno gorivo. U njemu dolazi do fisije teških jezgri, što znači da gorivi element mora biti izrađen od najtrajnijeg i najvatrostalnijeg metala, te ne smije promijeniti karakter apsorpcije neutrona u reaktoru.

Dakle, za izradu njegove školjke koriste se legure cirkonija. Zahtjevi za njih su prilično strogi. Dakle, legirajući elementi ne bi trebali pogoršati njegove karakteristike. Posebno se to odnosi na mali presjek za hvatanje toplinskih neutrona. Cirkonij se legira kako bi sesuzbijaju štetne učinke dušika i poboljšavaju njegova korozijska svojstva. Mnogi elementi periodnog sustava Mendeljejeva nisu prikladni, jer smanjuju određene karakteristike.

Najpoznatija legura koja se koristi za izradu gorivih šipki je cirkaloj. Njegov glavni legirajući element je kositar, a pomoćni elementi su željezo, krom i nikal. U Rusiji se niobij najčešće koristi za legiranje cirkonija. Također ima nizak presjek hvatanja toplinskih neutrona, smanjuje unos vodika i stvara samo čvrste otopine. A to zauzvrat osigurava legure visoke duktilnosti.

Legura cirkonija

Visoka otpornost na koroziju ovog metala objašnjava zašto se tako često koristi kao legirajući element u crnoj i obojenoj metalurgiji. Osim toga, netopiv je u klorovodičnoj i dušičnoj kiselini i lužinama. Stoga su višekomponentne legure cirkonija s magnezijem vrlo popularne. Osim toga, legiranje s ovim metalom povećava kiselinsku otpornost titana. Legure cirkonija s bakrom imaju visoku čvrstoću i električnu vodljivost. Često se također koristi kao dodatak u proizvodnji različitih vrsta čelika. To vam omogućuje da uklonite sumpor, dušik i kisik iz njih.

Medicinska industrija

S obzirom na cirkonij i njegove legure, ne može se ne spomenuti još jedno područje njihove uporabe. U medicinskoj industriji, oni zauzimaju daleko od posljednjeg mjesta. U novije vrijeme, čelik ilegure titana. Međutim, u nekim slučajevima tijelo je odbacilo te metale, na koje se pojavila alergijska reakcija. Moderna medicina koristi legure cirkonija i titana za proizvodnju spajalica, ploča, implantata, proteza i mehanizama za njihovo pričvršćivanje.

Budući da ovaj metal i njegovi spojevi ne nadražuju kosti i okolna meka tkiva, uspješno se koristi u izradi nakita. Na primjer, naušnice od cirkonija ne izazivaju alergijsku reakciju i zacjeljuju ranu na ušnoj resici ništa gore od zlata.

Potrošnja energije

Legura aluminija i cirkonija ima mnoge pozitivne karakteristike i stoga se uspješno koristi u energetskoj industriji. Činjenica je da čelične i bakrene žice teže dosta, a često stari nosači ne mogu izdržati takvo opterećenje. Godine 1960. u Japanu je skupina znanstvenika proizvela niz legura aluminija i cirkonija. Utvrdili su da se takav materijal može dugo koristiti na visokim temperaturama (150-230°C), a pritom će biti prilično lagan. To mu omogućuje da se koristi za proizvodnju visokotemperaturnih žica. Time se povećava pouzdanost i učinkovitost električnih mreža.

Ostale primjene za cirkonijeve spojeve i legure

U mnogim antiperspirantima možete pronaći komponentu kao što je aluminij cirkonij tetraklorohidroksid. To je kemijski spoj koji upija znoj i njegov miris. Znanstvenici su otkrili da nijeapsorbira u kožu, te stoga ne može uzrokovati ozbiljne štete po zdravlje. Unatoč tome, aluminij-cirkonij-tetraklorohidreksglicin zabranjen je u EU-u i SAD-u.

Cirkonijev oksid se koristi za izradu elektrokorunda. Dobiva se topljenjem u nagibnim električnim pećima. Cirkonij elektrokorund se pokazao prilično jakim i omogućuje obradu materijala s velikom silom stezanja. Najčešće se koristi za grubo i grubo brušenje.

Općenito, treba napomenuti da cirkonij i njegove legure imaju visoku točku taljenja, kemijsku otpornost i nizak koeficijent toplinskog širenja. Iz tog razloga se aktivno koristi u raznim područjima.