Cirkonis: jo pagrindu pagaminti lydiniai. Savybės, pritaikymas

2024 Autorius: Howard Calhoun | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-02 13:59

Retas, bet kartu ir labai svarbus daugelyje pramonės šakų metalas – cirkonis – pirmą kartą buvo išskirtas tik 1824 m. Tačiau jame vis tiek buvo tam tikras procentas kitų elementų. Tik XX amžiuje buvo galima gauti gryno cirkonio, be įvairių priemaišų. Jo pagrindu pagaminti lydiniai sėkmingai naudojami ugniai atsparių medžiagų, abrazyvų, keraminių dažų, švitrinio popieriaus, tekstilės, dezodorantų ir dirbtinių akmenų gamyboje. Žinoma, nereikėtų pamiršti ir apie didelę šio metalo svarbą medicinoje. Sužinokite daugiau apie jį.

Metalurgijos plėtra

Cirkonis yra pagrindinė branduolinės energetikos lydinių sudedamoji dalis. Tačiau tam būtina, kad jis būtų kuo švaresnis nuo įvairių priemaišų. Faktas yra tas, kad cirkonio rūdose yra ne tik toks retųjų žemių elementas kaip hafnis, bet ir azotas, anglis ir deguonis. Ir tokios nemetalinės priemaišos yra gana pavojingos ir gali būti įtrauktos į branduolinių reaktorių konstrukcinių medžiagų sudėtį ne daugiau kaip milijonosiomis procentų dalimis. Todėl gryno cirkonio ir lydinių gavimasjos pagrindas yra gana ilgas ir daug pastangų reikalaujantis procesas. Pirma, koncentratas atidaromas, tada jis praturtinamas, pašalinamos nepageidaujamos priemaišos ir hafnis.

Grynas cirkonis atrodo kaip įprastas metalas. Išvaizda jis labai panašus į plieną, bet tuo pačiu patvaresnis ir lankstesnis. Žinoma, jo pagrindu pagamintuose lydiniuose jo charakteristikos gali labai skirtis priklausomai nuo kitų elementų kiekio. Pavyzdžiui, dėl deguonies (daugiau nei 0,6 %) cirkonis taps trapesnis. Tačiau yra ir neigiama pusė: šio metalo dioksido (ZrO_{2) lydymosi temperatūra yra 2680 °C.}

Pagrindinė statybinė medžiaga

Kaip minėta anksčiau, plačiausia sritis, kurioje naudojamas cirkonis ir jo lydiniai, yra branduolinė pramonė. Pagrindinis jų privalumas yra tas, kad jie turi mažą šiluminio neutronų gaudymo skerspjūvį (tik 0,18 barno), geras korozijos savybes ir aukštą lydymosi temperatūrą. Taigi TVEL yra pagrindinis konstruktyvus branduolinio reaktoriaus aktyviosios zonos kuro elementas, kuriame dedamas branduolinis kuras. Būtent jame vyksta sunkiųjų branduolių dalijimasis, o tai reiškia, kad kuro elementas turi būti pagamintas iš patvariausio ir ugniai atspariausio metalo ir neturi keisti neutronų sugerties reaktoriuje charakterio.

Taigi jo apvalkalui gaminti naudojami cirkonio lydiniai. Jiems keliami gana griežti reikalavimai. Taigi legiravimo elementai neturėtų pabloginti jo savybių. Visų pirma tai susiję su mažu šiluminių neutronų gaudymo skerspjūviu. Cirkonis legiruojamas tam, kadslopina žalingą azoto poveikį ir pagerina jo korozines savybes. Daugelis Mendelejevo periodinės sistemos elementų netinka, nes sumažina tam tikras charakteristikas.

Žymiausias lydinys, naudojamas kuro strypams gaminti, yra cirko lydinys. Pagrindinis jo legiravimo elementas yra alavas, o pagalbiniai elementai yra geležis, chromas ir nikelis. Rusijoje niobis dažniausiai naudojamas cirkoniui legiruoti. Jis taip pat turi mažą šiluminio neutronų gaudymo skerspjūvį, sumažina vandenilio įsisavinimą ir sudaro tik kietus tirpalus. O tai, savo ruožtu, suteikia lydiniams didelio plastiškumo.

Cirkonio lydinys

Didelis šio metalo atsparumas korozijai paaiškina, kodėl jis taip dažnai naudojamas kaip legiravimo elementas juodųjų ir spalvotųjų metalų metalurgijoje. Be to, jis netirpus druskos ir azoto rūgštyse bei šarmuose. Taigi, daugiakomponenčiai cirkonio ir magnio lydiniai yra labai populiarūs. Be to, legiravimas su šiuo metalu padidina titano atsparumą rūgštims. Cirkonio lydiniai su variu pasižymi dideliu stiprumu ir elektriniu laidumu. Gana dažnai jis taip pat naudojamas kaip priedas gaminant įvairių rūšių plieną. Tai leidžia iš jų pašalinti sierą, azotą ir deguonį.

Medicinos pramonė

Atsižvelgiant į cirkonį ir jo lydinius, negalima nepaminėti dar vienos jų panaudojimo srities. Medicinos pramonėje jie užima toli gražu ne paskutinę vietą. Visai neseniai plieno irtitano lydiniai. Tačiau kai kuriais atvejais organizmas atmesdavo šiuos metalus, prieš kuriuos pasireiškė alerginė reakcija. Šiuolaikinė medicina cirkonį ir titano lydinius naudoja kabėms, plokštelėms, implantams, dantų protezams ir jų fiksavimo mechanizmams gaminti.

Kadangi šis metalas ir jo junginiai nedirgina kaulų ir aplinkinių minkštųjų audinių, jis buvo sėkmingai naudojamas papuošalų gamyboje. Pavyzdžiui, cirkonio auskarai nesukelia alerginės reakcijos ir gydo žaizdą ant ausies spenelio ne prasčiau nei auksiniai.

Energijos suvartojimas

Aliuminio ir cirkonio lydinys turi daug teigiamų savybių, todėl sėkmingai naudojamas energetikos pramonėje. Faktas yra tas, kad plieniniai ir variniai laidai sveria gana daug, o dažnai senos atramos negali atlaikyti tokios apkrovos. 1960 m. Japonijoje mokslininkų grupė pagamino aliuminio ir cirkonio lydinių seriją. Jie nustatė, kad tokia medžiaga gali būti naudojama ilgą laiką aukštoje temperatūroje (150-230 ° C) ir tuo pačiu metu ji bus gana lengva. Tai leidžia jį naudoti aukštos temperatūros laidams gaminti. Tai padidina elektros tinklų patikimumą ir efektyvumą.

Kiti cirkonio junginių ir lydinių pritaikymai

Daugelyje antiperspirantų galite rasti tokį komponentą kaip aliuminio cirkonio tetrachlorohydrex. Tai cheminis junginys, sugeriantis prakaitą ir jo kvapą. Mokslininkai nustatė, kad taip nėraįsigeria į odą, todėl negali padaryti didelės žalos sveikatai. Nepaisant to, aliuminio-cirkonio-tetrachlorhidroksglicinas yra uždraustas ES ir JAV.

Cirkonio oksidas naudojamas elektrokorundui gaminti. Jis gaunamas lydant pasvirusiose elektrinėse krosnyse. Cirkonio elektrokorundas pasirodo gana tvirtas ir leidžia apdoroti medžiagas su didele suspaudimo jėga. Dažniausiai jis naudojamas grubiam ir grubiam šlifavimui.

Apskritai reikėtų pažymėti, kad cirkonis ir jo lydiniai pasižymi aukšta lydymosi temperatūra, cheminiu atsparumu ir mažu šiluminio plėtimosi koeficientu. Būtent dėl šios priežasties jis aktyviai naudojamas įvairiose srityse.