6 asiaa, jotka sinun tulee tietää zirkoniumista

Zirkonium on metallielementti, jonka elementtitunnus on Zr. Se sijaitsee alkuaineiden jaksollisessa taulukossa ryhmässä IV-B. Sen atomiluku on 40, tiheys 6,49 g/cm³, sulamispiste 1852 astetta ja kiehumispiste 4377 astetta. Zirkonium on hopeanvalkoinen siirtymämetalli, jota kutsutaan usein "harvinaiseksi metalliksi" sen monimutkaisen tuotantoprosessin ja uuttamisvaikeuden vuoksi. Itse asiassa zirkoniumin pitoisuus maankuoressa on noin 0,025%, sijalla 19, lähes yhtä suuri kuin kromi, ja enemmän kuin tavallisia metalleja kupari, lyijy, nikkeli ja sinkki, mutta sen jakautuminen on hyvin hajallaan. Zirkonium muodostaa helposti pinnalle ilmassa oksidikalvon, joka on kiiltävä ja ulkonäöltään teräksen kaltainen. Zirkoniumilla on korroosionkestävyys, mutta se liukenee fluorivetyhappoon ja aqua regiaan; korkeissa lämpötiloissa se voi reagoida monien alkuaineiden kanssa muodostaen kiinteitä liuosyhdisteitä. Zirkoniumin korroosionkestävyys on parempi kuin titaanin, ja se on lähellä tantaalia ja niobiumia. Zirkoniumin hyvän plastisuuden vuoksi se jalostetaan usein levyiksi, langoiksi jne. Zirkonium voi absorboida kuumennettaessa suuren määrän happea, vetyä, typpeä ja muita kaasuja, ja sitä voidaan käyttää vedyn varastointimateriaalina. Suhteellisen niukkana resurssina zirkoniumia käytetään laajalti elektroniikassa, keramiikassa, lasissa, petrokemianteollisuudessa, rakennusmateriaaleissa, lääketieteessä, tekstiileissä ja päivittäisissä tarpeissa. Australiassa ja Etelä-Afrikassa zirkoniumvarat ovat keskittyneet, kun taas Kiina ja Eurooppa ovat tärkeimpiä zirkoniumin kulutusalueita.

Zirkonium on saanut nimensä zirkonista, jota ihmiset ovat käyttäneet koruina vuosisatojen ajan. Zirkoni mainitaan myös Raamatussa yhtenä 12:sta jalokivestä, joita Israelin ylipapit käyttivät.

Zirkonia on saatavana useissa kauniissa väreissä oranssista punaiseen, ja väritön zirkon näyttää häikäisevän loistonsa leikkauksen jälkeen. Tästä syystä zirkonia pidettiin pitkään pehmeänä timanttina.

Zirkoniumin löytäminen ja uuttaminen johtuu pääasiassa kahdesta kemististä, saksalaisesta kemististä Martin Heinrich Klaprothista ja ruotsalaisesta kemististä Jöns Jacob Berzeliuksesta. Nämä kaksi kemistiä antoivat poikkeuksellisen panoksen zirkoniumin löytämiseen ja puhdistukseen.

Vuonna 1789 saksalainen kemisti Martin osoitti, että zirkoni ei ollut timantti, mikä selvensi ihmisten väärinkäsityksiä zirkonista. Kuumentamalla zirkonia reaktiivisella natriumhydroksidiyhdisteellä hän havaitsi, että nämä kaksi ainetta reagoivat muodostaen oksidin. Martin uskoi, että tämä oksidi sisälsi uuden alkuaineen. Hän nimesi uuden oksidin zirkoniumoksidiksi ja uuden alkuaineen zirkoniumiksi.

Martin ei kyennyt uuttamaan puhdasta zirkoniumia, koska se oli kemiallisesti samanlainen kuin hafnium, jota esiintyy usein yhdessä zirkoniumin kanssa zirkoniummalmeissa. Vasta 35 vuotta myöhemmin, vuonna 1824, ruotsalainen kemisti Bechlias valmisti ensimmäistä kertaa puhdasta zirkoniumia. Tuolloin myös useat muut kemistit työskentelivät tämän työn parissa, mutta kukaan ei onnistunut. Bacilias onnistui uuttamaan puhdasta zirkoniumia kuumentamalla kalium- ja kaliumfluosirkonaatin seosta rautaputkessa. Kokeessa saadun mustajauhetun zirkoniumin puhtaus oli 93 %. Bechiliaksen puhdistuksella tuotetun zirkoniumin puhtautta ei voitu parantaa. Vasta lähes 100 vuotta myöhemmin valmistettiin erittäin puhdasta zirkoniumia. Nykyään suurin osa zirkoniumista uutetaan zirkonista (ZrSiO4) ja zirkoniumdioksidista (ZrO2). Uuttoprosessia kutsutaan "Kroll-prosessiksi".

Nimi zirkonium tulee zirkonista, joka tulee persian sanasta "kulta" (zargun). Sanotaan, että tämä nimi johtuu joidenkin zirkonikorujen silmiinpistävästä väristä. Itse asiassa zirkonia on monia värejä. Punainen, ruskea, vihreä ja keltainen ovat yleisempiä. Väritön zirkon on myös yleisempi ihmisten keskuudessa.

Muinaisista ajoista lähtien zirkoniumia on käytetty jalokivenä sen rikkaiden ja värikkäiden värien vuoksi, ja sillä on koristeellinen rooli ihmisen elämässä. Kun ihmisten ymmärrys zirkoniumista syvenee, sen sovellukset yleistyvät. Ehkä useimmat ihmiset eivät tunne zirkoniumia, mutta se on tunkeutunut kaikkiin elämämme osa-alueisiin. Esimerkiksi zirkonium on välttämätön erilaisissa ympäristössä olevissa rakennuksissa, keramiikassa, veitsissä, koristeissa jne., jotka ovat välttämättömiä elämässä ja jopa armeijan ja ydinvoiman aloilla.

Zirkoniumtuotteita on runsaasti erilaisia ​​ja eri muodoissa. Alkuperäinen mineraalimuoto on zirkonihiekkaa. Kaustisella soodalla käsittelyn, vesipesun jne. jälkeen voidaan valmistaa primäärituotteita, kuten zirkoniumsilikaattia ja zirkoniumoksikloridia. Jatkuvan kalsinoinnin, kloorauksen ja pelkistyksen avulla voidaan valmistaa myös sekundaarisia tuotteita. Zirkonia, teollisuus-luokan zirkonium sienellä ja muut tuotteet; jos puhdistus- ja erotusteknologia saavuttaa tietyn tason, voidaan valmistaa ydinenergialuokan zirkoniumsieni.

Zirkoniumilla on laaja valikoima sovelluksia. Sitä käytetään pääasiassa keramiikassa, tulenkestävissä materiaaleissa ja muilla aloilla zirkoniumsilikaatin ja zirkoniumoksidin muodossa. Vain 3 % -4 % zirkoniummalmeista prosessoidaan metalliksi zirkoniumiksi (tai zirkoniumsieneksi) ja jalostetaan sitten edelleen erilaisiksi zirkoniummateriaaleiksi. Koska metallisella zirkoniumilla on pieni lämpöneutronien absorptiopoikkileikkaus, metallizirkoniumilla on erinomaiset ydinominaisuudet. Ydinkäyttöinen zirkonium käyttää tätä ominaisuutta rakennemateriaaleina ja uraanipolttoaine-elementeinä ydinkäyttöisissä lentotukialuksissa, ydinsukellusveneissä ja siviilivoimantuotantoreaktoreissa. Päällystys jne. Ydinkelpoista zirkoniumia voidaan pitää tärkeänä strategisena metallina maalle ja se liittyy läheisesti ydinteollisuuden kehitykseen.

Aktiivisena metallina zirkonium muodostaa oksidikalvon huoneenlämpötilassa. Tämä oksidikalvo antaa zirkoniumille ja sen seoksille erinomaisen korroosionkestävyyden. Samaan aikaan zirkoniumilla on hyvät mekaaniset ja lämmönsiirtoominaisuudet yhdistettynä merkittäviin kustannusetuihin, mikä tekee siitä erinomaisen korroosionkestävän rakennemateriaalin nykypäivän petrokemianteollisuudessa.

Kemiallisten happojen ja alkalien kestävissä laitteissa, sotateollisuudessa ja elektroniikkateollisuudessa käytettyä zirkoniumia kutsutaan teollisen luokan zirkoniumiksi. Käsittelyn helppouden, teknologisen tason sekä tieteellisen ja teknologisen sisällön osalta zirkoniummetalli ja sen seostuotteet ovat teollisen ketjun kärjessä.

Zirkoniumsilikaatti

Zirkoniumsilikaatti on tärkeä lajike perinteisissä zirkoniumtuotteissa. Tuote käyttää raaka-aineena zirkonihiekkaa ja se voidaan valmistaa jauhamisen, kalsinoinnin ja jauheen jälkeen. Se on laadukas ja halpa sameusaine keraamisiin lasitteisiin. Sitä käytetään pääasiassa rakennuskeramiikan, päivittäisen keramiikan ja sähköposliinin värillisissä lasiteissa. Tuotannossa sitä käytetään myös laajasti kehittyneissä tulenkestävissä materiaaleissa, tarkkuusvalussa, emulgoidussa lasissa ja muilla aloilla.

Zirkoniumkarbonaatti

Sitä käytetään pääasiassa lisäaineina ja vedeneristysaineina, palonestoaineina, aurinkovoiteina sekä kuitujen ja paperien pintalisäaineina kosmetiikassa. Sitä voidaan käyttää myös zirkonium-cerium-komposiittikatalyyttimateriaalien valmistukseen. Se on tärkeä raaka-aine tekstiili-, paperi-, pinnoite- ja kosmetiikkateollisuudessa. Viime vuosina käyttö on jatkanut kasvuaan.

Zirkoniumoksikloridi

Se on pääraaka-aine muiden zirkoniumtuotteiden, kuten zirkoniumdioksidin, zirkoniumkarbonaatin, zirkoniumsulfaatin, komposiittizirkoniumoksidin sekä zirkoniumin ja hafniumin erottamisessa metallin zirkoniumin ja hafniumin valmistamiseksi. Sitä voidaan käyttää myös tekstiileissä, nahassa, kumin lisäaineissa, metallien pintakäsittelyaineissa, maalin kuivausaineissa. Viime vuosina kotimaani tulenkestävän materiaalin, keramiikan, katalyyttien, palonestoaineiden ja muiden tuotteiden vuotuinen tuotanto on ylittänyt 90,{{1} } tonnia. Zirkonihiekka on zirkoniumoksikloridin pääraaka-aine.

Sulatettu zirkonia

Sitä kutsutaan sulatetuksi zirkoniumiksi ja sulatetuksi zirkoniumoksidiksi, ja sitä käytetään pääasiassa lasitteiden ja tulenkestävien materiaalien valmistukseen. Sulatetun zirkoniumin suuren epäpuhtauspitoisuuden vuoksi sen käyttötarkoitukset ovat rajalliset.

Zirkoniumsulfaatti

Se on tärkeä raaka-aine nahan parkitusaineille, villankäsittelyaineille ja maalipinnan hapettimille. Sitä voidaan käyttää katalyyttikantajina, aminohappoina ja proteiineina, saostusaineina ja deodorantteina. Se on myös väliraaka-aine zirkoniumkemikaalien sekä metalli-zirkoniumin ja hafniumin valmistukseen.

Zirkoniumdioksidi

Zirkoniumdioksidin täyskeramiikka on myrkytön, hajuton valkoinen kiinteä aine, joka on riittävän stabiili alkaliliuoksille ja monille happamille liuoksille. Se soveltuu tarkkuuskeramiikkaan, elektroniseen keramiikkaan, optisiin linsseihin, lasin lisäaineisiin, elektrolysoituihin zirkoniumtiileihin, keraamisiin pigmentteihin jne. Posliiniemali, keinotekoiset jalokivet, tulenkestävät materiaalit, hiontaan ja kiillotukseen sekä muihin teollisuudenaloihin ja tuotteisiin.

Komposiittizirkoniumoksidi

Tunnetaan myös puolistabiilina ja vakaana zirkoniumoksidina, se on myrkytön, hajuton valkoinen jauhe, jolla on vakaat kemialliset ominaisuudet ja säädeltävä ominaispinta-ala. Se on perusraaka-aine erilaisten erikoiskeramiikan, kehittyneiden tulenkestävien materiaalien, optisten viestintälaitteiden ja uusien energiamateriaalien valmistukseen.

Zirkoniumoksidirakennekeramiikka

Valmistettu komposiittizirkoniumoksidista raaka-aineena, se sisältää zirkoniumoksidihiomaväliaineita ja zirkoniumoksidirakenneosia. Zirkoniumoksidirakenneosat sisältävät pääasiassa zirkoniaerikoiskeraamisia venttiilejä, kuituoptisia liittimiä, keraamisia veitsiä, kellotarvikkeita ja keraamisia hiussaksia. tabletit, tekstiiliposliini jne.

Ydinlaatuinen zirkonium

Sitä käytetään pääasiassa ydinkäyttöisten lentotukialusten, ydinsukellusveneiden ja siviilivoimantuotantoreaktorien rakennemateriaaleina sekä uraanipolttoaine-elementtien päällysteenä. Se on tärkeä strateginen metalli.

Teollisuuslaatuista zirkoniumia

Teollisuuslaatuista zirkoniumia käytetään pääasiassa kemiallisten happojen ja alkalien kestävien laitteiden, sotilasteollisuuden, elektroniikkateollisuuden, putkiventtiilimateriaalien, erityisten lujien ja korkean lämpötilan seosmateriaalien sekä sähkötyhjiö- ja valaistuslampputeollisuuden sitojien valmistuksessa.

Tuliaseluokan zirkoniumia

Käytetään sieni-zirkoniumpolttoaineena ampuma-aseissa, ja se soveltuu myös seosainelisäaineille ja metallurgisille hapettumisenestoaineille, kemianteollisuudelle, siviilikäyttöön tarkoitettuihin ilotulitteisiin jne.

Tällä hetkellä Kiina ja Eurooppa ovat zirkoniumin tärkeimmät kuluttajamarkkinat, ja Kiinan zirkoniumin kysyntä on jopa 52 %. Kiinan ydinvoima on siirtynyt nopean kehityksen vaiheeseen, mikä luo kysyntää ydinasteen zirkoniumille. Samaan aikaan Kiina on merkittävä keramiikan tuottaja ja viejä maailmassa, ja zirkoniumsilikaatti on keramiikkateollisuuden välitön ja pääraaka-aine. Kiinan keramiikkateollisuuden nopean kehityksen myötä viime vuosina myös zirkoniumin kysyntä on kasvanut.

Zirkonium ei ole haitallista ihmisten terveydelle. Zirkonia keramiikkaa ja erilaisia ​​koruja käytetään laajalti jokapäiväisessä elämässä. Valtion teollisuus- ja kauppahallinto on kuitenkin paljastanut, että keraamisten laattojen sisältämä zirkonium voi aiheuttaa syöpää.

Laadunvalvonta-, tarkastus- ja karanteenihallinnon asiaa koskevassa ilmoituksessa kerrottiin, että kolme kahden tuotemerkin tuotetta ei saavuttanut "radioaktiivisten nuklidien rajaa", mikä aiheutti valtavan kohun yhteiskunnassa ja aiheutti yhteiskunnassa valtavan vastareaktion ja paniikkia. "laattojen syöpää aiheuttavasta teoriasta".

Radioaktiiviset elementit voivat aiheuttaa pahanlaatuisia kasvaimia. Ne aiheuttavat yleensä soluvaurioita ja johtavat verisyöpään, kuten leukemiaan, lymfoomaan ja ihosyöpään. Mitä tulee teoriaan, jonka mukaan liiallinen radioaktiivisuus keraamisissa laatoissa aiheuttaa pahanlaatuisia kasvaimia, Guangzhoun perinteisen kiinalaisen lääketieteen yliopiston ensimmäisen osasairaalan hematologian osaston johtaja Chen sanoi, että kliinisen kokemuksensa ja kotimaisen tapauskirjallisuuden perusteella hän ei ole törmännyt tällaisiin tapauksiin ja liittyviä tietueita. Elämän ja terveyden suhteen on kuitenkin parempi olla varovainen. Siksi asiantuntijat suosittelevat, että kuluttajat eivät sokeasti tavoittele valkoisuutta ostaessaan keraamisia laattoja.

Zirkonin ja timantin ulkonäkö on hyvin samankaltainen, mutta zirkonin ja timantin hinta on hyvin erilainen. Jotkut häikäilemättömät kauppiaat käyttävät zirkonia timanttina pettääkseen kuluttajia ja tehdäkseen valtavia voittoja.

Väritön ja läpinäkyvä zirkoni on hyvä korvike timanteille huolellisen harkinnan jälkeen. Zirkonin taitekerroin on lähellä kahta ja sen dispersio on samanlainen kuin timantin. Siksi myös zirkoni kimaltelee ulkonäöltään värillisellä valolla, aivan kuten timantit. Ennen keinotekoisten timanttien syntyä zirkon oli paras timanttien korvike. Tällä hetkellä zirkonista on tullut johtava keskitason jalokivien jalokivi, mutta zirkoni on halvempaa kuin timantti. Kuluttajien on ymmärrettävä ero zirkonin ja timantin välillä.

Zirkonin tärkeimpiä tunnistusominaisuuksia ovat korkea taitekerroin, voimakas kiilto, korkea kahtaistaitteisuus, suuri tiheys, korkea dispersio ja tyypilliset spektriominaisuudet jne., mikä johtaa hyvin erikoiseen optiseen ilmiöön. Suurennuslasilla tarkasteltuna Kun zirkoni on valmis, sen yläpinnasta näkyy, että alapinnalla ja harjanteilla on ilmeisiä kaksoisvarjoja. Koska timantit ovat "homogeenisia", kaksoisvarjo-ilmiötä ei koskaan tapahdu, joten zirkoni voidaan erottaa aidoista timanteista.

Timantti on homogeeninen runko, täysin musta ristikkäisten polarisaattorien alla ja sillä on korkea kovuus; kun taas zirkoni näyttää neljältä kirkkaalta ja neljältä tummalta ristikkäisten polarisaattorien alla. Timantit ovat lipofiilisiä, ja kuulakärkikynät voivat helposti jättää keskeytyksettömiä jälkiä timanttien pintaan. Tietenkin nämä jäljet ​​voidaan helposti pyyhkiä pois. Zirkoni ei ole lipofiilinen, ja kuulakärkikynät eivät voi jättää katkeamattomia jälkiä sen pinnalle. Selkeyden jälkiä.

Tällä hetkellä löydetyistä yli 40 eri zirkonium- ja hafniumesiintymistä vain noin 10:llä on teollista kaivosarvoa, ja vain kahta tyyppiä, zirkonia ja baddeleyiittiä, käytetään teolliseen tuotantoon.

Yhdysvaltain geologisen tutkimuskeskuksen (USGS) tilastojen mukaan vuonna 2015 maailman zirkoniumvarat ovat 78 miljoonaa tonnia ja todistetut zirkonivarat ylittävät 60 miljoonaa tonnia (ZrO2:na laskettuna). Niistä Australialla ja Etelä-Afrikalla on suurin osuus maailmanlaajuisista zirkoniumvaroista, niiden osuus on 65,38 % ja 17,95 %. Muita maita, joissa on suhteellisen runsaat zirkoniumvarat, ovat Intia, Mosambik ja Indonesia. kotimaani zirkoniumvarat ovat suhteellisen niukat, ja niiden osuus on vain 0,6 prosenttia maailman varannoista.

Yhdysvaltain geologisen tutkimuslaitoksen vuonna 2015 julkaisemien tietojen mukaan maailmanlaajuinen zirkoniummalmin tuotanto vuonna 2014 oli 1,54 miljoonaa tonnia, mikä on 30 000 tonnia vähemmän kuin vuotta aiemmin. Australia on maailman ensimmäisellä sijalla 900 000 tonnin tuotannolla, mikä on 58,44 % maailman kokonaistuotannosta. Seuraavaksi tulee Etelä-Afrikka, jonka tuotanto on 170,{13}} tonnia, mikä on 11,03 %. Molempien maiden kokonaistuotannon osuus on 69,47 % maailman kokonaistuotannosta, jota muiden maiden on vaikea verrata. Kiina on kolmannella sijalla 140 000 tonnin tuotannolla, mikä on 9,74 % maailman kokonaistuotannosta.

Zirkoniummineraalien alkuperä on keskittynyt pääasiassa Etelä-Australiaan, Länsi-Australiaan ja Uuteen Etelä-Walesiin Australiassa, mukaan lukien Eucla Basin, Geraldton, Murray Basin ja Perth Basin. ) ja Tiwi-saaret ovat aktiivisempia zirkoniumin kaivosalueita Australiassa nykyään. Richards Bayn talletusalue Etelä-Afrikassa, Florida Yhdysvalloissa, Mosambik Afrikassa ja Indonesia, Vietnam ja Intia Aasiassa tuottavat kaikki tietyn määrän zirkoniumia.

Tärkeitä zirkoniumin tuottajia ovat australialainen Iluka Company, eteläafrikkalainen Richards Bay Minerals ja eteläafrikkalainen Exxaro Resources Ltd. Kiina on suurin zirkoniumin kuluttaja.

Kiinan zirkoniumin tuotantoalueet sijaitsevat pääasiassa Wenchangissa ja Wanningissa Hainanissa ja Zhanjiangissa Guangdongissa. Kiinassa vain Wenchangin, Hainanin zirkonihiekkarikaste on parasta laatua, kun taas Wanning ja Zhanjiang tuottavat pääasiassa tavallista zirkonihiekkaa.

HG/T 4694-2014 Teollinen erittäin puhdas zirkoniumoksikloridi

HG/T 3786-2014 Teollinen zirkoniumsulfaatti

HG/T 3785-2014 Teollinen zirkoniumkarbonaatti

JC/T 2247-2014 Zirkoniumsilikaattihiomapallot

JC/T 817-2014 Jalokiviluokan synteettinen kuutiometrinen zirkoniakide

GB/T 30568-2014 Zirkonium- ja zirkoniumlejeeringit

JB/T 9223-2013 Zirkoniumhiekka ja -jauhe valua varten

YS/T 913-2013 Zirkonium- ja zirkoniumseoksesta valmistetut kakut ja renkaat

HG/T 4545-2013 Zirkoniumoksikloridin tuotantojätteen kierrätysmenetelmä

YB/T 4075-2013 Zirkoniumliimaussuutin

GB/T 21183-2007 Zirkonium- ja zirkoniumseoslevyt, -nauhat ja -kalvot

GB/T 26563-2011 Sulatettu zirkonia

GB/T 26931-2011 Zirkoniumin ja zirkoniumlejeeringin romu

GB/T 26283-2010 Saumattomat zirkonium- ja zirkoniumseokset putket

GB/T 8767-2010 Zirkonium- ja zirkoniumseosharkot

GB/T 8769-2010 Zirkonium- ja zirkoniumseostangot ja -langat

GBZ/T 160.26-2004 Myrkyllisten aineiden määritys työpaikan ilmassa Zirkonium ja sen yhdisteet

HG/T 2773-2012 Zirkoniumdioksidi

HG/T 3785-2005 Teollinen zirkoniumkarbonaatti

HG/T 3786-2005 Teollinen zirkoniumsulfaatti

JC/T 1094-2009 Zirkoniumsilikaatti keramiikkaan

YS/T 402-1994 Zirkoniumdioksidi

YS/T 858-2013 Zirkoniumtiiviste

YS/T 887-2013 Zirkonium- ja zirkoniumseoshitsauslanka

Erittäin puhdasta zirkoniumia

Puhdas zirkoniumtanko