Циркониевые сплавы: состав, свойства, применение

Области применения титана
Карбиды и нитриды титана и циркония
Нитраты и фосфаты титана и циркония
Фториды и комплексные фториды титана и циркония
Галоидные соединения титана и циркония
Сернокислые соли титана и циркония
Титанаты и цирконаты
Титановая и циркониевая кислоты
Окислы титана и циркония
Химические соединения титана и циркония

Диоксид титана пигментный tiox 220 является нетоксичным веществом, представленным в виде безопасного белого порошка.

Натуральный камень — это природное творение, свойства которого до конца не изучены. В природе нет ни одного одинакового экземпляра камня.

Транспортировка и утилизация отходов – очень важный вопрос. Здоровье людей и безопасность экологии во многом зависит от качества проведенных работ. Наиболее остро.

В наши дни очень удобно владеть земельным участком. Ведь на нем можно расположить свой бизнес или построить жилье.

Взрывоопасными считаются промышленные объекты, работа которых связана с взрывоопасными веществами (их транспортировкой, хранением, переработкой, добычей). Взрывоопасные.

В строительстве и машиностроении широкое применение нашла листовая сталь. В автомобилестроении доля холоднокатаных стальных листов составляет более пятидесяти процентов.

В этой статье речь пойдет о болтах класса прочности 8.8. Что означает маркировка на торце метизов? Из каких марок стали изготавливают высокопрочный крепеж? Какие.

Электроэнергия сегодня имеет ключевое значение в работе любого предприятия. Причем, чем крупнее предприятие, тем сложнее схема распределения электроэнергии.

Для создания теплых полов идеально подходят современные нагревательные маты. Основой могут быть кабельные системы с 1-2 жилами. Выбирая такую систему, можно существенно.

Всегда мечтали о ремонте с итальянской плиткой, но никак не могли её выбрать? Да, подобная проблема часто возникает среди Россиян, собиравшихся начинать ремонт.

Генератор льда когда-то был роскошью, а кто-то вообще не знал о его существовании, но эти времена ушли в прошлое и сейчас для многих он стал обыденной вещью, как.

Одной из самых распространенных операций в любой механической мастерской является сверление каких-либо отверстий. Так как все работы выполняются с помощью машин, то и.

Область применения металлопроката обширна, начиная от тонкого гвоздика и заканчивая космическими кораблями и океанскими лайнерами — арматура, швеллер, лист, сетка, трубы.

Цирконий и его сплавы

Один из самых широко распространенных материалов, применяемых в конструкции активных зон, — цирконий. В России и за рубежом разработано несколько сплавов циркония, которые используются для оболочек твэлов, труб топливных каналов, различных деталей ТВС.

Цирконий имеет низкое сечение поглощения нейтронов (по этому показателю он уступает только магнию и бериллию) и довольно высокую температуру плавления.

Применяемые сплавы циркония обладают хорошей коррозионной стойкостью в воде, пароводяной смеси, насыщенном и перегретом паре до температуры порядка 350-360 0 С. Ожидается, что в перспективе температурный предел работы циркониевых сплавов будет существенно повышен. Механические свойства чистого циркония невысоки. Легированием добиваются наряду с обеспечением достаточной коррозионной стойкости и повышения механических свойств. Так, предел текучести сплава Zr-1% Nb, применяемого для оболочек твэлов, при температуре 20, 200, 300 и 400 0 С соответственно равен 200, 160, 120 и 90 МПа, а сплава Zr-2,5% Nb, применяемого для канальных труб реакторов типа РБМК, при тех же температурах – 280, 220, 200, 180 МПа. Циркониевые сплавы обладают и довольно высокой пластичностью (порядка 20-40%).

К неудовлетворительным механическим свойствам циркониевых сплавов следует отнести их высокую ползучесть при температуре 320-350 0 С и выше. Это свойство необходимо учитывать при конструировании узлов активных зон. Кроме того, цирконий растворяет водород, возникающий в процессе коррозии, при этом образуются гидриды циркония, в результате чего пластичность циркония падает и он может сильно охрупчиваться. Особенно вредны гидриды, расположенные радиально. Соответствующими технологическими методами обработки удается существенно понизить склонность циркония к выделению радиально ориентированных гидридов.

Всесторонние исследования циркониевых сплавов, проведенные за многие годы, позволили обеспечить высокую работоспособность узлов и деталей из них в водоохлаждаемых реакторах.

Цирконий металл. Описание и свойства циркония

Серебристо-серый металл, занимающий 40-е место в таблице Менделеева , в чистом виде в земной коре не встречается. Его получают из рудных концентратов. С каждым годом цирконий металл все шире используется в различных отраслях – металлургии, энергетике, ядерной энергетике, медицине, ювелирной промышленности, в быту.

Описание и свойства циркония

В природе этот металл распространен в виде химических природных соединений – окислов или солей, которых известно более сорока. В 1789 г. немецкий химик Клапрот из камня гиацинта – драгоценной разновидности циркона, выделил окисел циркония. Долгое время ученым не удавалось получить чистый металл, и лишь в 20-х годах XX века опыты увенчались успехом.

Металлический цирконий был получен методом «наращивания», при котором он откладывался в чистом виде на вольфрамовой раскаленной нити. Цена металла цирконий, полученного таким способом, оказалось довольно высокой. Был разработан более дешевый промышленный способ – метод Кролля, при котором вначале происходит хлорирование двуокиси циркония, а затем восстановление металлическим магнием.

Полученную в результате циркониевую губку переплавляют в прутки и направляют потребителю. Кроме хлоридного способа, существуют и другие основные промышленные способы добычи циркония – щелочной и фторидный. Оказалось, что металл цирконий свойства имеет очень интересные. Как типичный представитель своей группы металлов он обладает довольно высокой химической активностью, только проявляется она не в открытой форме.

Внешне компактный металлический цирконий очень напоминает сталь. В обычных условиях он имеет очень важное качество – не поддается коррозии. В дополнение к этому прекрасно обрабатывается различными способами – прокаткой, вальцовкой , ковкой. Не видимая глазу окисная пленка на поверхности надежно защищает его от атмосферных газов, водяных паров. Только при повышении температуры до 300° эта пленка постепенно разрушается, и при 700° металл полностью окисляется.

Под воздействием воды цирконий не поддается окислению, как многие металлы, а покрывается нерастворимой пленкой, предохраняющей его от коррозии. Компактный цирконий металл фото отличается высокой жаростойкостью, устойчивостью к воздействию аммиака, кислот, щелочей, хорошо задерживает радиацию. Совсем по-другому проявляют себя на воздухе циркониевые стружка и порошок. Эти вещества даже при комнатной температуре могут легко самовоспламениться и нередко взрываются.

Цирконий образует сплавы со многими металлами. Добавления его в небольшом количестве значительно улучшает их характеристики – увеличивает прочность, стойкость к коррозии. В то же время добавки других металлов к цирконию только ухудшают его свойства и поэтому применяются крайне редко.

Месторождения и добыча циркония

Рудные залежи циркония рассеяны в разных местах планеты. Он встречается в виде аморфных окислов, солей, а также больших монокристаллов, вес которых иногда бывает свыше одного килограмма. Богатые запасы руды расположены в Австралии, Северной Америке, Западной Африке, Индии, ЮАР, Бразилии. В России существенные запасы циркониевого сырья сосредоточены на Урале и в Сибири.

Наиболее значительное использование в промышленности имеют циркон, силикат циркония, двуокись циркония, бадделеит. Самым распространенным циркониевым минералом на планете является циркон. Он знаком человечеству с древнейших времен. В Средние века ювелиры нередко изготавливали украшения из «несовершенных алмазов» – так называли в те времена цирконы. После огранки они были более мутными, сияли и переливались не так, как натуральные алмазы.

Встречаются опасные радиоактивные цирконы, ношение украшений из которых очень плохо влияет на здоровье. Более безопасными считаются камни небольших размеров, слабо окрашенные и относительно прозрачные. Цирконы бывают различной окраски. Так, гиацинт может быть медово-желтого, красного, розового цвета, старлайт – небесно-голубого.

Крупных размеров интенсивно окрашенные цирконы, особенно зеленые и непрозрачные, могут вызвать повышенный уровень радиации. Такие камни запрещено хранить дома в коллекциях, подвергать огранке , перевозить в больших количествах. Несмотря на то что по распространенности в природе среди металлов цирконий занимает 12-е место, он долгое время был менее популярен по сравнению даже с редкими радиоактивными. Объясняется это тем, что месторождения его крайне рассеяны и не встречается крупных залежей.

Часто в руде цирконий соседствует с гафнием, который по свойствам близок к нему. Отдельно каждый из этих металлов имеет привлекательные характеристики, но совместное присутствие делает их непригодными для использования. Чтобы их разделить, используют многоступенчатую очистку, которая значительно удорожает производство пластичного циркония.

Применение циркония

Благодаря таким важным качествам, как устойчивость к коррозии, щелочам, кислотам цирконий широко применяется в разных отраслях. Так, в металлургии он используется для легирования сталей и улучшения качества сплавов. В порошкообразном виде применяется в пиротехнике и производстве боеприпасов – дистанционных бомб, трассирующих пуль, осветительных ракет.

Четвертая часть получаемого концентрата циркония потребляется в производстве эмали , глазури, бытовой и электротехнической керамики. Очищенный от гафния цирконий в виде сплавов используют в ядерных реакторах в качестве конструкционного материала. Широкое распространение получил этот металл в медицине и быту. Тонкая циркониевая пластина задерживает излучение в рентгеновском отделении намного сильнее, чем свинцовые фартуки.

Цирконий металл лечебные свойства

Для лечения переломов костей в клиниках травматологии применяют имплантаты из циркониевых сплавов. По сравнению с титановыми и нержавеющими они обладают значительными преимуществами: биологической совместимостью (отсутствием аллергической реакции и отторжения), высокой коррозионной стойкостью, прочностью, пластичностью, легкостью.

В челюстно-лицевой хирургии используют циркониевые инструменты и имплантаты, такие как скобы, пластины, сверла, винты, зубные протезы, кровоостанавливающие зажимы, нити для наложения швов. Цирконий и его сплавы не вызывают раздражения при воздействии на кости и ткани.

Цирконий металл в ювелирных изделиях благотворно влияет на общее состояние организма человека. Установлено, что ношении циркониевых сережек после прокалывания уха способствует быстрому заживлению ранки и никогда не вызывает ее загнивания.

При регулярном ношении изделия из циркония оказывают положительное действие на здоровье. Хорошие результаты дает ношение циркониевых браслетов и поясов при таких заболеваниях кожи, как экземы у детей и взрослых, дерматиты, псориазы. Наступает значительное улучшение состояния у больных, имеющих проблемы в опорно-двигательном аппарате.

Цена циркония

Металл продается на килограмм. Поставляется в виде трубы, прутка, полосы, проволоки, листа и др. Стоимость зависит от фирмы-изготовителя и марки изделия.

Цирконий металл, его свойства, особенности, характеристики

Цирконий — серебристо-белого цвета, обладает высокой пластичностью, имеет хорошую устойчивость к коррозии. Это простое вещество, элемент побочной подгруппы четвертой группы пятого периода системной таблицы Д. И. Менделеева, атомный номер 40. Одна из модификаций циркония — с гексагональной решеткой типа магния, другая — это объемно-центрированной решеткой типа а -Fe. Обнаружил цирконий немецкий химик в 1789 году, выделил диоксид циркония, позже, в 1824 году в свободном виде был выделен шведским химиком, и уже в 20 веке удалось получить чистый от всех примесей цирконий. Происхождение слова неизвестно.

Металл цирконий

Металл цирконий в основном распространен в литосфере, считается рассеянным элементом и в природе известны его соединения с кислородом в виде силикатов и окислов. В земной коре присутствует 40 минералов, которые содержат цирконий, в нем он присутствует в виде окислов или солей. Преимущественное распространение находит в природе циркон, бадделеит, еще имеются различные сложные минералы. Доминирующим циркониевым минералом является циркон, который главным образом встречается в гранитах и сиенитах, а также во всех типах пород. Для производства циркония в промышленности используют циркониевые концентраты, содержащие диоксид циркония 60-65%.

Получение циркония металла — непростой технологический процесс, требующий много времени и затрат, основными методами являются: фторидный, хлоридный и щелочной процессы. Плотность циркония 6,5107г/см 3 , температура плавления 1855 0 С, достаточно высокая температура кипения 4409 0 С, является парамагнитным.

Цирконий металл пластичен, а поэтому легко поддается горячей и холодной обработке (ковке, прокатке, штамповке). Хрупкость металла может вызывать наличие растворенных в металле малых доз азота, кислорода, водорода, углерода. Имеет хорошую твердость 640-670МН/м 2 по Бринеллю. Кислород оказывает сильное влияние на твердость и при его концентрации 0,2%, цирконий не поддается холодной обработке давлением. При температуре 200-400 0 С начинается медленное окисление компактного циркония, покрываясь пленкой диоксида циркония. С фтором происходит реакция циркония при обычной температуре, а при температуре выше 200 0 С реакция с бромом, хлором, йодом, при этом образуются высшие галогены. Цирконий не реагирует с соляной кислотой, а также серной и щелочами. При температуре выше 100 0 С происходит взаимодействие с азотной кислотой и царской водкой.

Читать еще: Как восстановить серебро методом аффинажа в домашних условиях

Сплавы циркония находят широкое применение еще с 30-х годов 20 века и в наше время еще больше:

в ядерной энергетике, атомной для изготовления тепловыделяющих элементов, сборок и конструкций ядерных реакторов;
в металлургии используют в качестве легирующей добавки, которая значительно повышает механические свойства металлов, делает прочными и жаростойкими сплавы меди;
в пиротехнике;
замечательный сверхпроводник, выдерживает нагрузку до 100000А/см 2 ;
используется как конструкционный материал, который идет на изготовление стойких к кислотам химических реакторов, насосов, арматуры;
высокая химическая стойкость позволяет изготавливать разную пищевую посуду;
в ювелирной промышленности.

Цена циркония может быть разной и это зависит от того, какого вида изделие циркония. Цена циркония от 100 дол. США до 500 дол. США за 1 кг. на мировом рынке. Все сплавы содержащие цирконий, имеют разное его содержание.

Оставьте свой комментарий Отменить ответ

Монетное серебро представляет собой сплав 90 % серебра и 10%…

Цирконий — что за химический элемент

Что за химический элемент?

Цирконий входит в состав циркона. Некоторые минералоги считают, что свое имя он получил от своего «родителя». А другая группа ученых утверждает, что понятие цирконий восходит к арабскому языку. Его можно перевести как «киноварь» или серебряный цвет.

Цирконий считается рассеянным химическим элементом, так как отдельно он не встречается в естественной среде. В природе геологи его находят как силикат либо оксид. Существование циркония было доказано в начале XVIII века Берцелиусом – химиком из Швеции. Атомный номер циркония – 40. Химический элемент в таблице обозначен символом Zr (латинское название Zirconium).Киноварь как металл был получен в начале XX столетия в лабораторных условиях из циркона. Он представляет собой прутья серебристо-белого цвета.

Свойства металла

Цирконий, полученный искусственным путем – это серебристо-белый металл. Внешний вид киновари схож со сталью. Металл обладает уникальными свойствами, которых нет ни у одного природного образования.

Физические

Киноварь обладает такими физическими свойствами:

теплопроводностью — 23,86 Вт/(м x К);
температурой кипения примерно 4350 °С;
модулем упругости – 95–97 Гпа;
жесткостью – около 600–1700 Мпа;
способностью выдерживать нагревание до 2600 ˚С без деформирования;
плотностью 6,5-10 г на см3.

А еще металл серебряного цвета обладает пластичностью, он способен плавится в вакууме и в инертных газах.

Химические

Самое главное химическое свойство циркония – высокая устойчивость к коррозии даже при нахождении в кислотах и щелочах. Но эта способность снижается при воздействии высоких температур. Еще металл серебряного цвета может образовывать сплавы с другими химическими элементами.

Биологические

Киноварь имеет и биологические свойства. Она оказывает огромное положительное влияние на человеческий организм. Хорошая жизнедеятельность некоторых органов зависит от циркония, ведь он является биоэлементом и входит в структуру их клеток. Эти данные были получены отечественными физиологами совсем недавно во время проведения дополнительных исследований химического элемента. Все положительные качества циркония изучаются постепенно, практически ежегодно становятся известны новые факты о металле серебряного цвета.

Во многих ведущих клиниках, специализирующихся на челюстно-лицевой хирургии и травматологии, применяется новейший метод. Он заключается в применении специальных фиксаторов при множественных переломах костей. Эти приспособления скрепляют обломки, исключают сдвиги частей кости. Это способствует более быстрому срастанию тканей, следовательно, скорейшему заживлению переломов. Данные фиксаторы изготовляют из циркония. Так же сплавы из титана, нержавеющей стали, киновари используют при создании различных винтов, скоб, пластин, креплений, которые применяют в хирургии и даже при операциях на головном и спинном мозге.

Имплантанты из сплавов киновари имеют множество преимуществ перед другими материалами:

способность не ржаветь даже в агрессивной, кислотной среде;
высокую биологическую совместимость с любыми тканями человеческого организма;
отсутствие аллергических реакций при взаимодействии клеток с циркониевыми предметами;
отличную прочность фиксаторов, несмотря на то, что их конструкция зачастую простая.

Сплавы благодаря своей уникальной структуре имеют невысокую плотность, поэтому изделия из них имеют облегченную массу. Это качество так же ценно при изготовлении фиксаторов. Ко всему вышеперечисленному можно добавить то, что пластичность металла серебряного цвета позволяет создавать приспособления, полностью соответствующие контуру поврежденной кости.

Киноварь не раздражает окружающие ее мягкие и косные ткани, а наоборот оказывает благотворное влияние на них. Медиками было установлено, что циркониевые сережки (вдетые сразу после проведения миниоперации) способствуют быстрому заживлению ранок на мочках уха после прокалывания. Процесс идет намного быстрее, чем при ношении изделий из золота.

Если постоянно носить украшения из металла серебряного цвета, то в скором времени отмечается улучшение общего физического состояния. А метеозависимые люди перестают остро реагировать на перепады температуры и магнитные бури. Уже опытным путем врачами установлено, что циркониевые изделия обладают такими лечебными свойствами:

браслеты снимают раздражения при кожных заболеваниях и стабилизируют артериальное давление;
пояса помогают при лечении заболеваний опорно-двигательного аппарата;
пластины, которые накладывают на суставы, снимают боль при артрозах и артритах.

Даже при зубном протезировании опытные стоматологи рекомендуют выбирать материалы из киновари.

Но не стоит забывать, что циркониевые изделия не являются панацеей от всех болезней. Обязательно надо выполнять все назначения лечащего врача и принимать лекарства. А киноварь усилит действие препаратов традиционной медицины.

Способы производства

Сырьем для промышленного производства металла серебряного цвета стал минерал циркон. Вначале полезное ископаемое проходит этап обогащения при помощи гравитационного способа, совмещенного с очищением руды сепарацией (электростатической и магнитной). Этот процесс заключается в спекании концентрата с известью, карбонатом кальция, содой при высоких температурах. Затем удаление из спека соединений кремния. Дальнейшее разложение соляной или серной кислотой, получение циркония из кислых растворов.

Существуют и другие способы получения киновари из цирконовых руд, но они нерентабельны из-за высокой себестоимости.

Применение циркония

Металл серебряного цвета используется в разных производственных отраслях.

Электротехника. Из сплава циркония с ниобием изготовляют сверхпрочные проводники, способные выдерживать огромную нагрузку. Так же киноварью покрывают электронные платы.
Ядерная энергетика. Цирконием покрывают запчасти, из которых впоследствии собирают механизмы для термоядерных реакторов.
Металлургия. Из металла изготовляют части сталелитейных печей, способные выдерживать температуры в тысячу единиц.
Машиностроение. Цирконий становится материалом для создания насосов и арматур, которые работают в агрессивных, кислотных средах.
Пиротехника. Салюты и фейерверки с применением киновари выделяют значительное количество световой энергии практически без дыма.
Химическая промышленность. Цирконий становится сырьем для металлокерамических покрытий, обладающих высокой износостойкостью и невосприимчивостью к кислотам.
Оптика. Новейшие линзы изготовляют из фианита – материала, состоящего из обработанного по специальной технологии циркония с добавлением редкоземельных металлов.
Военная промышленность. Киноварь применяют как наполнитель для осветительных ракет и трассирующих пуль.

Металл серебряного цвета применяется в медицине, о чем подробно было рассказано выше. А так же при изготовлении эксклюзивной посуды, которая стоит достаточно дорого. Но она обладает прекрасными гигиеническими свойствами. Всемирно известные модельеры создают авторские ткани, обладающие влагоотталкивающим свойством. Оказывается, его обеспечивают соли циркония, входящие в состав эмульсии, которой пропитывают материал. Киноварь применяют при изготовлении некоторых типографских красок и специальных лаков.

Цирконий нашел свое применение и в промышленном масштабном производстве, и в небольших мастерских, в которых мастера создают авторские вещи.

Минералы с содержанием циркония

Минералоги знакомы с полезными ископаемыми, содержащими киноварь:

Бадделеитом (оксидом циркония). Его применяют как добавку во время изготовления огнеупорной керамики. Так же минерал становится материалом для создания искусственных алмазов.
Эвдиалитом (цирконосиликатом). Эта руда подходит для производства редкоземельных металлов и циркония.

В природе пока не обнаружено еще минералов, имеющих в своем составе цирконий. Совсем недавно было установлено, что морская вода так же содержит соединения циркония. Но ученые пока не научились выделять металл из жидкости.

Уход за цирконием

Киноварь требует к себе бережного отношения. На нее могут плохо воздействовать активные и абразивные вещества, содержащиеся в бытовой химии. Поэтому циркониевые изделия моют исключительно в мыльном растворе, а затем держат несколько минут под струей прохладной воды. Предметы не стоит держать под прямыми солнечными лучами. Поэтому их не рекомендуется брать с собой в поездку к морю.

Стоимость за грамм

Австралийский Союз и Южно-Африканская Республика уже давно являются основными поставщиками циркония на мировой рынок. Спрос на металл постоянно увеличивается. А количество поставляемого материала остается примерно на одном уровне. Поэтому его стоимость постоянно увеличивается.

На данный момент цена грамма киновари составляет около 100-200 рублей.

Цирконий знаком человеческому обществу уже столетие, но он до сих пор не открыл людям все свои тайны. Неясно, почему химический элемент получил свое имя, каково полное влияние металла на живой организм. Наверно известны не все серы, в которых можно применять удивительный металл серебряного цвета.

Виды, значение и применение циркония

Цирконий свое название получил от минерала циркона, в составе которого он содержится. Его относят к рассеянным химэлементам, то есть не встречающимся в естественной среде. Как химический элемент был получен шведским химиком Берцелиусом в 1824 году.

Уникальные свойства циркония, удивительное сияние, сравнимое с блеском бриллиантов, поставили этот минерал в один ряд с самыми красивыми самоцветами. Ювелиры всего мира охотно используют его.

Свойства циркония

В чистом виде цирконий в природе не существует, он химически неустойчив. Сейчас его получают промышленным путем из оксидов.

Химические характеристики

Химические свойства циркония имеют много общего с гафнием. Застывший после выплавки металл на воздухе покрывается пленкой, образующейся в результате окисления поверхности циркония, и становится устойчивым к воздействию ряда кислот и щелочей. Правда, нагреваясь, он утрачивает эту устойчивость, и с разной скоростью начинает взаимодействовать с царской водкой (смесью азотной и соляной кислотами), в отдельности с каждым из указанных веществ, с серной, ортофосфорной, щавелевой кислотами. При нагревании выше 250 ⁰С поглощает водород с образованием гидридов, которые проявляют металлические свойства.

При взаимодействии с галогенами образуются галогениды циркония. При температуре более 500 ⁰С получаются оксиды (Zr6O, Zr3O, ZrO2), по этой причине плавление циркония осуществляется в условиях вакуума или в инертном газе аргоне.

Физические свойства циркония

Цирконий — вещество пластичное, допускающее механическую обработку, он легко плавится в безвоздушной атмосфере (в условиях вакуума или при наличии инертных газов).

В следующей таблице показаны физические свойства циркония:

Температура плавления	1855 °С
Температура кипения	около 4350 °С
Теплопроводность	23,86 Вт/(м x К)
Модуль упругости	95–97 ГПа
Температура рекристаллизации	750 °С
Жесткость по Виккерсу	600–1700 МПа
Относительное удлинение при t 20 °С),	0.25
Относительное сжатие (20 °С).	0.45

Минералы с содержанием циркония

По глубине залежей ученые пришли к выводу, что цирконий — почти ровесник Земли. Он образовался 3–4 млрд лет назад, и его соединения распространены в литосфере. Химически неустойчивый металл цирконий под действием определенных условий соединился с другими элементами — силикатами, широко распространенными в структуре земли, или с кислородом, образовав многочисленные устойчивые вещества — соли и оксиды.

Серьги с цирконием

Циркон (ZrSiO4) — это камень, в котором содержатся атомы химического элемента циркония, или циркониевая соль ортокремниевой кислоты. В природе встречаются такие цирконии:

Прозрачные. Ювелиры используют в изготовлении украшений.
Полупрозрачные.
Непрозрачные.

Прозрачность и оттенок камня во многом зависят от примесей, содержащихся в нем. Цирконий — это драгоценный камень, блеском своим напоминающий бриллиант. Некоторые полупрозрачные камни также находят применение в ювелирной отрасли. А в основном они, а также непрозрачные, используются в промышленности в качестве руды.

Бадделеит (ZrO2) — оксид циркония. Применяется в качестве добавки при изготовлении керамики и огнеупорных строительных материалов. Впервые был обнаружен на Шри-Ланке. В России добывается в Мурманской области. Этот сравнительно недорогой минерал служит сырьем для выращивания искусственных алмазов — фианитов. Синтетические алмазы получают двумя способами:

Уплотнение молекул происходит под действием высокого давления и температуры.
Образуются при осаждении кристаллов из пара.

Читать еще: Смолы HIKOTACK, HIKOREZ, SUKOREZ для термоклея (5431 просмотров)

Искусственные алмазы нашли применение преимущественно в производстве режущих инструментов. Сейчас 97 % алмазов, применяемых в приборо- и станкостроении, — фианиты.

Ювелиры тоже проявили интерес к новому материалу, почти не отличающемуся от натуральных алмазов. Они стали применять фианиты в изготовлении относительно недорогих ювелирных украшений.

Эвдиалит (Na4(CaSeFeMn)2ZrSi6O17(OHCl)2) — минерал с более сложной химической структурой, содержащий десяток различных химических элементов. Еще его называют цирконосиликатом. На Кольском полуострове, где он добывается, получил название «лопарская кровь».

Кольцо с цирконием

Применяется в качестве руды для получения циркония или редкоземельных металлов. Ювелиры используют этот минерал в изготовлении кабошонов — шлифованных выпуклых камней, вставляемых в оправу при изготовлении браслетов, брошей, ожерелий, перстней и др.

Лечебные свойства

Малакон, одна из разновидностей циркония, обладает слабой радиационной активностью, помогает при головных болях, нормализует артериальное давление, снимает умственную усталость, дает возможность сосредоточиться, избавляет от костных воспалений. Считается, что малакон — это камень ученых. В природе встречаются камни от темно-коричневого до оливкового цвета. Есть и черный малакон.

Виды циркония

В зависимости от соединений, оказавшихся в кристаллической решетке отдельных минералов, циркон имеет разную окраску и оттенки.

Так, в природе встречаются камни красные, зеленые, коричневые, малиновые, оранжевые и др. Различные цвета придают содержащиеся примеси меди, алюминия, титана, цинка и железа. Почти во всех камнях присутствуют соединения гафния, соседствующего с цирконием в одной химической группе.

Известны следующие разновидности цирконов:

Матарский алмаз. Так называется бесцветный циркон, имеющий радужное бриллиантовое сияние. Это самый дорогой вид.
Золотисто-желтым цветом обладают сиамские цирконы.
Цирконы, прошедшие обработку обжиганием, приобретают небесную голубую окраску и очень нравятся романтичным людям. Их называют старлитами.
Малакон относится к метамиктным минералам. Под воздействием радиационных излучений приобретает несколько аморфное состояние, подобное стеклу. Черный малакон некоторые маги используют в своих ритуалах.

Амулеты и талисманы

Использование амулетов и талисманов восходит к глубокой древности. Издавна было замечено, что изделия из циркония обладают магической и целебной силой.

Можно предположить, что магические и целебные свойства цирконов связаны именно с радиационным излучением. Нельзя исключать того, что с помощью этих камней или магических шаров, изготовленных из разновидностей циркона, маги воздействовали на волю людей. Цирконий — это камень священников и правителей. Великий магистр одного из масонских орденов обязан носить на пальце перстень с цирконом.

Как отличить подделку от настоящего циркона?

Анализ драгоценных камней и металлов осуществляется в геммологическом центре. Наличие сертификата этой организации служит гарантией подлинности ювелирных материалов. Такой документ может быть у ювелиров, закупающих камни для своей работы. Но как понять, что приобретаемое изделие изготовлено из того материала, который назван в сертирификате, и оно соответствует заявленной цене?

Ни для кого не секрет, что некоторые недобросовестные ювелиры нередко фианиты выдают за натуральные алмазы и цирконы, а ограненные цирконы продают как бриллианты. Прозрачные цирконы — большая редкость, и они ненамного дешевле бриллиантов, поэтому их редко выдают за «короля камней». Зато фианит в этом отношении — отличный материал.

Это только на первый взгляд камни абсолютно идентичны. Если присмотреться внимательнее, в цирконе можно заметить вкрапления и пустоты. В отличие от бриллианта и фианита, даже у самого прозрачного циркона блеск камней имеет желтовато-золотистый оттенок за счет этих образований. Именно поэтому в Персии его назвали золотистым. Фианит имеет ровную структуру и ровный блеск. В отличие от него, у циркона небольшая плотность и, соответственно, более легкий вес.

Природные камни, содержащие цирконий, в большинстве своем радиоактивны. Например, зеленые цирконы и черные эвдиалиты нельзя носить на груди и на шее. Сережки из этих камней также могут представлять опасность для здоровья.

У прозрачного и золотистого циркона радиоактивность минимальна, однако прибор ее ощущает и может указать как на отличие от «нулевого» фианита.

Как ухаживать за цирконием?

В отличие от бриллиантов, царапающих даже стекло, циркон — камень мягкий. Поэтому украшения с ним необходимо оберегать от механических повреждений. Желательно их хранить отдельно от других украшений. Цирконы весьма чувствительны к бытовой химии. Мыть их можно только слабо мыльным раствором и протирать мягкими салфетками или фланелевой тканью.

Множество разновидностей циркониев позволят выбрать тот камень, который больше нравится. Только придется оберегать изделия с ним от агрессивной среды и соприкосновений с чем-то твердым.

Цирконий для быстрого заживления ран

Серебристо-серый металл, занимающий 40-е место в таблице Менделеева, в чистом виде в земной коре не встречается. Его получают из рудных концентратов.

С каждым годом цирконий металл все шире используется в различных отраслях – металлургии, энергетике, ядерной энергетике, медицине, ювелирной промышленности, в быту.

Описание и свойства циркония

Металлический цирконий был получен методом «наращивания», при котором он откладывался в чистом виде на вольфрамовой раскаленной нити. Цена металла цирконий, полученного таким способом, оказалось довольно высокой. Был разработан более дешевый промышленный способ – метод Кролля, при котором вначале происходит хлорирование двуокиси циркония, а затем восстановление металлическим магнием.

Полученную в результате циркониевую губку переплавляют в прутки и направляют потребителю. Кроме хлоридного способа, существуют и другие основные промышленные способы добычи циркония – щелочной и фторидный. Оказалось, что металл цирконий свойства имеет очень интересные. Как типичный представитель своей группы металлов он обладает довольно высокой химической активностью, только проявляется она не в открытой форме.

Внешне компактный металлический цирконий очень напоминает сталь. В обычных условиях он имеет очень важное качество – не поддается коррозии. В дополнение к этому прекрасно обрабатывается различными способами – прокаткой, вальцовкой, ковкой. Не видимая глазу окисная пленка на поверхности надежно защищает его от атмосферных газов, водяных паров. Только при повышении температуры до 300° эта пленка постепенно разрушается, и при 700° металл полностью окисляется.

Под воздействием воды цирконий не поддается окислению, как многие металлы, а покрывается нерастворимой пленкой, предохраняющей его от коррозии. Компактный цирконий металл фото отличается высокой жаростойкостью, устойчивостью к воздействию аммиака, кислот, щелочей, хорошо задерживает радиацию. Совсем по-другому проявляют себя на воздухе циркониевые стружка и порошок. Эти вещества даже при комнатной температуре могут легко самовоспламениться и нередко взрываются.

Месторождения и добыча циркония

Крупных размеров интенсивно окрашенные цирконы, особенно зеленые и непрозрачные, могут вызвать повышенный уровень радиации. Такие камни запрещено хранить дома в коллекциях, подвергать огранке, перевозить в больших количествах. Несмотря на то что по распространенности в природе среди металлов цирконий занимает 12-е место, он долгое время был менее популярен по сравнению даже с редкими радиоактивными. Объясняется это тем, что месторождения его крайне рассеяны и не встречается крупных залежей.

Применение циркония

Цирконий металл лечебные свойства

Цирконий металл в ювелирных изделиях благотворно влияет на общее состояние организма человека. Установлено, что ношении циркониевых сережек после прокалывания уха способствует быстрому заживлению ранки и никогда не вызывает ее загнивания.

Цена циркония

Интересные факты

Средневековые ювелиры в королевской Испании использовали при создании украшений в единственном экземпляре (Испания, Запад Европы) так называемые «несовершенные алмазы» (испанский термин, на изображении представитель Испании стоит справа на переговорах с Россией — испанская форма одежды, короткий плащ, облегающие штаны до щиколоток и спрятанные под плащем т.н. испанские «круглые прорезные» штаны, ведутся переговоры о драгоценностях в огранке фасетами Испанской Короны, не ключник) – есть опаснейшие радиоактивные природные цирконы, часто аморфные и с нарушенной кристаллической решеткой, непрозрачные. Время переговоров — 1582 г. (РФ). Внимание !! Сегодня Россия огранила горный хрусталь (XXI в.).

Немногим визуально отличались эти «алмазы» от других драгоценных камней (сильный блеск радиоактивного мутного циркона играет злую шутку с потребителями этих камней) — мягче и может быть мутнее, что не позволяло ограненному камню сиять и переливаться внутри, как алмаз.

Были у этих камней и названия: матарские алмазы – по месту их добычи – местности Матаре (Маттураи) на острове Шри-Ланка. Жаргон или цейлонский жаргон — желтые, соломенно-желтые и дымчатые цирконы. Их также называют сиамскими алмазами.

Старлит или старлайт — циркон с природной или полученной после термохимической обработки небесно-голубой окраской.

Гиацинт — прозрачный медово-желтого, красно-коричневого, красно-бурого, красного, розового цветов циркон. Окраска этого камня напоминает гиацинт — цветок, выращенный, по древнегреческому мифу, Аполлоном из тела (или крови) прекрасного юноши Гиацинта, любимца Аполлона, убитого богом ветра Зефиром.

Что такое цирконий, это камень или металл — простое пояснение путаницы в названиях

Цирконий – это металл, элемент в таблице Менделеева и вещество, из которого делают фианиты. Применяют в медицине, ювелирном деле, промышленности. Его часто путают с цирконом из-за созвучности названий, но это совершенно разные материалы.

Что такое цирконий

Цирконием называют элемент zirconium (Zr). В таблице Менделеева указан его атомный вес 91,22 и номер 40. Входит в состав продуктов питания, камней, руд.

Соединение циркония с кислородом – это металл серебристо-серого цвета. Напоминает нержавеющую сталь, белое золото. До очистки нередко содержит радиоактивные примеси. После удаления должен соответствовать ГОСТу 21907-76. Он непрозрачный, ковкий, вязкий, устойчив к коррозии, не намагничивается, но притягивается сильным полем.

Цирконий в украшениях используется в виде металлических вставок и оправ, для изготовления сережек.

Его также применяют для синтеза фианитов. Это прозрачные камни с бриллиантовой чистотой и сиянием. Темно-серые, графитовые или черные искусственные самоцветы называют черным цирконием.

Читать еще: График термической обработки Свойства стали 40 х

Фианиты также бывают:

желтыми;
оранжевыми;
голубыми;
красными;
синими;
зелеными;
розовыми;
пурпурными;
золотистыми с коричневым оттенком.

Циркон отличается от металла тем, что это природный драгоценный камень группы силикатов. В его составе есть элемент Zr, отчего минерал используется для извлечения циркония. По окрасу бывает бесцветным (матарский алмаз), золотистым (сиамский), голубым (старлит) и бурым (малакон).

В дополнение смотрите видеообзор в продолжение описания металла:

История происхождения циркония

Похожие на название циркония натуральные самоцветы цирконы используются давно. Их называли несовершенными алмазами, а темно-красные – гиацинтами. По легенде, это отвердевшие капли крови Гиацинта, убитого богом Зефиром. В русской сказке аленьким цветочком назван цветок, выточенный из бордового циркона.

В Средневековье их называли самоцветами-убийцами. Было подмечено: владелец начинал болеть при носке темно окрашенных крупных камней, затем умирал. Это случалось из-за использования радиоактивных минералов. Такие цирконы и сейчас нельзя применять.

История синтеза циркониевого металла:

1789 г. – М. Клапрот впервые выделил окисел циркона из порошка минерала;
1824 г. – Й. Берцелиус образовал свободный цирконий;
1925 г. – А. Аркель очистил элемент от радиоактивных примесей.

Исследователи причисляют диоксид циркония к металлу с усовершенствованными свойствами. Он подходит для изготовления пластин для костей, коронок, других медицинских конструкций. Изделия безопасны, не противопоказаны для прохождения МРТ.

Смотрите видео о циркониевом металле:

Свойства и применение циркония

Циркониевые сплавы используются в химическом, машиностроительном и других производствах, в медицине. Порошок применяют для пиротехники, снарядов. Соединение с сульфатом используют для дубления кожи.

В ювелирном деле из циркониевого сплава или окиси делают оправы, вставки и самоцветы. Но это – не драгоценные камни или металл, а их имитация.

Физико-химические свойства

Чистый металл тверже стали, гибкий. Выдерживает давление в 65 кгс на 1 мм2. Чем больше газовых примесей, тем ниже прочность.

Формула записывается как ZrO2 (диоксид циркония). Он выдерживает до 750 °С, затем начинает рекристаллизовываться. Плавиться будет при + 1855 °С, а кипеть – при температуре более 4000 °С.

При естественной температуре циркониевый металл устойчив к коррозии:

водой;
хлором;
солью;
содой;
нашатырем.

У металла структура решетки похожа на шестиугольник с равными сторонами (гексагональная). Радиус атома равен 160 пикометра (10-12 м). В центре есть ядро с 51 нейтроном и 40 протонами. Вокруг него расположены пять орбит с 40 электронами.

У фианитов строение решетки напоминает равносторонний куб. Окрас зависит от примесей. Желтую и красную гамму дает соединение с церием. Благодаря титану получается золотистый самородок. В розовый окрашивает эрбий, а в пурпурный – неодим. Добавление хрома дает зеленый колер.

Лечебные свойства циркония

В медицине используют только циркониевые сплавы:

в стоматологии – штифты, коронки, импланты зуба;
в реконструктивной хирургии – стержни, фиксаторы, пластины, другие изделия для скрепления костей;
в хирургии – эндоскопические или обычные хирургические инструменты.

Циркониевые изделия биологически совместимы с тканями, не отторгаются, не окисляются, не вызывают нагноения или аллергии. Они ускоряют регенерацию поврежденных структур.

Циркониевые сережки рекомендуют носить после прокола ушей. Они быстрее заживут, не будут гноиться.

Подмечено, что браслет или пояс с металлическими вставками ускоряет выздоровление у пациентов с патологиями опорно-двигательного аппарата. Около 10 % людей отзываются об улучшении кожи при псориазе или других дерматологических болезнях.

Украшения из циркония

Для изготовления бижутерии используют диоксид циркония и кубический цирконий. Первый – это серебристо-стальной металл, а второй – синтезированный камень фианит. С ними делают кольца или перстни, кулоны, ожерелья, браслеты, серьги, колье, броши и диадемы.

Бывают циркониевые украшения:

без покрытия;
окрашенные;
анодированные;
цельные литые;
модели с элементами, скрепленными кожей, металлом, нитями;
изделия с фианитами;
изделия с поделочными самоцветами.

Украшения с цирконием носят с повседневной одеждой и вечерними нарядами. Дизайн подбирают под стиль образа. Изделия не подходят только к спортивной одежде.

Хранят украшения в отдельных тканевых мешочках. Циркониевые элементы чистят тканью в мыльной воде, промывают под краном, вытирают салфеткой. После сушки до блеска полируют фланелью.

Циркониевый сплав — Zirconium alloy

Циркониевые сплавы являются твердыми растворами из циркония или других металлов , общий делитель , имеющий товарный знак циркалоя . Цирконий имеет очень низкое поглощение поперечное сечение из тепловых нейтронов , высокой твердости, пластичности и коррозионной стойкости . Одним из основных применений циркониевых сплавов в ядерной технологии , в качестве облицовки из топливных стержней в ядерных реакторах , особенно водные реакторы . Типичный состав циркониевых сплавов ядерной чистоты состоит из более 95 мас.% Циркония и менее 2% олова , ниобия , железа , хрома , никеля и других металлов, которые добавляются для улучшения механических свойств и коррозионной стойкости.

Водяное охлаждение циркониевых сплавов в реакторах повышает требования к их устойчивости к узловой коррозии, связанной с окислением . Кроме того, окислительная реакция циркония с водой высвобождает водород , который частично диффундирует в сплав и образует гидриды циркония . Гидриды менее плотные и механически слабее сплава; их образование приводит к вздутию и растрескиванию оболочки — явлению, известному как водородное охрупчивание .

Содержание

1 Продукция и свойства
2 Микроструктура
3 Развитие
4 Окисление циркониевого сплава
5 Окисление циркония паром
6 Образование гидридов и водородная хрупкость
7 приложений
8 ссылки
9 Внешние ссылки

Продукция и свойства

Коммерческий цирконий неядерного качества обычно содержит 1–5% гафния , поперечное сечение поглощения нейтронов которого в 600 раз больше, чем у циркония. Следовательно, для использования в реакторах гафний должен быть почти полностью удален (уменьшен до * ZIRLO означает ZIR Conium л вл O xidation.

Микроструктура

При температурах ниже 1100 К сплавы циркония относятся к семейству гексагональных кристаллов (ГКП). Его микроструктура, выявленная химическим воздействием, показывает игольчатые зерна, типичные для узора Видманштеттена . При отжиге ниже температуры фазового перехода (от α-Zr до β-Zr) зерна равноосны с размерами от 3 до 5 мкм.

Развитие

Циркалой 1 был разработан в качестве замены существующих трубных пучков в подводных реакторах в 1950-х годах благодаря сочетанию прочности, низкого нейтронного сечения и коррозионной стойкости. Циркалой-2 был случайно разработан путем плавления циркалоя-1 в тигле, ранее использовавшемся для нержавеющей стали. Более новые сплавы не содержат никель, в том числе Циркалой-4, ЦИРЛО и М5.

Окисление циркониевого сплава

Сплавы циркония легко вступают в реакцию с кислородом , образуя пассивирующий слой толщиной до нанометра . Коррозионная стойкость сплавов может значительно ухудшиться при наличии некоторых примесей (например, более 40 частей на миллион углерода или более 300 частей на миллион азота ). Коррозионная стойкость циркониевых сплавов повышается за счет преднамеренного нанесения более толстого пассивирующего слоя черного блестящего оксида циркония . Также можно использовать нитридные покрытия.

Несмотря на то, что нет единого мнения о том, имеют ли цирконий и сплав циркония одинаковую скорость окисления, циркалоиды 2 и 4 ведут себя в этом отношении очень похоже. Окисление происходит с одинаковой скоростью на воздухе или в воде и протекает в условиях окружающей среды или в высоком вакууме. Тонкий субмикрометровый слой диоксида циркония быстро образуется на поверхности и останавливает дальнейшую диффузию кислорода в объем и последующее окисление. Зависимость скорости окисления R от температуры и давления может быть выражена как

R = 13,9 · P 1/6 · exp (-1,47 / k _B T)

Скорость окисления R здесь выражена в граммах / (см 2 · секунда); P — атмосферное давление , то есть коэффициент P 1/6 = 1 при атмосферном давлении; энергия активации составляет 1,47 эВ ; k _B — постоянная Больцмана (8,617 × 10 — 5 эВ / K), а T — абсолютная температура в градусах Кельвина .

Таким образом, скорость окисления R составляет 10 -20 г на 1 м 2 площади в секунду при 0 ° С, 6 × 10 — 8 г -2 с -1 при температуре 300 ° С, 5,4 мг · м -2 с -1 при температуре 700 ° C и 300 мг м -2 с -1 при 1000 ° C. Поскольку четкого порога окисления нет, оно становится заметным в макроскопических масштабах при температурах в несколько сотен ° C.

Окисление циркония паром

Одним из недостатков металлического циркония является то, что в случае аварии с потерей теплоносителя в ядерном реакторе циркониевая оболочка быстро реагирует с водяным паром при высокой температуре. Окисление циркония водой сопровождается выделением газообразного водорода . Это окисление ускоряется при высоких температурах, например, внутри активной зоны реактора, если тепловыделяющие сборки больше не полностью покрыты жидкой водой и недостаточно охлаждаются. Металлический цирконий затем окисляют с помощью протонов с водой с образованием водорода газа в соответствии со следующей окислительно — восстановительной реакции:

Циркониевая оболочка в присутствии оксида дейтерия D ₂ O, часто используемого в качестве замедлителя и теплоносителя в реакторах с тяжелой водой под давлением следующего поколения, которые используются в ядерных реакторах CANDU, будет выражать такое же окисление при воздействии пара оксида дейтерия следующим образом:

Эта экзотермическая реакция, хотя и происходит только при высокой температуре, похожа на реакцию щелочных металлов (таких как натрий или калий ) с водой. Это также очень похоже на анаэробное окисление железа водой (реакция, использованная Антуаном Лавуазье при высокой температуре для получения водорода для своих экспериментов).

Эта реакция стала причиной небольшого взрыва водорода, который впервые наблюдался в здании реактора АЭС Три-Майл-Айленд в 1979 году, который не повредил здание защитной оболочки. Эта же реакция произошла в реакторах с кипящей водой 1, 2 и 3 АЭС Фукусима-дайити (Япония) после того, как охлаждение реактора было прервано землетрясением и цунами во время катастрофы 11 марта 2011 года, приведшей к ядерной катастрофе Фукусима-дайити. . Газообразный водород был выпущен в залы технического обслуживания реактора, и образовавшаяся взрывоопасная смесь водорода с кислородом воздуха взорвалась. Взрывы серьезно повредили внешние здания и по крайней мере одно здание защитной оболочки. Реакция произошла и во время Чернобыльской аварии , когда пар из реактора начал уходить. Во многих зданиях защитной оболочки реакторов с водяным охлаждением установлены рекомбинаторные блоки на основе катализаторов, предназначенные для быстрого преобразования водорода и кислорода в воду при комнатной температуре до достижения предела взрываемости.

Образование гидридов и водородная хрупкость

Кроме того, 5–20% водорода диффундирует в оболочку сплава циркония с образованием гидридов циркония . Процесс производства водорода также механически ослабляет оболочку стержней, поскольку гидриды имеют более низкую пластичность и плотность, чем цирконий или его сплавы, и, таким образом, при накоплении водорода образуются пузыри и трещины . Этот процесс также известен как водородное охрупчивание . Сообщалось, что концентрация водорода в гидридах также зависит от места зародышеобразования осадков.

В случае аварии с потерей теплоносителя ( LOCA ) в поврежденном ядерном реакторе водородная хрупкость ускоряет разрушение оболочки из циркониевого сплава твэлов, подвергающихся воздействию высокотемпературного пара.

Приложения

Циркониевые сплавы устойчивы к коррозии и биосовместимы , поэтому их можно использовать для имплантатов тела . В одном конкретном случае из сплава Zr-2,5Nb формуют имплантат колена или бедра, а затем окисляют с получением твердой керамической поверхности для использования в качестве опоры для полиэтиленового компонента. Этот материал из оксидированного циркониевого сплава обеспечивает полезные поверхностные свойства керамики (пониженное трение и повышенное сопротивление истиранию), сохраняя полезные объемные свойства основного металла (технологичность, вязкость разрушения и пластичность), обеспечивая хорошее решение для этих медицинских имплантатов. Приложения.

Снижение спроса на цирконий в России из-за ядерной демилитаризации после окончания холодной войны привело к появлению экзотических бытовых изделий из циркония, таких как рюмка для водки, показанная на рисунке.

0 0 голоса

Рейтинг статьи