Zirconiu: aliaje bazate pe acesta. Proprietăți, aplicație

Rare, dar foarte important în multe industrii, metal - zirconiu - a fost izolat pentru prima dată numai în 1824. Cu toate acestea, acesta conține încă un anumit procent din alte elemente. Numai în secolul al XX-lea a fost posibil să se obțină pură, fără amestecuri diferite de zirconiu. Aliajele bazate pe acesta sunt utilizate cu succes pentru fabricarea materialelor refractare, a abrazivelor, a vopselelor ceramice, a hârtiei abrazive, a produselor textile, a deodorantelor și a pietrelor artificiale. Desigur, nu putem uita de importanța deosebită a acestui metal în medicină. Vom afla mai multe despre asta.

Dezvoltarea metalurgiei

Zirconiul este componenta principală a aliajelor pentru energie nucleară. Dar pentru aceasta este necesar ca aceasta să fie cât se poate de pură din diferite impurități. Faptul este că în minereurile de zirconiu nu există numai un element de pământ rar precum hafniul, ci și azot, carbon și oxigen. Și astfel de impurități ale nemetalilor sunt destul de periculoase și pot fi incluse în compoziția materialelor structurale pentru reactoarele nucleare în cantități de cel mult un milion de procente. Prin urmare, producția de zirconiu pur și aliajele sale este un proces mult consumator de timp. Mai întâi, concentratul este deschis, apoi este îmbogățit, impuritățile nedorite și hafniul sunt separate.

Zirconiul pur arată ca un metal tipic. În aspect, este foarte similar cu oțel, dar este mai durabil și plastic. Desigur, în aliaje bazate pe acesta, caracteristicile sale pot varia considerabil în funcție de numărul de alte elemente. De exemplu, oxigenul (mai mult de 0,6%) va face zirconiul mai fragil. Dar există și un dezavantaj al monedei: dioxidul acestui metal (ZrO₂) are un punct de topire de 2680 ° C.

Materialul structural de bază

Așa cum sa spus înainte, cea mai răspândită zonă în care se utilizează zirconiu și aliajele sale este industria nucleară. Principalul lor avantaj este că acestea au o mică secțiune transversală de captare a neutronilor termici (numai 0,18 bar), bune proprietăți de coroziune și un punct de topire ridicat. Astfel, TVEL este principalul element structural de combustibil al miezului reactorului nuclear, în care este amplasat combustibil nuclear. În ea se produce fisiunea nucleelor ​​grele, ceea ce înseamnă că TVEL ar trebui să fie făcut din cel mai durabil și refractar metal și nu ar trebui să schimbe caracterul de absorbție a neutronilor în reactor.

Astfel, aliajele de zirconiu sunt folosite pentru a-și construi cochilia. Cerințele pentru ele sunt destul de stricte. De exemplu, elemente de aliere nu ar trebui să înrăutățească caracteristicile sale. În special, aceasta se aplică unei secțiuni transversale mici pentru captarea neutronilor termici. Zirconiul este aliat pentru a suprima efectul nociv al azotului și a îmbunătăți proprietățile sale corozive. Multe elemente ale sistemului periodic Mendeleyev nu sunt adecvate, deoarece reduc anumite caracteristici.

Cel mai faimos aliaj folosit pentru a face TVEL este un circ. Elementul principal de aliere este staniu, iar cele auxiliare sunt fier, crom și nichel. În Rusia, cel mai adesea pentru alierea zirconiului niobiu. De asemenea, are o secțiune mică de captare a neutronilor termici, reduce absorbția hidrogenului și formează numai soluții solide. Și acest lucru, la rândul său, oferă aliajelor o plasticitate ridicată.

Doping cu zirconiu

Rezistența ridicată la coroziune a acestui metal explică de ce este adesea folosit ca element de aliere în metalurgia feroasă și neferoasă. În plus, este insolubil în acizi clorhidric și azotic și alcalini. Deci, aliajele multicomponente de zirconiu cu magneziu sunt foarte populare. În plus, alierea cu acest metal mărește rezistența la acțiunea acizilor de titan. Aliaje de zirconiu cu cupru au rezistență ridicată și conductivitate electrică. Destul de des este folosit ca aditiv în producția de diferite tipuri de oțel. Acest lucru vă permite să eliminați din ele sulf, azot și oxigen.

Industria medicală

Având în vedere zirconiul și aliajele sale, este imposibil să nu mai menționăm o altă zonă a utilizării lor. În industria medicală, ei ocupă departe de ultimul loc. Până de curând, aliajele de oțel și titan au fost folosite pentru a face implanturi și elemente de reținere. Cu toate acestea, în unele cazuri, organismul a respins aceste metale, pe fondul cărora a existat o reacție alergică. Medicamentul modern utilizează zirconiu și aliaje de titan pentru a face capse, plăci, implanturi, proteze și mecanisme pentru fixarea acestora.

Deoarece acest metal și compușii săi nu irită oasele și țesuturile moi înconjurătoare, acesta este folosit cu succes pentru a face bijuterii. De exemplu, cerceii din zirconiu nu provoacă o reacție alergică și nu vindecă rănile de pe lobul urechilor, nici mai rău decât aurul.

Consumul de energie

Aliajul de aluminiu și zirconiu are multe caracteristici pozitive și, prin urmare, este utilizat cu succes în industria energetică. Faptul este că firele de oțel și de cupru cântăresc foarte mult, și adesea suporturile vechi nu rezistă unei astfel de încărcături. În 1960, în Japonia, un grup de oameni de știință a produs o serie de aliaje de aluminiu și zirconiu. Ei au stabilit că un astfel de material poate fi folosit mult timp la temperaturi ridicate (150-230 ° C) și, în același timp, va fi suficient de ușor. Acest lucru face posibilă utilizarea acestuia pentru fabricarea firelor de temperatură înaltă. Acest lucru sporește fiabilitatea și eficiența rețelelor electrice.

Alte aplicații ale compușilor și aliajelor pe bază de zirconiu

În multe antiperspirante din compoziție se poate găsi o componentă precum aluminiu zirconiu tetraclorhidrex. Este un compus chimic care absoarbe transpirația și mirosul neplăcut. Oamenii de știință au descoperit că nu este absorbit în piele și, prin urmare, nu poate aduce vătămări grave sănătății. În ciuda acestui fapt, este interzisă în UE și SUA aluminiu-zirconiu-tetraclorhidrexglicina.

Oxid de zirconiu este utilizat pentru producerea electrocorundului. Se obține prin topirea în cuptoare electrice înclinate. Zincconium electrocorundum este suficient de puternic și permite materialelor de prelucrare cu o presiune ridicată. Cel mai adesea se utilizează pentru măcinare și măcinare.

În general, trebuie remarcat faptul că zirconiul și aliajele sale au un punct de topire ridicat, rezistența la atac chimic, coeficientul scăzut de expansiune termică. Din acest motiv, acesta este utilizat în mod activ într-o mare varietate de domenii.