Цирконий что это такое

Цирконий – что это такое и какие у него свойства

Каждая женщина любит носить украшения с камнями, которые делают ее привлекательной – с ними дама приобретает новые черты. Такие ювелирные украшения 100-500 тысяч, а порой и миллионов рублей, поэтому, позволить их себе может далеко не каждый человек. По этой причине широкое распространение приобрели синтетические заменители камней, одним из которых является цирконий. С ним украшение будет выглядеть изысканно, но по сравнению с оригиналом стоимость изделия уменьшится в разы.

Общие сведения о цирконии

Этот элемент относится к побочной подгруппе 4-й группы 5-го периода периодической системы Д. И. Менделеева – атомный номер 40. Цирконий (Zirconium) в обычном виде – блестящий металл, который отличается серебристо-серым цветом, пластичен и устойчив к коррозии. Соединения этого вещества широко распространены в литосфере. В природе известны соединения циркония исключительно с кислородом в виде силикатов, окислов.

Невзирая на то, что цирконий – это рассеянный элемент, известно до 40 минеров, в которых это вещество присутствует в виде солей, окислов. Это универсальный драгоценный камень, но это мнение ошибочно. Хотя, по внешним признакам он схож даже с алмазом. Несколько фактов об этом веществе:

Кубический цирконий, что это за камень

• Zirconium изготавливают только в лабораторных условиях, а как основной компонент используется минерал циркон.
• Хоть цирконий является прозрачным камнем, но за счет применения дополнительных примесей получаются разнообразные оттенки.
• Его применяют в ювелирных украшениях как замену минералам и драгоценностям, благодаря чему цена на конечное изделие становится существенно меньше.

Многие люди путают и считают, что кубический цирконий, циркон, цирконий являются одним и тем же веществом. На деле они все разные, просто по составу схожи друг с другом:

• Цирконий – это металл, который по внешнему виду схож со сталью.
• Кубический цирконий является искусственным блестящим кристаллом. По внешним характеристикам он схож с бриллиантом. Для производства используется оксид циркония – процесс осуществляется под воздействием температуры свыше 2,5 тысяч градусов.
• Циркон (zircon) представляет собой камень, который схож с золотом. Имеет природное происхождение, выглядит дорогостоящим.

История камня цирконий

По своей привлекательности этот камень не уступает многим драгоценным аналогам. Используется он с давних времен. Во времена доминирования Древней Персии все типы камней были почти обесценены за исключением прозрачных и тех, что имели характерный для алмаза блеск. В странах Азии камень стал талисманом для местных жителей и приезжих русских купцов, которые увозили изделия из циркония (особенно бусы) к себе домой, чтобы пополнить приданное дочерей.

В Европе этому материалу не придавали особого значения до XIX-го века. Только мошенники и аферисты тех времен продавали ограненные прозрачные изделия из циркония под видом алмазов великосветским дамам, которые не разбирались в ювелирных украшениях. Кроме того, его путали с сапфиром, турмалином и топазом за обильную цветовую палитру, а бесцветные камни и вовсе стали называться «цейлонскими алмазами» — они стоили дешевле и считались второсортными.

В промышленной области этот тип камня стали использовать лишь с 30-х годов прошлого столетия – широкое применение было существенно ограничено высокой себестоимостью. На сегодня циркон и его различные соединения и сплавы применяются в строительстве, металлургии, медицине и даже ядерной энергетике. Из этого минерала изготавливают костные и зубные протезы, хирургические инструменты.

В прошлом столетии советским ученым, пытавшимся вырастить искусственный алмаз, удалось вырастить искусственный цирконий – его назвали «цирконом» или «фианитом». После сделанного открытия стоимость камня существенно снизилась, т.к. искусственное синтезирование всегда наносит серьезный урон по любой драгоценности. Zirconium по своим характеристикам не уступает многим драгоценным камням, но уже несколько десятилетий занимает нишу в средней ценовой категории.

Разновидности камня

Циркон справедливо считается одним из старейших драгоценных минералов Земли, т.к. ученые установили, что возраст этого элемента достигает 3-4 млрд лет. В настоящее время выделяется несколько видов циркония. Основным критерием такого разделения является разнообразие расцветок камня. Выделяют следующие разновидности:

• Старлит. Прозрачный камень, получается при помощи обжигания – имеет синеватый или голубой оттенок.
• Малакон. Отличается темно-коричневым окрасом, содержит небольшую дозу радиации.
• Гиацинт. Прозрачный минерал, для которого характерен коричневый, оранжевый, красный цвет.
• Матарский алмаз. Прозрачный, бесцветный, добывается из недр острова Матара – отсюда и название этой разновидности.
• Жаргон. Минерал, для которого характерен соломенный, желтый или слегка золотистый окрас.

Кроме того, цирконий бывает представлен в виде металла или порошка – сфера их применения нередко различается. Например, первый применяется для изготовления украшений, а второй – в медицинской, производственной области. Подробнее об этих разновидностях:

• Твердый металл. Имеет блестящий серебристо-серый оттенок, имеет высокую степень пластичности.
• Порошок. Характерной особенность является наличие мелких гранул. Имеет темно-синий оттенок.

При нагреве Zirconium способен изменять цвет, благодаря чему ювелирам удается придать готовым изделиям разнообразные оттенки. Данный минерал бывает:

• белым (прозрачным, самый распространенный);
• синим;
• голубым;
• черным (крайне редкий);
• оливковым;
• зеленым;
• розовым;
• красным;
• желтым (имеет самый выраженный радиоактивный фон);
• коричневым (слабовыраженная радиация);
• оранжевым;
• фиолетовым.

Физические и химические свойства циркония

В структуре минерала часто имеются примеси других элементов, к примеру, железа, меди, кальция, титана, цинка и др. Чаще циркон преобразуется в кристаллы пирамидальной или призматической формы. В минерале нередко присутствует уран, из-за чего попадаются экземпляры с высоким радиационным фоном. По твердости он уступает конкурентам своей группы – он непрочен на удары, разрыв. При небрежном хранении от камня будут отлетать сколы, что испортит изначальный эстетический вид. Физические и химические свойства:

• При интенсивном нагреве меняет цвет, благодаря чему конечное изделие может иметь темно-коричневый, ярко-бирюзовый и другие оттенки. Со временем, полученные путем термического воздействия оттенки тускнеют и исчезают окончательно.
• Не поддается холодной обработке под давлением.
• Мгновенно начинает окисляться при температуре 200-400℃.
• Большая химическая стойкость. Не растворяется в кислотах, щелочах, не подвергается коррозии. При попадании в человеческий организм не взаимодействует с органами, тканями.
• От минерала образуется пыль, которая становится угрозой для жизни человека. Связано это с тем, что она легко воспламеняется даже от взаимодействия с воздухом.
• Плавится при температуре 1825℃, а закипает – от 3500℃ и выше.
• При нормальных условиях хранения, когда температуре составляет около 20℃, плотность материала равна 6,45 г/см3.

Способы получения циркония

Камень с металлическим блеском и многообразием оттенков получают опытным путем в специализированных лабораториях. В основу его входит циркон, основные залежи которого находятся на территории Австралии, Бразилии, Вьетнама, Таиланда, Шри-Ланки и некоторых других стран мира. Синтетический камень получают одним из следующих способов:

• Сплавление с содой или натром. Процесс осуществляется при температуре от 500 до 600℃.
• Хлорирование углем. Выполняется при показателе температуры в 900-1000℃.
• Сплавление с калием. Осуществляется при 900℃.
• Спекание с известью или карбонатом кальция. Осуществляется при 1100-1200℃.

Лечебные свойства циркония

Компании, специализирующиеся на изготовлении браслетов, стали добавлять в свои изделия частички элемента Zirconium для того, чтобы придать своим товарам лечебные качества с целью увеличения их продаж. Браслеты якобы снижают артериальное давление. Считается, что камень может придавать силу и бодрость на протяжении дня и обеспечить крепкий и здоровый сон ночью. Он не изменяет своих свойств при воздействии с кислотами, поэтому часто используется при изготовлении медицинских инструментов, оборудования. Подробнее о лечебных свойствах:

• ускоряет заживление ран;
• препятствует образованию гноя;
• неплохой антисептик;
• имеет противомикробное свойство, за счет которого предотвращается проникновение в организм разных инфекций;
• препятствует проникновению радиационного излучения;
• помогает облегчить приступы аллергии.

Многие разновидности камня, по словам специалистов из области литотерапии, положительным образом влияют на работу щитовидной железы и эндокринной системы. При этом разным цветам приписывают разные свойства:

• Черный. Помогает побороть последствия переохлаждения, простуду.
• Желтый и красный. Повышают аппетит, выработку лейкоцитов.
• Коричневый. Способен избавить от накопившихся шлагов.
• Голубой и синий. Помогают убрать лишние килограммы, улучшить работу пищевого тракта, привести в норму стул и аппетит. Эти же свойства приписываются прозрачным минералам.

Где применяется цирконий

Основная область применения минерала – это ювелирное дело. Изделия, которые украшены им, отличаются эстетичным и привлекательным видом, ведь по красоте он не уступает алмазу. Особенной востребованностью пользуются серьги и ожерелья с кубическим цирконием. Кроме того, этот камень нередко применяется в качестве муляжа на ювелирных прилавках. Другие области применения:

• На основе названного элемента изготавливают разного рода сплавы. Их применяют в некоторых отраслях производства, например, при изготовлении конструкционных материалов, ядерных реакторов, частей летательных аппаратов и других деталей.
• Zirconium содержится в сверхпроводящих магнитах, нередко он используется для окисления сплавов.
• Порошок этого вещества применяется для производства пиротехники.
• Участвует в качестве одного из элементов состава огнеупорных покрытий для массивной и сложной техники. Применение Zirconium в таком случае оправдывает вложенные средства, благодаря чему это вещество становится все более популярным в области промышленности – в ювелирном деле его теснит фианит.
• Еще одной областью использования является оптика, необходимая в агрессивной среди и при высоких температурных показателях. К примеру, это отправление космического аппарата на другие объекты, где скачки температуры составляют более 100 градусов на солнце и в течение, чего стекло долго не выдержит.

Цирконий в ювелирных изделиях

Важной для ювелиров особенностью циркония является его более низкая по сравнению с алмазом твердость – 7,5 единиц по шкале Мосса. При огранке минерала, вставка его в изделие производится аккуратно, т.к. неосторожное обращение приведет к появлению сколов и царапин на поверхности. По этой причине изделия с этим камнем требуют бережного отношения и при носке. Соответствующая огранка позволяет сделать этот минерал ничем не хуже баснословно дорогих бриллиантов.

Циркониевая группа камне встречается практически во всех современных ювелирных изделиях. Эти самоцветы часто обрамляют в перстнях и кольцах. Они блистают в диадеме, серьгах, кольев, свадебных ансамблях. Нередко их используют для украшения подвесок, кулонов. Львиная доля золотых украшений с циркониевыми самоцветами производится в Шри-Ланке, недалеко от одного из мест наибольшей концентрации минерала. Покупая изделие с цирконием, важно отличать подлинный камень, который обладает следующими качествами:

• многогранное преломление света;
• наличие блеска схожего с металлическим или алмазным;
• при внимательном рассмотрении (лучше с лупой) в самоцвете будут видны вкрапления;
• фианит, который обходится дешевле, тяжелее циркония того же размера.

Магические свойства циркония

Широкое распространение приобрели амулеты, кулоны, талисманы и прочие украшения из камня Zirconium. Издавна он считался наделенным способностью приносить богатство и успех своему владельцу. В древние времена минерал был достоянием мудрецов, считалось, что он приносил им знание будущего, дар прозорливости и возможность проникать в мысли и внутренний мир других людей. Носимый как амулет циркон служил защитой от лжецов и недобрых людей, развивал наблюдательность и память.

Минерал Zirconium имеет множество магических свойств. В Древней Индии считалось, что он способен управлять солнцем и луной. Этот камень широко применяется в разных областях промышленного производства, к тому же, он считается идеальным талисманом для бизнесменов, работников умственного труда, путешественников. Он может служить даже защитным амулетом для влюбленных, укрепляя душевную и эмоциональную связь между людьми. Амулет из гиацинта поможет путешественникам и военным сохранить свое здоровье, жизнь.

Цирконий в астрологии

Всевозможные кулоны, украшения, талисманы с циркониевыми самоцветами подходят многим знакам зодиака. Он идеален для Овнов, Козерогов, Водолеев, а вот для Тельцов, Весов, Стрельцов, Раков он не подходит, подробнее:

• Особенно камень с металлическим блеском подходит водолеям. Он поможет развить им интуицию, эстетический вкус, способность к анализу. Водолеи могут носить украшения из разных видов минерала, но идеально подойдут желтые, золотые или голубые самоцветы.
• Овнам циркониевый минерал тоже поможет раскрыть свои магические свойства. Она поможет развить им внимательность, осторожность. Людям со знаком Овен рекомендуется носить кольца из самоцветов золотистого или красного оттенка.
• Козерогам лучше отдать предпочтение камешкам голубого цвета. Кольца с таким минералом лучше носить на левой руке – так магическая связь с человеком со знаком зодиака Козерог будет максимальной.
• Циркониевые самоцветы не рекомендуются Стрельцам, Тельцам и Весам только потому, что эти знаки зодиака часто эгоистичны. Не подходят они и Рыбам с Раками, которым склонно концентрироваться на себе.

Видео

Нашли в тексте ошибку? Выделите её, нажмите Ctrl + Enter и мы всё исправим!

Источник

Циркон

Яркий полудрагоценный камень, название которого так часто вводит в заблуждение. Камень успеха, помогающий достигать поставленных целей.

Минерал — это однородное по строению и составу вещество, входящее в состав горной породы, метеорита или руды, образованное в земной коре либо ее водной оболочке в результате естественных физико-химических процессов.

Ювелирные камни (как драгоценные, так и полудрагоценные) являются красивыми и редкими разновидностями того или иного минерала.

Представляет собой отношение массы вещества к занимаемому им объему. При сравнении двух объектов с одинаковым объемом тяжелее будет тот, чья плотность выше.

Относительная шкала твердости минералов, в которой 1 по Моосу соотносится с наименьшей твердостью, а 10 — с наибольшей.

Эталоном наибольшей твердости является алмаз, имеющий 10 единиц по Шкале Мооса.

История циркона

Zargun на персидском означает «золотистый». Именно от этого слова произошло название камня. Уникальные преломляющие свойства циркона можно сравнить лишь с бриллиантом. Недаром на Востоке циркон называют его младшим братом.

Основные виды циркона

Циркон имеет несколько наиболее известных разновидностей.

Гиацинт

Имеет цвет от бледно розового до ярко-красного и коричневого.

Жаргон или яргон

Циркон желтого цвета.

Старлит

Ярко-голубой циркон, получивший свой цвет после прокаливания.

Циркон часто путают с цирконием, однако это принципиально разные вещи. Циркон — это природный драгоценный камень, цирконий — металл серебристого цвета. Кубик циркония или кубический цирконий — этот хорошо знакомый всем фианит, а подобное название связано с химическим составом этого камня: кубический диоксид циркония. Называть же фианиты цирконами неправильно, так как фианиты —искусственные камни.

Физические и химические свойства циркона

Химическая формула циркона ZrSiO4. Камень хрупкий, легко повреждаемый кварцем.

Циркон содержит множество примесей, чем обуславливается разнообразная расцветка камня. В природе встречается белый, серый, розовый, красный, бордовый, желтый коричневый почти черный и зеленые камни. В качестве примесей присутствуют оксиды железа, кальция, алюминия, реже гафния.

Прозрачные камни с красным оттенком называют гиацинтами и используют в ювелирном деле. При нагревании циркон-гиацинт становится ярко-голубым. В результате термической обработки также можно получить желтые или бесцветные камни.

Камень обычно небольших размеров. Блеск от смолистого и матового до стеклянного.

Месторождения циркона

Месторождения циркона в основном находятся в Тайланде, на острове Шри-Ланка, во Вьетнаме и на Мадагаскаре. Гиацинты также добывают в США, Бразилии, Канаде, Норвегии и в Австралии.

Известны месторождения циркона и в России, в частности, на Урале, в Якутии, на Кольском полуострове.

Область применения циркона

На сегодняшний день камень используют для изготовления огнестойких и огнеупорных материалов. Кроме того, из него извлекают гафний и уран.

Цирконы высокого качества используются в ювелирной промышленности. Минус заключается в невысокой плотности минерала, поэтому его легко повредить. К сожалению, в современных реалиях природный циркон оказался практически полностью вытеснен с рынка ювелирных изделий и заменен искусственными фианитами. В старинных изделиях циркон встречается гораздо чаще.

Как отличить натуральный циркон от подделки

Есть несколько способов, которые помогут отличить настоящий камень.

• Чтобы отличить природный циркон от фианита, следует помнить об особенностях камня. Прозрачные экземпляры сами по себе являются большой редкостью, однако и в них обязательно будут присутствовать включения, пустоты и т. п. Фианит в любом случае будет прозрачным, словно слеза.
• Переливается циркон в точности как алмаз, но там, где присутствуют какие-либо включения есть смолистый оттенок.
• Циркон имеет очень маленькую плотность в сравнении с фианитом, следовательно, одинаковые по размеру камни будут отличаться массой — циркон будет легче подделки.
• Циркон часто бывает радиоактивен. Если у вас есть прибор, измеряющий уровень радиации, он может помочь определить натуральность камня.

Лечебные и магические свойства циркона

С античных времен люди носят амулеты из циркона, наделяя его силой власти. В древности этот камень носили мудрецы. Считалось, что циркон помогал раскрывать ложь и наделял хозяина интуицией и даром предвидения. Циркон способствует развитию памяти и наблюдательности, защищает от обманщиков. Амулет с этим камнем привлекает удачу и способствует обогащению.

Источник

Цирконий металл: цена, свойства, применение

Сороковой элемент таблицы Менделеева был открыт в 1783 году химиком немецкого происхождения М.Г. Клапротом. Очищенный от примесей металл цирконий удалось получить только в начале 20 века. И хотя с этого момента прошло уже почти 100 лет, металл до сих пор имеет ряд неясностей, начиная с происхождения его названия и заканчивая влиянием на здоровье человека. Почему цена за 1 грамм на него уже на протяжении нескольких десятилетий продолжают расти вверх.

Нахождение в природе

Цирконий в естественных условиях встречается только в виде оксидов и силикатов. Среди них главным образом выделяют циркон, эвдиалит, бадделеит. Стоит отметить, что металл в месторождениях всегда сопровождается гафнием. Происходит это по причине схожей кристаллической решетки металлов.

Основная доля циркониевых минералов расположена в литосфере. На одну тонну земной коры приходится в среднем 210 грамм циркона. Также соединения циркония встречаются и в составе морской воды. Но концентрация его здесь намного ниже и составляет 0,05 мг на 1000 литров.

Лидерами по количеству месторождений циркония являются Австралия (циркон), ЮАР (бадделеит), чуть меньше США, Бразилия и Индия. На Россию приходится 10% от мировых запасов.

Получение

Первоначально из окислов цирконий выделяли способом «наращивания». Циркониевую полоску устанавливали на раскалённые нити вольфрама. Под воздействием температур свыше 2000 ºС металл цирконий прилипал к поверхности нагревателя, а остальные компоненты соединения сгорали.

Такой способ требовал большого количества электроэнергии и вскоре был разработан более экономичный метод Кролля. Суть его заключается в предварительном хлорировании диоксида циркония с последующим восстановлением магнием. Но развитие способов получения циркония на этом не остановилось. Спустя некоторое время в промышленности стали применять еще более дешевое щелочное и фторидное восстановление циркония из оксидов.

Цирконий э110 состав

Йодидный цирконий

Высокопластичный и с низкими характеристиками прочности. Его получают йодидным методом основанном на способности металла образовывать соединения с йодом. При этом вредные примеси легко отделяются и получается чистый металл. Из йодидного циркония делают прутки.

Основными поставщиками циркония на мировой рынок является Австралия и ЮАР. В последнее время перевес по экспорту циркона и циркониевых минералов все больше склоняется в сторону Южно-африканской республики. Главными потребителями является Евросоюз (Италия, Франция, Германия), Китай и Япония. Торговля цирконом ведется в основном в виде ферросплавов.

За последние 10 лет спрос на металл цирконий в среднем увеличивался на 5,2% в год. Производственные мощности за это время успевали подняться на чуть больше 2%. В результате, на мировом рынке сформировался постоянный дефицит циркония, что являлось предпосылом для повышения его стоимости.

Существуют 2 основные причины роста спроса на данный металл:

• Глобальное увеличение масштабов ядерной промышленности.
• Активное применение циркония в производстве керамики.

Также, некоторые специалисты считают, что частично на рост котировок циркония повлияло прекращение добычи бадделеита в Австралии.

На Российском рынке вторичного металла стоимость циркония составляет от 450 до 7500 рублей за килограмм. Чем чище металл, тем цена, соответственно, дороже.

Применение

Вышеперечисленные свойства обеспечивают цирконию обширное использование в разного рода отраслей производства. Здесь выделяются следующие сферы:

• В электротехнике циркониевый сплав с ниобием применяется в качестве сверхпроводника. Выдерживает нагрузку до 100 кАсм2. Точка перехода в сверхпроводящий режим составляет 4,2 К. Также в радиотехнической аппаратуре цирконием покрывают электронные платы с целью поглощения выделяющихся газов. Циркониевые фильтры излучения рентгеновских трубок отличаются высоким значением монохромности.
• В ядерной энергетике используется как материал оболочек ТВЭЛов (зоны, где непосредственно осуществляется деление ядер и производство теплоэнергии) и других узлов термоядерного реактора.
• Металлургия применяет цирконий как легирующий элемент. Данный металл является сильным раскислителем, превосходящим по этому показателю как марганец, так и кремний. Добавление в конструкционные металлы (сталь 45, 30ХГСА) всего 0,5% циркония увеличивает их прочность в 1,5-1,8 раза. При этом дополнительно происходит улучшение протекание процесса обработки резанием. Циркон является основным компонентом корундовой керамики. По сравнению с шамотом, срок ее эксплуатации выше в 3-4 раза. Данный огнеупорный материал применяется в изготовлении тиглей и желобов сталелитейных печей.
• В машиностроении металл служит материалом для таких изделий как насос и трубозапорная арматура, работающих в условиях воздействия агрессивных сред.
• В пиротехнике металлы циркония используются для изготовления салютов и фейерверков. Происходит это по причине отсутствия дыма при горении, а также выделение значительного количества световой энергии.
• В химической промышленности циркон служит сырьем для кермета – металлокерамическое покрытие, обладающее повышенной износостойкостью и невосприимчивостью к кислотам.
• В оптике активно используют фианит – обработанный циркон с добавками скандия и других редкоземельных металлов. Фианиты имеют значительный угол преломления, что позволяет их применять в качестве материала для производства линз. В ювелирном деле фианит известен как синтетический заменитель бриллианта.
• В военной промышленности цирконий служит наполнителем для трассирующих пуль и осветительных ракет.

Физические и химические свойства

Цирконий – на вид металл напоминающий серебро. Плотность его составляет 6506 кгм3. Температура плавления – 1855,3 ºС. Удельная теплоемкость колеблется в пределах 0,3 Кджкг С. Данный металл не отличается высокой теплопроводностью. Ее значение находится на уровне 21 Втм С, что ниже аналогичного показателя титана в 1,9 раза.

Электросопротивление циркония составляет 41-60 мкОм см и находится в прямой зависимости от количества кислорода и азота в металле.

Цирконий имеет один из самых низких показателей поперечного захвата тепловых нейтронов (0,181 барн). По этому параметру из ныне известных металлов его обходит разве что магний (0, 060 барн).

Цирконий, как и железо, парамагнитен. Его восприимчивость к магнитному полю возрастает с увеличением температуры.

Чистый цирконий не отличается высокими механическими характеристиками. Твердость его порядка 70 единиц по шкале Виккерса. Предел прочности составляет 175 МПа, что почти в 2,5 раза ниже по сравнению с углеродистой сталью обычного качества. Предел текучести 55 МПа. Цирконий относится к числу пластичных металлов с модулем упругости 96 МПа.

Все вышеперечисленные механические свойства являются условными, т.к. их значение сильно изменяется при увеличении примесей в составе циркония.

Так, повышение содержания кислорода (до 0,4%) снижает пластичность циркония до такого состояния, что проведение ковки и штамповки становится полностью невозможным. Увеличение в составе водорода до 0,001% повышает хрупкость циркония почти в 2 раза.

Цирконий устойчив к воде и большинству щелочей и кислот. Но, как и механические характеристики, коррозионностойкость находится в прямой зависимости от засорения металла такими элементами как углерод, титан и алюминий. Металл не вступает в химическую реакцию с 50% — ми растворами серной и соляной кислоты. С азотной кислотой реагирует только при температуре свыше 95 ºС.

Является единственным металлом, устойчивым к щелочам, имеющим в своем составе аммиак. При переходе отметки в 780 ºС начинается активное поглощение кислорода цирконием. С азотом данные процессы протекают медленнее, но и температура при этом тоже ниже. Всего 600 ºС.

Самым активным газом в этом отношении является водород. Его проникновение вглубь металла начинается уже при 145 ºС и сопровождается настолько обильным выделением тепла, что происходит увеличение циркония в объеме. Циркониевая пыль особенно пожароопасна из-за возможности самовоспламеняться на воздухе. Стоит отметить, что данный процесс является обратимым. Полное удаление водорода осуществляется на специальном оборудовании при температуре 800 ºС.

Лечебные свойства

Как химический элемент, не оказывает какого-либо воздействия на организм человека. Наоборот, он является одним из самых биологически инертных материалов. По этому показателю цирконий опережает такие металлы как титан и нержавеющая сталь. Всем известные циркониевые браслеты, активно рекламируемые в конце 90-х годов, в реальной практике себя не проявили. Медэкстперты доказали, что самочувствие от их использования является следствием эффекта Плацебо.

Хотя с другой стороны, известно, что ношение циркониевых сережек способствует более быстрому заживлению ранки после прокалывания уха.

Источник

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.

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.

В основе циркона лежит силикат циркония (ZrSiO4). Поэтому различаются химико-физические характеристики минерала и металла.

При естественной температуре циркониевый металл устойчив к коррозии:

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.

В медицине и для украшений используют циркониевый металл, очищенный от радиации. Из вещества синтезируют недрагоценные камни фианиты. Имитаторы самоцветов также безопасны для здоровья.

Как вы относитесь к украшениям из циркония? С чем надеваете? Комментируйте статью, пишите интересные факты и сферы применения, делитесь с друзьями в социальных сетях. Всего хорошего.

Источник

Цирконий

Серебристо-белый металл

Цирко́ний / Zirconium (Zr), 40

1,33 (шкала Полинга)

Цирко́ний (лат. Zirconium ; обозначается символом Zr) — элемент побочной подгруппы четвёртой группы пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 40. Простое вещество цирконий (CAS-номер: 7440-67-7) — блестящий металл серебристо-серого цвета. Обладает высокой пластичностью, устойчив к коррозии. Существует в двух кристаллических модификациях: α-Zr с гексагональной решёткой типа магния, β-Zr с кубической объёмноцентрированной решёткой типа α-Fe, температура перехода α↔β 863 °C [1] .

История и происхождение названия

Цирко́ний в виде двуокиси впервые был выделен в 1789 году немецким химиком М. Г. Клапротом в результате анализа минерала циркона.

Происхождение самого слова циркон неясно. Возможно, оно происходит от арабского zarkûn (киноварь) или от персидского zargun (золотистый цвет).

Нахождение в природе

Соединения циркония широко распространены в литосфере. По разным данным кларк циркония от 170 до 250 г/т. Концентрация в морской воде 5·10 −5 мг/л [2] . Цирконий — литофильный элемент. В природе известны его соединения исключительно с кислородом в виде окислов и силикатов.

Несмотря на то, что цирконий рассеянный элемент, насчитывается около 40 минералов, в которых цирконий присутствует в виде окислов или солей. В природе распространены главным образом циркон (ZrSiO4)(67,1 % ZrO2), бадделеит (ZrO2) и различные сложные минералы (эвдиалит (Na, Ca)5(Zr, Fe, Mn)[O,OH,Cl][Si6O17] и др.). Во всех земных месторождениях цирконию сопутствует Hf, который входит в минералы циркона благодаря изоморфному замещению атома Zr.

Циркон является самым распространенным циркониевым минералом. Он встречается во всех типах пород, но главным образом в гранитах и сиенитах. В графстве Гиндерсон (штат Северная Каролина) в пегматитах были найдены кристаллы циркона длиной в несколько сантиметров, а на Мадагаскаре были обнаружены кристаллы, вес которых исчисляется килограммами.

Бадделеит был найден Юссаком в 1892 г в Бразилии. Основное месторождение находится в районе Посус-ди-Калдас (Бразилия). Там была найдена глыба бадделеита весом около 30 т, а в водных потоках и вдоль обрыва бадделеит встречается в виде аллювиальной гальки диаметром до 7,5 мм, известной под названием фавас (от португальского fava — боб). Фавас обычно содержит свыше 90 % двуокиси циркония [3] .

Месторождения

Наиболее крупные месторождения циркония расположены на территории США, Австралии, Бразилии, Индии [4] .

В России, на долю которой приходится 10 % мировых запасов циркония (3 место в мире после Австралии и ЮАР), основными месторождениями являются: Ковдорское коренное бадделит-апатит-магнетитовое в Мурманской области, Туганское россыпное циркон-рутил-ильменитовое в Томской области, Центральное россыпное циркон-рутил-ильменитовое в Тамбовской области, Лукояновское россыпное циркон-рутил-ильменитовое в Нижегородской области, Катугинское коренное циркон-пирохлор-криолитовое в Читинской области и Улуг-Танзекское коренное циркон-пирохлор-колумбитовое [5] .

Получение

Основные методы получения металлического циркония из концентратом — хлоридный, фторидный и щелочной процессы.

Хлоридный процесс основан на перевод циркония в летучий тетрахлорид ZrCl4 (Tсублимации 331 °C) с дальнейшей его очисткой и последующим металлотермическим восстановлением магнием в циркониевую губку. Используются два варианта хлорирования концентратов: прямое хлорирование смеси циркониевых концентратов с коксом хлорируют при 900—1000 °С и хлорирование предварительно полученных спеканием концентратов с коксом смеси карбидов и карбонитридов циркония при 400—900 °С:

" width="" height="" /> " width="" height="" />

При фторидном методе на первой стадии циркониевый концентрат спекают с гексафторсиликатом калия при 600—700 °С:

Образовавшийся гексафторцирконат калия выщелачивают горячей водой и очищают фракционной перекристаллизацией от примеси гексафторгафната K2HfF6, после чего металлический цирконий получают электролизом расплава смеси гексафторцирконата калия и хлоридов калия и натрия.

Щелочной процесс является методом получения технически чистого диоксида циркония ZrO2, из которого металлический цирконий получают хлоридным или фторидным методом. В этом процессе цирконий переводится в растворимую форму спеканием концентрата с гидроксидом натрия при 600—650 °С, карбонатом натрия при 900—1100 °С либо со смесью карбоната и хлорида кальция при 1000—1300 °С, после чего образовавшиеся цирконаты натрия Na2ZrO3 или кальция CaZrO3 выщелачиваются соляной либо серной кислотами:

" width="" height="" /> " width="" height="" />

Водные растворы хлорида или сульфата цирконила далее очищаются и гидролизуются, осадок ZrO(OH)2 прокаливают и получают технический диоксид циркония ZrO2.

Физико-химические свойства

Необходимо проверить точность фактов и достоверность сведений, изложенных в этой статье.
На странице обсуждения должны быть пояснения.

Цирконий — блестящий серебристо-серый металл. Существует в двух кристаллических модификациях:

• α-Zr — с гексагональной решёткой типа магния (а = 3,231 Å; с = 5,146 Å; z = 2; пространственная группаP63/mmc)
• β-Zr — с кубической объёмноцентрированной решёткой типа α-Fe (a = 3,61 Å; z = 2; пространственная группа Im3m). Переход α ↔ β происходит при 863 °C, ΔH перехода 3,89 кДж/моль. Добавки Al, Sn, Pb, Cd повышают, а Fe, Cr, Ni, Mo, Cu, Ti, Mn, Co, V и Nb понижают температуру перехода [1] .

Плотность α-циркония при 20 °C равна 6,5107 г/см³; температура плавления Tпл — 1855 °C [1] ; температура кипения Tкип — 4409 °C; удельная теплоёмкость (25-100 °C) 0,291 кДж/(кг·К) или 0,0693 кал/(г·°C), коэффициент теплопроводности (50 °C) 20,96 Вт/(м·К) или 0,050 кал/(см·сек·°C); температурный коэффициент линейного расширения (20-400 °C) 6,9·10 −6 ; удельное электрическое сопротивление циркония высокой степени чистоты (20 °C) 44,1 мкОм·см. температура перехода в состояние сверхпроводимости 0,7 К [6] .

Внешняя электронная конфигурация атома циркония 4d 2 5s 2 . Для циркония характерна степень окисления +4. Более низкие степени окисления +2 и +3 известны для циркония только в его соединениях с хлором, бромом и иодом.

Компактный цирконий медленно начинает окисляться в пределах 200—400 °C, покрываясь плёнкой циркония двуокиси ZrO2; выше 800 °C энергично взаимодействует с кислородом воздуха. Порошкообразный металл пирофорен — может воспламеняться на воздухе при обычной температуре.

Цирконий активно поглощает водород уже при 300 °C, образуя твёрдый раствор и гидриды ZrH и ZrH2; при 1200—1300 °C в вакууме гидриды диссоциируют и весь водород может быть удалён из металла. С азотом цирконий образует при 700—800 °C нитрид ZrN. Цирконий взаимодействует с углеродом при температуре выше 900 °C с образованием карбида ZrC. Карбид и нитрид циркония — твёрдые тугоплавкие соединения; карбид циркония — полупродукт для получения хлорида ZrCl4. Цирконий вступает в реакцию со фтором при обычной температуре, а с хлором, бромом и иодом при температуре выше 200 °C, образуя высшие галогениды ZrHal4 (где Hal — галоген).

Цирконий устойчив в воде и водяных парах до 300 °C, при более высоких температурах (начиная с примерно 700 °C) начинается экзотермическая пароциркониевая реакция

которая имеет важное значение при развитии аварий в ядерных реакторах с водным теплоносителем и/или замедлителем [7] .

Не реагирует с соляной и серной (до 50 %) кислотами, а также с растворами щелочей (цирконий — единственный металл, стойкий в щелочах, содержащих аммиак). С азотной кислотой и царской водкой он взаимодействует при температуре выше 100 °C. Растворяется в плавиковой и горячей концентрированной (выше 50 %) серной кислотах.

Из кислых растворов могут быть выделены соли соответствующих кислот разного состава, зависящего от концентрации кислоты. Так, из концентрированных сернокислых растворов циркония осаждается кристаллогидрат Zr(SO4)2·4H2O; из разбавленных растворов — основные сульфаты общей формулы x ZrO2· y SO3· z H2O (где х : y > 1). Сульфаты циркония при 800—900 °C полностью разлагаются с образованием двуокиси циркония. Из азотнокислых растворов кристаллизуется Zr(NO3)4·5H2O или ZrO(NO3)2· x H2O (где x = 2-6), из солянокислых растворов — ZrOCl2·8H2O, который обезвоживается при 180—200 °C.

Биологическая роль и физиологическое действие

Цирконий не играет биологической роли в организме. Металлический цирконий и его нерастворимые соединения (оксид, силикат) обладают высокой биологической инертностью (свойством никак не взаимодействовать с тканями и жидкостями организма благодаря химической стойкости). О воздействии соединений циркония на организм ничего не известно. Пыль циркония представляет собой вещество с большой пожаро- и взрывоопасностью, поскольку может самовоспламениться на воздухе.

Циркониевые браслеты, рекламировавшиеся В.Кикабидзе и якобы снижающие артериальное давление, не оказывают реального терапевтического воздействия [8] , их возможное субъективное действие объясняется эффектом плацебо.

Применение циркония и его соединений

В промышленности цирконий стал применяться с 30-х годов XX века. Из-за высокой стоимости его применение ограничено.

Единственным предприятием, специализирующемся на производстве циркония в России (и на территории бывшего СССР), является Чепецкий механический завод (Глазов, Удмуртия).

Металлический цирконий и его сплавы

Ядерная энергетика

Цирконий имеет очень малое сечение захвата тепловых нейтронов и высокую температуру плавления. Поэтому металлический цирконий, не содержащий гафния, и его сплавы применяются в атомной энергетике для изготовления тепловыделяющих элементов, тепловыделяющих сборок и других конструкций ядерных реакторов.

Легирование

В металлургии применяется в качестве лигатуры. Хороший раскислитель и деазотатор, по эффективности превосходит Mn, Si, Ti. Легирование сталей цирконием (до 0,8 %) повышает их механические свойства и обрабатываемость. Делает также более прочными и жаростойкими сплавы меди при незначительной потере электропроводности.

Пиротехника

Цирконий обладает замечательной способностью сгорать в кислороде воздуха (температура самовоспламенения — 250 °C) практически без выделения дыма и с высокой скоростью. При этом развивается самая высокая температура для металлических горючих (4650 °C).

За счет высокой температуры образующаяся двуокись циркония излучает значительное количество света, что используется очень широко в пиротехнике (производство салютов и фейерверков), производстве химических источников света, применяемых в различных областях деятельности человека (факелы, осветительные ракеты, осветительные бомбы, ФОТАБ — фотоавиабомбы; широко применялся в фотографии в составе одноразовых ламп-вспышек, пока не был вытеснен электронными вспышками). Для применения в этой сфере представляет интерес не только металлический цирконий, но и его сплавы с церием, дающие значительно больший световой поток. Порошкообразный цирконий применяют в смеси с окислителями (бертолетова соль) как бездымное средство в сигнальных огнях пиротехники и в запалах, заменяя гремучую ртуть и азид свинца. Проводились удачные эксперименты по использованию горения циркония в качестве источника света для накачки лазера.

Сверхпроводник

Сверхпроводящий сплав 75 % Nb и 25 % Zr (сверхпроводимость при 4,2 K) выдерживает нагрузку до 100 000 А/см².

Конструкционный материал

В виде конструкционного материала идет на изготовление кислотостойких химических реакторов, арматуры, насосов. Цирконий применяют как заменитель благородных металлов. В атомной энергетике цирконий является основным материалом оболочек твэлов.

Медицина

Цирконий обладает высокой стойкостью к воздействию биологических сред, даже более высокой, чем титан, и отличной биосовместимостью, благодаря чему применяется для создания костных, суставных и зубных протезов, а также хирургического инструмента. В стоматологии керамика на основе диоксида циркония является материалом для изготовления зубопротезных изделий. Кроме того, благодаря биоинертности этот материал служит альтернативой титану при изготовлении дентальных имплантатов.

Цирконий применяется для изготовления разнообразной посуды, обладающей отличными гигиеническими свойствами благодаря высокой химической стойкости.

Соединения

Диоксид циркония (т. пл. 2700 °C). Область применения — производство огнеупоров-бакоров (бакор — бадделеит-корундовая керамика). Применяется в качестве заменителя шамота, так как в 3—4 раза увеличивает кампанию в печах для варки стекла и алюминия.

Огнеупоры на основе стабилизированной двуокиси применяются в металлургической промышленности для желобов, стаканов при непрерывной разливке сталей, тиглей для плавки редкоземельных элементов. Также применяется в керметах — керамикометаллических покрытиях, которые обладают высокой твёрдостью и устойчивостью ко многим химическим реагентам, выдерживают кратковременные нагревания до 2750 °C.

Двуокись — глушитель эмалей, придает им белый и непрозрачный цвет. На основе кубической модификации двуокиси циркония, стабилизированной скандием, иттрием, редкими землями, получают материал — фианит (от ФИАНа где он был впервые получен), фианит применяется в качестве оптического материала с большим коэффициентом преломления (линзы плоские), в медицине (хирургический инструмент), в качестве синтетического ювелирного камня (дисперсия, показатель преломления и игра цвета больше, чем у бриллианта), при получении синтетических волокон и в производстве некоторых видов проволоки (волочение). При нагревании диоксид циркония проводит ток, что иногда используется для получения нагревательных элементов, устойчивых на воздухе при очень высокой температуре. Нагретый цирконий способен проводить ионы кислорода как твердый электролит. Это свойство используется в промышленных анализаторах кислорода.

Диборид циркония ZrB2 — тугоплавкое соединение. Диборид циркония в промышленности синтезируют как из тетрахлорида циркония:

ZrCl4 + 2 BBr3 + 5 H2 ZrB2 + 4 HCl + 6 HBr ,

так и из металлического циркония:

7 Zr + 3 B4C + B2O3 7 ZrB2 + 3 CO

В различных смесях с нитридом тантала и карбидом кремния является материалом для производства резцов.

Карбид циркония (температура плавления 3530 °C)

Бериллид циркония

Гидрид циркония применяется в атомной технике как весьма эффективный замедлитель нейтронов. Также гидрид циркония служит для покрытия цирконием в виде тонких плёнок с помощью термического разложения его на различных поверхностях.

Нитрид циркония материал для керамических покрытий, температура плавления около 2990 °C , гидролизуется в царской водке. Нашёл применение в качестве покрытий в стоматологии и ювелирном деле.

Изотопы

В природной смеси содержится пять изотопов циркония ( 90 Zr, 91 Zr, 92 Zr, 94 Zr и 96 Zr), причём 96 Zr слабо радиоактивен (двойной бета-распад с периодом полураспада 2,4·10 19 лет).

Стоимость

Цена циркониевого концентрата составляла 400$ в 1997 году, 360$ в 2003 году, 780$ в 2008 году. [источник не указан 288 дней]

Источник