Цирконий что это за материал

Обзор промышленного применения циркония

Цирконий (Zr) – цветной металл серебристо-серого цвета. В чистом виде цирконий химически неустойчив, поэтому в природе встречается только в составе минералов. Самые распространённые минералы, используемые для получения цирконий содержащего рудного концентрата – сырья для производства металлического циркония: циркон (ZrSiO₄), бадделеит (ZrO₂), эвдиалит (Na,Ca,Fe)₈ZrSi₆O₁₇(OHCl), эвколит, кальдасит и др.

Свойства циркония

Цирконий отличается высокой пластичностью, теплопроводностью, жаростойкостью, износоустойчивостью, исключительной коррозионной стойкостью в агрессивных средах. Наряду с этим, цирконий парамагнитен, способен удерживать рентгеновское излучение, нейтрален к воздействию биологических сред, превосходя по этому параметру титан, имеет низкую температуру самовоспламенения и ряд других уникальных характеристик.

Применение циркония

Чистый цирконий и его сплавы широко используют во многих отраслях промышленности, от ядерной энергетики и химического аппаратостроения, до производства медицинского инструмента и ювелирного дела. В качестве конструкционного материала применяются трубы, проволока, прутки, слитки, листы, фольга из циркониевых сплавов. Для специальных технологических покрытий и приготовления многокомпонентных смесей используют порошок циркония.

Цирконий — Металл для ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА!

Ядерная энергетика

Циркониевые сплавы выступают основным материалом для оболочек ТВЭЛов (тепловыделяющих элементов), канальных и труб, являющихся чехлами водо-водяных и кипящих энергетических реакторов. Чтобы повысить сопротивление циркония к радиационной ползучести и коррозии, разработаны его сплавы с основной легирующей добавкой 1%–2,5% ниобия (Nb), а так же сплавы с комплексом легирующих элементов: оловом (Sn), ниобием (Nb), никелем (Ni), железом (Fe). По совокупности характеристик наибольшее распространение в российской ядерной энергетике получил цирконий марки Э110 (Zr-1%Nb).

В состав циркония Э110 по ТУ 95.166-83 входят ниобий (Nb) 0,9−1,1%, бериллий (Be) 0,003%, железо (Fe) 0,05%, никель (Ni) 0,02%, алюминий (Al) 0,008% и другие примеси в незначительном объёме. Для оболочек ТВЭЛов используют трубу марки Э110 и Э110К. Общий сортамент циркония Э110 включает в себя пруток, лист, полосу, пластины, проволоку, ленту, отводы, фланцы и другие элементы под заказ. Из листового циркония марок Э110, а так же Э100 (Nb отсутствует) и Э125 (Nb 2,4-2,7%) изготавливают крышки топливных кассет, обшивки и корпуса ядерных реакторов.

Медицина

В медицине цирконий используют для протезирования. Из диоксида циркония ZrO₂ изготавливают зубные вкладки, коронки, керамические имплантаты, превосходящие по ряду параметров титановые. Когда десна отходит от шейки зуба, оголяя её, белая керамика выглядит эстетичнее, чем тёмная из титана. Цирконием покрывают трущиеся поверхности искусственных коленных и бедренных суставов, из него делают пластины для челюстно-лицевой хирургии. Диоксид циркония ZrO₂ выпускается в виде сверхтонкого кристаллического порошка, жидкой дисперсии, таблеток, гранул, брикетов.

Радиоактивный цирконий в виде меток применяется для отслеживания поведения лекарств, антител, белков в организме человека. Натрия циркония циклосиликат используют для лечения гиперкалиемии и гиперфосфатемии. Сейчас учёные работают над созданием металлоорганических соединений циркония – наномембран (каркасов), состоящих из металла и органики, с помощью которых можно подавлять рост бактерий, контролировать выделение лекарств, распределение газов и многое другое.

Металлургия

Благодаря способности циркония при нагревании поглощать газы, в том числе кислород, его применяют в качестве высокоэффективного раскислителя при легировании стали, чугуна, цветных металлов и сплавов, например, меди (12-14% Zr). Для этих целей на основе циркония производят вспомогательные сплавы (лигатуры). В отечественной металлургии для легирования стали наиболее распространённой является лигатура силико-цирконий (ферросиликоцирконий) ZrSi₂ марки ЦрСА по ТУ 14-141-78-81, содержащая Zr 35-50% и Si 30-45%, остальное Al, Fe и примеси.

Когда цирконий присаживают в ковш с жидкой сталью, в результате его реакции с растворенным кислородом образуется нерастворимый оксид, который всплывает и удаляется как шлак. Избавляясь от газовых пузырей кислорода, сталь становится более прочной, но не теряет вязкости. Так же цирконий добавляют в металлы для повышения их коррозионной стойкости. Помимо этого, в литейном производстве применяют цирконистые огнеупоры (огнеупорные кирпичи и плиты) для футеровки ванн высокотемпературных печей для закалки сталей, для кладки печей для плавки алюминия.

Пиротехника

Низкая температура самовоспламенения порошкообразного металлического циркония (180-250°C), высокая температура горения в кислороде (до 3000°С) и большая скорость сгорания делают его идеальной основой воспламенительных составов для капсуль-детонаторов пиротехнических изделий, трассирующих патронов, осветительных ракет, салютов, фейерверков. В смеси с окислителями, такими как нитрат бария Ba(NO₃)₂ и хлорноватокислый калий (бертолетова соль) KClO_3`, цирконий образует бездымный порох.

Для основы пиротехнической смеси используют чистый металлический порошок циркония марки ПЦрК по ТУ 48-4-234-84, где объем примесей не превышает 0,1 процента. Чтобы снизить чувствительность к трению, обеспечить надёжность воспламенения и снизить скорость горения, к цирконию в определённых пропорциях добавляют фосфаты двухвалентных металлов и окислители. Например, фосфат магния Mg₃(PO₄)₂, или фосфат кальция Ca₃(PO₄)₂, или фосфат бария Ba₃(PO₄)₂, и окислители: хромат бария BaCrO₄, или SrCrO₄, или другие.

Лёгкая промышленность

Цирконий очень широко используется в лёгкой промышленности, выпускающей предметы народного потребления. Значительную долю в этой сфере занимают керамика, фарфор, стекло, глазури, эмали. Добавление в их состав порошка двуокиси циркония ZrO₂ повышает прочность (за счёт образования кубической кристаллической решетки), щелоче- и кислотоустойчивость, препятствует растрескиванию изделий, а эмали придаёт белый цвет.

В контексте сказанного следует отметить популярные сегодня кухонные ножи из циркониевой керамики, а также керамическую глазурованную посуду, обладающую превосходными гигиеническими свойствами благодаря гладкой, непористой, химически стойкой поверхности. Особое место занимает жаропрочная керамика. Соли циркония применяют для производства типографских красок, разного рода лаков, которые не темнеют со временем, а также пластмасс.

Рисунок 2. Нож из циркониевой керамики

Другие области применения циркония

Цирконий применяют в ювелирной промышленности как заменитель благородных металлов. Знаменитый синтетический ювелирный камень фианит – кристаллы диоксида циркония ZrO₂, используют в украшениях в качестве имитации бриллиантов, а также для производства плоских оптических линз с большим коэффициентом преломления. Из карбида циркония делают жаропрочные сопла, реакторы, конструктивные элементы двигателей для аэрокосмической техники. Гидрид циркония является компонентом ракетного топлива.

Рисунок 3. Фианит

Из ковкого циркония делают химически стойкие центрифуги и насосы, лопасти турбин, поршни. Относительно недавно учёные обнаружили, что прочность борида циркония – керамики, полученной путем спекания порошка чистого бора и циркония, возрастает при нагреве. Это открывает большие перспективы для нового материала, например, для создания керамических двигателей внутреннего сгорания, и означает, что сферы использования металлического циркония ещё далеко не исчерпаны перечисленными выше областями.

телефоны:
8 (800) 200-52-75
(495) 366-00-24
(495) 504-95-54
(495) 642-41-95

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

Камень циркон: магические свойства, кому подходит

Что за камень циркон? Это минерал, известный людям с давних времен. Древние целители и маги почитали его за способность накапливать положительную энергию и передавать ее своему владельцу. Минерал отличается куда более доступной стоимостью, чем драгоценные алмазы, сапфиры и рубины, а потому многие используют его в качестве талисманов, да и просто как украшение.

Первой найденной разновидностью стал циркон желтого цвета, и именно из-за него камень и получил впоследствии свое название. Поскольку имя камня с персидского так и переводится – «золотой», «солнечный».

Сегодня мы поговорим об особенностях этого уникального минерала и о его знаменитых свойствах. А также о том, каким знакам Зодиака его можно носить, а каким лучше держаться подальше.

Как все-таки правильно: «циркон» или «цирконий»

В сети можно нередко увидеть, что слова «циркон» и «цирконий» считают синонимами. Но правильно ли это? Нет, поскольку речь идет о двух разных элементах в принципе. Циркон – это минерал, а цирконий – это металл серебристого цвета, химический элемент таблицы Менделеева, и общего между только совпадение букв. Ну и в последнее время появился термин «кубический цирконий», и это уже не металл, а материал искусственного происхождения, который еще называют фианитом.

Однако фианит – камень значительно более дешевый. Он представляет собой диоксид циркония и является искусственно выращенным минералом.

И свое название он получил по месту создания в 70-х годах прошлого века – лаборатории ФИАН (Физический Институт академии Наук им. Лебедева). Фианиты иногда выдают за циркон из-за внешнего сходства. Но первые легко отличить от циркона по отсутствию алмазного, но вместе с тем смоляного, глянцевого блеска натурального камня.

Фианиты на сегодняшний день научились выращивать в почти двух десятках оттенков. Поэтому совершенно неудивительно, что ими сегодня часто заменяют многие дорогие самоцветы. Так что при покупке стоит удостовериться в подлинности минерала, если вы хотите получить именно циркон, а не его подмену.

В свою очередь, циркон представляет собой натуральный природный элемент, добываемый в недрах земли. И благодаря естественному происхождению, он имеет сильные лечебные и магические свойства, из-за чего почитается эзотериками как сильный амулет и талисман.

Характеристика камушка

Твердость циркона по шкале Мооса составляет 7-8. Но при этом камень достаточно хрупкий и может быть легко поврежден кварцем. Состав минерала – ортосиликат циркония, формула ZrSiO4. Цвет камня зависит от входящих в состав минерала примесей. Например, порода может содержать примеси алюминия, железа, гафния, других природных металлов.

Важно знать, что циркон в большинстве случаев является радиоактивным, хотя доза радиации в большинстве случаев минимальна и практически не влияет на человека.

Самое большое месторождение циркона – в Шри-Ланке. Именно там добывают одни из самых качественных минералов. Также используют в ювелирном деле камни с Мадагаскара, из Норвегии, России, США, Канады, Бразилии, Вьетнама, Австралии.

Как выглядит и какие есть разновидности

На вид камень завораживает благородным блеском и красивыми оттенками. В украшениях он всегда выглядит очень дорого и претенциозно. Для ритуалов обычно приобретают камень в необработанном виде, гальку (галтовку), кристаллы. Считается, что так он более эффективен. Но в качестве амулетов, конечно, камень носят в украшениях и аксессуарах.

Разновидностей циркона сегодня можно выделить несколько. Отличие идет по оттенку камня. Но часть цветов ювелиры получают только после облагораживания минерала, его нагревания:

• Гиацинт. Сюда относятся кристаллы всех оттенков красного цвета – бурый, розовый, красный, красновато-коричневый.
• Жаргон (яргон). В эту разновидность относятся минералы яркого желтого цвета.
• Старлит. Камни синих и голубых цветов. Такой оттенок получают путем термообработки минерала. Но проблема в том, что со временем цвет начинает блекнуть.
• Малакон – циркон темного, черно-коричневого цвета. Отличается невысоким уровнем радиоактивности.
• Зеленые цирконы не имеют отдельного названия, но именно у них определен самый высокой уровень радиоактивности. Поэтому не стоит эти камни носить при себе или держать в доме. Свой цвет они получили благодаря наличию в составе урана.
• Матур-алмаз. Это наиболее редкий, и потому самый дорогой вид циркона. Свое название он получил за сходство с «коллегой» – этот камень отличается прозрачностью.

Цветные минералы важно правильно хранить. При постоянном попадании прямых солнечных лучей они со временем могут выцвести, потускнеть и потерять первоначальный оттенок.

Драгоценный камень или нет

Циркон по различным источникам, относят к разряду драгоценных или полудрагоценных камней, как и его разновидность – гиацинт – наравне с гранатом, бериллом, кварцами, опалами, корундами и другими самоцветами. Хотя согласно статье №41-ФЗ от 26.03.1998 года этот минерал – совсем не драгоценный, а понятия «полудрагоценных» камней в законе вообще не обозначено.

Магические свойства камня циркона

Все натуральные минералы обладают собственной энергетикой, и способны проявлять определенные свойства при взаимодействии с человеком. Каждый камень имеет набор целебных и магических свойств. Чем же известен циркон?

• Оберег от недоброжелателей, завистников,
• Выводит на чистую воду людей, которые хотят вас обмануть,
• Усиливает харизму обладателя, делает его привлекательнее для окружающих,
• Помогает действовать в сложных ситуациях,
• Если вы будете носить камень при себе, вас всюду будет ждать теплый прием,
• Приносит удачу и успех в делах,
• Обостряет интуицию, помогает проникать в суть вещей,
• Камень укрепляет умственные способности и повышает тягу к знаниям.

Также циркон, как и алмаз, считается чистым, непорочным минералом. Именно поэтому его без страха можно носить людям честным и благородным, которые не желают зла ближним и не держат камень за пазухой. А вот лицемерам и обманщикам стоит держаться от него подальше, потому что таким личностям он не принесет ничего, кроме проблем.

Парапсихологи считают, что пирамидки из циркона помогают в работе над раскрытием и проработкой экстрасенсорных способностей.

А вот индийские девушки уверены, что циркон способен уберечь их от пороков и предохранить от нежелательной беременности.

Кому по знаку зодиака подходит циркон

Циркон – из тех минералов, которые подойдут не всем представителя зодиакального круга. Поэтому, прежде чем приобрести себе этот необычный камень, стоит удостовериться, что вам он принесет только добро. Значение и раскрытие свойств для каждого знака будет отличаться.

• Камень очень хорош для Овнов, помогая им раскрывать в себе и совершенствовать творческий потенциал. При этом рекомендуется носить именно кольца и именно на среднем пальце левой руки.
• Для Водолеев идеальным выбором будут кулончики с цирконом. Минерал поможет воздушному знаку усилить свое шестое чувство, быстро ориентироваться в неожиданных ситуациях.
• Меланхоличным Девам камень поможет справиться с плохим настроением, зарядит оптимизмом. При выборе камень поможет сделать шаг в верном направлении, убирая колебания и тревоги. Земному знаку циркон станет настоящим оберегом.
• Подойдет камень и солнечным Львам. Этим большим кошкам циркон поможет сгладить такие сложные черты характера, как гордыня, вспыльчивость, нетерпимость, желание насадить свое мнение.
• Близнецам циркон поможет справиться с внутренними противоречиями, обрести гармонию и покой. Полезным свойством камня будет и замедление слишком активного ритма жизни этого яркого представителя воздушной стихии.
• Весы – еще один воздушный знак, известный своей переменчивостью. Подопечным Венеры свойственно часто колебаться при выборе действий в той или иной ситуации. Циркон добавит им уверенности в своих силах, подарит баланс. А также, поможет максимально проявить венерианскую привлекательность в глазах противоположного пола.
• Стрелец – знак огненной активности. Эти люди в постоянном движении, в волнении. Нередко они настолько погружаются в решение чужих проблем, что оставляют оставить время для себя любимых. И минерал поможет им сконцентрироваться на своих потребностях и желаниях, услышать собственное Я. Кроме того, вечное желание приносить добро окружающим будет иметь и обратный эффект – Стрельцам неизменно будет сопутствовать удача.
• Скорпиону, как ни странно, циркон станет помощником в налаживании домашнего микроклимата. Подопечным Плутона минерал поможет наладить атмосферу в семейном гнездышке, будет сглаживать конфликтные ситуации и подарит домочадцам ощущение комфорта и защищенности.
• Тельцу минерал подарит хорошее настроение и жизнерадостность. Это эффективный талисман, который будет приносить в жизнь своего владельца только положительные моменты. Гармония во всех сферах – вот то, что ждет каждого Тельца, который обзаведется цирконом.
• Козерогам камень поможет не только в личной жизни, но и на рабочем поприще. Трудолюбивые дети Сатурна знают, как достигать цели. И минерал поможет им делать это максимально эффективно, привлекая материальный достаток в жизнь представителя знака.

Кому же противопоказан циркон? Двум представителя водной стихии – Рыбам и Раку. Дело в том, что эти знаки нередко и так склонны замыкаться в себе и дистанцироваться от окружающих.

Циркон обладает мощной энергетикой, которая способна подавить эти довольно мягкие знаки и усугубить их недостатки.

Например, они еще больше эмоционально закроются даже от близких людей, обострится их эгоизм. Но если Ракам вовсе не стоит приближаться к камню, то Рыбы, при большом желании, могут позволить себе носить колечко с цирконом на мизинце или указательном пальце. Астрологи утверждают, что так минерал будет безопасен для Рыбок.

Цена натурального циркона

Из-за наличия нескольких разновидностей, определить цену за 1 грамм/карат циркона очень сложно. Удобнее будет определить стоимость уже готового украшения. Цена будет зависеть от бренда, драгоценного металла, количества камней самого циркона и другой инкрустации.

Для примера, серебряные серьги-полукольца с цирконом бренда Пандора обойдутся в 5 тысяч рублей. Оригинальное колечко из керамики с подвеской, инкрустированной цирконом, выйдет около полутора тысяч рублей. А за женственное колечко из серебра с этим камнем придется выложить около 2,5 тысяч рублей. Бренд Pandora предлагает и интересную модель кольца «Узелок», где инкрустация занимает почти половину всей поверхности украшения. В этом случае стоимость вырастет почти до 5 тысяч.

В каталоге вы можете рассмотреть возможные варианты украшений и выбрать именно то, которое позовет ваше сердце.

Но при выборе украшения советуем быть очень внимательными, и читать, что именно пишут – циркон или цирконий. И если первый, советуем уточнить у продавца сертификат на камень, чтобы не получить подделку или дешевый аналог вместо натурального минерала.

Источник

Цирконий – полезные свойства и опасность металла

Этот металл универсален: его свойства используют металлурги, ядерщики, ювелиры, стоматологи, ортопеды. Запасы циркония на планете внушительны, их хватит всем.

Что представляет собой

Цирконий – это пластичный серебристо-белый металл.

Благородно-приглушенный блеск, толика матовости позволяют отличить его от других металлов.

Элемент периодической системы Менделеева №40. Международное обозначение Zr (Zirconium).

По составу это пять природных изотопов.

Как был открыт

История открытия металла охватывает полтора столетия:

• Диоксид вещества первым получил немецкий химик Мартин Клапрот (1789 год). Исходником послужил минерал циркон.
• Почти через сорок лет его шведский коллега Иенс Берцелиус получил свободный, но загрязненный примесями цирконий.
• Образцы циркония как чистого металла удалось выделить к 1925 году голландцу Антону ван Аркелю.

Происхождение термина «циркон» толкуют две версии: от созвучных арабского либо фарси. Они означают, соответственно, «киноварь» и «золотистый».

Как представлен в природе

Цирконий не относится к редким металлам. Но крупных месторождений не образует, рассеявшись по массиву земной коры.

Тонна земной коры содержит 170-250 г вещества, литр воды – 0,00005 мг.

Главная форма нахождения в природе – четыре десятка минералов. Самые известные и распространенные: циркон, бадделеит, эвдиалит. Формула последнего содержит два десятка символов.

Циркон Эвдиалит

В структуре всех минералов циркона присутствует гафний. Он же «сопровождает» цирконий на месторождениях.

Месторождения

Первая тройка стран по запасам сырья – Австралия, ЮАР, Россия. Крупными массивами породы располагают Бразилия, США, Индия.

На долю России приходится десятая часть глобальных запасов:

• Большинство сосредоточено на Европейской части (Мурманская, Тамбовская, Нижегородская области).
• За Уралом это Томская, Читинская области.
• Неисчерпаемый резерв представляют сиениты Хибин на Кольском полуострове.

В США и на Мадагаскаре находят образцы циркона ювелирных либо коллекционных кондиций. В Хибинах – эвдиалиты.

Технология получения

Промышленное производство нацелено на получение металлического циркония.

Кристаллы Циркония

Для этого циркониевую руду обогащают до отметки 61-65% по диоксиду в составе. Концентрат преобразуют хлоридным, фторидным либо щелочным методами.

Способ получения технологически чистого вещества (ZrO2) основан на щелочном процессе. Концентрат спекают, выщелачивают, очищают, гидролизуют.

Физико-химические характеристики

Физические и химические свойства вещества зависят от состава:

• Освобожденный от примесей цирконий пластичен, легко обрабатывается при любой температуре (ковка, штамповка, прокат).
• Даже малые доли газов (азот, водород, кислород, углерод) в составе делают пластичный металл хрупким. Например, наличие более 0,2% кислорода исключает прессовку.
• При 200°C покрывается оксидной пленкой. Цвет металла меняется.

Примеси в составе ухудшают характеристики циркония.

Свойства атома
Название, символ, номер	Цирко́ний / Zirconium (Zr), 40
Атомная масса (молярная масса)	91,224(2) а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация	[Kr] 4d2 5s2
Радиус атома	160 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус	145 пм
Радиус иона	(+4e) 79 пм
Электроотрицательность	1,33 (шкала Полинга)
Электродный потенциал
Степени окисления	0, +1, +2, +3, +4
Энергия ионизации (первый электрон)	659,7 (6,84) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.)	6,506 г/см³
Температура плавления	2125 K
Температура кипения	4650 K
Уд. теплота плавления	19,2 кДж/моль
Уд. теплота испарения	567 кДж/моль
Молярная теплоёмкость	25,3 Дж/(K·моль)
Молярный объём	14,1 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки	гексагональная
Параметры решётки	a = 3,231, c = 5,148 Å
Отношение c/a	1,593
Температура Дебая	291 K
Прочие характеристики
Теплопроводность	(300 K) 22,7 Вт/(м·К)
Номер CAS	7440-67-7

Мелкодисперсный порошковый цирконий воспламеняется при «средней» температуре. Это единственный недостаток металла.

Где используется

Цирконий применяют самостоятельно, в сплавах и соединениях. Для многих сфер его применение избавляет от закупки дорогих благородных металлов.

Промышленность

Здесь нашли применение металл и сплавы:

• Металлургия. Материал огнеупоров для плавильных процессов. Легирующая присадка: 0,8% циркония в составе улучшает механические и утилитарные свойства сталей. Повышается порог прочности, термостойкости медных сплавов.
• Ядерная энергетика. Начинка реакторов на АЭС (например, оболочка тепловыводящих элементов – ТВЭЛов).
• Сверхпроводник. Сплав циркония с ниобием (1:3).
• Конструкционный материал. Арматура, насосы, химическое оборудование, устойчивое к кислотам.

Его добавляют к керамико-металлическим покрытиям для повышения их химической стойкости.

Фианиты

Кубическая модификация диоксида циркония плюс микродозы редкоземельных металлов – основа при производстве фианитов.

Фианит

Материал создан в Советском Союзе (1960-е годы), назван по месту изобретения – Физический институт Академии наук СССР (ФИАН).

Фианит применяется для практических и эстетических целей:

• Линзы, другая оптика специального назначения.
• Хирургический инструментарий.
• Синтетические волокна, проволока.

Это финансово доступный заменитель натуральных бриллиантов в ювелирных изделиях. Создают камешки нужного цвета, размера, формы. Ювелиры оправляют фианиты золотом, платиной, серебром.

Другие сферы

Кроме «серьезных» отраслей, достоинства металла оценены в других сферах:

• Пиротехника. Бездымный, яркий фейерверк невозможен без этого металла. Его используют производители химических источников света (осветительные бомбы/ракеты, факелы). Еще больше света дает циркониево-цериевый сплав.
• Медицина. Оценена «нейтральность» вещества к биологическому воздействию. Из диоксида циркония делают хирургический инструментарий, протезы взамен утраченных костей, разрушенных суставов, зубов.

В стоматологии керамику на основе циркония ставят выше титановой: она служит пожизненно.

• Товары широкого потребления. Из циркония, сплавов изготавливают посуду. Химико-биологическая стойкость, другие свойства металла обеспечивают соответствие изделий санитарным стандартам.

Добавка вещества в эмаль делает ее матово-белой.

Влияние на человека

Цирконий не синтезируется биологическими организмами, но может поступать вовнутрь из воздуха либо с пищей.

Биологическое воздействие

Металл нашел применение медициной в следующих качествах:

• Антисептик – стимуляция заживления ран, защита от проникновения инфекций, гноения.
• Антиаллерген – сглаживает проявления аллергии.
• Защита от радиации.

Целители утверждают: серьги из металла в составе исцеляют кожу, гипертонию, артрозы, артриты.

Недостаток/избыток

«Отравиться» цирконием из продуктов питания невозможно: он содержится в микродозах.

Опасным может быть воздействие пыли металла на работников металлургических и добывающих предприятий.

• Раздражение кожных покровов.
• Пневмония.
• Болезни легких.

Металл аккумулируется мягкими тканями. Курс лечения предусматривает мероприятия по интоксикации организма.

Питание

Цирконием насыщены баранина, орехи (мускат, фисташки), бобовые. Он есть в перце чили, растительных маслах, крупах (овсяной, рисе, пшенной).

Ежесуточно человеку требуется 350 – 750 мкг элемента, в зависимости от возраста и массы тела.

Стоимость продукции из циркония определяется видом (руб./кг):

• Порошок – 7 500.
• Пруток – 7 760 – 9 750.
• Концентрат – 108 – 880.
• Фольга – 114 – 2 560.

Разброс цены объясняется характеристиками товара (марка изделия, степень обработки, величина партии).

Источник