Tsirkoonium

Tsirkooniummetalli kohta (Zr) ja tsirkooniumisulamid

Tsirkoonium (Zr) on väga korrosioonikindel metall, mida kasutatakse paljudes spetsiaalsetes keemiakeskkondades kasutatavates toodetes (peamiselt äädik- ja vesinikkloriidhape). Mõned sisaldavad pumpasid, ventiilid, tuumarakendused, keemiline töötlemine, reaktorianumad, soojusvahetid ja palju muud. Tuumaenergiatööstus kasutab peaaegu 90% aastas toodetud tsirkooniumist. Tsirkooniumi kasutatakse ka terases legeeriva ainena, teatud tüüpi kirurgiliste seadmete valmistamiseks ja getterina, materjal, mis ühendab ja eemaldab gaasijälgedest vaakumtorusid. Tsirkooniummetall on keevitatav ja vormitav.

Tsirkoonium 702 pakub suurepärast korrosioonikaitset, mis on vastupidav pinge-korrosioonipragudele ja pragude korrosioonile. Seda kasutatakse sageli keemiliseks töötlemiseks. Legeeritud koos 2 kuni 3 protsenti Columbium, tsirkoonium 705 on oluliselt tugevam ja plastilisem kui tsirkoonium 702 peaaegu võrdse korrosioonikindlusega, muutes selle enamiku tsirkooniumi kinnitusdetailide jaoks valitud sulamiks. Lisaks HCl-le vastupidavusele kõikides kontsentratsioonides ja keemistemperatuurist kõrgematel temperatuuridel, tsirkooniumil ja selle sulamitel on ka suurepärane vastupidavus väävelhappele keemistemperatuuridel ja kontsentratsioonidel üle keemistemperatuuri. 70%. Korrosioonikiirus lämmastikhappes on väiksem kui 1 mil/aastas temperatuuril üle keemistemperatuuri ja kontsentratsioonidel kuni 90%. Metallid peavad vastu ka enamikule orgaanilistele ainetele, nagu äädikhape ja äädikanhüdriid, samuti sidrun, piimjas, viinhape, oksaalhape, tanniin, ja klooritud orgaanilised happed. Suhteliselt vähe metalle peale tsirkooniumi saab kasutada keemilistes protsessides, mis nõuavad vahelduvat kokkupuudet tugevate hapete ja leelistega. Kuid, tsirkooniumil puudub vastupidavus vesinikfluoriidhappele ja see rünnatakse kiiresti, isegi väga madalatel kontsentratsioonidel. Seal on 4 korrosioonikindla legeeritud tsirkooniumi liigid keemiatööstuses: 702 Zr, 704 Zr, Zr705 ja Zr706, rakendatakse erinevale keemilisele keskkonnale ja seisundile. Nende nelja tsirkooniumisulami korrosioonikindlus on peaaegu sama, kuid nende mehaanilised omadused on väga erinevad. Zr705 tõmbetugevus on kaks korda suurem kui Zr702. Tavaliselt kasutatakse Zr705 keemiaseadmetes, millel on kõrgemad nõuded intensiivsusele. Kuid FeCl3 sisaldavas väävelhappes, Zr702 ja Zr704 korrosioonikindlad omadused on paremad kui Zr705 ja Zr706. Zr706-l on piisavalt tugevust ja kõrge pikenemine ning seda kasutatakse tavaliselt soojusvaheti valmistamisel.

Tsirkoonium on ka väga vastupidav kuumusele ja korrosioonile, ning see moodustab ka palju kasulikke ühendeid ja sulameid. Need tugevad küljed muudavad selle ideaalseks komponendiks tuumareaktsioonide jaoks, ja seda kasutatakse ka laboriseadmetes, metallurgia ja kirurgiaseadmed. Reaktiivmootorites ja gaasiturbiinides võidakse kasutada ka tsirkooniumi ja tsirkooniumisulameid, et vältida metallide väändumist kõrge kuumuse tõttu. Tsirkoonium (aatomi sümbol: Zr, aatomnumber: 40) on plokk D, Grupp 4, Periood 5 element aatommassiga 91.224. Tsirkooniumi Bohri mudel Elektronide arv igas tsirkooniumi kestas on 2, 8, 18, 10, 2 ja selle elektronkonfiguratsioon on [Kr] 4d2 5s2. Tsirkooniumi aatomi raadius on 160 pm ja Van der Waalsi raadiuses 186 pm. Tsirkooniumi avastas Martin Heinrich Klaproth aastal 1789 ja esmakordselt isoleeris Jöns Jakob Berzelius aastal 1824. Oma elementaarsel kujul, tsirkooniumil on hõbevalge välimus, mis sarnaneb titaaniga.

Tsirkooniumi peamine mineraal on tsirkoon (tsirkooniumi silikaat). Elementaarset tsirkooniumi toodetakse kaubanduslikult titaani ja tina kaevandamise kõrvalsaadusena ning sellel on palju rakendusi hägususaine ja tulekindla materjalina.. Looduses seda vaba elemendina ei leidu. Tsirkooniumi nimi tuleneb mineraalist tsirkoonist, kõige olulisem tsirkooniumi allikas, ja pärsia sõnast zargun, mis tähendab kullataolist.