يتطلب إنتاج الزركونيوم وسبائكه المحتوية على البورون رقابة دقيقة. نظرًا لعدم وجود طرق كيميائية لتقدير البورون في الزركونيوم المعدني وسبائكه في الأدبيات ، كان الغرض من هذا العمل هو تطوير طريقة كيميائية بسيطة لتحديد محتوى البورون في الزركونيوم المعدني وسبائكه ، على وجه الخصوص ، في السبائك التي تحتوي على نسبة منخفضة من النيوبيوم.
في إنتاج الزركونيوم ، تعتبر طريقة اليوديد ذات أهمية صناعية ، على عكس إنتاج التيتانيوم.
المحتواة في انبعاثات إنتاج الزركونيوم ، محفزات التخليق العضوي.
يتم الحصول على الهافنيوم فقط كمنتج ثانوي لإنتاج الزركونيوم في درجة المفاعل. تطبيقه الرئيسي هو تصنيع قضبان التحكم في المفاعلات النووية. لا يتجاوز إجمالي الاستهلاك حالياً 75٪ من الإنتاج. ومع ذلك ، فإن دراسة مجالات جديدة للتطبيق: تصنيع السبائك ذات درجة الحرارة العالية ، والخيوط ، والمكتسبات ، ومسحوق المصابيح الوامضة ، وأجهزة التفجير - يمكن أن تزيد بشكل كبير من الطلب على المعدن. يعتبر فصل الهافنيوم عن الزركونيوم عملية مكلفة ، وعادة ما يتم تقسيم تكاليف الفصل بالتساوي بين تكلفة كلا المعدنين.
لا يوجد تشبيه كامل في خصائص منتجات فلوريد البلازما وتقنيات استخلاص الفلورايد لإنتاج الزركونيوم ، لأنه في تقنية استخلاص الفلورايد ، يتم فصل الزركونيوم والهافنيوم في المرحلة الهيدروكيميائية باستخدام الاستخراج. في حالة استخدام تقنية فلوريد البلازما لمعالجة الزركون في تنقية التسامي للزركونيوم من الشوائب الموضحة بالجدول. 3.4 ، يتبع الهافنيوم الزركونيوم بشكل رئيسي.
تعتبر طريقة فصل الزركونيوم والهافنيوم عن طريق التحليل الكهربائي للذوبان ذات أهمية لإنتاج الزركونيوم ، حيث أنه في نفس الوقت مع إنتاج الزركونيوم المعدني ، يتم تنقيته من الهافنيوم.
المادة الخام لإنتاج الهافنيوم هي مركزات الزركونيوم أو منتجاته وشبه منتجات إنتاج الزركونيوم.
مخطط الحصول على الزركونيوم بطريقة Croll في مصنع ألباني. كل هذه الصعوبات تتطلب تنقية شاملة للكواشف المستخدمة في إنتاج الزركونيوم والهافنيوم ، خاصة من الأكسجين والماء والنيتروجين ، وتحد من اختيار الطرق التي يمكن استخدامها للحصول على هذه المعادن.
جهاز للاستلام. يمكن الحصول على الهافنيوم المعدني بنفس الطرق المستخدمة في إنتاج الزركونيوم. يتم تنقية رابع كلوريد الهافنيوم بالتقطير تحت جو من الهيدروجين ثم يتم تقليله بالمغنيسيوم. يتم إزالة كلوريد المغنيسيوم من إسفنجة الهافنيوم في منشآت تنظيف إسفنجة الزركونيوم ، حيث أنه خلال هذه العملية لا يوجد خطر جسيم من تلوث الهافنيوم بالزركونيوم ، أو العكس. يعاد صهر الهافنيوم الإسفنجي في قوس ويصب في قوالب نحاسية.
يتم الحصول على الهافنيوم المعدني بنفس الطرق المستخدمة في إنتاج الزركونيوم: طريقة Croll أو طريقة Croll المعدلة باستخدام الصوديوم كعامل اختزال وطريقة de Boer أو عملية اليوديد.
تشبه عملية اليوديد لإنتاج الهافنيوم اللين والمرن لتلك المستخدمة في إنتاج الزركونيوم ، وبالتالي ، فإن المعدات التي يتم الحصول عليها من اليوديد الهافنيوم هي نفسها تقريبًا في حالة الحصول على الزركونيوم. وفقًا للبيانات ، تبلغ درجة حرارة ترسيب الهافنيوم من رباعي اليود 1600 درجة مئوية ، والزركونيوم - 1400 درجة مئوية.
قد تتيح الدراسة الشاملة لعملية Krol المطبقة على التيتانيوم إجراء بعض التغييرات في المخطط التكنولوجي لإنتاج الزركونيوم ؛ على وجه الخصوص ، يتعلق هذا بتبسيط المعدات وتقليل عدد العمليات وزيادة حجم الوحدات.
للحصول على مسحوق النيوبيوم والتنتالوم أنقى ، من الأفضل إجراء تقليل الكلوريدات الغازية باستخدام المغنيسيوم السائل بنفس طريقة إنتاج الزركونيوم.
في عام 1945 ، تم إنتاج 0 07 كجم فقط من الزركونيوم في الولايات المتحدة الأمريكية ، ولكن منذ عام 1948 ، فيما يتعلق بالعمل على إنشاء المفاعلات الذرية ، زاد إنتاج الزركونيوم بشكل حاد وبعد بضع سنوات وصل عدة عشرات من الأطنان.
رواسب خامات الزركونيوم ، والتي هي أكثر انتشارًا في الطبيعة من البريليوم ، على سبيل المثال ، متوفرة ، وفقًا للصحافة الأجنبية ، في الولايات المتحدة الأمريكية والهند والبرازيل وأستراليا وفي عدد من البلدان الأفريقية. زاد إنتاج الزركونيوم في الولايات المتحدة الأمريكية من عام 1947 إلى عام 1958 بمقدار 3 آلاف مرة.
نظرًا لخصائصه العالية المضادة للتآكل ، يمكن استخدام الزركونيوم لتصنيع قطع غيار المعدات الكيميائية والأدوات الطبية وفي مجالات التكنولوجيا الأخرى. ومع ذلك ، فمن غير المرجح أن يصل إنتاج الزركونيوم إلى المستوى الحالي بهذه السرعة إذا لم يكن له خاصية أخرى محددة - مقطع عرضي صغير لامتصاص النيوترونات الحرارية.
التكنولوجيا والمعدات المستخدمة في إنتاج الهافنيوم بطريقة Krol هي نفسها المستخدمة في إنتاج الزركونيوم المعدني. يتم تحديد التعديلات بالمقارنة مع العملية التكنولوجية لإنتاج الزركونيوم من خلال استبدال أو تغيير الأجهزة الفردية والعمليات التكنولوجية ودرجة المواد الخام. هنا يجب على المرء أن يأخذ في الاعتبار الحساسية الأكبر لرابع كلوريد الهافنيوم لرطوبة الغلاف الجوي ، والاستقرار الأكبر لكلوريد الهافنيل ، والمحتوى الأكبر إلى حد ما للاشتعال للإسفنجة المعدنية التي تم الحصول عليها حديثًا.
بما أن الهافنيوم يتم استعادته بالمرور أثناء إنتاج مفاعل الزركونيوم ، فإن إنتاجه يتناسب مع إطلاق الأخير ، ولكل 50 كجم من الزركونيوم ؛ يتم الحصول على ما يقرب من 1 كجم من الهافنيوم. باستخدام هذا الحساب ، أقوم بفصل قصاصات المعلومات عن إنتاج الزركونيوم. وفقًا لتوقعات] مكتب التعدين الأمريكي ، المنشور عام 1975 ، احتياج هذا البلد إلى الهافنيوم في مطلع القرنين العشرين والحادي والعشرين.
تعيق الخطوط الطيفية للزركونيوم على الشوائب إلى حد كبير حقيقة أنه من الصعب التمييز بين الخطوط الضعيفة في أطياف تركيزات الشوائب المنخفضة على خلفية الطيف متعدد الخطوط من الزركونيوم. تتيح هذه الطريقة أيضًا تحديد التركيزات المنخفضة من الفلور في الزركونيوم المعدني ، وهو أمر مهم جدًا في التحكم في إنتاج الزركونيوم الكهربائي.
نظرًا لاسترداد الهافنيوم بشكل متزامن أثناء إنتاج مفاعل الزركونيوم ، يزداد إنتاجه بما يتناسب مع إنتاج الأخير ، ويتم الحصول على ما يقرب من 1 كجم من الهافنيوم لكل 50 كجم من الزركونيوم. خلال العقد الحالي (1970 - 1980) ، ستزداد القدرة العالمية لمحطات الطاقة النووية من 5 إلى 8 مرات ، على التوالي ، وسيزداد إنتاج الزركونيوم والهافنيوم. بعد كل شيء ، يتطلب كل ميغاواط من الطاقة النووية من 45 إلى 79 كجم من الزركونيوم لتصنيع الأنابيب وأجزاء أخرى. بالإضافة إلى ذلك ، يجب استبدال 25-35٪ من أنابيب الزركونيوم في المفاعلات العاملة سنويًا. نتيجة لذلك ، سيتم استهلاك نفس الكمية تقريبًا من الزركونيوم لهذه الأغراض بالفعل في منتصف السبعينيات ، مثل المفاعلات الجديدة.
لقد تم إتقان تقنية تسامي الفلوريد لتنقية رباعي فلوريد الزركونيوم من فلوريد Al ، Ca ، Cu ، Fe ، Mg جيدًا في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية في الثمانينيات في مصنع Pridneprovsk الكيميائي أثناء تطوير وتطوير تقنية استخراج الفلوريد لإنتاج الزركونيوم النووي النقي.
Ca ، Cu ، Fe ، Mg ، Th) على شكل تركيبة فلوريد يتم الحصول عليها عن طريق تنقية التسامي من الزركونيوم. مع إنتاج البلازما على نطاق واسع من الزركونيوم والسيليكون ، يمكن أن تصبح الكتلة المتراكمة لهذه النفايات كبيرة بمرور الوقت ؛ لمعالجتها ، يمكن للمرء استخدام تقنيات البلازما والتردد لاستخراج هذه المكونات في شكل أكاسيد أو معادن مشتتة (انظر الفصل.
عند معالجة 1 طن من الزركون واستخراج الزركونيوم والسيليكون منه على شكل فلوريد ، تبقى 4 6 كجم من A1 في النفايات ؛ 0 1 كجم Ca ؛ 0 4 كجم Si ؛ 1 3 كغم حديد ؛ 1 1 كجم ملغ 0 3-0 4 كجم ث ؛ 0 3-0 4 كجم يو ؛ 0 3 كجم Ti ؛ أولئك. 8 6 كجم من المعادن ، يكون الجزء الرئيسي منها (A1 ، Ca ، Cu ، Fe ، Mg ، Th) في شكل تركيبة فلوريد يتم الحصول عليها عن طريق تنقية التسامي من الزركونيوم. مع إنتاج البلازما على نطاق واسع من الزركونيوم والسيليكون ، يمكن أن تصبح الكتلة المتراكمة لهذه النفايات كبيرة بمرور الوقت ؛ لمعالجتها ، يمكن للمرء استخدام تقنيات البلازما والتردد لاستخراج هذه المكونات في شكل أكاسيد أو معادن مشتتة (انظر الفصل.
في عام 1945 ، تم إنتاج 0 07 كجم فقط من الزركونيوم في الولايات المتحدة الأمريكية ، ولكن منذ عام 1948 ، فيما يتعلق بالعمل على إنشاء المفاعلات الذرية ، زاد إنتاج الزركونيوم بشكل حاد وبعد بضع سنوات وصل عدة عشرات من الأطنان. ونتيجة لذلك ، فإن تقنية إنتاج الزركونيوم ، والتي كانت نادرة قبل بضع سنوات ، أصبحت الآن أكثر تقدمًا من التكنولوجيا لإنتاج العديد من المعادن الأخرى المعروفة والمستخدمة منذ عقود.
وفقًا لمبدأ التسخين ، يتم تصنيف أفران القوس الفراغي على أنها أفران القوس المباشر. أفران القوس الفراغي هي واحدة من أحدث أنواع المعدات الكهروحرارية. مظهرها ناتج عن زيادة في إنتاج الزركونيوم والتيتانيوم والموليبدينوم وبعض المواد المقاومة للحرارة والنشطة كيميائياً.
ولكن حتى في هذه الحالة ، لا يمكن استخدامه بدون تنقية كيميائية أولية (انظر القسم 15.5) من عنصر الهافنيوم ، الذي يرافقه دائمًا في الطبيعة ، وله خصائص كيميائية مشابهة للزركونيوم. الهافنيوم ، المستعاد في إنتاج الزركونيوم من درجة المفاعل ، هو مادة ممتازة لصنع قضبان التحكم في المفاعل.
يقع الهافنيوم في المجموعة الرابعة من الجدول الدوري لعناصر دي منديليف ويتم تضمينه في المجموعة الفرعية التيتانيوم. إنه ينتمي إلى العناصر المتناثرة التي لا تحتوي على معادن خاصة بها ؛ في الطبيعة يصاحب الزركونيوم. يتم إنتاجه حاليًا كمنتج ثانوي في إنتاج الزركونيوم. من حيث الخصائص الكيميائية والفيزيائية ، فإن الهافنيوم قريب من الزركونيوم ، ولكنه يختلف بشكل كبير عن الأخير في الخصائص النووية.
في الصناعة الكيميائية ، يستخدم الموليبدينوم في شكل حشيات ومسامير للإصلاح الساخن (إعادة التزود بالوقود) للأوعية المبطنة بالزجاج المستخدمة عند العمل مع حامض الكبريتيك والوسائط الحمضية التي يحدث فيها تطور الهيدروجين. في المنتجات التي تعمل بحمض الكبريتيك ، تُستخدم أيضًا المزدوجات الحرارية الموليبدينوم والصمامات ، وتعمل سبائك الموليبدينوم كبطانة للمفاعلات في المنشآت المصممة لإنتاج كلوريد أي بوتيل من خلال تفاعلات تشتمل على أحماض الهيدروكلوريك والكبريتيك عند درجات حرارة تتجاوز 170 درجة مئوية. يشمل الموليبدينوم أيضًا هيدروكلورة الطور السائل وإنتاج الزركونيوم والثوريوم عالي النقاوة.
الشركات التي أنشأت منشآت تجريبية وصناعية باستخدام تقنيات كهربائية جديدة بقيت في الخارج. على سبيل المثال ، في مصنع أولبا للمعادن (كازاخستان) ، ظل هناك منشأة صناعية لتحويل البلازما لسداسي فلوريد اليورانيوم المخصب بالنظير المشع U-235 إلى أكاسيد اليورانيوم لتصنيع أكسيد الوقود النووي وحمض الهيدروفلوريك ؛ في مصنع دنيبر للكيماويات (أوكرانيا) - معدات صناعية لإنتاج الزركونيوم والهافنيوم من مواد الفلورايد الخام باستخدام تقنية البوتقة الباردة ؛ في معهد أبحاث النظائر المستقرة (جورجيا) - منشأة تجريبية عالية التردد لإنتاج كربيد البورون المخصب بالنظائر (في النظائر B-10) عن طريق التسخين بالحث المباشر ؛ ظل التثبيت عالي التردد من نفس النوع في NPO Powder Metallurgy في بيلاروسيا. الوضع ليس بأفضل طريقة في الشركات التي بقيت في الاتحاد الروسي.
الشركات التي أنشأت منشآت تجريبية وصناعية باستخدام تقنيات كهربائية جديدة بقيت في الخارج. على سبيل المثال ، في مصنع Ulba Metallurgical (كازاخستان) ، بقيت منشأة صناعية لتحويل البلازما لسداسي فلوريد اليورانيوم المخصب بالنظير المشع U-235 إلى أكاسيد اليورانيوم لتصنيع أكسيد الوقود النووي وحمض الهيدروفلوريك ؛ في مصنع دنيبر للكيماويات (أوكرانيا) - معدات صناعية لإنتاج الزركونيوم والهافنيوم من مواد الفلورايد الخام باستخدام تقنية البوتقة الباردة ؛ في معهد أبحاث النظائر المستقرة (جورجيا) - منشأة تجريبية عالية التردد لإنتاج كربيد البورون المخصب بالنظائر (في النظائر B-10) عن طريق التسخين بالحث المباشر ؛ ظل التثبيت عالي التردد من نفس النوع في NPO Powder Metallurgy في بيلاروسيا. الوضع ليس بأفضل طريقة في الشركات التي بقيت في الاتحاد الروسي.
يتم الجمع بين المعادن النادرة المبعثرة بناءً على تناثرها في قشرة الأرض. عادة ما توجد العناصر المتناثرة في شكل شوائب متماثلة الشكل في شبكات معادن أخرى ويتم استخلاصها على طول الطريق من النفايات المعدنية. Ga - من نفايات إنتاج الألومنيوم ، In - من النفايات الناتجة عن إنتاج الزنك والرصاص ، T1 - من غبار تحميص مركزات كبريتيد مختلفة ، Ge - من نفايات إنتاج الزنك والنحاس ، وكذلك النفايات الناتجة عن معالجة الفحم ، إعادة من المنتجات الوسيطة لإنتاج الموليبدينوم ، W المستخرجة على طول الطريق في إنتاج الزركونيوم. العناصر المشتتة Se و Te ، والتي توجد على شكل شوائب في العديد من الكبريتيدات الطبيعية ، يتم استعادتها إما من نفايات إنتاج حامض الكبريتيك أو من العمليات المعدنية.
تشتمل قاعدة المواد الخام للزركونيوم على معادن غنية - الزركون والبادلييت ، تحتويان على 45 6٪ و 69 1٪ زركونيوم ، على التوالي. في هذه المعادن ، يكون الزركونيوم مصحوبًا بالهافنيوم ، وهو معدن ذو مقطع عرضي عالي الامتصاص الحراري للنيوترونات. لذلك ، فإن أي تقنية لاستخراج وتنقية الزركونيوم توفر تنقيته من الهافنيوم. في أوائل الثمانينيات ، تم إنشاء تقنية جديدة لإنتاج الزركونيوم في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية ، والتي تشمل تلبيد الزركون بكربونات الصوديوم ، والترشيح اللاحق لسيليكات الصوديوم ، وحل الزركونيوم في حمض النيتريك ، وفصل الاستخراج من الهافنيوم والتكرير: ؛ ثم يتم إعادة استخلاص الزركونيوم ويتم إحضار الدورة التكنولوجية لإنتاج رباعي فلوريد الزركونيوم ، والذي يتم منه تقليل الزركونيوم أثناء الذوبان الحراري للكالسيوم. يتم إرسال الزركونيوم الذي تم الحصول عليه لإنتاج السبائك لتصنيع الأنابيب لقضبان الوقود.
تشتمل قاعدة المواد الخام للزركونيوم على معادن غنية - الزركون والبادلييت ، تحتويان على 45 6٪ و 69 1٪ زركونيوم ، على التوالي. في هذه المعادن ، يكون الزركونيوم مصحوبًا بالهافنيوم ، وهو معدن ذو مقطع عرضي عالي الامتصاص الحراري للنيوترونات. لذلك ، فإن أي تقنية لاستخراج وتنقية الزركونيوم توفر تنقيته من الهافنيوم. في أوائل الثمانينيات من القرن الماضي ، تم إنشاء تقنية جديدة لإنتاج الزركونيوم في الاتحاد السوفياتي ، بما في ذلك تلبيد الزركون بكربونات الصوديوم ، وترشيح سيليكات الصوديوم لاحقًا ، وحل الزركونيوم في حمض النيتريك ، وفصل الاستخراج من الهافنيوم والتكرير ؛ ثم يتم إعادة استخلاص الزركونيوم ويتم إحضار الدورة التكنولوجية لإنتاج رباعي فلوريد الزركونيوم ، والذي يتم منه تقليل الزركونيوم أثناء الذوبان الحراري. تشمل التكنولوجيا اللاحقة تكرير شعاع الإلكترون. يتم إرسال الزركونيوم الذي تم الحصول عليه لإنتاج السبائك لتصنيع الأنابيب لقضبان الوقود.
الزركونيوم ، وفقًا لهيكل غلاف الإلكترون ، وبالتالي مكانه في الجدول الدوري لعناصر دي منديليف هو نظير التيتانيوم في العلاقة الفيزيائية والكيميائية. بالنسبة لمعدن الزركونيوم ، يتم التعبير عن ذلك في تشابه التيتانيوم الخاص به فيما يتعلق بالخصائص الفيزيائية والميكانيكية والتكنولوجية والتآكل وطبيعة السبائك المتكونة. لذلك ، في آخر 15 إلى 20 عامًا ، كان هناك استيعاب واسع للزركونيوم: تطوير طرق للحصول على الزركونيوم عالي النقاء وتنفيذ إنتاجه ، ودراسة تفصيلية لخصائصه وسبائكه.
من أجل الاختزال الكربوني الحراري لليورانيوم من المواد الخام للأكسيد ، من الممكن استخدام تقنية وتقنية بوتقة باردة ، بناءً على التسخين بالحث بالتردد المباشر لشحنة UsOg xCj ، حيث يتم استخدام الموصلية الخاصة بها أو المستحثة. تم تطوير تقنية البوتقة الباردة عالية التردد حاليًا لتخليق السيراميك الخالي من الأكسجين (الكربيدات والنتريدات والتركيبات الخزفية المختلفة ؛ انظر الفصول 7 و 8 و 14 تعرض مخططات لتركيبات الحث والأفران المعدنية لتخليق مواد خزفية خالية من الأكسجين ، لصهر المعادن وتكريرها في أوضاع منفصلة ومتسلسلة مستمرة باستخدام تقنية البوتقة الباردة ، يمكن استخدام هذه التقنية والتقنية المتقدمة ، من حيث المبدأ ، في التكنولوجيا واسعة النطاق لتقليل اليورانيوم الكربوني من المواد الخام للأكسيد ، ومع ذلك ، ضروري لإجراء البحث والتطوير لحل المشكلات التكنولوجية والأدوات التي تم إجراؤها في السبعينيات والثمانينيات ، أصبحت الآن ترسانة معدات البلازما والتردد أكثر ثراءً. ط ، الهافنيوم والمعادن الأرضية النادرة والنادرة بما في ذلك سكانديوم ؛ ظهرت مفاعلات عازلة معدنية ، شفافة للإشعاع الكهرومغناطيسي في نطاق الترددات الراديوية ، مستخدمة للتركيبات عالية الحرارة من السيراميك الخالي من الأكسجين ، ولصهر سيراميك الأكسيد ، وحتى لتزجيج النفايات المشعة. بالإضافة إلى ذلك ، تم إجراء أعمال البحث والتطوير لإنشاء معدات مشتركة لتردد البلازما لحل مشاكل التكنولوجيا الكيميائية والمعدنية ؛ بالنسبة لبعض التطبيقات المعدنية ، تم بالفعل إنشاء معدات ميغاواط ووجدت تطبيقًا عمليًا. ستعرض نتائج هذا البحث والتطوير في فصول لاحقة ؛ من المحتمل جدًا أن تُستخدم هذه المعدات أيضًا لإدخال تقنية الاختزال الكربوني الحراري لليورانيوم من المواد الخام المؤكسدة في الإنتاج الصناعي.
من أجل الاختزال الكربوني الحراري لليورانيوم من المواد الخام للأكسيد ، من الممكن استخدام تقنية وتقنية بوتقة باردة ، بناءً على التسخين بالحث بالتردد المباشر للشحنة UsOg xC ، حيث يتم استخدام الموصلية الخاصة بها أو المستحثة. تم تطوير تقنية البوتقة الباردة عالية التردد حاليًا لتخليق السيراميك الخالي من الأكسجين (الكربيدات والنتريدات والتركيبات الخزفية المختلفة ؛ انظر الفصول 7 و 8 و 14 تعرض مخططات لتركيبات الحث والأفران المعدنية لتخليق مواد خزفية خالية من الأكسجين ، لصهر المعادن وتكريرها في أوضاع منفصلة ومتسلسلة مستمرة باستخدام تقنية البوتقة الباردة ، يمكن استخدام هذه التقنية والتقنية المتقدمة ، من حيث المبدأ ، في التكنولوجيا واسعة النطاق لتقليل اليورانيوم الكربوني من المواد الخام للأكسيد ، ومع ذلك ، ضروري لإجراء البحث والتطوير لحل المشكلات التكنولوجية والأدوات التي تم إجراؤها في السبعينيات والثمانينيات ، أصبحت الآن ترسانة معدات البلازما والتردد أكثر ثراءً. ط ، الهافنيوم والمعادن الأرضية النادرة والنادرة بما في ذلك سكانديوم ؛ ظهرت مفاعلات عازلة معدنية ، شفافة للإشعاع الكهرومغناطيسي في نطاق الترددات الراديوية ، مستخدمة للتركيبات عالية الحرارة من السيراميك الخالي من الأكسجين ، ولصهر سيراميك الأكسيد ، وحتى لتزجيج النفايات المشعة. بالإضافة إلى ذلك ، تم تنفيذ أعمال البحث والتطوير لإنشاء معدات مشتركة لتردد البلازما لحل مشاكل التكنولوجيا الكيميائية والمعدنية ؛ بالنسبة لبعض التطبيقات المعدنية ، تم بالفعل إنشاء معدات ميغاواط ووجدت تطبيقًا عمليًا. ستعرض نتائج هذا البحث والتطوير في فصول لاحقة ؛ من المحتمل جدًا أن تُستخدم هذه المعدات أيضًا لإدخال تقنية الاختزال الكربوني الحراري لليورانيوم من المواد الخام المؤكسدة في الإنتاج الصناعي.
أكسيد الزركونيوم - ZrO2 (ثاني أكسيد الزركونيوم) ، بلورات عديمة اللون ، درجة انصهار 2900 درجة مئوية.
يُظهر ثاني أكسيد الزركونيوم خصائص مذبذبة ، وهو غير قابل للذوبان في الماء والمحاليل المائية لمعظم الأحماض والقلويات ، ولكنه يذوب في أحماض الكبريتيك الهيدروفلورية والمركزة ، ويذوب القلوي والنظارات.
- يوجد ثاني أكسيد الزركونيوم في ثلاثة أشكال بلورية:
- أحادي المستقر ، يحدث بشكل طبيعي في شكل المعدني baddelite. رباعي الزركونيوم متغير الاستقرار بدرجة حرارة متوسطة ، وهو موجود في العديد من سيراميك الزركونيوم. يصاحب انتقال المرحلة الرباعية لثاني أكسيد الزركونيوم إلى الطور أحادي الميل زيادة في الحجم ، مما يزيد من قوة مثل هذه الخزفيات: تبدأ الضغوط الميكانيكية عند طرف التكسير الصغير المتنامي في الانتقال الطوري من التعديل رباعي الزوايا إلى التعديل أحادي الميل. ، ونتيجة لذلك ، الزيادات المحلية في الحجم ، وبالتالي الضغط ، مما يؤدي إلى استقرار microcrack ، مما يؤدي إلى إبطاء ارتفاعها.
- مكعب درجات حرارة عالية غير مستقر. تُستخدم بلورات كبيرة شفافة من ثاني أكسيد الزركونيوم المكعب ، مثبتة بشوائب من أكاسيد الكالسيوم أو الإيتريوم أو معادن أخرى ، بسبب معامل الانكسار العالي والتشتت ، في المجوهرات كتقليد للماس ؛ في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية ، سميت هذه البلورات بالزركونيا المكعبة ، من معهد الفيزياء التابع لأكاديمية العلوم ، حيث تم تصنيعها لأول مرة.
يستخدم ثاني أكسيد الزركونيوم على نطاق واسع في إنتاج منتجات عالية المقاومة للحرارة ، والمينا المقاومة للحرارة ، والزجاج المقاوم للحرارة ، وأنواع مختلفة من السيراميك ، وأصباغ السيراميك ، والإلكتروليتات الصلبة ، والطلاءات الواقية الحرارية ، والمحفزات ، والأحجار الكريمة الاصطناعية ، وأدوات القطع والمواد الكاشطة. في السنوات الأخيرة ، تم استخدام الزركونيا على نطاق واسع في الألياف الضوئية والسيراميك لاستخدامها في الإلكترونيات.
نظرًا لخصائصه الفريدة مثل أعلى مقاومة للتآكل ، وسطح أملس بشكل لا يصدق ، وعدم وجود تفاعل سلبي عمليًا مع ، على سبيل المثال ، الأسلاك والكابلات ، فإن أقل الموصلية الحرارية لجميع مواد السيراميك المعروفة - أكسيد الزركونيوم يستخدم في العديد من مجالات التكنولوجيا.
نظرًا للحد الأدنى من التفاعل مع المعادن ، فإن أكسيد الزركونيوم ممتاز للقوالب ، وأشرطة سحب الأسلاك وغيرها من الآلات والأجهزة لإنتاج الأسلاك والكابلات. أزواج منزلقة ، بسبب الخصائص الترايبولوجية الممتازة ، خاصة في درجات الحرارة المرتفعة ، فضلاً عن التمدد الحراري الأفضل من الفولاذ. كل هذا يجعل المواد القائمة على أكسيد الزركونيوم من أفضل المواد للسيراميك التقني والهندسي.
مواد نانوسيراميك تعتمد على ZrO2لديها مجموعة فريدة من الخصائص الفيزيائية والميكانيكية:
- على عكس نظائرها الحالية ، نظرًا لتكنولوجيا التوليف الخاصة ، تتمتع السيراميك في نفس الوقت بقيم عالية من القوة وصلابة الكسر ومقاومة التآكل ؛
- خصائص عالية الأداء تحت درجات حرارة عالية (أكثر من 1600 درجة مئوية) والبيئات المسببة للتآكل دون تدهور كبير في الخصائص الميكانيكية ؛
- القدرة على امتصاص والاحتفاظ بكمية كبيرة من السائل النشط في مساحة المسام.
عند الطلب ، سنقدم معلومات إضافية (شهادات الجودة ، الأسعار ، شروط التسليم ، إلخ) ،
وكذلك عينات المنتج للاختبار. نحن جاهزون للإجابة على جميع أسئلتك.
نأمل في تعاون مثمر ومتبادل المنفعة.
التواجد في الطبيعة
تنتشر مركبات الزركونيوم في الغلاف الصخري. في الطبيعة ، ينتشر الزركون (ZrSiO4) والبادلييت (ZrO2) والمعادن المعقدة بشكل رئيسي. في جميع الرواسب الأرضية ، يصاحب الزركونيوم Hf ، الذي يدخل في معادن الزركون بسبب الاستبدال المتماثل لذرة Zr. الزركون هو أكثر معادن الزركونيوم وفرة. توجد في جميع أنواع الصخور ، ولكن بشكل رئيسي في الجرانيت والسيانيت. في مقاطعة جيندرسون بولاية نورث كارولينا ، تم العثور على بلورات الزركون التي يبلغ طولها عدة سنتيمترات في البغماتيت ، كما تم العثور على بلورات تزن بالكيلوغرام في مدغشقر. تم العثور على Baddeleyite بواسطة Yussak في عام 1892 في البرازيل. يقع الوديعة الرئيسية في منطقة Pocos de Caldas (البرازيل). تم العثور على كتلة من baddeleyite تزن حوالي 30 طنًا هناك ، وفي مجاري المياه وعلى طول الجرف ، يوجد baddeleyite على شكل حصى غرينية يصل قطرها إلى 7.5 ملم ، والمعروفة باسم favas (من البرتغالية fava - bob). تحتوي الفافاس عادة على أكثر من 90٪ زركونيا.تطبيق الزركونيوم ومركباته
يستخدم الزركونيوم في الصناعة منذ الثلاثينيات. نظرًا لارتفاع تكلفتها ، فإن استخدامها محدود. المؤسسة الوحيدة المتخصصة في إنتاج الزركونيوم في روسيا (وعلى أراضي الاتحاد السوفياتي السابق) هي مصنع تشيبيتسك الميكانيكي (جلازوف ، أودمورتيا).استخدام الزركونيوم في الطاقة النووية
يحتوي الزركونيوم على مقطع عرضي صغير جدًا لالتقاط النيوترونات الحرارية. لذلك يستخدم الزركونيوم المعدني ، الذي لا يحتوي على الهافنيوم ، وسبائكه في الطاقة النووية لتصنيع عناصر الوقود والمبادلات الحرارية وغيرها من هياكل المفاعلات النووية ، بالإضافة إلى وسيط نيوتروني فعال للغاية.استخدام الزركونيوم في صناعة المعادن
في علم المعادن يتم استخدامه كأداة ربط. مزيل للأكسدة ومزيل النتروجين جيد ، متفوق على Mn ، Si ، Ti في الكفاءة. سبائك الفولاذ مع الزركونيوم (تصل إلى 0.8٪) تزيد من خواصها الميكانيكية وإمكانية تشكيلها. كما أنه يجعل سبائك النحاس أكثر متانة ومقاومة للحرارة مع فقد طفيف في التوصيل الكهربائي. يستخدم ثاني أكسيد الزركونيوم (درجة الانصهار 2700 درجة مئوية) في إنتاج البكر المقاوم للصهر (البكر - سيراميك البادلايت - اكسيد الالمونيوم). يتم استخدامه كبديل عن شاموت. تستخدم الحراريات القائمة على ثاني أكسيد مستقر في صناعة المعادن للأحواض ، وفوهات للصب المستمر للفولاذ ، وبوتقات لصهر العناصر الأرضية النادرة. كما أنها تستخدم في سيرميت - الطلاءات المعدنية الخزفية التي تتمتع بصلابة عالية ومقاومة للعديد من الكواشف الكيميائية ، وتتحمل التسخين على المدى القصير حتى 2750 درجة مئوية. ثنائي بوريد الزركونيوم ZrB2 عبارة عن سيرمت ؛ في مخاليط مختلفة مع نيتريد التنتالوم وكربيد السيليكون ، هو مادة لإنتاج القواطع.استخدام الزركونيوم في الألعاب النارية
يتمتع الزركونيوم بقدرة ملحوظة على حرق الأكسجين في الهواء (درجة حرارة الاشتعال الذاتي - 250 درجة مئوية) عمليًا دون انبعاث دخان ، بمعدل مرتفع وتطوير أعلى درجة حرارة لجميع أنواع الوقود المعدني (4650 درجة مئوية). نظرًا لارتفاع درجة الحرارة ، فإن ثاني أكسيد الزركونيوم الناتج ينبعث منه قدرًا كبيرًا من الضوء ، والذي يستخدم على نطاق واسع في الألعاب النارية (إنتاج الألعاب النارية والألعاب النارية) ، وإنتاج مصادر الضوء الكيميائية المستخدمة في مختلف مجالات النشاط البشري (المشاعل ، المشاعل ، قنابل إضاءة ، FOTAB - قنابل ضوئية جوية). في هذا المجال ، ليس فقط الزركونيوم المعدني ذو أهمية متزايدة ، ولكن أيضًا سبائكه مع السيريوم (تدفق ضوئي أعلى بكثير). يستخدم مسحوق الزركونيوم في خليط مع عوامل مؤكسدة (ملح Berthollet) كعامل لا يدخن في مصابيح إشارة الألعاب النارية وفي الصمامات ، لتحل محل بخار الزئبق وأزيد الرصاص.تطبيق الزركونيوم في البحث العلمي (في مجال البحث عن درجات الحرارة المنخفضة)
سبيكة فائقة التوصيل 75٪ Nb و 25٪ Zr (الموصلية الفائقة عند 4.2 كلفن) تتحمل الأحمال حتى 100،000 أمبير / سم. استخدام الزركونيوم في الصناعة البصرية - على أساس التعديل المكعب لثاني أكسيد الزركونيوم ، المستقر بواسطة سكانديوم ، الإيتريوم ، أتربة نادرة ، يتم الحصول على مادة - الزركونيا المكعبة (من شبكة المعلومات والعمل بشأن أولوية الغذاء ، حيث تم الحصول عليها لأول مرة) ، يتم استخدام الزركونيا المكعبة كمادة بصرية ذات معامل انكسار عالي (عدسات مسطحة). يستخدم استخدام الزركونيوم كمادة هيكلية لتصنيع المفاعلات الكيميائية المقاومة للأحماض ، والتجهيزات ، والمضخات ، لإنتاج الألياف الاصطناعية ، ولإنتاج أنواع معينة من الأسلاك (السحب). يستخدم الزركونيوم كبديل للمعادن الثمينة. استخدام الزركونيوم في صناعة الزجاج - الزركون "منزوع الحديد" يستخدم في شكل حراريات مختلفة لتبطين الزجاج والأفران المعدنية. استخدام الزركونيوم في الصناعات الإنشائية - في إنتاج سيراميك البناء والمينا والطلاء الزجاجي للأدوات الصحية. استخدامات الزركونيوم في الصناعات الخفيفة يستخدم الزركونيوم لتصنيع أدوات مائدة متنوعة بخصائص صحية ممتازة بسبب مقاومته الكيميائية العالية. استخدام الزركونيوم في صناعة الطلاء والورنيش - ثاني أكسيد - يقضي على المينا ، يمنحها لونًا أبيض معتمًا. يعتبر استخدام الزركونيوم في صناعة المجوهرات كأحجار كريمة اصطناعية (التشتت ، معامل الانكسار واللون أكبر من الماس). تطبيق الزركونيوم في صناعة الطيران - كربيد الزركونيوم (درجة الانصهار 3530 درجة مئوية) هو أهم مادة هيكلية لمحركات المرحلة الصلبة النووية النفاثة. يستخدم هيدريد الزركونيوم كمكون دافع. بريلايد الزركونيوم شديد الصلابة ومقاوم للأكسدة في الهواء حتى 1650 درجة مئوية ، ويستخدم في هندسة الطيران (المحركات ، الفوهات ، المفاعلات ، مولدات النظائر المشعة الكهربائية) عند تسخينه ، يقوم ثاني أكسيد الزركونيوم بتوصيل تيار ، والذي يستخدم أحيانًا للحصول على التدفئة عناصر ثابتة في الهواء عند درجات حرارة عالية جدًا ... الزركونيوم المسخن قادر على توصيل أيونات الأكسجين كإلكتروليت صلب. تُستخدم هذه الخاصية في أجهزة تحليل الأكسجين الصناعي ..php on line 203 تحذير: مطلوب (http: //www..php): فشل في فتح تيار: لا يمكن العثور على غلاف مناسب في / hsphere / local / home / winexins / site / tab / Zr.php في السطر 203 خطأ فادح: يتطلب (): فشل الفتح المطلوب "http: //www..php" (include_path = ".. php على السطر 203يتم استخدام الأطراف الصناعية للأسنان في كل مكان وفي جميع عيادات الأسنان. توجد مجموعة كبيرة نسبيًا من المواد المستخدمة في تصنيع الأطراف الاصطناعية وتقنيات تركيبها. المادة الجديدة ، أكسيد الزركونيوم ، ملفتة للنظر في صفاتها وتعتبر الأفضل للاستخدام في هذا المجال.
كمركب كيميائي
أكسيد ZrO2 عبارة عن بلورات شفافة عديمة اللون ذات قوة خاصة وغير قابلة للذوبان في الماء ومعظم محاليل القلويات والأحماض ، ولكنها تذوب في القلويات المنصهرة والنظارات وأحماض الهيدروفلوريك والكبريتيك. نقطة الانصهار 2715 درجة مئوية. يوجد أكسيد الزركونيوم في ثلاثة أشكال: أحادي الميل المستقر ، والذي يحدث في الطبيعة ، رباعي الزوايا غير مستقر ، وهو جزء من سيراميك الزركونيوم ، والمكعب غير المستقر ، الذي يستخدم في المجوهرات كتقليد للماس. في الصناعة ، يستخدم أكسيد الزركونيوم على نطاق واسع بسبب صلابته الفائقة ؛ حيث تصنع منه الحراريات والمينا والزجاج والسيراميك.
تطبيقات أكسيد الزركونيوم
تم اكتشاف أكسيد الزركونيوم في عام 1789 ولم يتم استخدامه لفترة طويلة ، وكانت جميع إمكاناته الهائلة غير معروفة للبشرية. لم يتم استخدام الزركونيوم بشكل نشط إلا مؤخرًا نسبيًا في العديد من مجالات النشاط البشري. يتم استخدامه في صناعة السيارات ، على سبيل المثال ، في تصنيع أقراص الفرامل للسيارات الراقية. في صناعة الفضاء ، لا يمكن الاستغناء عنه - فبفضله يمكن للسفن أن تتحمل تأثيرات درجات الحرارة المذهلة. تحتوي أدوات القطع والمضخات أيضًا على أكسيد الزركونيوم. كما أنها تستخدم في الطب ، على سبيل المثال ، كرؤوس لمفاصل الورك الاصطناعية. وأخيرًا ، في طب الأسنان ، يمكنه إظهار أفضل صفاته في دور أطقم الأسنان.
أكسيد الزركونيوم في طب الأسنان
في طب الأسنان الحديث ، يعتبر أكسيد الزركونيوم أكثر المواد شيوعًا في صناعة تيجان الأسنان. لقد انتشر في هذا المجال بسبب صفاته مثل الصلابة والقوة والمتانة والاحتفاظ بالشكل والمظهر لفترة طويلة ، والتوافق البيولوجي مع الأنسجة البشرية ، والمظهر الجميل. يمكن أن تكون بمثابة مادة للتيجان المفردة والجسور والدبابيس والأطراف الاصطناعية الثابتة باستخدام الغرسات.
يصعب معالجة أكسيد الزركونيوم ، الذي يكون سعره أعلى من الأنواع الأخرى من الأطراف الاصطناعية. هذا هو سبب حقيقة أن هذه التيجان هي الأغلى. بعد إنشاء الإطار ، يتم وضع طبقة من السيراميك الأبيض عليه ، لأن أكسيد الزركونيوم نفسه ليس له لون. هذا يسمح بوضع السيراميك في طبقة رقيقة جدًا.
التيجان الخالية من المعادن من أكسيد الزركونيوم
في إنتاج التيجان وأكسيد الزركونيوم مادة جديدة إلى حد ما. في السابق ، كان استخدام أطقم الأسنان ذات الإطار المعدني هو القاعدة المطلقة ولا بديل عنها. لكن العلماء كانوا يبحثون ويبحثون عن أنسب مادة لها مظهر جمالي وتوافق بيولوجي مع أنسجة جسم الإنسان ، متينة وخفيفة الوزن. تم العثور على مثل هذه المواد ، وهي نادرة جدًا في الطبيعة ، لا يمكن مقارنتها إلا بالماس في صفاتها.
مع ظهور تيجان الزركونيوم ، يمكن للمرضى الاستمتاع بجماليات وجمال الأطراف الاصطناعية الفريدة ، والشيء الآخر هو أنه لا يمكن للجميع تحمل هذه السعادة. ولكن نظرًا لقوتها ، فقد يكون من الضروري إنفاق الأموال مرة واحدة ولمدى الحياة - فالأطراف الاصطناعية من الزركونيوم مقاومة للتآكل ومتينة بشكل لا يصدق. نظرًا لحقيقة أن أكسيد الزركونيوم نفسه شفاف ، جنبًا إلى جنب مع طبقة رقيقة من السيراميك ، يتم إنشاء تأثير الأسنان الطبيعية. بالإضافة إلى ذلك ، تتناسب التيجان بشكل مريح مع اللثة ، ولا تحتوي على أدنى فجوة ، مما يخلق مظهرًا أكثر طبيعية.
جماليات بالإضافة إلى القوة
يطلق على الفولاذ الأبيض أحيانًا اسم سيراميك أكسيد الزركونيوم. التيجان المصنوعة من هذه المادة أقوى بخمس مرات من أطقم الأسنان المصنوعة من السيراميك. ما هي ميزة هذه القوة؟ قبل ظهور أكسيد الزركونيوم في طب الأسنان ، كانت التيجان تُصنع باستخدام إطار معدني توضع عليه طبقة سميكة من السيراميك. معدن للقوة ، سيراميك للتجميل. لكن من المستحيل إنشاء مظهر طبيعي تمامًا بهذه الطريقة ، يظهر شريط داكن بوضوح في مكان ملامسة الطرف الاصطناعي للثة (يتم إعطاء هذا التأثير من خلال إطار معدني).
أكسيد الزركونيوم ليس أقل شأنا من المعدن ، ويسمح لك بنقل اللون الطبيعي والشفافية ، مثل الأسنان الطبيعية ، دون أي بقع لونية غير ضرورية. إنه مشابه في طبيعته لأنسجة السن ، وله انتقال للضوء. تنكسر أشعة الضوء التي تخترق التاج وتشتت بطريقة طبيعية ، مما يخلق تأثير ابتسامة صحية وجميلة. عند تركيب طرف اصطناعي ، يختار أطباء الأسنان لونًا لا يختلف عن لون الأسنان السليمة الأخرى ، وبالتالي لا يتخلى التاج عن نفسه ، بل يندمج مع الأسنان السليمة.
التوافق الحيوي
تسبب المعادن التي يتم تصنيع الأطراف الاصطناعية منها في بعض الأحيان ردود فعل تحسسية لدى المريض وظهور الالتهاب وإدمان طويل الأمد للأطراف الاصطناعية. تيجان أكسيد الزركونيوم مثالية للأشخاص الذين يعانون من فرط الحساسية وعدم تحمل المعادن.
هذا بسبب خصائصهم:
- تكوين آمن (لا يحتوي على
- مقاومة للأحماض وقابلية منخفضة للذوبان.
- سطح أملس يمنع تراكم الرواسب.
- الخمول في المواد الأخرى الموجودة في تجويف الفم.
- يضمن العزل الحراري العالي عدم الراحة عند تناول الطعام الساخن أو البارد.
- الحد الأدنى من التحضير للأسنان السليمة. تسمح لك قوة المادة بإنشاء هياكل رقيقة ، وبالتالي تحويل السن إلى الحد الأدنى والحفاظ على أنسجة أسنان أكثر صحة.
موانع
أكسيد الزركونيوم ، خصائصه المثالية لأطقم الأسنان ، ليس له موانع تقريبًا ، باستثناء هذه الخصائص الفردية لجسم الإنسان:
- العضة العميقة هي علم أمراض هيكل الفك ، حيث يغطي الفك العلوي ثلث الأسنان السفلية عند إغلاقه. يؤدي الخلل إلى الضغط المفرط على أسنان الفك العلوي ويهدد بزيادة تآكل مينا الأسنان.
- صريف الأسنان هو خلل في صرير الأسنان ، وغالبًا ما يحدث أثناء النوم. السبب غير مفهوم تمامًا ، لكن العديد من العلماء يتفقون على أن صرير الأسنان ناتج عن اختلال التوازن العقلي والتوتر. يؤدي إلى تلف مينا الأسنان وتآكلها.
صنع التيجان
يصعب معالجة أكسيد الزركونيوم ، لذا فإن إنتاج التيجان منه عملية شاقة. يتضمن عدة مراحل:
- يتم تحضير تجويف الفم ، ويتم وضع السن تحت التاج.
- يتم أخذ انطباع من السن المطحون ، يتم عمل نموذج للتاج المستقبلي.
- يتم إجراء مسح ليزر للنموذج ، ويتم إدخال البيانات في جهاز كمبيوتر للمعالجة.
- برنامج كمبيوتر خاص يحاكي الإطار مع مراعاة جميع الفروق الدقيقة (على سبيل المثال ، انكماش الإطار بعد إطلاق النار).
- يتم توصيل آلة طحن رقمية بجهاز كمبيوتر بالبيانات المستلمة ويتم إنشاء إطار من فراغ الزركونيوم.
- يتم وضع الإطار المشكل لتلبيد الكتلة وتوفير قوة أكبر.
- الهيكل النهائي مغطى بكتلة خزفية ذات ظل معين تم اختياره لمريض معين.
مزايا تيجان الزركونيوم على السيراميك المعدني
إذا كانت الأطراف الصناعية ضرورية ، فإن المريض يواجه مسألة اختيار الأسنان الاصطناعية. لأكسيد الزركونيوم العديد من المزايا مقارنة بالمواد الأخرى:
- الأطراف الاصطناعية التي تحتوي على تيجان الزركونيوم لا تتطلب إزالة الأعصاب.
- عدم وجود معدن في الهيكل مما يقضي على مشاكل مثل الحساسية والطعم المعدني في الفم.
- غياب مضمون لتطور الأمراض تحت التاج. يناسب طقم الأسنان اللثة بإحكام ، ولا تدخل جزيئات الطعام والبكتيريا تحته.
- دقة الإطار. تضمن معالجة البيانات الرقمية دقة لا تصدق في تصنيع الهيكل.
- مطابقة الألوان الفردية. لا يمكن تمييز الطرف الاصطناعي النهائي بصريًا عن الأسنان السليمة الباقية.
- إمكانية عمل جسر بأي طول.
- سهولة البناء.
- قلة رد الفعل تجاه الطعام البارد والساخن. يمكن أن يسبب ارتداء السيرميت عدم الراحة في درجات الحرارة العالية أو المنخفضة. أكسيد الزركونيوم لا يعطي مثل هذا التفاعل.
- مظهر طبيعي تمامًا.
- عدم وجود حدود رمادية في منطقة التلامس مع اللثة.
- عند التحضير للأطراف الصناعية ، لا داعي لشحذ السن كثيرًا.
- التيجان لا تشوه وتحتفظ بشكلها وشكلها لفترة طويلة.
الزركون هو أكثر معادن الزركونيوم وفرة. توجد في جميع أنواع الصخور ، ولكن بشكل رئيسي في الجرانيت والسيانيت. في مقاطعة جيندرسون بولاية نورث كارولينا ، تم العثور على بلورات من الزركون يبلغ طولها عدة سنتيمترات في البغماتيت ، كما تم العثور على بلورات تزن بالكيلوغرام في مدغشقر. تم العثور على Baddeleyite بواسطة Yussak في عام 1892 في البرازيل. يقع الوديعة الرئيسية في منطقة Pocos de Caldas (البرازيل). توجد أكبر رواسب الزركونيوم في الولايات المتحدة الأمريكية وأستراليا والبرازيل والهند.
في روسيا ، التي تمثل 10٪ من احتياطيات الزركونيوم في العالم (المرتبة الثالثة في العالم بعد أستراليا وجنوب إفريقيا) ، الرواسب الرئيسية هي: Kovdor bedrock baddelite-apatite-magnetite في منطقة مورمانسك ، Tugan placer zircon-rutile-ilmenite في منطقة تومسك ، الزركون الغريني المركزي ، الروتيل ، الإلمنيت في منطقة تامبوف ، الزركون الغريني لوكويانوفسكوي الزركون-الروتيل-إيلمينيت في منطقة نيجني نوفغورود ، الزركون الأصلي كاتوجينسكوي في منطقة تشيتا كولومبيت.
احتياطيات الزركونيوم عام 2012 ألف طن *
| أستراليا | 21,000.0 |
| جنوب أفريقيا | 14,000.0 |
| الهند | 3,400.0 |
| موزمبيق | 1,200.0 |
| الصين | 500.0 |
| بلدان اخرى | 7,900.0 |
| إجمالي الأسهم | 48,000.0 |
* بيانات هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية
في الصناعة ، فإن المادة الأولية لإنتاج الزركونيوم هي مركزات الزركونيوم ذات المحتوى الكتلي من ثاني أكسيد الزركونيوم بنسبة 60-65٪ على الأقل ، والتي يتم الحصول عليها عن طريق تخصيب خامات الزركونيوم. الطرق الرئيسية للحصول على الزركونيوم المعدني من المركز هي عمليات الكلوريد والفلورايد والقلوية. أكبر منتج للزركون في العالم هو إيلوكا.
يتركز إنتاج الزركون في أستراليا (40٪ من الإنتاج عام 2010) وجنوب إفريقيا (30٪). يتم إنتاج باقي الزركون في أكثر من اثنتي عشرة دولة أخرى. زاد إنتاج الزركون بمعدل 2.8٪ سنويًا بين عامي 2002 و 2010. كبار المنتجين مثل Iluka Resources و Richards Bay Minerals و Exxaro Resources Ltd و DuPont يستخرجون الزركون كمنتج ثانوي لتعدين التيتانيوم. لم يزد الطلب على معدن التيتانيوم بالسرعة التي كانت عليه في حالة الزركون خلال العقد الماضي ، لذلك بدأ المنتجون في تطوير واستغلال الرمال المعدنية ذات المحتوى العالي من الزركون ، كما هو الحال في إفريقيا وجنوب أستراليا.
* بيانات هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية
يستخدم الزركونيوم في الصناعة منذ الثلاثينيات. نظرًا لارتفاع تكلفتها ، فإن استخدامها محدود. يستخدم الزركونيوم المعدني وسبائكه في هندسة الطاقة النووية. يحتوي الزركونيوم على مقطع عرضي صغير جدًا لالتقاط النيوترونات الحرارية ونقطة انصهار عالية. لذلك ، يستخدم الزركونيوم المعدني ، الذي لا يحتوي على الهافنيوم ، وسبائكه في الطاقة النووية لتصنيع عناصر الوقود وتجميعات الوقود وغيرها من هياكل المفاعلات النووية.
مجال آخر لتطبيق الزركونيوم هو صناعة السبائك. في علم المعادن ، يتم استخدامه كأداة ربط. مزيل للأكسدة ومزيل النتروجين جيد ، متفوق على Mn ، Si ، Ti في الكفاءة. سبائك الفولاذ مع الزركونيوم (تصل إلى 0.8٪) تزيد من خواصها الميكانيكية وإمكانية تشكيلها. كما أنه يجعل سبائك النحاس أكثر متانة ومقاومة للحرارة مع فقد طفيف في التوصيل الكهربائي.
كما يستخدم الزركونيوم في الألعاب النارية. يتمتع الزركونيوم بقدرة ملحوظة على حرق الأكسجين في الهواء (درجة حرارة الاشتعال الذاتي - 250 درجة مئوية) عمليًا دون إنتاج دخان وبسرعة عالية. يطور هذا أعلى درجة حرارة للوقود المعدني (4650 درجة مئوية). نظرًا لارتفاع درجة الحرارة ، فإن ثاني أكسيد الزركونيوم الناتج ينبعث منه قدرًا كبيرًا من الضوء ، والذي يستخدم على نطاق واسع في الألعاب النارية (إنتاج الألعاب النارية والألعاب النارية) ، وإنتاج مصادر الضوء الكيميائية المستخدمة في مختلف مجالات النشاط البشري (المشاعل ، المشاعل ، قنابل الإضاءة ، FOTAB - قنابل ضوئية جوية ؛ تستخدم على نطاق واسع في التصوير الفوتوغرافي كجزء من مصابيح الفلاش التي تستخدم لمرة واحدة حتى تم استبدالها بالفلاش الإلكتروني). للاستخدام في هذا المجال ، ليس فقط الزركونيوم المعدني مهمًا ، ولكن أيضًا سبائكه مع السيريوم ، والتي تعطي تدفقًا ضوئيًا أعلى بشكل ملحوظ. يستخدم مسحوق الزركونيوم في خليط مع عوامل مؤكسدة (ملح Berthollet) كعامل لا يدخن في مصابيح إشارة الألعاب النارية وفي الصمامات ، لتحل محل بخار الزئبق وأزيد الرصاص. تم إجراء تجارب ناجحة على استخدام احتراق الزركونيوم كمصدر ضوئي لضخ الليزر.
تطبيق آخر للزركونيوم في الموصلات الفائقة. سبيكة فائقة التوصيل 75٪ Nb و 25٪ Zr (الموصلية الفائقة عند 4.2 كلفن) تتحمل الأحمال حتى 100،000 أمبير / سم 2. في شكل مادة هيكلية ، يستخدم الزركونيوم لتصنيع المفاعلات الكيميائية المقاومة للأحماض والتجهيزات والمضخات. يستخدم الزركونيوم كبديل للمعادن الثمينة. في صناعة الطاقة النووية ، يعتبر الزركونيوم المادة الرئيسية لتكسية عناصر الوقود.
يتمتع الزركونيوم بمقاومة عالية للوسائط البيولوجية ، حتى أعلى من التيتانيوم ، وتوافق حيوي ممتاز ، ونتيجة لذلك يتم استخدامه لإنشاء العظام والمفاصل والأسنان الاصطناعية ، وكذلك الأدوات الجراحية. في طب الأسنان ، يعتبر السيراميك القائم على ثاني أكسيد الزركونيوم مادة لتصنيع أطقم الأسنان. بالإضافة إلى ذلك ، نظرًا لكونها حيوية ، تعمل هذه المادة كبديل للتيتانيوم في صناعة زراعة الأسنان.
يستخدم الزركونيوم في صناعة مجموعة متنوعة من أدوات المائدة ذات الخصائص الصحية الممتازة بسبب مقاومته الكيميائية العالية.
يستخدم ثاني أكسيد الزركونيوم (درجة الانصهار 2700 درجة مئوية) لإنتاج البكر المقاوم للصهر (البكر - سيراميك البادلايت - اكسيد الالمونيوم). يستخدم كبديل للشاموت حيث يزيد من الحملة 3-4 مرات في الأفران لصهر الزجاج والألمنيوم. تستخدم الحراريات القائمة على ثاني أكسيد مستقر في صناعة المعادن للأحواض ، وفوهات للصب المستمر للفولاذ ، وبوتقات لصهر العناصر الأرضية النادرة. كما أنها تستخدم في سيرميت - الطلاءات المعدنية الخزفية التي تتمتع بصلابة عالية ومقاومة للعديد من الكواشف الكيميائية ، وتتحمل التسخين على المدى القصير حتى 2750 درجة مئوية. ثاني أكسيد هو تقطير المينا ، مما يمنحها لونًا أبيض معتمًا. على أساس التعديل المكعب لثاني أكسيد الزركونيوم ، المستقر بواسطة سكانديوم ، الإيتريوم ، الأتربة النادرة ، يتم الحصول على مادة - زركونيا مكعب (من شبكة المعلومات والعمل بشأن أولوية الغذاء ، حيث تم الحصول عليها لأول مرة) ، يتم استخدام الزركونيا المكعبة كمادة بصرية ذات معامل انكسار عالي (العدسات المسطحة) ، في الطب (أداة جراحية) ، كأحجار كريمة اصطناعية (التشتت ، معامل الانكسار ولعب اللون أكبر من الماس) ، في إنتاج الألياف الاصطناعية وفي إنتاج أنواع معينة من الأسلاك ( رسم). عند تسخينها ، تقوم الزركونيا بتوصيل تيار ، والذي يستخدم أحيانًا لإنتاج عناصر تسخين مستقرة في الهواء عند درجات حرارة عالية جدًا. الزركونيوم المسخن قادر على توصيل أيونات الأكسجين كإلكتروليت صلب. تستخدم هذه الخاصية في أجهزة تحليل الأكسجين الصناعية.
يستخدم هيدريد الزركونيوم في الهندسة النووية كوسيط نيوتروني فعال للغاية. أيضا ، يستخدم هيدريد الزركونيوم لتغليف الزركونيوم على شكل أغشية رقيقة بالتحلل الحراري على الأسطح المختلفة.
مادة نيتريد الزركونيوم لطلاء السيراميك ، نقطة انصهار 2990 درجة مئوية تقريبًا ، متحللة في الماء الريجيا. وجدت التطبيق كطلاءات في طب الأسنان والمجوهرات.
الزركون ، أي ZrSiO4 ، هو المصدر الرئيسي للمعادن للزركونيوم والهافنيوم. كما تستخرج منه عناصر نادرة ويورانيوم تتركز فيه. يستخدم تركيز الزركونيوم في إنتاج الحراريات. إن نسبة اليورانيوم العالية من الزركون تجعله معدنًا مناسبًا لتحديد العمر باستخدام التأريخ باليورانيوم والرصاص. تستخدم بلورات الزركون الشفافة في المجوهرات (الصفير ، المصطلحات). عندما يتم تكلس الزركون ، يتم الحصول على أحجار زرقاء لامعة تسمى starlite.
يستخدم حوالي 55٪ من إجمالي الزركونيوم في إنتاج السيراميك - بلاط السيراميك للجدران والأرضيات ، وكذلك لإنتاج ركائز السيراميك في الإلكترونيات. يُستخدم حوالي 18٪ من الزركون في الصناعة الكيميائية ، وقد نما الاستهلاك في هذه المنطقة في السنوات الأخيرة بمتوسط 11٪ سنويًا. بالنسبة لصهر المعادن ، يتم استخدام حوالي 22٪ من الزركون ، لكن هذا الاتجاه لم يحظى بشعبية كبيرة مؤخرًا بسبب توافر طرق أرخص لإنتاج الزركونيوم. يتم استخدام نسبة 5٪ المتبقية من الزركون لإنتاج أنابيب الكاثود ، لكن الاستهلاك في هذه المنطقة آخذ في الانخفاض.
زاد استهلاك الزركون بقوة في عام 2010 إلى 1.33 مليون طن ، بعد أن تسبب التباطؤ الاقتصادي العالمي في عام 2009 في انخفاض الاستهلاك بنسبة 18 ٪ بحلول عام 2008. كان النمو في استهلاك السيراميك ، الذي شكل 54 ٪ من استهلاك الزركون في عام 2010 ، لا سيما في الصين والاقتصادات الناشئة الأخرى مثل البرازيل والهند وإيران ، عاملاً رئيسياً في زيادة الطلب على الزركون في العقد الأول من القرن الحادي والعشرين. بينما في الولايات المتحدة ومنطقة اليورو ، انخفض الاستهلاك. زاد استهلاك الزركون في كيماويات الزركونيوم ، بما في ذلك الزركونيا ، بأكثر من الضعف بين عامي 2000 و 2010 ، بينما أظهر استخدام الزركون لصهر الزركونيوم المعدني معدلات نمو أقل.
وفقًا لروسكيل ، يتم استخدام 90٪ من معدن الزركونيوم المستهلك في العالم في إنتاج مجموعات المفاعلات النووية وحوالي 10٪ في تصنيع البطانات المقاومة للتآكل والضغط العالي للحاويات المستخدمة في مصانع حمض الأسيتيك. وفقًا للخبراء ، من المتوقع في المستقبل زيادة الطلب العالمي على الزركونيوم المعدني ، حيث يخطط عدد من الدول (الصين والهند وكوريا الجنوبية والولايات المتحدة) لبناء محطات طاقة نووية جديدة.
يستخدم أكسيد الزركونيوم ، المعروف أيضًا باسم الزركونيا ، في التطبيقات الصناعية بما في ذلك المستحضرات الصيدلانية والألياف البصرية والملابس المقاومة للماء ومستحضرات التجميل. هناك استهلاك أكبر لمواد الزركونيا - دقيق الزركون والزركونيا المصهور بسبب الزيادة السريعة في إنتاج بلاط السيراميك في الصين. تعد كوريا الجنوبية والهند والصين من أسواق النمو المهمة لأكسيد الزركونيوم. وفقًا لتقرير أبحاث سوق الزركونيوم ، تمثل منطقة آسيا والمحيط الهادئ أكبر وأسرع سوق إقليمي نموًا في العالم. سان جوبان ، التي يقع مقرها في فرنسا ، هي واحدة من أكبر الشركات المصنعة للزركونيا.
يعتبر السيراميك أكبر سوق للاستخدام النهائي للزركونيوم ، والذي يشمل البلاط والأدوات الصحية وأدوات المائدة. أكبر الأسواق التالية التي تستخدم قطاعات الزركونيوم المقاومة للصهر والمسابك. يستخدم الزركون كمادة مضافة في مجموعة متنوعة من منتجات السيراميك ، كما يستخدم في الطلاء الزجاجي لشاشات الكمبيوتر ولوحات التليفزيون لما له من خصائص امتصاص الإشعاع. يتم استخدام طوب الزركونيوم كبديل لمحاليل قاعدة الزركونيا المنصهرة.
إنتاج واستهلاك الزركون (ZrSiO4) في العالم ألف طن *
| عام | 2008 | 2009 | 2010 | 2011 | 2012 |
| إجمالي الإنتاج | 1300.0 | 1050.0 | 1250.0 | 1400.0 | 1200.0 |
| الصين | 400.0 | 380.0 | 600.0 | 650.0 | 500.0 |
| بلدان اخرى | 750.0 | 600.0 | 770.0 | 750.0 | 600.0 |
| إجمالي الاستهلاك | 1150.0 | 980.0 | 1370.0 | 1400.0 | 1100.0 |
| توازن السوق | 150.0 | 70.0 | -120.0 | -- | 100.0 |
| سعر كومكس | 788.00 | 830.00 | 860.00 | 2650.00 | 2650.00 |
* بيانات موجزة
أظهر سوق الزركون انخفاضًا حادًا بدأ في نهاية عام 2008 واستمر طوال عام 2009. خفض المصنعون الإنتاج لخفض التكاليف ووقف التخزين. بدأ الاستهلاك في الانتعاش في نهاية عام 2009 ، وتسارع النمو في عام 2010 ، واستمر في عام 2011. الإمدادات ، خاصة من أستراليا ، حيث يتم استخراج أكثر من 40 ٪ من خامات الزركونيوم ، لم تزد لفترة طويلة ، واضطر المنتجون الآخرون إلى طرح حوالي 0.5 مليون طن من احتياطياتهم في السوق خلال 2008-2010. أدى النقص في السوق ، إلى جانب انخفاض مستويات المخزون ، إلى زيادة الأسعار التي بدأت في أوائل عام 2009. بحلول يناير 2011 ، كانت أسعار الزركون الأسترالي الممتاز عند مستويات قياسية بعد ارتفاعها بنسبة 50٪ من أوائل عام 2009 واستمرت في الارتفاع أكثر في 2011-2012.
في عام 2008 ، ارتفعت أسعار الإسفنج الزركونيوم بسبب ارتفاع أسعار رمل الزركون ، وهو مادة خام لإنتاج المعادن. ارتفعت أسعار الدرجات الصناعية من الزركونيوم بنسبة 7-8٪ - ما يصل إلى 100 دولار / كجم ، وبالنسبة للمعدن للمفاعلات النووية - بنسبة 10٪ - حتى 70-80 دولارًا. وفي نهاية عام 2008 وبداية عام 2009 كان هناك انخفاض طفيف في الأسعار ، ولكن منذ النصف الثاني من عام 2009 ، استأنفت أسعار الزركونيوم نموها ، علاوة على ذلك ، بحيث كان متوسط أسعار الزركونيوم في عام 2009 أعلى مما كان عليه في عام 2008. في عام 2012 ، ارتفعت أسعار الزركونيوم إلى 110 دولارات للكيلوغرام.
على الرغم من انخفاض الاستهلاك في عام 2009 ، لم تنخفض أسعار الزركون بشكل حاد حيث خفض كبار المنتجين الإنتاج وخفضوا المخزونات. في عام 2010 ، لم يستطع الإنتاج مواكبة الطلب ، ويرجع ذلك أساسًا إلى ارتفاع واردات الصين من الزركون بأكثر من 50٪ في عام 2010 إلى 0.7 مليون طن. من المتوقع أن يزداد الطلب على الزركون بنسبة 5.4٪ سنويًا حتى عام 2015 ، ولكن قد تزيد الطاقة الإنتاجية بنسبة 2.3٪ فقط سنويًا. لذلك سيستمر العرض الإضافي محدودًا وقد تستمر الأسعار في الارتفاع حتى يتم تشغيل المشاريع الجديدة.
وفقًا لتقرير بحثي نشره محللو الصناعة العالمية (GIA) ، من المتوقع أن يصل سوق الزركونيوم العالمي إلى 2.6 مليون طن متري بحلول عام 2017. يقدم التقرير تقديرات المبيعات والإسقاطات من 2009 إلى 2017 في مجموعة متنوعة من الأسواق الجغرافية بما في ذلك آسيا والمحيط الهادئ وأوروبا واليابان وكندا والولايات المتحدة.
سيؤدي النمو في صناعة الطاقة النووية الدولية إلى زيادة الطلب على الزركونيوم ، فضلاً عن زيادة قدرتها الإنتاجية على مستوى العالم. محركات النمو الأخرى هي الطلب المتزايد في منطقة آسيا والمحيط الهادئ ، وكذلك في إنتاج بلاط السيراميك في جميع أنحاء العالم.
جار التحميل ...