Производството на цирконий и неговите сплави, съдържащи бор, изисква внимателен контрол. Тъй като в литературата не са описани химически методи за определяне на бор в металния цирконий и неговите сплави, целта на тази работа е да се разработи прост химичен метод за определяне на съдържанието на бор в металния цирконий и неговите сплави, по-специално в сплави с ниско съдържание на ниобий.
При производството на цирконий йодидният метод е от индустриално значение, за разлика от производството на титан.
Съдържа се в емисиите от производството на цирконий, катализатори за органичен синтез.
Хафний се получава само като страничен продукт от реакторното производство на цирконий. Основното му приложение е производството на контролни пръти в ядрени реактори. Общото потребление в момента не надвишава 75% от производството. Въпреки това, изучаването на нови области на приложение - производството на високотемпературни сплави, нишки, гетери, прах за флаш лампи, детонатори - може значително да увеличи търсенето на метала. Отделянето на хафний от цирконий е скъп процес и обикновено разходите за отделяне се разделят поравно между цената на двата метала.
Няма пълна аналогия в свойствата на продуктите от плазмено-флуоридните и екстракционно-флуоридните технологии за производство на цирконий, тъй като при екстракционно-флуоридната технология цирконий и хафний се разделят на хидрохимичния етап чрез екстракция. В случай на използване на плазмено-флуоридната технология за обработка на циркон при сублимационно пречистване на цирконий от примесите, посочени в табл. 3.4, хафний следва главно циркония.
Методът за разделяне на цирконий и хафний чрез електролиза на стопилки представлява интерес за производството на цирконий, тъй като едновременно с производството на метален цирконий той се пречиства от хафний.
Суровината за производството на хафний са циркониеви концентрати или продукти и полупродукти от производството на цирконий.
Схема за получаване на цирконий по метода Croll в завода в Олбани. Всички тези трудности налагат цялостно пречистване на реагентите, използвани при производството на цирконий и хафний, особено от кислород, вода и азот, и ограничават избора на методи, които могат да се използват за получаване на тези метали.
Апарат за приемане. Металният хафний може да бъде получен по същите методи, използвани при производството на цирконий. Хафниевият тетрахлорид се пречиства чрез дестилация във водородна атмосфера и след това се редуцира с магнезий. Магнезиевият хлорид се отстранява от хафниевата гъба в инсталации за почистване на циркониеви гъби, тъй като при тази операция няма сериозна опасност от замърсяване на хафний с цирконий или обратно. Гъбестият хафний се претопява в дъга и се излива в медни форми.
Металният хафний се получава по същите методи, които се използват при производството на цирконий: методът Croll, модифицираният метод на Croll, използващ натрий като редуциращ агент и методът на de Boer, или йодидният процес.
Йодидният процес за производство на мек, ковък хафний е подобен на този, използван при производството на цирконий, следователно оборудването, с което се произвежда йодид хафний, е приблизително същото като в случая на получаване на цирконий. Според данните температурата на утаяване на хафний от тетрайодид е 1600 С, а на циркония е 1400 С.
Задълбочено проучване на процеса Krol, приложен към титан, може да направи възможно да се направят някои промени в технологичната схема на производство на цирконий; по-специално това се отнася до опростяването на оборудването, намаляването на броя на операциите и увеличаването на размера на единиците.
За получаване на по-чист прах от ниобий и тантал е по-добре да се извърши редукция на газообразните хлориди с течен магнезий, по същия начин, както при производството на цирконий.
През 1945 г. в САЩ е произведен само 0 07 кг цирконий, но от 1948 г., във връзка с работата по създаването на атомни реактори, производството на цирконий се увеличава рязко и след няколко години достига няколко десетки тона.
Находища на циркониеви руди, които са много по-разпространени в природата, отколкото, например, берилий, според чуждата преса има в САЩ, Индия, Бразилия, Австралия и в редица африкански държави. Производството на цирконий в САЩ от 1947 до 1958 г. се е увеличило 3 хиляди пъти.
Поради високите си антикорозионни свойства, цирконият може да се използва за производството на части от химическо оборудване, медицински инструменти и в други области на технологиите. Малко вероятно е обаче производството на цирконий да е достигнало сегашното ниво толкова бързо, ако не притежаваше още едно специфично свойство - малко напречно сечение за поглъщане на топлинни неутрони.
Технологията и оборудването, използвани за производство на хафний по метода Krol, са по същество същите като при производството на метален цирконий. Промените в сравнение с технологичния процес за производство на цирконий се определят от подмяната или смяната на отделни устройства, технологични операции и класа на суровините. Тук трябва да се има предвид голямата чувствителност на хафниевия тетрахлорид към атмосферна влага, по-голямата стабилност на хафнил хлорида и малко по-голямата пирофорност на прясно получената метална гъба.
Тъй като хафний се извлича мимоходом по време на производството на реакторния цирконий, неговото производство е пропорционално на освобождаването на последния и на 50 kg цирконий; вземете около 1 кг хафний. Използвайки това изчисление, фрагментарната информация за производството на цирконий е отделна. Според прогнозата] на Бюрото за минно дело на САЩ, публикувана през 1975 г., необходимостта от тази страна от хафний в началото на XX - - XXI век.
Спектралните линии на циркония върху примесите са затруднени до голяма степен поради факта, че е трудно да се разграничат слабите линии на спектрите на ниски концентрации на примеси на фона на многоредовия спектър на циркония. Този метод също така дава възможност да се определят ниски концентрации на флуор в метален цирконий, което е много важно за контролиране на производството на електролитен цирконий.
Тъй като хафний се извлича по пътя по време на производството на реакторния цирконий, неговото производство нараства пропорционално на производството на последния и се получава приблизително 1 kg хафний на 50 kg цирконий. През текущото десетилетие (1970 - 1980 г.) световният капацитет на атомните електроцентрали ще се увеличи 5 - 8 пъти, съответно производството на цирконий и хафний ще се увеличи. В крайна сметка всеки мегават ядрена енергия изисква от 45 до 79 кг цирконий за производството на тръби и други части. Освен това 25–35% от циркониевите тръби в работещите реактори трябва да се сменят годишно. В резултат на това приблизително същото количество цирконий ще бъде изразходвано за тези цели още в средата на 70-те години, както за новите реактори.
Технологията за сублимация на флуор за пречистване на циркониев тетрафлуорид от флуориди Al, Ca, Cu, Fe, Mg е добре усвоена в СССР през 80-те години в химическия завод в Приднепровск по време на разработването и развитието на технологията за извличане на флуорид за производство на ядрено чист цирконий.
Ca, Cu, Fe, Mg, Th) е под формата на флуориден състав, получен чрез сублимационно пречистване на цирконий. При широкомащабно плазмено производство на цирконий и силиций, натрупаната маса на тези отпадъци може да стане значителна с течение на времето; за тяхната обработка могат да се използват плазмени и честотни технологии за извличане на тези компоненти под формата на диспергирани оксиди или метали (виж гл.
При преработка на 1 тон циркон и извличане на цирконий и силиций от него под формата на флуориди в отпадъците остават 4 6 кг А1; 0 1 kg Ca; 0 4 kg Si; 1 3 kg Fe; 1 1 kg Mg; 0 3 - 0 4 kg Th; 0 3 - 0 4 kg U; 0 3 kg Ti; тези. 8 6 kg метали, от които основната част (A1, Ca, Cu, Fe, Mg, Th) е под формата на флуориден състав, получен чрез сублимационно пречистване на цирконий. При широкомащабно плазмено производство на цирконий и силиций, натрупаната маса на тези отпадъци може да стане значителна с течение на времето; за тяхната обработка могат да се използват плазмени и честотни технологии за извличане на тези компоненти под формата на диспергирани оксиди или метали (виж гл.
През 1945 г. в САЩ е произведен само 0,07 кг цирконий, но от 1948 г., във връзка с работата по създаването на атомни реактори, производството на цирконий се увеличава рязко и след няколко години достига няколко десетки тона. В резултат на това технологията за производство на цирконий, която беше рядка преди няколко години, сега е по-напреднала от технологията за производство на много други метали, които са известни и използвани от десетилетия.
Според принципа на нагряване вакуумните дъгови пещи се класифицират като пещи с директна дъга. Вакуумните дъгови пещи са един от новите видове електротермично оборудване. Появата им се дължи на увеличаване на производството на цирконий, титан, молибден и някои други огнеупорни и химически активни материали.
Но дори и в този случай не може да се приложи без предварително химическо пречистване (виж раздел 15.5) от елемента хафний, който винаги го придружава в природата и има химични свойства, подобни на циркония. Хафнийът, възстановен при производството на цирконий от реакторен клас, е отличен материал за направата на пръти за управление на реактора.
Хафнийът е в IV група на периодичната таблица на елементите на Д. И. Менделеев и е включен в подгрупата на титан. Той принадлежи към разпръснатите елементи, които нямат свои минерали; в природата придружава циркония. В момента се произвежда като страничен продукт при производството на цирконий. По химични и физични свойства хафният е близък до циркония, но значително се различава от последния по ядрени свойства.
В химическата промишленост молибденът се използва под формата на уплътнения и болтове за горещ ремонт (зареждане с гориво) на облицовани със стъкло съдове, използвани при работа със сярна киселина и кисела среда, в която се извършва отделяне на водород. В продукти, работещи в сярна киселина, се използват и молибденови термодвойки и клапани, а молибденовите сплави служат като облицовка на реактори в инсталации, предназначени за производство на i-бутил хлорид чрез реакции, включващи солна и сярна киселини при температури над 170 С. приложения, в които молибден се използва също включва хидрохлориране в течна фаза, производство на цирконий и свръхчист торий.
Предприятия, създали пилотни и индустриални инсталации, използващи нови електрически технологии, останаха в чужбина. Например в металургичния комбинат Улба (Казахстан) е останала индустриална инсталация за плазмено превръщане на уранов хексафлуорид, обогатен с изотоп U-235, в уранови оксиди за производството на оксидно ядрено гориво и флуороводородна киселина; в Днепърския химически завод (Украйна) - промишлено оборудване за производство на цирконий и хафний от флуоридни суровини по технология на студен тигел; в Научноизследователския институт по стабилни изотопи (Грузия) - пилотна високочестотна инсталация за производство на изотопно обогатен (в изотоп В-10) борен карбид чрез директно индукционно нагряване; високочестотна инсталация от същия тип остана в НПО Прахова металургия в Беларус. Положението не е по най-добрия начин в предприятията, които останаха в Руската федерация.
Предприятия, създали пилотни и индустриални инсталации, използващи нови електрически технологии, останаха в чужбина. Например в металургичния комбинат в Улба (Казахстан) остана индустриална инсталация за плазмено превръщане на уранов хексафлуорид, обогатен с изотоп U-235, в уранови оксиди за производството на оксидно ядрено гориво и флуороводородна киселина; в Днепърския химически завод (Украйна) - промишлено оборудване за производство на цирконий и хафний от флуорни суровини по технология на студен тигел; в Научноизследователския институт по стабилни изотопи (Грузия) - пилотна високочестотна инсталация за производство на изотопно обогатен (в изотоп В-10) борен карбид чрез директно индукционно нагряване; високочестотна инсталация от същия тип остана в НПО Прахова металургия в Беларус. Положението не е по най-добрия начин в предприятията, които останаха в Руската федерация.
Разпръснатите редки метали се комбинират въз основа на тяхното разсейване в земната кора. Обикновено разпръснатите елементи са под формата на изоморфен примес в решетките на други минерали и се извличат по пътя от металургичните отпадъци. Ga - от отпадъци от производството на алуминий, In - от отпадъци от производството на цинк и олово, T1 - от прахове от печене на различни сулфидни концентрати, Ge - от отпадъци от производството на цинк и мед, както и отпадъци от преработката на въглища, Re - от междинни продукти от производството на молибден, W, извлечени по пътя при производството на цирконий. Дисперсните елементи Se и Te, които се срещат като примеси в различни естествени сулфиди, се извличат или от отпадъци от производството на сярна киселина, или от металургични процеси.
Суровинската база на циркония включва два богати минерала - циркон и бадделеит, съдържащи съответно 45 6% и 69 1% цирконий. В тези минерали цирконият е придружен от хафний, метал с високо напречно сечение на абсорбция на топлинни неутрони. Следователно всяка технология за извличане и рафиниране на цирконий предвижда неговото пречистване от хафний. В началото на 80-те години на миналия век в СССР е създадена нова технология за производство на цирконий, включваща синтероване на циркон с натриев карбонат, последващо излугване на натриев силикат, разтваряне на цирконий в азотна киселина, екстракционно отделяне от хафний и рафиниране :; след това цирконият се реекстрахира и технологичният цикъл се довежда до производството на циркониев тетрафлуорид, от който цирконият се редуцира чрез термично термично топене. Полученият цирконий се изпраща за производството на сплави за производство на тръби за горивни пръти.
Суровинската база на циркония включва два богати минерала - циркон и бадделеит, съдържащи съответно 45 6% и 69 1% цирконий. В тези минерали цирконият е придружен от хафний, метал с високо напречно сечение на абсорбция на топлинни неутрони. Следователно всяка технология за извличане и рафиниране на цирконий предвижда неговото пречистване от хафний. В началото на 80-те години в СССР е създадена нова технология за производство на цирконий, включваща синтероване на циркон с натриев карбонат, последващо излугване на натриев силикат, разтваряне на цирконий в азотна киселина, екстракционно отделяне от хафний и рафиниране; след това цирконият се реекстрахира и технологичният цикъл се довежда до производството на циркониев тетрафлуорид, от който цирконият се редуцира чрез термично термично топене. Следващата технология включва рафиниране на електронен лъч. Полученият цирконий се изпраща за производството на сплави за производство на тръби за горивни пръти.
Цирконият, според структурата на електронната обвивка и следователно, мястото му в периодичната таблица на елементите на Д. И. Менделеев е аналог на титана във физическо и химическо отношение. За металния цирконий това се изразява в сходството на неговия титан по отношение на физическите, механичните, технологичните, корозионните свойства и естеството на образуваните сплави. Ето защо през последните 15 - 20 години се наблюдава широко развитие на циркония: разработване на методи за получаване и производство на цирконий с висока чистота, подробно изследване на неговите свойства и сплави.
За карботермична редукция на уран от оксидни суровини е възможно да се използва техниката и технологията на студен тигел, базиран на директно честотно индукционно нагряване на заряда UsOg xCj, в който се използва собствена или индуцирана проводимост. Понастоящем се разработва високочестотна технология на студен тигел във връзка със синтеза на безкислородна керамика (карбиди, нитриди и различни керамични състави; вижте глави 7, 8 и 14 показват диаграми на индукционни инсталации и металургични пещи за синтез на безкислородни керамични материали, за топене и рафиниране на метали в дискретни и непрекъснато-последователни режими с използване на технология на студен тигел. Тази технология и разработената техника по принцип могат да се използват в широкомащабна технология за карботермична редукция на урана от оксидни суровини, но е необходимо да се провеждат научноизследователска и развойна дейност за решаване на технологични и хардуерни проблеми.извършени през 70-те и 80-те години, сега арсеналът от плазмено и честотно оборудване стана много по-богат. i, хафний, редки и редкоземни метали, включително скандий; се появяват метално-диелектрични реактори, прозрачни за електромагнитно излъчване в радиочестотния диапазон, използвани за високотемпературни синтези на безкислородна керамика, за топене на оксидна керамика и дори за витрификация на радиоактивни отпадъци. Освен това беше извършена научноизследователска и развойна работа за създаване на комбинирано плазмено-честотно оборудване за решаване на химико-технологични и металургични проблеми; за някои металургични приложения вече е създадено оборудване с мегаватов капацитет и е намерило практическо приложение. Резултатите от това научноизследователска и развойна дейност ще бъдат представени в следващите глави; много вероятно е такова оборудване да се използва за въвеждане в промишленото производство на технологията за карботермична редукция на урана от оксидни суровини.
За карботермична редукция на уран от оксидни суровини е възможно да се използва техниката и технологията на студен тигел, базиран на директно честотно индукционно нагряване на заряда UsOg xC, в който се използва собствена или индуцирана проводимост. Понастоящем се разработва високочестотна технология за студен тигел във връзка със синтеза на безкислородна керамика (карбиди, нитриди и различни керамични състави; вижте глави 7, 8 и 14 показват диаграми на индукционни инсталации и металургични пещи за синтез на безкислородни керамични материали, за топене и рафиниране на метали в дискретни и непрекъснато-последователни режими с използване на технология на студен тигел. Тази технология и разработената техника по принцип могат да се използват в широкомащабна технология за карботермична редукция на уран от оксидни суровини, но е необходимо да се провеждат научноизследователска и развойна дейност за решаване на технологични и хардуерни проблеми.извършени през 70-те и 80-те години, сега арсеналът от плазмено и честотно оборудване стана много по-богат. i, хафний, редки и редкоземни метали, включително скандий; се появяват метало-диелектрични реактори, прозрачни за електромагнитно излъчване в радиочестотния диапазон, използвани за високотемпературни синтези на безкислородна керамика, за топене на оксидна керамика и дори за витрификация на радиоактивни отпадъци. Освен това беше извършена научноизследователска и развойна работа за създаване на комбинирано плазмено-честотно оборудване за решаване на химико-технологични и металургични проблеми; за някои металургични приложения вече е създадено оборудване с мегаватов капацитет и е намерило практическо приложение. Резултатите от това научноизследователска и развойна дейност ще бъдат представени в следващите глави; много вероятно е такова оборудване да се използва за въвеждане в промишленото производство на технологията за карботермична редукция на урана от оксидни суровини.
Циркониев оксид - ZrO2 (циркониев диоксид), безцветни кристали, т.т. 2900°С.
Циркониевият диоксид проявява амфотерни свойства, неразтворим е във вода и водни разтвори на повечето киселини и основи, но се разтваря в флуороводородна и концентрирана сярна киселина, алкални стопи и стъкла.
- Циркониевият диоксид съществува в три кристални форми:
- стабилна моноклинна, естествено срещаща се под формата на минерал баделит. метастабилен среднотемпературен тетрагонал, който присъства в много циркониева керамика. Преходът на тетрагоналната фаза на циркониевия диоксид към моноклинната фаза е придружен от увеличаване на обема, което увеличава здравината на такава керамика: механичните напрежения на върха на нарастваща микропукнатина инициират фазов преход на тетрагоналната модификация към моноклинна. , и като следствие, локално увеличаване на обема и съответно налягането, което стабилизира микропукнатината, забавяйки нейната височина.
- нестабилен високотемпературен куб. Големи прозрачни кристали от кубичен циркониев диоксид, стабилизирани от примеси на калциеви, итриеви или други метали, поради високия им коефициент на пречупване и дисперсия, се използват в бижутата като имитация на диаманти; в СССР такива кристали се наричали кубичен цирконий от Физическия институт на Академията на науките, където са били синтезирани за първи път.
Циркониевият диоксид намира широко приложение в производството на силно огнеупорни продукти, термоустойчиви емайли, огнеупорни стъкла, различни видове керамика, керамични пигменти, твърди електролити, термозащитни покрития, катализатори, изкуствени скъпоценни камъни, режещи инструменти и абразивни материали. През последните години циркониевият диоксид се използва широко в оптичните влакна и керамиката за използване в електрониката.
Благодарение на уникалните си свойства като най-висока устойчивост на износване, невероятно гладка повърхност и практически никакво отрицателно взаимодействие например с тел и кабел, най-ниската топлопроводимост от всички познати керамични материали - циркониевият оксид се използва в много области на технологиите.
Поради минималното си взаимодействие с метали, циркониевият оксид е отличен за матрици, матрици, ленти за изтегляне на тел и други машини и устройства за производство на тел и кабел. Плъзгащи се двойки, поради отлични трибологични свойства, особено при високи температури, както и по-добро термично разширение от стоманите. Всичко това прави материалите на базата на циркониев оксид едни от най-добрите материали за техническа и инженерна керамика.
Нанокерамични материали на базата на ZrO2имат уникален набор от физични и механични свойства:
- за разлика от съществуващите аналози, поради специална технология за синтез, керамиката има едновременно високи стойности на якост, издръжливост на счупване и устойчивост на износване;
- високи експлоатационни свойства при високи температури (над 1600 ° C) и корозивна среда без значително влошаване на механичните свойства;
- способността да абсорбира и задържа значително количество активна течност в порестото пространство.
При поискване ще предоставим допълнителна информация (сертификати за качество, цени, условия за доставка и др.),
както и мостри на продукти за тестване. Ние сме готови да отговорим на всички ваши въпроси.
Надяваме се на ползотворно и взаимноизгодно сътрудничество.
Да бъдеш сред природата
Циркониевите съединения са широко разпространени в литосферата. В природата са широко разпространени главно циркон (ZrSiO4), бадделеит (ZrO2) и различни комплексни минерали. Във всички земни находища цирконият е придружен от Hf, който е включен в минералите на циркон поради изоморфното заместване на атома Zr. Цирконът е най-разпространеният цирконий минерал. Среща се във всички видове скали, но главно в гранити и сиенити. В окръг Гиндерсън, Северна Каролина, кристали от циркон с дължина няколко сантиметра са открити в пегматити, а кристали с тегло в килограми са открити в Мадагаскар. Бадделеитът е намерен от Юсак през 1892 г. в Бразилия. Основното находище се намира в региона Покос де Калдас (Бразилия). Там е намерен блок от баделеит с тегло около 30 тона, а във водни потоци и по скалата, баделеитът се среща под формата на алувиални камъчета с диаметър до 7,5 мм, известни като фавас (от португалското fava - bob). Favas обикновено съдържа над 90% цирконий.Приложение на циркония и неговите съединения
Цирконият се използва в индустрията от 30-те години на миналия век. Поради високата си цена, употребата му е ограничена. Единственото предприятие, специализирано в производството на цирконий в Русия (и на територията на бившия СССР), е Чепецкият механичен завод (Глазов, Удмуртия).Използването на цирконий в ядрената енергетика
Цирконият има много малко напречно сечение на улавяне на топлинни неутрони. Следователно металният цирконий, който не съдържа хафний, и неговите сплави се използват в ядрената енергетика за производството на горивни елементи, топлообменници и други конструкции на ядрени реактори, както и много ефективен забавител на неутрони.Използването на цирконий в металургичната промишленост
в металургията се използва като лигатура. Добър деоксидатор и азотогенератор, превъзхождащ Mn, Si, Ti по ефективност. Легирането на стомани с цирконий (до 0,8%) повишава техните механични свойства и обработваемост. Освен това прави медните сплави по-издръжливи и топлоустойчиви с лека загуба на електрическа проводимост. Циркониевият диоксид (т.т. 2700 ° C) се използва при производството на огнеупорна бакор (bakor - бадделеит-корундова керамика). Използва се като заместител на шамота. Огнеупорите на базата на стабилизиран диоксид се използват в металургичната промишленост за корита, дюзи за непрекъснато леене на стомани, тигели за топене на редкоземни елементи. Използва се и в металокерамика - керамично-метални покрития, които имат висока твърдост и устойчивост на много химикали, издържат на краткотрайно нагряване до 2750 ° C. Циркониев диборид ZrB2 - металокерамика, в различни смеси с танталов нитрид и силициев карбид - материал за производство на фрези.Използването на цирконий в пиротехниката
Цирконият има забележителна способност да гори в кислород във въздуха (температура на самозапалване - 250°C) практически без да отделя дим, с висока скорост и развива най-високата температура от всички метални горива (4650°C). Поради високата температура, полученият циркониев диоксид излъчва значително количество светлина, която се използва много широко в пиротехниката (производство на фойерверки и фойерверки), производството на химически източници на светлина, използвани в различни области на човешката дейност (факли, факели, осветителни бомби, FOTAB - фото-въздушни бомби). В тази област повишен интерес представлява не само металният цирконий, но и неговите сплави с церий (значително по-висок светлинен поток). Цирконий на прах се използва в смес с окислители (Бертолетова сол) като бездимен агент в пиротехнически сигнални светлини и в предпазители, замествайки детониращия живак и оловен азид.Приложение на циркония в научни изследвания (в областта на изследване на ниски температури)
Свръхпроводяща сплав 75% Nb и 25% Zr (свръхпроводимост при 4,2 K) издържа натоварвания до 100 000 A / cm. Използването на цирконий в оптичната индустрия - на базата на кубична модификация на циркониев диоксид, стабилизиран от скандий, итрий, редкоземни елементи, се получава материал - кубичен цирконий (от FIAN, където е получен за първи път), използва се кубичен цирконий като оптичен материал с висок коефициент на пречупване (плоски лещи). Използването на цирконий като структурен материал се използва за производството на киселинноустойчиви химически реактори, фитинги, помпи, за производство на синтетични влакна и за производството на някои видове тел (чертеж). Цирконият се използва като заместител на благородните метали. Използването на цирконий в производството на стъкло - циркон "обезжелязен" се използва под формата на различни огнеупорни материали за облицовка на стъкло и металургични пещи. Използването на цирконий в строителните индустрии - в производството на строителна керамика, емайли и глазури за санитарен фаянс. Приложение на циркония в леката промишленост Цирконият се използва за производството на различни съдове за хранене с отлични хигиенни свойства поради високата си химическа устойчивост. Използването на цирконий в производството на бои и лакове - диоксид - гасител на емайли, им придава бял и непрозрачен цвят. Използването на цирконий в бижутерската индустрия е като синтетичен скъпоценен камък (дисперсията, коефициентът на пречупване и цветовата игра са по-големи от тези на диамант). Приложение на циркония в аерокосмическата индустрия – циркониевият карбид (т.т. 3530°C) е най-важният конструктивен материал за твърдофазни ядрени реактивни двигатели. Циркониевият хидрид се използва като пропелентен компонент. Циркониевият берилид е изключително твърд и устойчив на окисляване във въздуха до 1650 ° C, използва се в аерокосмическата техника (двигатели, дюзи, реактори, радиоизотопни електрически генератори) При нагряване циркониевият диоксид провежда ток, който понякога се използва за получаване на нагряване елементи, които са стабилни във въздуха при много високи температури ... Нагретият цирконий е способен да провежда кислородни йони като твърд електролит. Това свойство се използва в промишлени кислородни анализатори..php на ред 203 Предупреждение: изисквам (http: //www..php): неуспешно отваряне на потока: не може да се намери подходяща обвивка в / hsphere / local / home / winexins / site / tab / Zr.php на ред 203 Фатална грешка: изисквам (): Неуспешно отваряне се изисква "http: //www..php" (include_path = ".. php на ред 203Зъбното протезиране се използва навсякъде, във всички стоматологични клиники. Има доста голям избор от материали за производството на протези и техники за тяхното инсталиране. Новият материал, циркониевият оксид, е поразителен със своите качества и се счита за най-добрия за използване в тази област.
като химично съединение
ZrO2 оксидът е прозрачни, безцветни кристали със специална якост, неразтворим във вода и повечето разтвори на алкали и киселини, но се разтваря в алкални стопилки, стъкла, флуороводородна и сярна киселини. Точката на топене е 2715 ° C. Циркониевият оксид съществува в три форми: стабилен моноклинен, който се среща в природата, метастабилен тетрагонален, който е част от циркониевата керамика, и нестабилен кубичен, който се използва в бижутата като имитация на диаманти. Циркониевият оксид се използва широко в индустрията поради своята свръхтвърдост; от него се произвеждат огнеупорни материали, емайли, стъкла и керамика.
Приложения на циркониев оксид
Циркониевият оксид е открит през 1789 г. и не е използван дълго време, целият му огромен потенциал е непознат на човечеството. Едва сравнително наскоро цирконият се използва активно в много области на човешката дейност. Използва се в автомобилната индустрия, например при производството на спирачни дискове за автомобили от висок клас. В космическата индустрия той е незаменим - благодарение на него корабите издържат на невероятни температурни ефекти. Режещи инструменти, помпи също съдържат циркониев оксид. Използва се и в медицината, например като глави на изкуствени тазобедрени стави. И накрая, в стоматологията, той може да покаже всичките си най-добри качества в ролята на протези.
Циркониев оксид в стоматологията
В съвременната стоматология циркониевият оксид е най-популярният материал за направата на зъбни корони. Той е получил широко разпространение в тази област благодарение на качествата си, като твърдост, здравина, издръжливост и запазване на формата и външния вид за дълго време, биологична съвместимост с човешките тъкани, красив външен вид. Може да служи като материал за единични корони, мостове, щифтове, фиксирани протези с импланти.
Циркониевият оксид, чиято цена е по-висока от другите видове протези, е труден за обработка. Това е причината за това, че такива корони са най-скъпи. След създаването на рамката върху нея се нанася слой бяла керамика, тъй като самият циркониев оксид няма цвят. Това позволява керамиката да се нанася на много тънък слой.
Безметални коронки от циркониев оксид
При производството на коронки и циркониев оксид, доста нов материал. Преди това използването на протези с метална рамка беше абсолютна норма и без алтернатива. Но учените изследват и търсят най-подходящия материал, който има както естетичен вид, така и биологична съвместимост с тъканите на човешкото тяло, издръжлив и лек. Такъв материал е намерен и това е голяма рядкост в природата, по своите качества може да се сравни само с диаманта.
С появата на циркониевите корони пациентите могат да се насладят на уникалната естетика и красота на протезите, друго нещо е, че не всеки може да си позволи такова щастие. Но поради своята здравина може да се наложи да похарчите пари веднъж и за цял живот - циркониевите протези са невероятно устойчиви на износване и издръжливи. Поради факта, че самият циркониев оксид е прозрачен, заедно с тънък слой керамика, се създава ефектът на естествените зъби. Освен това короните прилепват плътно към венците, нямат ни най-малка пролука, което създава още по-естествен вид.
Естетика плюс здравина
Бялата стомана понякога се нарича керамика от циркониев оксид. Короните от този материал са 5 пъти по-здрави от изцяло керамичните протези. Какво е предимството на тази сила? Преди появата на циркониевия оксид в стоматологията, короните се изработват с помощта на метална рамка, върху която се нанася дебел слой керамика. Метал за здравина, керамика за естетика. Но е невъзможно да се създаде напълно естествен вид по този начин, тъмна ивица е ясно видима на мястото на контакт на протезата с венеца (такъв ефект се дава от метална рамка).
Циркониевият оксид не е по-нисък по сила на метала и ви позволява да предадете естествения цвят и прозрачност, като естествен зъб, без ненужни цветни петна. Той е подобен по природа на тъканите на зъба, има пропускане на светлина. Светлинните лъчи, които проникват през короната, се пречупват и разсейват по естествен начин, създавайки ефекта на здрава и красива усмивка. Когато инсталират протеза, зъболекарите избират цвят, който не се различава от цвета на другите здрави зъби, така че короната да не се раздава, сливайки се със здрави зъби.
Биосъвместимост
Металите, от които се създават металокерамичните протези, понякога предизвикват алергични реакции у пациента, поява на възпаление и продължително пристрастяване към протезата. Короните от циркониев оксид са идеални за хора със свръхчувствителност и непоносимост към метали.
Това се дължи на техните свойства:
- Безопасен състав (не съдържа
- Устойчив на киселини, ниска разтворимост.
- Гладката повърхност предотвратява натрупването на плака.
- Инертност към други материали, присъстващи в устната кухина.
- Високата топлоизолация гарантира липса на дискомфорт при консумация на топла или студена храна.
- Минимална подготовка на здрав зъб. Здравината на материала ви позволява да създавате тънки рамки, като по този начин свеждате зъба до минимум и запазвате по-здрава зъбна тъкан.
Противопоказания
Циркониевият оксид, чиито свойства са идеални за протези, почти няма противопоказания, с изключение на такива индивидуални характеристики на човешкото тяло:
- Дълбоката захапка е патология на структурата на челюстта, при която горната челюст покрива една трета от долните зъби, когато е затворена. Дефектът води до прекомерен натиск върху зъбите на горната челюст и заплашва с повишено протриване на зъбния емайл.
- Бруксизмът е аномалия на скърцането със зъби, най-често по време на сън. Причината не е напълно изяснена, но много учени са съгласни, че бруксизмът е резултат от психичен дисбаланс и стрес. Води до увреждане на емайла и протриване на зъбите.
Изработка на корони
Циркониевият оксид е труден за обработка, така че производството на коронки от него е трудоемък процес. Тя включва няколко етапа:
- Подготвя се устната кухина, зъбът се шлайфа под короната.
- Взима се отпечатък от шлифования зъб, прави се модел на бъдещата корона.
- Извършва се лазерно сканиране на модела, данните се въвеждат в компютър за обработка.
- Специална компютърна програма симулира рамката, като взема предвид всички нюанси (например свиването на рамката след изпичане).
- Към компютър с получените данни се свързва цифрова шлифовъчна машина и се създава рамка от циркониева заготовка.
- Машинно обработената рамка се поставя за синтероване на масата и осигурява по-голяма здравина.
- Готовата рамка е покрита с керамична маса с определен нюанс, избран за конкретен пациент.
Предимствата на циркониевите коронки пред металокерамичните
Ако е необходимо протезиране, пациентът е изправен пред въпроса кои изкуствени зъби да избере. Циркониевият оксид има много предимства пред други материали:
- Протезирането с циркониеви коронки не изисква отстраняване на нерв.
- Отсъствието на метал в структурата, което елиминира проблеми като алергични реакции, метален вкус в устата.
- Гарантирана липса на развитие на заболявания под короната. Протезата приляга плътно към венците, под нея не попадат частици храна и бактерии.
- Точността на рамката. Цифровата обработка на данни гарантира невероятна прецизност при изработката на конструкцията.
- Индивидуален избор на цвят. Готовата протеза не може да бъде визуално разграничена от останалите здрави зъби.
- Възможност за изработка на мост с всякаква дължина;
- Лекота на конструкцията.
- Липса на реакция към студена и топла храна. Носенето на металокерамика може да причини дискомфорт от високи или ниски температури. Циркониевият оксид не дава такава реакция.
- Абсолютно естествен външен вид.
- Липса на сива граница в зоната на контакт с венеца.
- Когато се подготвяте за протезиране, няма нужда да изостряте зъба твърде много.
- Короните не се деформират и запазват формата и формата си за дълго време.
Цирконът е най-разпространеният цирконий минерал. Среща се във всички видове скали, но главно в гранити и сиенити. В окръг Гиндерсън, Северна Каролина, кристали от циркон с дължина няколко сантиметра са открити в пегматити, а кристали с тегло в килограми са открити в Мадагаскар. Бадделеитът е намерен от Юсак през 1892 г. в Бразилия. Основното находище се намира в региона Покос де Калдас (Бразилия). Най-големите находища на цирконий се намират в САЩ, Австралия, Бразилия, Индия.
В Русия, която представлява 10% от световните запаси от цирконий (3-то място в света след Австралия и Южна Африка), основните находища са: Ковдорска основа баделит-апатит-магнетит в района на Мурманск, Туганска разсип циркон-рутил-илменит в Томска област, Централен алувиален циркон-рутил-илменит в Тамбовска област, Лукояновски алувиален циркон-рутил-илменит в района на Нижни Новгород, Катугинско местен циркон-пирохлор-криолит в района на Чита и Улуг-Танзек, местен пирохлорен зирохлор колумбит.
Запаси от цирконий през 2012 г., хиляди тона *
| Австралия | 21,000.0 |
| Южна Африка | 14,000.0 |
| Индия | 3,400.0 |
| Мозамбик | 1,200.0 |
| Китай | 500.0 |
| Други държави | 7,900.0 |
| Общо запаси | 48,000.0 |
* Данни от Геоложката служба на САЩ
В промишлеността суровината за производство на цирконий са циркониеви концентрати с масово съдържание на циркониев диоксид най-малко 60-65%, получени чрез обогатяване на циркониевите руди. Основните методи за получаване на метален цирконий от концентрат са хлоридни, флуорни и алкални процеси. Най-големият производител на циркон в света е Iluka.
Производството на циркон е съсредоточено в Австралия (40% от производството през 2010 г.) и Южна Африка (30%). Останалата част от циркона се произвежда в над дузина други страни. Производството на циркон нараства средно с 2,8% годишно между 2002 и 2010 г. Големи производители като Iluka Resources, Richards Bay Minerals, Exxaro Resources Ltd и DuPont извличат циркон като страничен продукт от добива на титан. Търсенето на титаниеви минерали не нараства толкова бързо, колкото в случая на циркон през последното десетилетие, така че производителите започнаха да разработват и експлоатират минерални пясъци с по-високо съдържание на циркон, като например в Африка и Южна Австралия.
* Данни от Геоложката служба на САЩ
Цирконият се използва в индустрията от 30-те години на миналия век. Поради високата си цена, употребата му е ограничена. Металният цирконий и неговите сплави се използват в ядрената енергетика. Цирконият има много малко напречно сечение на улавяне на топлинни неутрони и висока точка на топене. Следователно металният цирконий, който не съдържа хафний, и неговите сплави се използват в ядрената енергетика за производството на горивни елементи, горивни касети и други конструкции на ядрени реактори.
Друга област на приложение на циркония е легирането. В металургията се използва като лигатура. Добър деоксидатор и азотогенератор, превъзхождащ Mn, Si, Ti по ефективност. Легирането на стомани с цирконий (до 0,8%) повишава техните механични свойства и обработваемост. Освен това прави медните сплави по-трайни и топлоустойчиви с лека загуба на електрическа проводимост.
Цирконият се използва и в пиротехниката. Цирконият има забележителна способност да гори в кислород във въздуха (температура на самозапалване - 250 ° C) практически без да отделя дим и с висока скорост. Това развива най-високата температура за метални горива (4650 ° C). Поради високата температура, полученият циркониев диоксид излъчва значително количество светлина, която се използва много широко в пиротехниката (производство на фойерверки и фойерверки), производството на химически източници на светлина, използвани в различни области на човешката дейност (факли, факели, осветителни бомби, FOTAB - фотовъздушни бомби; широко използвани във фотографията като част от светкавици за еднократна употреба, докато не бяха изместени от електронни светкавици). За използване в тази област интерес представлява не само металният цирконий, но и неговите сплави с церий, които дават значително по-висок светлинен поток. Цирконий на прах се използва в смес с окислители (Бертолетова сол) като бездимен агент в пиротехнически сигнални светлини и в предпазители, замествайки живака и оловен азид. Бяха проведени успешни експерименти за използването на циркониево горене като източник на светлина за изпомпване на лазер.
Друго приложение на циркония е в свръхпроводниците. Свръхпроводяща сплав 75% Nb и 25% Zr (свръхпроводимост при 4,2 K) издържа натоварвания до 100 000 A / cm2. Под формата на структурен материал цирконият се използва за производството на киселинноустойчиви химически реактори, фитинги и помпи. Цирконият се използва като заместител на благородните метали. В ядрената енергетика цирконият е основният материал за облицовката на горивните елементи.
Цирконият има висока устойчивост на биологични среди, дори по-висока от титана, и отлична биосъвместимост, поради което се използва за създаване на костни, ставни и зъбни протези, както и хирургически инструменти. В стоматологията керамиката на базата на циркониев диоксид е материал за производството на протези. Освен това, поради своята биоинертност, този материал служи като алтернатива на титана при производството на зъбни импланти.
Цирконият се използва за производството на различни съдове за хранене с отлични хигиенни свойства поради високата си химическа устойчивост.
Циркониевият диоксид (т.т. 2700 ° C) се използва за производството на огнеупорен бакор (бакор - бадделеит-корундова керамика). Използва се като заместител на шамота, тъй като увеличава кампанията 3-4 пъти в пещи за топене на стъкло и алуминий. Огнеупорите на базата на стабилизиран диоксид се използват в металургичната промишленост за корита, дюзи за непрекъснато леене на стомани, тигели за топене на редкоземни елементи. Използва се и в металокерамика - керамично-метални покрития, които имат висока твърдост и устойчивост на много химически реагенти, издържат на краткотрайно нагряване до 2750 ° C. Диоксидът е гасител за емайли, като им придава бял и непрозрачен цвят. На базата на кубична модификация на циркониев диоксид, стабилизиран от скандий, итрий, редкоземни елементи, се получава материал - кубичен цирконий (от FIAN, където е получен за първи път), кубичният цирконий се използва като оптичен материал с висок коефициент на пречупване (плоски лещи), в медицината (хирургически инструмент), като синтетичен скъпоценен камък (дисперсия, коефициент на пречупване и игра на цвета са по-големи от тези на диамант), в производството на синтетични влакна и в производството на някои видове тел ( рисунка). При нагряване циркония провежда ток, който понякога се използва за производство на нагревателни елементи, които са стабилни във въздуха при много високи температури. Нагретият цирконий е способен да провежда кислородни йони като твърд електролит. Това свойство се използва в промишлени кислородни анализатори.
Циркониевият хидрид се използва в ядреното инженерство като много ефективен модератор на неутрони. Също така, циркониевият хидрид се използва за покриване на цирконий под формата на тънки филми чрез термично разлагане върху различни повърхности.
Материал от циркониев нитрид за керамични покрития, точка на топене приблизително 2990°C, хидролизиран в царска вода. Намерено приложение като покрития в стоматологията и бижутата.
Циркон, т.е. ZrSiO4, е основният минерал източник на цирконий и хафний. Също така от него се извличат различни редки елементи и уран, които са концентрирани в него. Циркониевият концентрат се използва при производството на огнеупорни материали. Високото съдържание на уран в циркона го прави удобен минерал за определяне на възрастта чрез датиране на уран и олово. В бижутата (зюмбюл, жаргон) се използват прозрачни кристали циркон. Когато цирконът се калцинира, се получават ярко сини камъни, наречени звездлит.
Около 55% от целия цирконий се използва за производството на керамика – керамични плочки за стени, подове, както и за производство на керамични субстрати в електрониката. Около 18% от циркона се използва в химическата промишленост, а потреблението в тази област нараства през последните години средно с 11% годишно. За топене на метал се използва около 22% циркон, но тази посока не е толкова популярна напоследък поради наличието на по-евтини методи за производство на цирконий. Останалите 5% циркон се използва за производството на катодни тръби, но потреблението в тази област намалява.
Потреблението на циркон се е увеличило силно през 2010 г. до 1,33 милиона тона, след като глобалният икономически спад през 2009 г. доведе до намаляване на потреблението с 18% до 2008 г. Растежът на потреблението на керамика, което представлява 54% от потреблението на циркон през 2010 г., особено в Китай и други развиващи се икономики като Бразилия, Индия и Иран, беше ключов фактор за повишеното търсене на циркон през 2000-те. Докато в САЩ и еврозоната потреблението дори е намаляло. Потреблението на циркон в циркониеви химикали, включително цирконий, се е увеличило повече от два пъти между 2000 и 2010 г., докато използването на циркон за топене на метален цирконий показва по-ниски темпове на растеж.
Според Roskill, 90% от метала цирконий, консумиран в света, се използва за производството на ядрени реакторни възли и около 10% за производството на устойчиви на корозия и високо налягане облицовки на контейнери, използвани в заводи за оцетна киселина. Според експерти в бъдеще се очаква увеличение на търсенето на метален цирконий в световен мащаб, тъй като редица страни (Китай, Индия, Южна Корея и САЩ) планират изграждане на нови атомни електроцентрали.
Циркониевият оксид, известен още като цирконий, се използва в промишлени приложения, включително фармацевтични продукти, оптични влакна, водоустойчиви дрехи и козметика. Има по-голямо потребление на циркониеви материали - цирконово брашно и стопен цирконий поради бързото нарастване на производството на керамични плочки в Китай. Южна Корея, Индия и Китай са важни пазари за растеж за циркониев оксид. Според доклада за проучване на пазара на цирконий Азиатско-тихоокеанският регион представлява най-големият и най-бързо развиващ се регионален пазар в света. Saint-Gobain, със седалище във Франция, е един от най-големите производители на цирконий.
Най-големият пазар за крайна употреба на цирконий е керамиката, която включва плочки, санитарен фаянс и прибори за хранене. Следващите по големина пазари, които използват циркониеви огнеупорни материали и леярски сектори. Цирконът се използва като добавка в голямо разнообразие от керамични продукти, а също така се използва в стъклени покрития в компютърни монитори и телевизионни панели, тъй като има свойства да абсорбират радиацията. Циркониеви тухли се използват като алтернатива на разтворите на основата на стопен цирконий.
Производство и потребление на циркон (ZrSiO4) в света, хиляди тона *
| година | 2008 | 2009 | 2010 | 2011 | 2012 |
| Общо производство | 1300.0 | 1050.0 | 1250.0 | 1400.0 | 1200.0 |
| Китай | 400.0 | 380.0 | 600.0 | 650.0 | 500.0 |
| Други държави | 750.0 | 600.0 | 770.0 | 750.0 | 600.0 |
| Общо потребление | 1150.0 | 980.0 | 1370.0 | 1400.0 | 1100.0 |
| Баланс на пазара | 150.0 | 70.0 | -120.0 | -- | 100.0 |
| COMEX цена | 788.00 | 830.00 | 860.00 | 2650.00 | 2650.00 |
* Обобщени данни
Пазарът на циркон показа рязък спад, който започна в края на 2008 г. и продължи през цялата 2009 г. Производителите съкратиха производството, за да намалят разходите и да спрат натрупването на запаси. Потреблението започна да се възстановява в края на 2009 г., ускори растежа през 2010 г. и го продължи през 2011 г. Доставките, особено от Австралия, където се добиват повече от 40% от циркониевите руди, не се увеличават дълго време и други производители бяха принудени да донесат на пазара около 0,5 милиона тона от своите запаси през 2008-2010 г. Недостигът на пазара, заедно със спада на нивата на запасите, доведоха до увеличение на цените, което започна в началото на 2009 г. До януари 2011 г. цените на австралийския първокласен циркон бяха на рекордни нива, след като се повишиха с 50% от началото на 2009 г. и продължиха да нарастват допълнително през 2011-2012 г.
През 2008 г. цените на циркониевата гъба се увеличават поради поскъпването на циркониевия пясък, който е суровина за производството на метал. Цените на промишлените марки цирконий се увеличават със 7-8% - до 100 USD / kg, а на метала за ядрени реактори - с 10% - до 70-80 USD. В края на 2008 г. и началото на 2009 г. имаше леко намаление на цените, но от втората половина на 2009 г. цените на циркония възобновиха своя растеж, при това по такъв начин, че средните цени на циркония през 2009 г. бяха по-високи от тези през 2008 г. През 2012 г. цените на циркония се повишиха до $110 / кг.
Въпреки по-ниското потребление през 2009 г., цените на циркона не паднаха рязко, тъй като големите производители намалиха производството и запасите. През 2010 г. производството не можа да се справи с търсенето, главно защото китайският внос на циркон се е увеличил с повече от 50% през 2010 г. до 0,7 милиона тона. Предвижда се търсенето на циркон да нараства с 5,4% годишно до 2015 г., но производственият капацитет може да се увеличи само с 2,3% годишно. Следователно допълнителното предлагане ще продължи да бъде ограничено и цените могат да продължат да се покачват, докато новите проекти не започнат да функционират.
Според изследователски доклад, публикуван от Global Industry Analyts (GIA), глобалният пазар на цирконий се очаква да достигне 2,6 милиона метрични тона до 2017 г. Докладът предоставя оценки и прогнози за продажбите от 2009 до 2017 г. на различни географски пазари, включително Азиатско-тихоокеанския регион, Европа, Япония, Канада и Съединените щати.
Растежът на международната ядрена енергетика ще увеличи търсенето на цирконий, както и ще увеличи производствения му капацитет в световен мащаб. Други двигатели на растежа са нарастващото търсене в Азиатско-Тихоокеанския регион, както и в производството на керамични плочки по света.
Зареждане ...