Цирконът е най-разпространеният цирконий минерал. Среща се във всички видове скали, но главно в гранити и сиенити. В окръг Хиндерсън (Северна Каролина) кристали от циркон с дължина няколко сантиметра са открити в пегматити, а кристали с тегло 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 и Индия.
В Русия, която представлява 10% от световните запаси от цирконий (3-то място в света след Австралия и Южна Африка), основните находища са: първичен баделит-апатит-магнетит Ковдорское в района на Мурманск, тугански разсип циркон-рутил-илменит в Томска област, Централно разсипище циркон-рутил-илменит в Тамбовска област, Лукояновское разсипище циркон-рутил-илменит в района на Нижни Новгород, Катугинско първичен циркон-пирохлор-криолит в района на Чита и първичен циркон-пирохлор Улуг-Танзек- колумбит.
Запаси в циркониеви находища през 2012 г., хил. 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 циркониеви руди. Основните методи за получаване на метален цирконий от концентрат са хлоридни, флуорни и алкални процеси. Iluka е най-големият производител на циркон в света.
Производството на циркон е съсредоточено в Австралия (40% от производството през 2010 г.) и Южна Африка (30%). Останалата част от циркона се произвежда в повече от дузина други страни. Добивът на циркон нараства годишно средно с 2,8% между 2002 и 2010 г. Големи производители като Iluka Resources, Richards Bay Minerals, Exxaro Resources Ltd и DuPont извличат циркон като страничен продукт по време на добив на титан. Търсенето на титаниеви минерали не се е увеличило със същия темп като на циркон през последното десетилетие, така че производителите започнаха да разработват и експлоатират минерални находища на 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 ниско 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.
Допингът е друга област на приложение за циркония. В металургията се използва като лигатура. Добър деоксидант и денитрогенизатор, превъзхождащ по ефективност Mn, Si, Ti. Легирането на стомани с цирконий (до 0,8%) повишава техните механични свойства и обработваемост. Освен това прави медните сплави по-здрави и по-устойчиви на топлина с малка загуба на електрическа проводимост.
Цирконият се използва и в пиротехниката. Цирконият има забележителна способност да гори в атмосферен кислород (температура на самозапалване - 250°C) практически без 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 салюти и фойерверки), производството на химически източници на светлина, използвани в различни области на човешката дейност (факли, факели , осветителни бомби, FOTAB - фото-въздушни бомби; широко използван във фотографията като част от светкавици за еднократна употреба, докато не беше изместен от електронни светкавици). За приложение 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 пожари и предпазители, замествайки живачни фулминат и оловен азид. Бяха проведени успешни експерименти за използването на горенето на цирконий като източник на светлина за лазерно изпомпване.
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 производство на киселинноустойчиви химически реактори, фитинги и помпи. Цирконият се използва като заместител на благородните метали. В ядрената енергетика цирконият е основният материал за облицовка на горивни пръти.
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, които имат отлични хигиенни свойства поради високата си химическа устойчивост.
Циркониевият диоксид (т.т. 2700°C) се използва за производството на бакорови огнеупорни материали (бакор - бадделеит-корундова керамика). Използва се като заместител на шамота, тъй като увеличава кампанията в стъклени и алуминиеви пещи с 3-4 пъти. 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 - металокерамични покрития, които имат висока твърдост и устойчивост на много химикали, издържат на краткотрайно нагряване до 2750°C. Диоксидът е затъмнител за емайли, като им придава бял и непрозрачен цвят. На базата на кубичната модификация на циркониев диоксид, стабилизиран със 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 (дисперсията, коефициентът на пречупване и цветовата игра са по-големи от тези на диаманта), при производството на синтетични влакна и при производството на някои видове тел (чертеж). При нагряване цирконийът провежда ток, който понякога се използва, за да направи нагревателните елементи устойчиви на въздух 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 ядрената технология 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 около 2990°C, хидролизиран в царска вода. Намира приложение като покрития в стоматологията и бижутата.
Циркон, т.е. ZrSiO4 е основният минерален източник на цирконий и хафний. Също така от него се извличат различни редки елементи и уран, които са концентрирани в него. Цирконовият 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. При калциниране на циркон се получават ярко сини камъни, наречени старлит.
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% циркон се използва в химическата промишленост, а ръстът на потреблението в тази област е средно 11% годишно през последните години. Приблизително 22% от циркона се използва за топене на метал, но тази посока не е толкова популярна напоследък поради наличието на по-евтини методи за получаване на цирконий. Останалите 5% циркон се използва за производството на катодни тръби, но потреблението в тази област намалява.
Потреблението на циркон нарасна 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. Нарастването на потреблението на керамика, което представлява 54% от потреблението на циркон през 2010 г., особено в Китай, но също и в 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 намаля. 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-бавен темп на растеж.
Според Roskill, 90% от металния цирконий, консумиран в света, се използва за производството на компоненти за ядрени реактори и около 10% за производството на устойчива на корозия и високо налягане облицовка на контейнери, използвани в заводите за оцетна киселина. Според експерти се очаква глобалното търсене на метален цирконий да нарасне в бъдеще, тъй като редица страни (Китай, Индия, Южна Корея и САЩ) планират изграждане на нови атомни електроцентрали.
Цирконий, известен също 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 цирконий. 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 материали, са огнеупорните и леярските сектори. Цирконът се използва като добавка в голямо разнообразие от керамични продукти, а също така се използва и в стъклени покрития в компютърни монитори и телевизионни панели, тъй като материалът има свойства за абсорбиране на радиация. Тухлите с цирконий се използват като алтернатива на основните решения с разтопен 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 са намалили 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 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 пуснат на пазара приблизително 0,5 милиона тона от своите запаси през 2008-2010 г. Недостигът на пазара, заедно с намаляващите нива на запасите, доведоха до увеличение на цените, което започна в началото на 2009 г. До януари 2011 г. цените на австралийския 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 повишиха поради поскъпването на циркония пясък, който е суровина за производството на метал. Цените на промишлените марки цирконий се увеличават със 7-8% - до $100/kg, а на метала за ядрени реактори - с 10% - до $70-80. Още през втората половина на 2009 г. цените на циркония възобновяват растежа отново и по такъв начин, че средните цени на циркония през 2009 г. са по-високи от 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 успя да се справи с търсенето, главно защото китайският внос на циркон нарасна 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 може да продължат да се покачват, докато новите дизайни не се появят онлайн.
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 индустрия за ядрена енергия ще увеличи търсенето на цирконий, както и ще увеличи производствения му капацитет в световен мащаб. Други фактори за растеж са нарастващото търсене в Азиатско-Тихоокеанския регион, както и в производството на керамични плочки по света.
Цирконият в неговата елементарна форма е сребристо-бял метал, характеризиращ се с такива характерни свойства като устойчивост на корозия и пластичност. В природата е доста често срещано, но в същото време много разпръснато. Големи залежи от него все още не са открити. За първи път хората научават за възможността за съществуването на този метал през 1789 г. Тогава химикът М. Клапрот, докато изучава минерала циркон, случайно открива неговия оксид. В чист вид този метал е получен едва през 1925 г. В съвременния свят цирконият, чието производство е широко разпространено, се използва в различни индустрии. Разбира се, много местни предприятия също се занимават с неговото производство.
общо описание
Необичайни свойства - това определя преди всичко индустриалната стойност на такъв сравнително рядък метал като циркония. Производството му е полезно за националната икономика поради:
Висока степен на химическа устойчивост.Солната киселина няма абсолютно никакъв ефект върху този метал и реагира със сярна киселина само при концентрация от най-малко 50% и температура над +100 градуса.
Възможността за изгаряне на въздух с малко или без дим.Цирконият (фино диспергиран) може да се запали спонтанно още при температура от 250 С.
биологична инерция.Цирконият няма абсолютно никакво вредно въздействие върху човешкото или животинското тяло. Ползи, противно на общоприетото схващане, той, за съжаление, също не може да донесе никакви.
Много популярен в индустрията е не само самият метал, но и неговите съединения. Минералът циркон, например, има много висока твърдост и приятен диамантен блясък. Затова понякога се използва като евтин заместител на диамантите. Вярно е, че цирконът се използва все по-рядко в бижутата през последните години. В момента имитациите на диаманти по-често се правят от кубичен цирконий (изкуствен цирконий).
Къде се използва
Производството на цирконий в момента е една от най-важните области на металургичната индустрия. Въпреки че се използва в много области на националната икономика (например за производството на медицински инструменти или пиротехнически устройства), най-често се използва в енергийни реактори с водно охлаждане на атомни електроцентрали.
Суровини за производство
За съжаление, масовата част на циркония в земната кора, поради разпространението му, все още не е установена. Според учените може да бъде 170-250 грама на тон. Всъщност в природата има много минерали на циркон. В момента учените познават около 40 техни разновидности. Най-често обаче за производството на цирконий се използват само следните суровини:
бадделеит;
евдиалит;
Големи находища на циркони на планетата, както вече споменахме, не съществуват. В Русия има само няколко малки находища на такива минерали. Те се добиват и в страни като САЩ, Индия, Бразилия и Австралия. Цирконът (ZrSiO4) е, разбира се, най-разпространеният минерал, използван за получаване на цирконий. В повечето случаи в природата той се придружава от хафний.
Производство на цирконий в Русия: характеристики
В Руската федерация този метал в момента се произвежда от едно единствено предприятие - Чепецкия механичен завод, разположен в град Глазов (Удмуртия). Първите му работилници са построени в началото на Втората световна война. До 1942 г. заводът достига пълния си проектен капацитет. По това време тук се произвеждаха основно патрони. През 1946 г. предприятието е прекласифицирано в завод за производство на метален уран. По-късно (през 1957 г.) тук започва да се произвежда цирконий, а след това и свръхпроводящи метали, калций и титан. Днес това предприятие е част от корпорация TVEL, един от световните лидери в производството.Инвестициите в производството на цирконий в CMP от TVEL годишно възлизат на милиарди рубли. Днес това предприятие доставя цирконий на вътрешния и световния пазар:
тел;
компоненти за TVS и TVEL.
Сувенири от този метал се произвеждат и в Чепецкия механичен завод.
Преработка на суровини и получаване на киселинни разтвори
Цирконият, чието производство е сложен технологичен процес, е доста скъп метал. Производството му започва с пречистване на руда, доставена от находища. Преработката на суровини обикновено включва следните операции:
обогатяване чрез гравитачен метод;
пречистване на получения концентрат чрез електростатично и магнитно разделяне;
разлагане на концентрата чрез хлориране, сливане със сода каустик или калиев флуорсиликат, синтероване с вар;
излугване с вода за отстраняване на силициеви съединения;
разлагане на остатъка със сярна или солна киселина до получаване на сулфат или оксихлорид.
Флуоросиликатният агломератор се обработва с подкислена вода при нагряване. След охлаждане на получения разтвор се отделя калиев флуороцирконат.
Връзки
Следващата стъпка в производството на цирконий е получаването на неговите съединения от киселинни разтвори. За това могат да се използват следните технологии:
кристализация на циркониев оксихлорид чрез изпаряване на разтвори на солна киселина;
хидролитично утаяване на сулфати;
кристализация на циркониев сулфат.
Пречистване на хафний
От този примес трябва да се отдели цирконий, чиято производствена технология в Русия (както и навсякъде по света) е доста сложна. За почистване на метал от хафний може да се използва следното:
фракционна кристализация на K2ZrF6;
екстракция с разтворител;
селективна редукция на тетрахлориди (HfCl4 и ZrCl4).
Как се получава металът?
Има различни начини за производство на цирконий. Металът може да се използва в промишлеността:
под формата на прах или гъба;
компактен ковък;
висока степен на чистота.
На първия етап в предприятията се произвежда прахообразен цирконий. Производството му е сравнително просто технологично. Произвежда се по метода на металотермична редукция. За хлориди се използва магнезий или натрий, а за оксиди се използва калциев хидрид. Електролитният прахообразен цирконий се получава от хлориди на алкални метали. Материалът, произведен по този начин, обикновено се компресира. Освен това се използва за получаване на ковък цирконий в електродъгови пещи. Последният на последния етап се подлага на топене на електронен лъч. Резултатът е цирконий с висока чистота. Използва се главно в ядрени реактори.
технология на производство и обхват
Това е едно от най-търсените циркониеви съединения в индустрията и националната икономика. Среща се естествено като минерал бадделеит. Това е бял кристален прах със сив или жълтеникав оттенък. Може да се направи например по метода на йодидно рафиниране. В този случай като суровина се използват обикновени метални циркониеви стърготини. Циркониевият диоксид се използва в производството на керамика (включително в областта на протезирането), осветителни тела и огнеупорни материали, в пещи и др.
Запаси на циркон в Русия
Производството на цирконий в Русия е възможно, разбира се, само поради наличието на неговите находища в страната. Запасите от руди от тази група в Руската федерация (в сравнение със световните) са доста големи. В момента в Русия има 11 такива находища. Най-големият насипен е Централен, разположен в област Тамбов. Най-обещаващите находища в момента включват Бешпагирское (Ставрополска територия), Кирсановское (Тамбовска област) и Ординское (Новосибирск). Смята се, че наличните запаси от циркон в Русия са напълно достатъчни, за да задоволят нуждите на индустрията на страната. Технологично най-благоприятният обект в момента е Източното централно находище.
Статистически данни
По този начин тази процедура за всяка държава, включително Русия, е много важна - производството на цирконий. Технологията на неговото производство е сложна, но пускането му във всеки случай е повече от оправдано. В момента цирконият е единственият рядък метал, чието производство и потребление възлиза на стотици хиляди тонове. Русия е на четвърто място в света по запаси. Структурно и качествено, суровинната база на циркония у нас е много различна от чуждата. Повече от 50% от рудните запаси от тази група в Руската федерация са свързани с алкални гранити, 35% с циркон-рутил-илменит разсипи и 14% с бадделеитни камафорити. В чужбина почти всички запаси от такива минерали са съсредоточени в крайбрежно-морските зони.
Вместо заключение
Така разбрахме как се произвежда цирконий в Русия. На световния пазар днес, за съжаление, има доста остър недостиг на този метал. Следователно Русия не може да разчита на своя внос. Ето защо е необходимо да обърнем максимално внимание на разработването на собствени находища. В същото време, за да се укрепи суровинната база от цирконий в Руската федерация, си струва да се разработят и най-ефективните технологии за използване на извлечените суровини.
страница 2
През 1945 г. в САЩ се произвеждат само 0,07 кг цирконий, но от 1948 г., във връзка с работата по създаването на ядрени реактори, производството на цирконий се увеличава рязко и за няколко години достига няколко десетки тона.
Находища на руди от цирконий, който е много по-широко разпространен в природата от, например, берилий, според чуждестранната преса има в САЩ, Индия, Бразилия, Австралия и в редица африкански държави. Производството на цирконий в САЩ от 1947 до 1958 г. се увеличава 3 хиляди пъти.
Поради високите си антикорозионни свойства, цирконият може да се използва за производството на части за химическо оборудване, медицински инструменти и други области на технологиите. Малко вероятно е обаче производството на цирконий да е достигнало толкова бързо съвременното ниво, ако не притежаваше още едно специфично свойство - малко напречно сечение на абсорбция на топлинни неутрони.
Технологията и оборудването, използвани за получаване на хафний по метода на Kroll, са по същество същите като при производството на метален цирконий. Модификациите в сравнение с технологичния процес за производство на цирконий се определят от подмяната или смяната на отделни апарати, технологични операции и степени на изходните материали. Тук трябва да се има предвид по-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 заедно с производството на реакторен цирконий, неговото производство нараства пропорционално на освобождаването на последния, освен това с 50 kg цирконий; получават приблизително 1 кг хафний. Използвайки това изчисление, имам откъслечна информация за производството на цирконий в отделни. Според прогнозата] на Бюрото по мините на САЩ, публикувана през 1975 г., нуждата на страната от хафний в началото на XX - - XXI век.
Спектрален анализ на цирконий за примеси е до голяма степен труден поради факта, че на фона на многолинеен спектър на цирконий е трудно да се разграничат слаби линии в спектрите на ниски концентрации на примеси. Този метод също така позволява да се определят малки концентрации на флуор в метален цирконий, което е много важно за контролиране на производството на електролитен цирконий.
Тъй като хафний се извлича като страничен продукт от производството на реакторен цирконий, неговото производство нараства пропорционално на производството на последния, като на 50 kg цирконий се получава приблизително 1 kg хафний. През текущото десетилетие (1970 - 1980 г.) световният капацитет на атомните електроцентрали ще се увеличи с 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. В допълнение, 25 - 35% от циркониевите тръби в работещите реактори трябва да се сменят годишно. В резултат на това още в средата на 70-те години на миналия век за тези цели ще се изразходва приблизително същото количество цирконий, както за нови реактори.
Технологията за сублимация на флуор за пречистване на циркониев тетрафлуорид от флуориди Al, Ca, Cu, Fe, Mg беше добре усвоена в СССР през 80-те години в химическия завод в Приднепровски по време на разработването и развитието на технологията за извличане на флуорид за производството от 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 от 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 46 кг Al; 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 от 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 се произвеждат само 0,07 кг цирконий, но от 1948 г., във връзка с работата по създаването на ядрени реактори, производството на цирконий се увеличава рязко и за няколко години достига няколко десетки тона. В резултат на това технологията за производство на цирконий, която беше рядкост 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 директно действие. 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 реактивни материали.
Но дори и в този случай той не може да се използва 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 реакторен цирконий, е отличен материал за направата на пръти за управление на реактора.
Хафният е в група IV на периодичната таблица на елементите на Д. И. Менделеев и е включен в подгрупата на титан. Отнася се до микроелементи, които нямат свои собствени минерали; придружава циркония в природата. В момента се получава като страничен продукт при производството на цирконий. По химични и физични свойства хафният е близък до циркония, но се различава значително от последния по отношение на ядрените свойства.
В химическата промишленост молибденът се използва под формата на уплътнения и болтове за горещ ремонт (зареждане) на съдове, облицовани със стъклени плочки, използвани при работа със сярна киселина и кисела среда, в която се отделя 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 р-бутил хлорид чрез реакции, включващи солна и сярна киселини при температури над 170 ° C. Сред различни приложения на молибден също включват хидрохлориране в течна фаза, производство на цирконий и свръхчист торий.
Не се среща в чист вид в земната кора. Получава се от рудни концентрати. От година на година метален цирконийнамира все по-широко приложение в различни индустрии - металургия, енергетика, ядрена енергетика, медицина, бижутерска индустрия, в ежедневието.
Описание и свойства на циркония
В природата този метал се разпространява под формата на химични природни съединения - оксиди или соли, от които са известни повече от четиридесет. През 1789 г. немският химик Клапрот изолира циркониев оксид от камък зюмбюл, скъпоценна разновидност на циркон. Дълго време учените не можеха да получат чист метал и едва през 20-те години на XX век експериментите бяха увенчани с успех.
Металният цирконий се получава по метода на "растеж", при който се отлага в чист вид върху гореща волфрамова нишка. цена на метал цирконий,получен по този начин се оказа доста висок. Разработен е по-евтин индустриален метод - методът на Крол, при който циркониевият диоксид първо се хлорира, а след това се редуцира с метален магнезий.
Получената циркониева гъба се разтопява на пръчки и се изпраща на потребителя. Освен хлоридния, има и други основни индустриални методи за извличане на цирконий – алкален и флуориден. Оказа се, че свойства на метален цирконийима много интересно. Като типичен представител на своята група метали, той има доста висока химическа активност, само че не се появява в отворена форма.
Външно компактният метален цирконий е много подобен на стоманата. При нормални условия има много важно качество - не корозира. В допълнение към това, той се обработва перфектно по различни начини - валцоване, коване. Оксидният филм на повърхността, невидим за окото, надеждно я предпазва от атмосферни газове и водни пари. Само когато температурата се повиши до 300°, този филм постепенно се разрушава, а при 700° металът се окислява напълно.
Под въздействието на вода цирконият не се окислява, както много метали, но е покрит с неразтворим филм, който го предпазва от корозия. Компактен снимка на метал от цирконийсе отличава с висока топлоустойчивост, устойчивост на въздействието на амоняк, киселини, основи, добре задържа радиацията. Циркониеви стърготини и прах се държат съвсем различно във въздуха. Тези вещества, дори при стайна температура, могат лесно да се запалят спонтанно и често да експлодират.
Цирконий се образува с много метали. Добавянето му в малко количество значително подобрява техните характеристики - повишава здравината, устойчивостта на корозия. В същото време добавките на други метали към циркония само влошават неговите свойства и следователно се използват изключително рядко.
Находища и добив на цирконий
Рудни находища на цирконий са разпръснати в различни части на планетата. Среща се под формата на аморфни оксиди, соли и големи монокристали, понякога с тегло повече от един килограм. Богатите рудни запаси се намират в Австралия, Северна Америка, Западна Африка, Индия, Южна Африка, Бразилия. В Русия значителни запаси от циркониеви суровини са съсредоточени в Урал и Сибир.
Най-значимите промишлени употреби са циркон, циркониев силикат, циркониев диоксид и баделеит. Най-разпространеният цирконий минерал на планетата е цирконът. То е известно на човечеството от древни времена. През Средновековието бижутерите често правеха бижута от „несъвършени диаманти“, както се наричаха цирконите в онези дни. След рязане те бяха по-мътни, блестяха и блестяха по различен начин от естествените диаманти.
Има опасни радиоактивни циркони, носенето на бижута от които се отразява много зле на здравето. Камъните с малък размер, леко оцветени и относително прозрачни се считат за по-безопасни. Цирконите се предлагат в различни цветове. И така, зюмбюлът може да бъде медено-жълт, червен, розов, звезден - небесно син.
Големите, наситено оцветени циркони, особено тези, които са зелени и непрозрачни, могат да причинят повишени нива на радиация. Такива камъни е забранено да се съхраняват у дома в колекции, изложени, транспортирани в големи количества. Въпреки факта, че цирконият е 12-ият най-разпространен метал в природата, дълго време той беше по-малко популярен дори от редките радиоактивни. Това се обяснява с факта, че находищата му са изключително разпръснати и няма големи находища.
Често в рудата цирконият е в съседство с хафний, който е близък до него по свойства. Отделно всеки от тези метали има атрактивни характеристики, но комбинираното присъствие ги прави неподходящи за употреба. За разделянето им се използва многоетапно пречистване, което значително увеличава разходите за производство на пластмасов цирконий.
Приложение на цирконий
Поради такива важни качества като устойчивост на корозия, алкали, киселини, цирконият се използва широко в различни индустрии. Така че в металургията се използва за легиране на стомани и подобряване на качеството на сплавите. В прахообразна форма се използва в пиротехниката и производството на боеприпаси - дистанционни бомби, трасиращи куршуми, сигнални ракети.
Една четвърт от получения циркониев концентрат се изразходва за производството на глазури, битова и електрокерамика. Цирконий, пречистен от хафний под формата на сплави, се използва в ядрените реактори като конструкционен материал. Този метал се използва широко в медицината и ежедневието. Тънка циркониева плоча задържа радиацията в рентгеновото отделение много повече от оловните престилки.
Лечебни свойства на метала цирконий
За лечение на костни фрактури в травматологичните клиники се използват импланти от циркониеви сплави. В сравнение с титана и неръждаемите, те имат значителни предимства: биологична съвместимост (без алергична реакция и отхвърляне), висока устойчивост на корозия, здравина, пластичност, лекота.
В лицево-челюстната хирургия се използват циркониеви инструменти и импланти, като скоби, пластини, бормашини, винтове, протези, хемостати, конци за шевове. Цирконият и неговите сплави не предизвикват дразнене, когато са изложени на кости и тъкани.
Цирконий метал в бижутаима благоприятен ефект върху общото състояние на човешкото тяло. Установено е, че носенето на цирконий след пробиване на уши насърчава бързото зарастване на раната и никога не я кара да загние.
Когато се носи редовно циркониеви продуктиимат положителен ефект върху здравето. Добри резултати се получават при носенето на цирконий и колани при такива кожни заболявания като екзема при деца и възрастни, дерматит, псориазис. Наблюдава се значително подобрение в състоянието на пациентите с проблеми в опорно-двигателния апарат.
Цена на цирконий
Металът се продава на килограм. Доставя се под формата на тръба, прът, лента, тел, лист и др. Цената зависи от производителя и марката на продукта.
Страница 1
Производството на цирконий и неговите бор-съдържащи сплави изисква внимателен контрол. Тъй като химичните методи за определяне на бор в металния цирконий и неговите сплави не са описани в литературата, целта на тази работа е да се разработи прост химичен метод за определяне съдържанието на бор в металния цирконий и неговите сплави, по-специално, в сплави с ниско съдържание на ниобий.
При производството на цирконий йодидният метод, за разлика от производството на титан, има промишлено значение.
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, проучването 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 разходите за отделяне обикновено се споделят поравно между цената на двата метала.
Няма пълна аналогия в свойствата на продуктите на плазмено-флуоридната и екстракционно-флуоридната технология 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-флуоридна технология за обработка на циркон по време на сублимационно пречистване на цирконий от примеси, 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.
Суровини за получаване на хафний са циркониеви концентрати или продукти и междинни продукти от производството на цирконий.
Всички тези трудности налагат внимателното пречистване на реагентите, използвани при производството на цирконий и хафний, особено от кислород, вода и азот, и ограничаване на избора на методи, които могат да се използват за получаване на тези метали.
Металният хафний може да се получи по същите методи, които се използват при производството на цирконий. Хафниевият тетрахлорид се пречиства чрез дестилация във водородна атмосфера и след това се редуцира с магнезий. Пречистването на хафниева гъба от магнезиев хлорид се извършва в инсталации за почистване на циркониева гъба, тъй като тази операция не представлява сериозен риск от замърсяване на хафний с цирконий или обратно. Гъбестият хафний се разтопява в дъга и се излива в медни форми.
Металният хафний се получава по същите методи, които се използват при производството на цирконий: метод на Kroll, модифициран метод на Kroll, използващ натрий като редуциращ агент, и процес на de Boer или йодид.
Йодидният процес за производство на мек, ковък хафний е подобен на този, използван при производството на цирконий, така че оборудването, с което се получава йодид хафний, е приблизително същото като в случая на получаване на цирконий. Според данните температурата на утаяване на хафния от тетрайодид е 1600 С, а на циркония е 1400 С.
Задълбочено изследване на процеса на Kroll, приложен към титан, може да направи възможно да се направят някои промени в технологичната схема за производство на цирконий; по-специално това се отнася до опростяването на апарата, намаляването на броя на операциите и увеличаването на размера на агрегатите.
За получаване на по-чисти прахове от ниобий и тантал е по-добре да се извърши редукция на газообразните хлориди с течен магнезий по същия начин, както се прави при производството на цирконий.
Зареждане...