Cirkon je najčešći mineral cirkonijuma. Javlja se u svim vrstama stijena, ali uglavnom u granitima i sijenitima. U okrugu Hinderson (Sjeverna Karolina), kristali cirkona dugački nekoliko centimetara pronađeni su u pegmatitima, a kristali težine kilograma pronađeni su na Madagaskaru. Baddeleyite je pronašao Yussac 1892. godine u Brazilu. Glavno ležište nalazi se u regiji Pocos de Caldas (Brazil). Najveća nalazišta cirkonija nalaze se u Sjedinjenim Državama, Australiji, Brazilu i Indiji.
U Rusiji, koja čini 10% svjetskih rezervi cirkonija (3. mjesto u svijetu nakon Australije i Južne Afrike), glavna ležišta su: Kovdorskoe primarni baddelit-apatit-magnetit u Murmanskoj regiji, Tuganska naslaga cirkon-rutil-ilmenit u Tomskoj oblasti, Centralni placer cirkon-rutil-ilmenit u Tambovskoj oblasti, Lukoyanovskoe placer cirkon-rutil-ilmenit u regiji Nižnji Novgorod, Katuginskoe primarni cirkon-pirohlor-kriolit u regiji Chita i Ulug-Tanzek primarni cirkon-pirohlor- columbite.
Rezerve na nalazištima cirkonija u 2012. godini, hiljada tona *
| Australija | 21,000.0 |
| Južna Afrika | 14,000.0 |
| Indija | 3,400.0 |
| Mozambik | 1,200.0 |
| kina | 500.0 |
| Drugim zemljama | 7,900.0 |
| Ukupne zalihe | 48,000.0 |
* Podaci američkog Geološkog zavoda
U industriji, sirovina za proizvodnju cirkonijuma su cirkonijum koncentrati sa masenim sadržajem cirkonijum dioksida od najmanje 60-65% dobijeni obogaćivanjem ruda cirkonijuma. Glavne metode za dobivanje metalnog cirkonija iz koncentrata su hloridni, fluoridni i alkalni procesi. Iluka je najveći proizvođač cirkona na svijetu.
Proizvodnja cirkona je koncentrisana u Australiji (40% proizvodnje u 2010.) i Južnoj Africi (30%). Ostatak cirkona se proizvodi u više od deset drugih zemalja. Iskopavanje cirkona se povećavalo godišnje u prosjeku za 2,8% između 2002. i 2010. godine. Glavni proizvođači kao što su Iluka Resources, Richards Bay Minerals, Exxaro Resources Ltd i DuPont izvlače cirkon kao nusproizvod tokom iskopavanja titanijuma. Potražnja za mineralima titanijuma nije porasla istom brzinom kao za cirkonom u protekloj deceniji, pa su proizvođači počeli da razvijaju i eksploatišu mineralna ležišta peska sa većim sadržajem cirkona, kao što su Afrika i Južna Australija.
* Podaci američkog Geološkog zavoda
Cirkonijum se u industriji koristi od 1930-ih. Zbog visoke cijene, njegova upotreba je ograničena. Metalni cirkonijum i njegove legure se koriste u nuklearnoj energiji. Cirkonijum ima veoma nizak poprečni presek hvatanja toplotnih neutrona i visoku tačku topljenja. Stoga se metalni cirkonij, koji ne sadrži hafnij, i njegove legure koriste u nuklearnoj energetici za proizvodnju gorivnih elemenata, gorivnih sklopova i drugih konstrukcija nuklearnih reaktora.
Doping je još jedno područje primjene za cirkonij. U metalurgiji se koristi kao ligatura. Dobar deoksidizator i denitrogenizator, superioran u efikasnosti od Mn, Si, Ti. Legiranje čelika sa cirkonijumom (do 0,8%) povećava njihova mehanička svojstva i obradivost. Također čini legure bakra jačima i otpornijima na toplinu uz mali gubitak električne provodljivosti.
Cirkonijum se takođe koristi u pirotehnici. Cirkonijum ima izuzetnu sposobnost da gori u atmosferskom kiseoniku (temperatura samozapaljenja - 250°C) gotovo bez dima i velikom brzinom. Ovo razvija najvišu temperaturu za metalna goriva (4650°C). Zbog visoke temperature nastali cirkonijum dioksid emituje značajnu količinu svetlosti, koja se veoma široko koristi u pirotehnici (proizvodnja pozdrava i vatrometa), proizvodnji hemijskih izvora svetlosti koji se koriste u različitim oblastima ljudske delatnosti (baklje, baklje , rasvjetne bombe, FOTAB - foto-vazdušne bombe; naširoko se koristio u fotografiji kao dio bljeskalica za jednokratnu upotrebu dok ga nisu zamijenili elektronski blicevi). Za primenu u ovoj oblasti nije interesantan samo metalni cirkonijum, već i njegove legure sa cerijumom, koje daju znatno veći svetlosni tok. Cirkonijum u prahu se koristi u mešavini sa oksidantima (Bertoletova so) kao bezdimno sredstvo u pirotehničkim signalnim požarima i fitilima, zamenjujući živin fulminat i olovo azid. Izvedeni su uspješni eksperimenti na korištenju sagorijevanja cirkonija kao izvora svjetlosti za lasersko pumpanje.
Druga primjena cirkonija je u superprovodnicima. Superprovodna legura 75% Nb i 25% Zr (superprovodljivost na 4,2 K) izdržava opterećenja do 100.000 A/cm2. U obliku konstrukcijskog materijala, cirkonijum se koristi za proizvodnju hemijskih reaktora, armatura i pumpi otpornih na kiseline. Cirkonijum se koristi kao zamena za plemenite metale. U industriji nuklearne energije, cirkonij je glavni materijal za oblaganje gorivnih šipki.
Cirkonijum ima visoku otpornost na biološke medije, čak veću od titanijuma, i odličnu biokompatibilnost, zbog čega se koristi za izradu koštanih, zglobnih i zubnih proteza, kao i hirurških instrumenata. U stomatologiji je keramika na bazi cirkonijum dioksida materijal za izradu proteza. Osim toga, zbog svoje bioinertnosti, ovaj materijal služi kao alternativa titanu u proizvodnji zubnih implantata.
Cirkonijum se koristi za proizvodnju raznovrsnog posuđa, koje ima izvrsna higijenska svojstva zbog visoke hemijske otpornosti.
Cirkonijum dioksid (t.t. 2700°C) koristi se za proizvodnju bakra vatrostalnih materijala (bakor - baddeleit-korund keramika). Koristi se kao zamjena za šamot, jer povećava kampanju u staklenim i aluminijskim pećima za 3-4 puta. Vatrostalni materijali na bazi stabilizovanog dioksida koriste se u metalurškoj industriji za korita, mlaznice za kontinuirano livenje čelika i lončiće za topljenje retkozemnih elemenata. Koristi se i u kermetima – keramičko-metalnim premazima, koji imaju visoku tvrdoću i otpornost na mnoge hemikalije, podnose kratkotrajno zagrijavanje do 2750°C. Dioksid je sredstvo za zamućenje emajla, dajući im bijelu i neprozirnu boju. Na osnovu kubične modifikacije cirkonijum dioksida stabilizovanog skandijem, itrijumom, retkim zemljama, dobija se materijal - kubni cirkonijum (od FIAN-a gde je prvi put dobijen), kubični cirkonijum se koristi kao optički materijal sa visokim indeksom prelamanja (ravna sočiva ), u medicini (hirurški instrument), kao sintetički dragi kamen (disperzija, indeks loma i igra boje su veći od dijamanta), u proizvodnji sintetičkih vlakana i u proizvodnji određenih vrsta žice (crtanje). Kada se zagrije, cirkonij provodi struju, koja se ponekad koristi da grijaći elementi budu otporni na zrak na vrlo visokim temperaturama. Zagrijani cirkonij je sposoban provoditi ione kisika kao čvrsti elektrolit. Ovo svojstvo se koristi u industrijskim analizatorima kiseonika.
Cirkonijum hidrid se koristi u nuklearnoj tehnologiji kao veoma efikasan moderator neutrona. Također, cirkonijum hidrid se koristi za oblaganje cirkonija u obliku tankih filmova njegovim termičkim razlaganjem na različitim površinama.
Materijal cirkonijum nitrida za keramičke premaze, tačka topljenja oko 2990°C, hidrolizovan u kraljevskoj vodi. Našao je primenu kao premazi u stomatologiji i nakitu.
Cirkon, tj. ZrSiO4 je glavni mineralni izvor cirkonija i hafnija. Također, iz njega se izdvajaju različiti rijetki elementi i uranijum, koji su u njemu koncentrirani. Koncentrat cirkona se koristi u proizvodnji vatrostalnih materijala. Visok sadržaj uranijuma u cirkonu čini ga pogodnim mineralom za određivanje starosti pomoću datiranja uranijuma i olova. Prozirni kristali cirkona se koriste u nakitu (zumbul, žargon). Prilikom kalcinacije cirkona dobijaju se svetlo plavo kamenje koje se naziva starlit.
Oko 55% cjelokupnog cirkonija koristi se za proizvodnju keramike - keramičkih pločica za zidove, podove, kao i za proizvodnju keramičkih podloga u elektronici. Oko 18% cirkona se koristi u hemijskoj industriji, a rast potrošnje u ovoj oblasti poslednjih godina u proseku iznosi 11% godišnje. Otprilike 22% cirkona se koristi za topljenje metala, ali ovaj pravac u posljednje vrijeme nije toliko popularan zbog dostupnosti jeftinijih metoda za dobivanje cirkonija. Preostalih 5% cirkona koristi se za proizvodnju katodnih cijevi, ali potrošnja u ovoj oblasti opada.
Potrošnja cirkona je snažno porasla u 2010. na 1,33 miliona tona, nakon što je globalna ekonomska kriza u 2009. dovela do smanjenja potrošnje za 18% do 2008. godine. Rast potrošnje keramike, koja je činila 54% potrošnje cirkona u 2010. godini, posebno u Kini, ali iu drugim ekonomijama u usponu kao što su Brazil, Indija i Iran, bio je ključni faktor povećane potražnje za cirkonom 2000-ih. Dok je u SAD-u i eurozoni potrošnja čak i opala. Potrošnja cirkona u hemikalijama od cirkonija, uključujući cirkonijum, više se nego udvostručila između 2000. i 2010. godine, dok je upotreba cirkona za topljenje metalnog cirkonijuma pokazala sporiju stopu rasta.
Prema Roskill-u, 90% metalnog cirkonija koji se troši u svijetu koristi se u proizvodnji komponenti nuklearnih reaktora, a oko 10% u proizvodnji obloga otpornih na koroziju i visoki pritisak kontejnera koji se koriste u pogonima octene kiseline. Prema procjeni stručnjaka, u budućnosti se očekuje porast globalne potražnje za metalnim cirkonijumom, jer brojne zemlje (Kina, Indija, Južna Koreja i SAD) planiraju izgradnju novih nuklearnih elektrana.
Cirkonijum oksid, takođe poznat kao cirkonijum, koristi se u industrijskim aplikacijama, uključujući farmaceutske proizvode, optička vlakna, vodootpornu odeću i kozmetiku. Povećana je potrošnja cirkonijevih materijala - cirkonskog brašna i topljenog cirkonija zbog brzog povećanja proizvodnje keramičkih pločica u Kini. Južna Koreja, Indija i Kina su važna tržišta za rast cirkonija. Prema izvještaju o istraživanju tržišta cirkonija, azijsko-pacifička regija predstavlja najveće i najbrže rastuće regionalno tržište na svijetu. Saint-Gobain, sa sjedištem u Francuskoj, jedan je od najvećih proizvođača cirkonija.
Najveće krajnje tržište za cirkonijum je keramika, koja uključuje pločice, sanitarije i stolno posuđe. Sljedeća najveća tržišta koja koriste cirkonijumske materijale su vatrostalni i livnički sektori. Cirkon se koristi kao aditiv u širokom spektru keramičkih proizvoda, a koristi se i za prevlake stakla u kompjuterskim monitorima i televizijskim panelima jer materijal ima svojstva apsorpcije zračenja. Opeke sa cirkonijumom se koriste kao alternativa osnovnim rešenjima sa topljenim cirkonijumom.
Proizvodnja i potrošnja cirkona (ZrSiO4) u svijetu, hiljada tona*
| godine | 2008 | 2009 | 2010 | 2011 | 2012 |
| Ukupna proizvodnja | 1300.0 | 1050.0 | 1250.0 | 1400.0 | 1200.0 |
| kina | 400.0 | 380.0 | 600.0 | 650.0 | 500.0 |
| Drugim zemljama | 750.0 | 600.0 | 770.0 | 750.0 | 600.0 |
| Ukupna potrošnja | 1150.0 | 980.0 | 1370.0 | 1400.0 | 1100.0 |
| Tržišni bilans | 150.0 | 70.0 | -120.0 | -- | 100.0 |
| COMEX cijena | 788.00 | 830.00 | 860.00 | 2650.00 | 2650.00 |
* zbirni podaci
Tržište cirkona je pokazalo nagli pad koji je počeo krajem 2008. i nastavio se tokom 2009. godine. Proizvođači su smanjili proizvodnju kako bi smanjili troškove i zaustavili gomilanje zaliha. Potrošnja se počela oporavljati krajem 2009. godine, ubrzala rast 2010. i nastavila se u 2011. godini. Zalihe, posebno iz Australije, gdje se kopa više od 40% rude cirkonijuma, dugo nisu rasle, a drugi proizvođači su bili primorani da na tržište stave oko 0,5 miliona tona svojih rezervi tokom 2008-2010. Nedostaci na tržištu, zajedno sa padom nivoa zaliha, doveli su do povećanja cijena koje je počelo početkom 2009. godine. Do januara 2011. godine, australske premium cijene cirkona bile su na rekordnom nivou nakon što su porasle za 50% od početka 2009. i nastavile su dalje rasti u 2011-2012.
U 2008. godini su porasle cijene cirkonijumskog sunđera zbog poskupljenja cirkonskog pijeska, koji je sirovina za proizvodnju metala. Cijene industrijskih vrsta cirkonija porasle su za 7-8% - do 100 USD/kg, a metala za nuklearne reaktore - za 10% - do 70-80 USD. Već u drugoj polovini 2009. godine, cijene cirkonija su nastavile rasti opet, i to na način da su prosječne cijene cirkonijuma u 2009. godini bile više nego u 2008. godini. Godine 2012. cijene cirkonija su porasle na 110 USD/kg.
Unatoč manjoj potrošnji u 2009. godini, cijene cirkona nisu naglo pale jer su glavni proizvođači smanjili proizvodnju i zalihe. U 2010. proizvodnja nije mogla pratiti potražnju, prvenstveno zbog toga što je kineski uvoz cirkona porastao za više od 50% u 2010. na 0,7 miliona tona. Predviđa se da će potražnja za cirkonom porasti za 5,4% godišnje do 2015. godine, ali proizvodni kapacitet može porasti samo za 2,3% godišnje. Dodatna ponuda će stoga i dalje biti ograničena, a cijene mogu nastaviti rasti dok se novi dizajni ne pojave na internetu.
Prema istraživačkom izvještaju objavljenom od strane Global Industry Analyts (GIA), očekuje se da će globalno tržište cirkonija dostići 2,6 miliona metričkih tona do 2017. Izvještaj daje procjene i prognoze prodaje od 2009. do 2017. na različitim geografskim tržištima, uključujući Aziju i Pacifik, Evropu, Japan, Kanadu i Sjedinjene Države.
Rast međunarodne industrije nuklearne energije će povećati potražnju za cirkonijumom, kao i povećati njegov proizvodni kapacitet na globalnom nivou. Drugi faktori rasta su sve veća potražnja u azijsko-pacifičkoj regiji, kao i u proizvodnji keramičkih pločica širom svijeta.
Cirkonijum u svom elementarnom obliku je srebrno-bijeli metal, karakteriziran takvim karakterističnim svojstvima kao što su otpornost na koroziju i duktilnost. U prirodi je prilično česta, ali u isto vrijeme vrlo raštrkana. Još uvijek nisu pronađena veća njegova ležišta. Za mogućnost postojanja ovog metala ljudi su prvi put saznali 1789. Tada je hemičar M. Klaproth, proučavajući mineral cirkon, slučajno otkrio njegov oksid. U svom čistom obliku, ovaj metal je dobiven tek 1925. godine. U modernom svijetu, cirkonij, čija je proizvodnja široko rasprostranjena, koristi se u raznim industrijama. Naravno, mnoga domaća preduzeća se bave i njegovom proizvodnjom.
opći opis
Neobična svojstva - to je ono što prvenstveno određuje industrijsku vrijednost tako relativno rijetkog metala kao što je cirkonij. Njegova proizvodnja je korisna za nacionalnu ekonomiju zbog:
Visok stepen hemijske otpornosti. Hlorovodonična kiselina nema apsolutno nikakav uticaj na ovaj metal, a sa sumpornom kiselinom reaguje samo u koncentraciji od najmanje 50% i temperaturi iznad +100 stepeni.
Sposobnost sagorevanja na vazduhu sa malo ili bez dima. Cirkonijum (fino dispergovan) može se spontano zapaliti već na temperaturi od 250 C.
biološka inercija. Cirkonijum nema apsolutno nikakve štetne efekte na ljudski ili životinjski organizam. Prednosti, suprotno uvriježenom mišljenju, on, nažalost, također ne može donijeti nikakve.
Vrlo popularan u industriji nije samo ovaj metal, već i njegovi spojevi. Mineralni cirkon, na primjer, ima vrlo visoku tvrdoću i prijatan dijamantski sjaj. Stoga se ponekad koristi kao jeftina zamjena za dijamante. Istina, cirkon se posljednjih godina sve manje koristi u nakitu. Trenutno se imitacija dijamanata češće izrađuje od kubnog cirkonija (umjetni cirkonij).
Gdje se koristi
Proizvodnja cirkonija je trenutno jedna od najvažnijih oblasti metalurške industrije. Iako se koristi u mnogim područjima nacionalne ekonomije (na primjer, za proizvodnju medicinskih instrumenata ili pirotehničkih sredstava), najčešće se koristi u vodeno hlađenim energetskim reaktorima u nuklearnim elektranama.
Sirovine za proizvodnju
Nažalost, maseni udio cirkonija u zemljinoj kori, zbog njegove diseminacije, još nije utvrđen. Prema naučnicima, može biti 170-250 grama po toni. Zapravo, u prirodi postoji mnogo samih minerala cirkona. Trenutno naučnici znaju oko 40 njihovih sorti. Međutim, najčešće se za proizvodnju cirkonija koriste samo sljedeće sirovine:
baddeleyite;
eudijalit;
Velika nalazišta cirkona na planeti, kao što je već spomenuto, ne postoje. U Rusiji postoji samo nekoliko malih nalazišta takvih minerala. Takođe se kopaju u zemljama kao što su SAD, Indija, Brazil i Australija. Cirkon (ZrSiO4) je, naravno, najčešći mineral koji se koristi za dobijanje cirkonija. U većini slučajeva u prirodi ga prati hafnij.
Proizvodnja cirkonija u Rusiji: karakteristike
U Ruskoj Federaciji ovaj metal trenutno proizvodi jedno jedino preduzeće - mehanička tvornica Chepetsky, koja se nalazi u gradu Glazov (Udmurtia). Njegove prve radionice izgrađene su početkom Drugog svjetskog rata. Do 1942. fabrika je dostigla svoj puni projektni kapacitet. U to vrijeme ovdje su se proizvodili uglavnom patroni. 1946. godine preduzeće je reklasifikovano u pogon za proizvodnju metalnog uranijuma. Kasnije (1957. godine) ovdje se počeo proizvoditi cirkonij, a potom i supravodljivi metali, kalcij i titan. Danas je ovo preduzeće deo korporacije TVEL, jednog od svetskih lidera u proizvodnji.Ulaganja u proizvodnju cirkonija u CMP-u od strane TVEL-a godišnje iznose milijarde rubalja. Danas ovo preduzeće snabdeva cirkonijumom na domaćem i svetskom tržištu:
žica;
komponente za TVS i TVEL.
Suveniri od ovog metala izrađuju se i u Čepetskom mehaničkom pogonu.
Prerada sirovina i dobijanje kiselih rastvora
Cirkonijum, čija je proizvodnja složen tehnološki proces, prilično je skup metal. Njegova proizvodnja počinje prečišćavanjem rude koja se isporučuje iz ležišta. Prerada sirovina obično uključuje sljedeće operacije:
obogaćivanje gravitacionom metodom;
prečišćavanje dobivenog koncentrata elektrostatičkom i magnetskom separacijom;
razlaganje koncentrata hlorisanjem, fuzijom sa kaustičnom sodom ili kalij-fluorosilikatom, sinterovanjem sa vapnom;
ispiranje vodom za uklanjanje spojeva silicija;
razlaganje ostatka sa sumpornom ili hlorovodoničnom kiselinom da bi se dobio sulfat ili oksihlorid.
Fluorosilikatni sinter se tretira zakiseljenom vodom uz zagrijavanje. Nakon hlađenja dobivene otopine oslobađa se kalij fluorocirkonat.
Veze
Sljedeći korak u proizvodnji cirkonija je priprema njegovih spojeva iz kiselih otopina. Za to se mogu koristiti sljedeće tehnologije:
kristalizacija cirkonijum oksihlorida isparavanjem rastvora hlorovodonične kiseline;
hidrolitička precipitacija sulfata;
kristalizacija cirkonijum sulfata.
Prečišćavanje hafnija
Od ove nečistoće mora se odvojiti cirkonijum, čija je tehnologija proizvodnje u Rusiji (kao i svuda u svetu) prilično komplikovana. Za čišćenje metala od hafnija može se koristiti sljedeće:
frakciona kristalizacija K2ZrF6;
ekstrakcija rastvaračem;
selektivna redukcija tetrahlorida (HfCl4 i ZrCl4).
Kako se dobija metal?
Postoje različiti načini za proizvodnju cirkonija. Metal se može koristiti u industriji:
u obliku praha ili sunđera;
kompaktan savitljiv;
visok stepen čistoće.
U prvoj fazi, cirkonijum u prahu se proizvodi u preduzećima. Njegova proizvodnja je tehnološki relativno jednostavna. Izrađuje se metodom metalno-termičke redukcije. Za hloride se koristi magnezij ili natrijum, a za okside se koristi kalcijum hidrid. Elektrolitički praškasti cirkonijum se dobija iz hlorida alkalnih metala. Materijal proizveden na ovaj način se obično komprimuje. Nadalje, koristi se za dobivanje kovnog cirkonija u elektrolučnim pećima. Potonji se u završnoj fazi podvrgava topljenju snopa elektrona. Rezultat je cirkonijum visoke čistoće. Uglavnom se koristi u nuklearnim reaktorima.
tehnologija i obim proizvodnje
Ovo je jedno od najtraženijih spojeva cirkonija u industriji i nacionalnoj ekonomiji. U prirodi se javlja kao mineral baddeleit. To je bijeli kristalni prah sa sivom ili žućkastom nijansom. Može se napraviti, na primjer, metodom jodidne rafinacije. U ovom slučaju se kao sirovina koriste obične metalne cirkonijske strugotine. Cirkonijum dioksid se koristi u proizvodnji keramike (uključujući i u oblasti protetike), rasvjetnih tijela i vatrostalnih materijala, u izgradnji peći itd.
Rezerve cirkona u Rusiji
Proizvodnja cirkonija u Rusiji je moguća, naravno, samo zbog prisustva njegovih nalazišta u zemlji. Zalihe ruda ove grupe u Ruskoj Federaciji (u poređenju sa svjetskim) su prilično velike. U Rusiji trenutno postoji 11 takvih nalazišta. Najveći labav je Central, koji se nalazi u Tambovskoj regiji. Najperspektivnija nalazišta u ovom trenutku uključuju Beshpagirskoye (Stavropoljska teritorija), Kirsanovskoye (Tambovska oblast) i Ordynskoye (Novosibirsk). Smatra se da su rezerve cirkona koje su dostupne u Rusiji sasvim dovoljne da zadovolje potrebe industrije zemlje. Tehnološki najpovoljnija lokacija trenutno je East Central polje.
Statistički podaci
Stoga je ovaj postupak za bilo koju državu, uključujući i Rusiju, veoma važan - proizvodnja cirkonija. Tehnologija njegove proizvodnje je složena, ali je njeno izdavanje, u svakom slučaju, više nego opravdano. Trenutno je cirkonijum jedini rijedak metal čija proizvodnja i potrošnja dostižu stotine hiljada tona. Rusija je četvrta u svijetu po rezervama. Strukturno i kvalitativno, sirovinska baza cirkonijuma u našoj zemlji se veoma razlikuje od inostranih. Više od 50% rudnih rezervi ove grupe u Ruskoj Federaciji povezano je sa alkalnim granitima, 35% sa cirkon-rutil-ilmenitnim naslagama i 14% sa baddeleit kamaforitima. U inostranstvu su gotovo sve rezerve takvih minerala koncentrisane u obalno-morskim zonama.
Umjesto zaključka
Tako smo saznali kako se cirkonijum proizvodi u Rusiji. Na svjetskom tržištu danas, nažalost, postoji prilično akutna nestašica ovog metala. Stoga se Rusija ne može osloniti na svoj uvoz. Stoga je potrebno posvetiti maksimalnu pažnju razvoju vlastitih nalazišta. Istovremeno, kako bi se ojačala sirovinska baza cirkonija u Ruskoj Federaciji, vrijedi razviti i najefikasnije tehnologije za korištenje ekstrahovanih sirovina.
Stranica 2
Godine 1945. u SAD-u je proizvedeno samo 0,07 kg cirkonija, međutim, počevši od 1948., u vezi s radom na stvaranju nuklearnih reaktora, proizvodnja cirkonija se naglo povećala i za nekoliko godina dostigla nekoliko desetina tona.
Ležišta rude cirkonija, koja je u prirodi mnogo šire rasprostranjena od, na primjer, berilija, nalaze se, prema pisanju strane štampe, u SAD-u, Indiji, Brazilu, Australiji i u nizu afričkih država. Proizvodnja cirkonija u SAD-u od 1947. do 1958. porasla je 3 hiljade puta.
Zbog svojih visokih antikorozivnih svojstava, cirkonijum se može koristiti za proizvodnju delova za hemijsku opremu, medicinske instrumente i druge oblasti tehnologije. Međutim, malo je vjerovatno da bi proizvodnja cirkonija tako brzo dostigla savremeni nivo da nije imala još jedno specifično svojstvo – mali presjek apsorpcije toplinskih neutrona.
Tehnologija i oprema koja se koristi za dobijanje hafnijuma Kroll metodom u suštini je ista kao u proizvodnji metalnog cirkonija. Izmjene u odnosu na tehnološki proces za proizvodnju cirkonija određuju se zamjenom ili promjenom pojedinih aparata, tehnoloških operacija i kvaliteta polaznih materijala. Ovdje treba imati na umu veću osjetljivost hafnijum tetrahlorida na atmosfersku vlagu, veću stabilnost hafnil hlorida i nešto veću pirofornost sveže dobijenog metalnog sunđera.
Pošto se hafnij ekstrahuje zajedno sa proizvodnjom reaktorskog cirkonija, njegova proizvodnja raste proporcionalno oslobađanju potonjeg, štaviše, za 50 kg cirkonija; primi oko 1 kg hafnija. Koristeći ovaj proračun, dobio sam fragmentarne podatke o proizvodnji cirkonija u odvojenim. Prema prognozi] američkog Biroa za rudarstvo, objavljenoj 1975. godine, potrebe zemlje za hafnijem na prijelazu iz XX - - XXI vijeka.
Spektralna analiza cirkonija na nečistoće je u velikoj mjeri teška zbog činjenice da je, na pozadini multilinearnog spektra cirkonija, teško razlikovati slabe linije u spektrima niskih koncentracija nečistoća. Ova metoda takođe omogućava određivanje malih koncentracija fluora u metalnom cirkonijumu, što je veoma važno u kontroli proizvodnje elektrolitskog cirkonija.
Budući da se hafnij dobija kao nusproizvod proizvodnje reaktorskog cirkonija, njegova proizvodnja raste proporcionalno proizvodnji potonjeg, pri čemu se na 50 kg cirkonija dobije približno 1 kg hafnija. Tokom tekuće decenije (1970. - 1980.) svjetski kapacitet nuklearnih elektrana povećat će se za 5 - 8 puta, odnosno proizvodnja cirkonija i hafnija će se povećati. Uostalom, za svaki megavat nuklearne energije potrebno je od 45 do 79 kg cirkonija za proizvodnju cijevi i drugih dijelova. Osim toga, 25 - 35% cirkonijskih cijevi u reaktorima koji rade moraju se zamijeniti godišnje. Kao rezultat toga, već sredinom 1970-ih, u ove svrhe će se potrošiti otprilike ista količina cirkonija kao za nove reaktore.
Tehnologija sublimacije fluora za prečišćavanje cirkonijum tetrafluorida od Al, Ca, Cu, Fe, Mg fluorida dobro je savladana u SSSR-u 80-ih godina u hemijskoj tvornici Pridneprovsky tokom razvoja i razvoja tehnologije ekstrakcije fluorida za proizvodnju nuklearno čistog cirkonija.
Ca, Cu, Fe, Mg, Th) je u obliku fluoridnog sastava dobivenog sublimacijskim prečišćavanjem cirkonija. U velikoj proizvodnji plazme cirkonija i silicijuma, akumulirana masa ovog otpada može vremenom postati značajna; za njihovu obradu, plazma i frekventne tehnologije mogu se koristiti za ekstrakciju ovih komponenti u obliku dispergovanih oksida ili metala (vidi pogl.
Prilikom prerade 1 tone cirkona i ekstrakcije cirkonija i silicijuma iz njega u obliku fluorida, u otpadu ostaje 46 kg 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; one. 8 6 kg metala, od kojih je glavni dio (A1, Ca, Cu, Fe, Mg, Th) u obliku fluoridnog sastava dobivenog sublimacijskim prečišćavanjem cirkonija. U velikoj proizvodnji plazme cirkonija i silicijuma, akumulirana masa ovog otpada može vremenom postati značajna; za njihovu obradu, plazma i frekventne tehnologije mogu se koristiti za ekstrakciju ovih komponenti u obliku dispergovanih oksida ili metala (vidi pogl.
Godine 1945. u SAD-u je proizvedeno samo 0,07 kg cirkonija, međutim, počevši od 1948., u vezi s radom na stvaranju nuklearnih reaktora, proizvodnja cirkonija je naglo porasla i za nekoliko godina dostigla nekoliko desetina tona. Kao rezultat toga, tehnologija za proizvodnju cirkonija, koja je prije nekoliko godina bila rijetkost, sada je naprednija od tehnologije za proizvodnju mnogih drugih metala koji su poznati i korišteni desetljećima.
Prema principu grijanja, vakuumske lučne peći se klasificiraju kao lučne peći direktnog djelovanja. Vakumske lučne peći su jedna od novih vrsta elektrotermalne opreme. Njihova pojava uzrokovana je povećanjem proizvodnje cirkonija, titana, molibdena i nekih drugih vatrostalnih i reaktivnih materijala.
Ali čak i u ovom slučaju, ne može se koristiti bez prethodnog hemijskog prečišćavanja (vidi odeljak 15.5) od elementa hafnija, koji ga uvek prati u prirodi, a hemijska svojstva su slična cirkonijumu. Hafnij, koji se dobija u proizvodnji cirkonija reaktorskog kvaliteta, odličan je materijal za izradu kontrolnih šipki reaktora.
Hafnijum je u grupi IV periodnog sistema elemenata D. I. Mendeljejeva i uključen je u podgrupu titana. Odnosi se na elemente u tragovima koji nemaju svoje minerale; prati cirkonijum u prirodi. Trenutno se dobija kao nusproizvod u proizvodnji cirkonija. U pogledu hemijskih i fizičkih svojstava, hafnij je blizak cirkonijumu, ali se značajno razlikuje od potonjeg po nuklearnim svojstvima.
U hemijskoj industriji molibden se koristi u obliku brtvi i vijaka za vruću popravku (punjenje gorivom) posuda obloženih staklenim pločicama, koristi se pri radu sa sumpornom kiselinom i kiselim sredinama u kojima se oslobađa vodonik. U proizvodima koji rade u sumpornoj kiselini koriste se i molibdenski termoelementi i ventili, a legure molibdena služe kao obloge reaktora u postrojenjima namijenjenim za proizvodnju p-butil hlorida reakcijama koje uključuju hlorovodoničnu i sumpornu kiselinu na temperaturama većim od 170°C. razne primene molibdena takođe uključuju hidrohlorisanje u tečnoj fazi, proizvodnju cirkonija i ultra čistog torija.
Ne javlja se u svom čistom obliku u zemljinoj kori. Dobija se iz koncentrata rude. Iz godine u godinu metalni cirkonijum se sve više koristi u raznim industrijama - metalurgiji, energetici, nuklearnoj energiji, medicini, industriji nakita, u svakodnevnom životu.
Opis i svojstva cirkonija
U prirodi je ovaj metal rasprostranjen u obliku hemijskih prirodnih spojeva - oksida ili soli, kojih je poznato više od četrdeset. Godine 1789. njemački hemičar Klaproth izolirao je cirkonijum oksid iz kamena zumbula, dragocjene vrste cirkona. Dugo vremena naučnici nisu mogli da dobiju čist metal, a tek 20-ih godina XX veka eksperimenti su krunisani uspehom.
Metalni cirkonijum je dobijen metodom "rastanja", u kojoj je taložen u svom čistom obliku na vruću volframovu nit. cijena metala cirkonija, na ovaj način se pokazalo prilično visokim. Razvijena je jeftinija industrijska metoda - Croll metoda, u kojoj se cirkonij dioksid prvo klorira, a zatim reducira metalnim magnezijem.
Dobivena cirkonijska spužva se topi u šipke i šalje potrošaču. Osim kloridne metode, postoje i druge glavne industrijske metode za ekstrakciju cirkonija - alkalne i fluoridne. Ispostavilo se da svojstva metalnog cirkonija ima veoma interesantno. Kao tipičan predstavnik svoje grupe metala, ima prilično visoku hemijsku aktivnost, samo što se ne pojavljuje u otvorenom obliku.
Izvana, kompaktni metalni cirkonij je vrlo sličan čeliku. U normalnim uslovima ima veoma važan kvalitet - ne korodira. Osim toga, savršeno se obrađuje na razne načine - valjanje, kovanje. Oksid film na površini, nevidljiv za oko, pouzdano je štiti od atmosferskih plinova i vodene pare. Tek kada temperatura poraste na 300°, ovaj film se postepeno uništava, a na 700° metal se potpuno oksidira.
Pod utjecajem vode, cirkonij ne oksidira, kao mnogi metali, već je prekriven nerastvorljivim filmom koji ga štiti od korozije. Compact fotografija metala cirkonijuma razlikuje se po visokoj otpornosti na toplinu, otpornosti na utjecaj amonijaka, kiselina, lužina, dobro zadržava zračenje. Cirkonijumske strugotine i prah se ponašaju sasvim drugačije u vazduhu. Ove supstance, čak i na sobnoj temperaturi, mogu se lako spontano zapaliti i često eksplodirati.
Cirkonijum se formira sa mnogim metalima. Dodavanje u maloj količini značajno poboljšava njihove karakteristike - povećava čvrstoću, otpornost na koroziju. U isto vrijeme, dodaci drugih metala cirkoniju samo pogoršavaju njegova svojstva i stoga se koriste izuzetno rijetko.
Ležišta i eksploatacija cirkonija
Naslage rude cirkonija su rasute u različitim dijelovima planete. Javlja se u obliku amorfnih oksida, soli i velikih monokristala, ponekad težih od jednog kilograma. Bogate rezerve rude nalaze se u Australiji, Sjevernoj Americi, Zapadnoj Africi, Indiji, Južnoj Africi, Brazilu. U Rusiji su značajne rezerve cirkonijumskih sirovina koncentrisane na Uralu i Sibiru.
Najznačajnije industrijske upotrebe su cirkon, cirkonijum silikat, cirkonijum dioksid i baddeleit. Najčešći mineral cirkonijuma na planeti je cirkon. Čovječanstvu je poznat od davnina. U srednjem vijeku draguljari su često pravili nakit od “nesavršenih dijamanata”, kako su se u to vrijeme zvali cirkoni. Nakon rezanja, bili su mutniji, svjetlucali su i svjetlucali drugačije od prirodnih dijamanata.
Postoje opasni radioaktivni cirkoni, nošenje nakita od kojih veoma loše utiče na zdravlje. Kamenje male veličine, blago obojeno i relativno prozirno smatra se sigurnijim. Cirkoni dolaze u raznim bojama. Dakle, zumbul može biti medeno žuti, crveni, ružičasti, zvezdano - nebeskoplavi.
Veliki, intenzivno obojeni cirkoni, posebno oni koji su zeleni i neprozirni, mogu uzrokovati povećane razine zračenja. Takvo kamenje je zabranjeno čuvati kod kuće u zbirkama, izloženo, transportirati u velikim količinama. Uprkos činjenici da je cirkonijum 12. najzastupljeniji metal u prirodi, dugo je bio manje popularan čak i od retkih radioaktivnih. To se objašnjava činjenicom da su njegove naslage izuzetno raštrkane i da nema velikih naslaga.
Često u rudi, cirkonijum je u blizini hafnijuma, koji mu je blizak po svojstvima. Zasebno, svaki od ovih metala ima atraktivne karakteristike, ali ih kombinovano prisustvo čini neprikladnim za upotrebu. Za njihovo odvajanje koristi se višestepeno pročišćavanje, što značajno povećava troškove proizvodnje plastičnog cirkonija.
Primjena cirkonija
Zbog tako važnih kvaliteta kao što su otpornost na koroziju, alkalije, kiseline, cirkonij se široko koristi u raznim industrijama. Dakle, u metalurgiji se koristi za legiranje čelika i poboljšanje kvaliteta legura. U obliku praha koristi se u pirotehnici i proizvodnji municije – daljinskih bombi, tragajućih metaka, baklji.
Četvrtina dobijenog koncentrata cirkonijuma se troši u proizvodnji glazura, kućne i elektrokeramike. Cirkonij pročišćen od hafnija u obliku legura koristi se u nuklearnim reaktorima kao konstrukcijski materijal. Ovaj metal se široko koristi u medicini i svakodnevnom životu. Tanka cirkonijumska ploča zadržava zračenje u rendgenskom odjelu mnogo više od olovnih pregača.
Ljekovita svojstva metala cirkonija
Za liječenje prijeloma kostiju u traumatološkim klinikama koriste se implantati od legura cirkonijuma. U odnosu na titan i nerđajući materijal, imaju značajne prednosti: biološku kompatibilnost (bez alergijskih reakcija i odbacivanja), visoku otpornost na koroziju, čvrstoću, duktilnost, lakoću.
U maksilofacijalnoj hirurgiji koriste se cirkonijumski instrumenti i implantati, kao što su spajalice, ploče, bušilice, šrafovi, proteze, hemostati, konci za šavove. Cirkonijum i njegove legure ne izazivaju iritaciju kada su izložene kostima i tkivima.
Metalni cirkonijum u nakitu blagotvorno utiču na opšte stanje ljudskog organizma. Utvrđeno je da nošenje cirkonija nakon bušenja uha pospješuje brzo zacjeljivanje rane i nikada ne uzrokuje njeno truljenje.
Kada se redovno nosi proizvodi od cirkonija pozitivno utiču na zdravlje. Dobre rezultate postiže nošenje cirkonija i pojaseva kod kožnih oboljenja kao što su ekcem kod djece i odraslih, dermatitis, psorijaza. Dolazi do značajnog poboljšanja stanja pacijenata sa problemima u mišićno-koštanom sistemu.
Cijena cirkonija
Metal se prodaje po kilogramu. Isporučuje se u obliku cijevi, šipke, trake, žice, lima, itd. Cijena ovisi o proizvođaču i marki proizvoda.
Stranica 1
Proizvodnja cirkonija i njegovih legura koje sadrže bor zahtijeva pažljivu kontrolu. Budući da hemijske metode za određivanje bora u metalnom cirkonijumu i njegovim legurama nisu opisane u literaturi, cilj ovog rada bio je razviti jednostavnu hemijsku metodu za određivanje sadržaja bora u metalnom cirkonijumu i njegovim legurama, a posebno: u legurama sa niskim sadržajem niobija.
U proizvodnji cirkonija, jodidna metoda, za razliku od proizvodnje titana, ima industrijski značaj.
Sadrži u emisijama iz proizvodnje cirkonija, katalizatorima za organsku sintezu.
Hafnij se dobija samo kao nusproizvod proizvodnje cirkonija reaktorskog kvaliteta. Njegova glavna primjena je proizvodnja kontrolnih šipki u nuklearnim reaktorima. Ukupna potrošnja trenutno ne prelazi 75% proizvodnje. Međutim, istraživanje novih područja primjene - proizvodnja visokotemperaturnih legura, filamenata, gettera, praha za flash lampe, detonatora - može značajno povećati potražnju za metalom. Odvajanje hafnijuma od cirkonija je skup proces, a troškovi separacije se obično podjednako dijele između cijene oba metala.
Ne postoji potpuna analogija u svojstvima proizvoda plazma-fluoridnih i ekstrakcijsko-fluoridnih tehnologija za proizvodnju cirkonija, budući da se u ekstrakcijsko-fluoridnoj tehnologiji cirkonijum i hafnij razdvajaju u hidrohemijskoj fazi ekstrakcijom. U slučaju korišćenja plazma-fluoridne tehnologije za preradu cirkona tokom sublimacionog prečišćavanja cirkonija od nečistoća navedenih u tabeli. 3.4, hafnij uglavnom slijedi cirkonijum.
Metoda odvajanja cirkonija i hafnijuma elektrolizom taline je od interesa za proizvodnju cirkonija, jer se istovremeno sa proizvodnjom metalnog cirkonija prečišćava od hafnija.
Sirovine za dobijanje hafnija su cirkonijumski koncentrati ili proizvodi i međuprodukti proizvodnje cirkonija.
Sve ove poteškoće čine neophodnim pažljivo prečišćavanje reagensa koji se koriste u proizvodnji cirkonija i hafnija, posebno od kiseonika, vode i azota, i ograničavanje izbora metoda koje se mogu koristiti za dobijanje ovih metala.
Metalni hafnij se može dobiti istim metodama koje se koriste u proizvodnji cirkonija. Hafnijum tetrahlorid se pročišćava destilacijom u atmosferi vodika, a zatim redukuje magnezijumom. Prečišćavanje hafnijuma od magnezijum hlorida vrši se u postrojenjima za čišćenje cirkonijum sunđera, jer ova operacija ne predstavlja ozbiljan rizik od kontaminacije hafnijuma cirkonijumom, ili obrnuto. Spužvasti hafnij se topi u luku i sipa u bakrene kalupe.
Metalni hafnij se dobija istim metodama koje se koriste u proizvodnji cirkonija: Krollovom metodom, modifikovanom Krollovom metodom upotrebom natrijuma kao redukcionog sredstva i de Boerovim ili jodidnim procesom.
Jodidni proces za proizvodnju mekog, savitljivog hafnija sličan je onom koji se koristi u proizvodnji cirkonija, tako da je oprema kojom se dobija jodid hafnijum približno ista kao u slučaju dobijanja cirkonija. Prema podacima, temperatura taloženja hafnija iz tetrajodida je 1600 C, a cirkonijuma 1400 C.
Detaljno proučavanje Kroll procesa primenjenog na titanijum može omogućiti neke promene u tehnološkoj šemi za proizvodnju cirkonijuma; posebno se to odnosi na pojednostavljenje aparata, smanjenje broja operacija i povećanje veličine agregata.
Za dobijanje čistijih prahova niobija i tantala bolje je redukciju gasovitih hlorida tečnim magnezijumom izvršiti na isti način kao što se radi u proizvodnji cirkonija.
Učitavanje...