Tsirkoon on kõige levinum tsirkooniumi mineraal. Seda esineb igat tüüpi kivimites, kuid peamiselt graniitides ja süeniitides. Hindersoni maakonnas (Põhja-Carolina) leiti pegmatiitidest mitme sentimeetri pikkuseid tsirkoonkristalle, Madagaskarilt aga kilogramme kaaluvaid kristalle. Baddeleyite leidis Yussac 1892. aastal Brasiiliast. Peamine maardla asub Pocos de Caldase piirkonnas (Brasiilia). Suurimad tsirkooniumimaardlad asuvad Ameerika Ühendriikides, Austraalias, Brasiilias ja Indias.
Venemaal, mis moodustab 10% maailma tsirkooniumivarudest (3. koht maailmas Austraalia ja Lõuna-Aafrika järel), on peamised leiukohad: Kovdorskoe primaarne baddeliit-apatiit-magnetiit Murmanski oblastis, Tugani tsirkoon-rutiil-ilmeniit. Tomski oblastis, tsentraalne tsirkoon-rutiil-ilmeniit Tambovi oblastis, Lukojanovskoe tsirkoon-rutiil-ilmeniit Nižni Novgorodi oblastis, Katuginskoe primaarne tsirkoon-pürokloor-krüoliit Chita piirkonnas ja Ulug-Tanzeki primaarne kloortsirkoon kolumbiit.
Varud tsirkooniumimaardlates 2012, tuhat tonni *
| Austraalia | 21,000.0 |
| Lõuna-Aafrika | 14,000.0 |
| India | 3,400.0 |
| Mosambiik | 1,200.0 |
| Hiina | 500.0 |
| Teised riigid | 7,900.0 |
| Aktsiad kokku | 48,000.0 |
*USA geoloogiakeskuse andmed
Tööstuses on tsirkooniumi tootmise lähteaineks tsirkooniumimaakide rikastamisel saadud tsirkooniumkontsentraadid, mille tsirkooniumdioksiidi massisisaldus on vähemalt 60–65%. Peamised meetodid metallilise tsirkooniumi saamiseks kontsentraadist on kloriid-, fluoriid- ja leeliselised protsessid. Iluka on maailma suurim tsirkoonitootja.
Tsirkoonitootmine on koondunud Austraaliasse (2010. aastal 40% toodangust) ja Lõuna-Aafrikasse (30%). Ülejäänud tsirkoonist toodetakse rohkem kui kümnes teises riigis. Tsirkooni kaevandamine kasvas aastatel 2002–2010 igal aastal keskmiselt 2,8%. Suuremad tootjad nagu Iluka Resources, Richards Bay Minerals, Exxaro Resources Ltd ja DuPont ekstraheerivad tsirkoonit titaani kaevandamisel kõrvalsaadusena. Nõudlus titaanmineraalide järele ei ole viimasel kümnendil kasvanud samas tempos kui tsirkooni järele, mistõttu on tootjad asunud välja töötama ja kasutama suurema tsirkoonisisaldusega liivade maavarasid, näiteks Aafrikas ja Lõuna-Austraalias.
*USA geoloogiakeskuse andmed
Tsirkooniumi on tööstuses kasutatud alates 1930. aastatest. Kõrge hinna tõttu on selle kasutamine piiratud. Metallist tsirkooniumi ja selle sulameid kasutatakse tuumaenergeetikas. Tsirkooniumil on väga madal termilise neutronite püüdmise ristlõige ja kõrge sulamistemperatuur. Seetõttu kasutatakse metallilist tsirkooniumi, mis ei sisalda hafniumi, ja selle sulameid tuumaenergiatööstuses kütuseelementide, kütusesõlmede ja muude tuumareaktorite konstruktsioonide tootmiseks.
Doping on veel üks tsirkooniumi kasutusvaldkond. Metallurgias kasutatakse seda ligatuurina. Hea deoksüdeerija ja denitrogeenija, mis on tõhusam kui Mn, Si, Ti. Teraste legeerimine tsirkooniumiga (kuni 0,8%) suurendab nende mehaanilisi omadusi ja töödeldavust. Samuti muudab see vasesulamid tugevamaks ja kuumakindlamaks ning elektrijuhtivus väheneb vähesel määral.
Tsirkooniumi kasutatakse ka pürotehnikas. Tsirkooniumil on märkimisväärne võime põleda õhuhapnikus (isesüttimistemperatuur – 250°C) praktiliselt suitsuvabalt ja suurel kiirusel. See arendab metalliliste kütuste kõrgeima temperatuuri (4650 °C). Tänu kõrgele temperatuurile kiirgab tekkiv tsirkooniumdioksiid märkimisväärsel hulgal valgust, mida kasutatakse väga laialdaselt pürotehnikas (saluutide ja ilutulestiku tootmine), erinevates inimtegevuse valdkondades kasutatavate keemiliste valgusallikate (tõrvikud, raketid) valmistamisel. , valgustuspommid, FOTAB – fotoõhupommid; kasutati fotograafias laialdaselt ühekordselt kasutatavate välklambi osana, kuni selle asendasid elektroonilised välklambid). Selles valdkonnas ei paku huvi mitte ainult metalliline tsirkoonium, vaid ka selle tseeriumiga sulamid, mis annavad oluliselt suurema valgusvoo. Tsirkooniumipulbrit kasutatakse segus oksüdeerijatega (Bertoleti sool) suitsuvaba ainena pürotehnilistes signaaltuledes ja süütenöörides, asendades elavhõbeda fulminaati ja pliasiidi. Edukad katsed viidi läbi tsirkooniumi põlemise kasutamise kohta laserpumpamise valgusallikana.
Teine tsirkooniumi rakendusala on ülijuhtides. Ülijuhtiv sulam 75% Nb ja 25% Zr (ülijuhtivus 4,2 K juures) talub koormusi kuni 100 000 A/cm2. Struktuurimaterjalina kasutatakse tsirkooniumi happekindlate keemiliste reaktorite, liitmike ja pumpade valmistamiseks. Tsirkooniumi kasutatakse väärismetallide asendajana. Tuumaenergeetikas on tsirkoonium kütusevarraste katte peamine materjal.
Tsirkooniumil on kõrge, titaanist isegi kõrgem vastupidavus bioloogilisele keskkonnale ja suurepärane biosobivus, tänu millele seda kasutatakse luu-, liigese- ja hambaproteeside ning ka kirurgiliste instrumentide valmistamisel. Hambaravis on tsirkooniumdioksiidil põhinev keraamika proteeside valmistamise materjal. Lisaks on see materjal oma bioinertsuse tõttu alternatiiviks titaanile hambaimplantaatide valmistamisel.
Tsirkooniumi kasutatakse mitmesuguste lauanõude valmistamiseks, millel on tänu kõrgele keemilisele vastupidavusele suurepärased hügieenilised omadused.
Tsirkooniumdioksiidi (mp. 2700°C) kasutatakse bacori tulekindlate materjalide (bakor - baddeleyite-korund keraamika) tootmiseks. Seda kasutatakse šamoti asendajana, kuna see suurendab klaas- ja alumiiniumahjudes kampaaniat 3-4 korda. Stabiliseeritud dioksiidil põhinevaid tulekindlaid aineid kasutatakse metallurgiatööstuses süvendite, teraste pidevvalamise düüside ja haruldaste muldmetallide elementide sulatamiseks mõeldud tiiglite jaoks. Seda kasutatakse ka metallkeraamikas – keraamikas-metallkatted, millel on kõrge kõvadus ja vastupidavus paljudele kemikaalidele, taluvad lühiajalist kuumutamist kuni 2750°C. Dioksiid on emailide hägustaja, andes neile valge ja läbipaistmatu värvi. Skandiumi, ütriumi, haruldaste muldmetallidega stabiliseeritud tsirkooniumdioksiidi kuupmodifikatsiooni põhjal saadakse materjal - kuuptsirkooniumoksiid (FIANist, kust see esmakordselt saadi), kasutatakse tsirkooniumoksiidi kõrge murdumisnäitajaga optilise materjalina (lamed läätsed). ), meditsiinis (kirurgiline instrument) sünteetilise vääriskivina (dispersioon, murdumisnäitaja ja värvimäng on suuremad kui teemandil), sünteetiliste kiudude tootmisel ja teatud tüüpi traadi valmistamisel (joonistus). Kuumutamisel juhib tsirkoonium voolu, mida mõnikord kasutatakse kütteelementide muutmiseks õhukindlaks väga kõrgetel temperatuuridel. Kuumutatud tsirkoonium on võimeline juhtima hapnikuioone tahke elektrolüüdina. Seda omadust kasutatakse tööstuslikes hapnikuanalüsaatorites.
Tsirkooniumhüdriidi kasutatakse tuumatehnoloogias väga tõhusa neutronite moderaatorina. Samuti kasutatakse tsirkooniumhüdriidi tsirkooniumi katmiseks õhukeste kilede kujul selle termilise lagunemise teel erinevatel pindadel.
Tsirkooniumnitriidmaterjal keraamilisteks kateteks, sulamistemperatuur umbes 2990°C, hüdrolüüsitud aqua regia. On leidnud rakendust katetena hambaravis ja ehetes.
Tsirkoon, st. ZrSiO4 on tsirkooniumi ja hafniumi peamine mineraalne allikas. Samuti ekstraheeritakse sellest mitmesuguseid haruldasi elemente ja uraani, mis on sellesse koondunud. Tsirkoonkontsentraati kasutatakse tulekindlate materjalide tootmisel. Tsirkooni kõrge uraanisisaldus muudab selle mugavaks mineraaliks vanuse määramiseks uraani-plii dateerimise teel. Ehetes kasutatakse läbipaistvaid tsirkoonkristalle (hüatsint, žargoon). Tsirkooni kaltsineerimisel saadakse helesinised kivid, mida nimetatakse tähtliidiks.
Umbes 55% kogu tsirkooniumist kasutatakse keraamika tootmiseks - keraamilised plaadid seintele, põrandatele, samuti keraamiliste aluspindade tootmiseks elektroonikas. Umbes 18% tsirkoonist kasutatakse keemiatööstuses ning selle valdkonna tarbimise kasv on viimastel aastatel olnud keskmiselt 11% aastas. Ligikaudu 22% tsirkoonist kasutatakse metalli sulatamiseks, kuid see suund pole viimasel ajal nii populaarne olnud, kuna tsirkooniumi saamiseks on saadaval odavamad meetodid. Ülejäänud 5% tsirkoonist kasutatakse katoodtorude tootmiseks, kuid tarbimine selles valdkonnas väheneb.
Tsirkooni tarbimine kasvas 2010. aastal jõudsalt 1,33 miljoni tonnini pärast seda, kui 2009. aasta globaalne majanduslangus põhjustas 2008. aastaks tarbimise 18% vähenemise. Keraamika tarbimise kasv, mis moodustas 2010. aastal 54% tsirkooni tarbimisest, eriti Hiinas, aga ka teistes areneva majandusega riikides, nagu Brasiilias, Indias ja Iraanis, oli 2000. aastatel tsirkooni nõudluse suurenemise võtmetegur. USA-s ja eurotsoonis tarbimine isegi vähenes. Tsirkooniumi tarbimine tsirkooniumkemikaalides, sealhulgas tsirkooniumis, suurenes aastatel 2000–2010 enam kui kahekordselt, samas kui tsirkooniumi kasutamine tsirkooniummetalli sulatamisel näitas aeglasemat kasvutempot.
Roskilli sõnul kasutatakse 90% maailmas tarbitavast metallist tsirkooniumist tuumareaktori komponentide valmistamisel ning umbes 10% äädikhappetehastes kasutatavate mahutite korrosiooni- ja kõrgsurvekindla voodri valmistamisel. Ekspertide hinnangul on tulevikus oodata globaalse nõudluse kasvu metallitsirkooniumi järele, kuna mitmed riigid (Hiina, India, Lõuna-Korea ja USA) plaanivad ehitada uusi tuumaelektrijaamu.
Tsirkooniumoksiidi, tuntud ka kui tsirkooniumoksiid, kasutatakse tööstuslikes rakendustes, sealhulgas ravimites, fiiberoptikas, veekindlates riietes ja kosmeetikas. Suurem tsirkooniumoksiidi materjalide – tsirkoonijahu ja sulatatud tsirkooniumoksiidi – tarbimine on tingitud keraamiliste plaatide tootmise kiirest kasvust Hiinas. Lõuna-Korea, India ja Hiina on tsirkooniumoksiidi olulised kasvuturud. Tsirkooniumi turu-uuringu aruande kohaselt esindab Aasia ja Vaikse ookeani piirkond maailma suurimat ja kiiremini kasvavat piirkondlikku turgu. Saint-Gobain, mille peakontor asub Prantsusmaal, on üks suurimaid tsirkooniumoksiidi tootjaid.
Suurim tsirkooniumi lõppkasutuse turg on keraamika, mis hõlmab plaate, sanitaartehnikat ja lauanõusid. Järgmised suuremad turud, mis kasutavad tsirkooniummaterjale, on tulekindlate materjalide ja valutööstuse sektor. Tsirkoonit kasutatakse lisandina paljudes keraamilistes toodetes ning seda kasutatakse ka arvutimonitoride ja teleripaneelide klaaskatetes, kuna materjalil on kiirgust neelavad omadused. Tsirkooniumoksiidiga telliseid kasutatakse alternatiivina sulatatud tsirkooniumoksiidiga põhilahendustele.
Tsirkoon (ZrSiO4) tootmine ja tarbimine maailmas, tuhat tonni*
| aastal | 2008 | 2009 | 2010 | 2011 | 2012 |
| Kogutoodang | 1300.0 | 1050.0 | 1250.0 | 1400.0 | 1200.0 |
| Hiina | 400.0 | 380.0 | 600.0 | 650.0 | 500.0 |
| Teised riigid | 750.0 | 600.0 | 770.0 | 750.0 | 600.0 |
| Kogutarbimine | 1150.0 | 980.0 | 1370.0 | 1400.0 | 1100.0 |
| Turu tasakaal | 150.0 | 70.0 | -120.0 | -- | 100.0 |
| COMEX hind | 788.00 | 830.00 | 860.00 | 2650.00 | 2650.00 |
* kokkuvõtlikud andmed
Tsirkooniturg näitas järsku langust, mis algas 2008. aasta lõpus ja kestis kogu 2009. aasta. Tootjad on tootmist vähendanud, et vähendada kulusid ja lõpetada varude kogumine. Tarbimine hakkas taastuma 2009. aasta lõpus, kiirendas kasvu 2010. aastal ja jätkus 2011. aastal. Tarned, eriti Austraaliast, kus kaevandatakse üle 40% tsirkooniumimaakidest, ei kasvanud pikka aega ning teised tootjad olid sunnitud aastatel 2008-2010 turule tooma ligikaudu 0,5 miljonit tonni oma varudest. Turupuudus koos varude taseme langusega tõi kaasa 2009. aasta alguses alanud hinnatõusu. 2011. aasta jaanuariks olid Austraalia tsirkoonmaksuhinnad rekordtasemel pärast 50% tõusu 2009. aasta algusest ja jätkasid tõusu aastatel 2011–2012.
2008. aastal tõusid tsirkooniumkäsna hinnad metallitootmise tooraineks oleva tsirkoonliiva kallinemise tõttu. Tööstusliku tsirkooniumi hinnad tõusid 7-8% - kuni $100/kg ja tuumareaktorite metallide hinnad - 10% - kuni $70-80. Alates 2009. aasta teisest poolest on tsirkooniumi hinnad taas tõusnud, ja nii, et tsirkooniumi keskmised hinnad olid 2009. aastal kõrgemad kui 2008. aastal. 2012. aastal tõusid tsirkooniumi hinnad 110 dollarini/kg.
Vaatamata väiksemale tarbimisele 2009. aastal ei langenud tsirkoonide hinnad järsult, kuna suuremad tootjad vähendasid tootmist ja laoseisu. 2010. aastal ei suutnud tootmine nõudlusega sammu pidada eelkõige seetõttu, et Hiina tsirkoonimport kasvas 2010. aastal enam kui 50%, 0,7 miljoni tonnini. Prognoositakse, et 2015. aastani kasvab nõudlus tsirkooni järele 5,4% aastas, kuid tootmisvõimsus võib kasvada vaid 2,3% aastas. Täiendav pakkumine on seetõttu jätkuvalt piiratud ja hinnad võivad jätkuvalt tõusta, kuni uued kujundused on saadaval.
Global Industry Analystis (GIA) avaldatud uurimisaruande kohaselt peaks ülemaailmne tsirkooniumiturg 2017. aastaks ulatuma 2,6 miljoni tonnini. Aruanne sisaldab müügiprognoose ja -prognoose aastatel 2009–2017 erinevatel geograafilistel turgudel, sealhulgas Aasia Vaikse ookeani piirkonnas, Euroopas, Jaapanis, Kanadas ja Ameerika Ühendriikides.
Rahvusvahelise tuumaenergiatööstuse kasv suurendab nõudlust tsirkooniumi järele ning suurendab selle tootmisvõimsust kogu maailmas. Teised kasvutegurid on kasvav nõudlus Aasia ja Vaikse ookeani piirkonnas, aga ka keraamiliste plaatide tootmises üle maailma.
Tsirkoonium oma elementaarsel kujul on hõbevalge metall, mida iseloomustavad sellised iseloomulikud omadused nagu korrosioonikindlus ja elastsus. Looduses on see üsna tavaline, kuid samas väga hajutatud. Selle suuri maardlaid pole veel leitud. Esimest korda said inimesed selle metalli olemasolust teada aastal 1789. Siis avastas keemik M. Klaproth mineraali tsirkoonit uurides kogemata selle oksiidi. Puhtal kujul saadi see metall alles 1925. Kaasaegses maailmas kasutatakse tsirkooniumi, mille tootmine on laialt levinud, erinevates tööstusharudes. Muidugi tegelevad selle tootmisega ka paljud kodumaised ettevõtted.
üldkirjeldus
Ebatavalised omadused - see määrabki ennekõike sellise suhteliselt haruldase metalli nagu tsirkoonium tööstusliku väärtuse. Selle tootmine on rahvamajandusele kasulik, kuna:
Kõrge keemilise vastupidavuse tase. Vesinikkloriidhape ei avalda sellele metallile absoluutselt mingit mõju ja see reageerib väävelhappega ainult kontsentratsioonil vähemalt 50% ja temperatuuril üle +100 kraadi.
Võime põleda õhus vähese suitsuga või ilma suitsuta. Tsirkoonium (peeneks hajutatud) võib iseeneslikult süttida juba temperatuuril 250 C.
bioloogiline inerts. Tsirkooniumil pole absoluutselt kahjulikku mõju inimese ega looma kehale. Kasu, vastupidiselt levinud arvamusele, ei saa ta kahjuks ka mingeid eeliseid tuua.
Tööstuses ei ole väga populaarne mitte ainult see metall ise, vaid ka selle ühendid. Näiteks mineraaltsirkoonil on väga kõrge kõvadus ja meeldiv teemantläige. Seetõttu kasutatakse seda mõnikord teemantide odava asendajana. Tõsi, tsirkoonit on viimastel aastatel kasutatud ehetes üha vähem. Praegu tehakse teemantide imitatsioone sagedamini tsirkooniumoksiidist (kunstlik tsirkooniumoksiid).
Kus kasutatakse
Tsirkooniumi tootmine on praegu metallurgiatööstuse üks olulisemaid valdkondi. Kuigi seda kasutatakse paljudes rahvamajanduse valdkondades (näiteks meditsiiniinstrumentide või pürotehniliste seadmete valmistamiseks), kasutatakse seda kõige sagedamini tuumaelektrijaamade vesijahutusega jõureaktorites.
Tooraine tootmiseks
Kahjuks pole tsirkooniumi massiosa maakoores selle leviku tõttu veel kindlaks tehtud. Teadlaste hinnangul võib see olla 170-250 grammi tonni kohta. Tegelikult on looduses palju tsirkoonmineraale. Praegu teavad teadlased umbes 40 nende sorti. Kuid enamasti kasutatakse tsirkooniumi tootmiseks ainult järgmisi tooraineid:
baddeleyite;
eudialüüt;
Suuri tsirkoonide ladestusi planeedil, nagu juba mainitud, ei eksisteeri. Venemaal on selliseid maavarasid vaid üksikud väikesed maardlad. Neid kaevandatakse ka sellistes riikides nagu USA, India, Brasiilia ja Austraalia. Tsirkoon (ZrSiO4) on loomulikult kõige levinum mineraal, mida tsirkooniumi saamiseks kasutatakse. Enamasti looduses kaasneb sellega hafnium.
Tsirkooniumi tootmine Venemaal: omadused
Vene Föderatsioonis toodab seda metalli praegu üksainus ettevõte - Glazovi linnas (Udmurtia) asuv Chepetsky mehaanikatehas. Selle esimesed töökojad ehitati Teise maailmasõja alguses. 1942. aastaks saavutas tehas oma täieliku projekteerimisvõimsuse. Sel ajal toodeti siin peamiselt padruneid. 1946. aastal klassifitseeriti ettevõte ümber uraani metalli tootmise tehaseks. Hiljem (1957. aastal) hakati siin tootma tsirkooniumi ning seejärel ülijuhtivaid metalle, kaltsiumi ja titaani. Tänaseks on see ettevõte osa maailmas ühest tootmisliidrist TVEL Corporationist, mille investeeringud tsirkooniumi tootmisse CMP-s TVEL-i poolt ulatuvad aastas miljarditesse rubladesse. Täna tarnib see ettevõte tsirkooniumi kodu- ja maailmaturule:
traat;
komponendid TVS ja TVEL jaoks.
Sellest metallist suveniire valmistatakse ka Tšepetski mehaanikatehases.
Toorainete töötlemine ja happelahuste saamine
Tsirkoonium, mille tootmine on keeruline tehnoloogiline protsess, on üsna kallis metall. Selle valmistamine algab maardlatest tarnitud maagi puhastamisega. Tooraine töötlemine hõlmab tavaliselt järgmisi toiminguid:
rikastamine gravitatsioonimeetodil;
saadud kontsentraadi puhastamine elektrostaatilise ja magnetilise eraldamisega;
kontsentraadi lagundamine kloorimise teel, sulatamine seebikivi või kaaliumfluorosilikaadiga, lubjaga paagutamine;
veega leotamine räniühendite eemaldamiseks;
jäägi lagundamine väävel- või vesinikkloriidhappega sulfaadi või oksükloriidi saamiseks.
Fluorosilikaatpaaguti töödeldakse kuumutamisel hapestatud veega. Pärast saadud lahuse jahutamist eraldub kaaliumfluorosirkonaat.
Ühendused
Järgmine samm tsirkooniumi tootmisel on selle ühendite valmistamine happelistest lahustest. Selleks saab kasutada järgmisi tehnoloogiaid:
tsirkooniumoksükloriidi kristallimine vesinikkloriidhappe lahuste aurustamisega;
sulfaatide hüdrolüütiline sadestamine;
tsirkooniumsulfaadi kristallimine.
Hafniumi puhastamine
Sellest lisandist tuleb eraldada tsirkoonium, mille tootmistehnoloogia Venemaal (nagu ka igal pool mujal maailmas) on üsna keeruline. Metalli puhastamiseks hafniumist võib kasutada järgmist:
K2ZrF6 fraktsionaalne kristallimine;
lahusti ekstraheerimine;
tetrakloriidide (HfCl4 ja ZrCl4) selektiivne redutseerimine.
Kuidas metalli saadakse?
Tsirkooniumi tootmiseks on erinevaid viise. Metalli saab kasutada tööstuses:
pulbri või käsna kujul;
kompaktne tempermalmist;
kõrge puhtusaste.
Esimeses etapis toodetakse ettevõtetes pulbrilist tsirkooniumi. Selle tootmine on tehnoloogiliselt suhteliselt lihtne. See on valmistatud metalltermilise redutseerimise meetodil. Kloriidide puhul kasutatakse magneesiumi või naatriumi ja oksiidide puhul kaltsiumhüdriidi. Elektrolüütiliselt pulbristatud tsirkoonium saadakse leelismetallikloriididest. Sel viisil toodetud materjal surutakse tavaliselt kokku. Lisaks kasutatakse seda tempermalmist tsirkooniumi saamiseks elektrikaarahjudes. Viimane sulatatakse viimases etapis elektronkiirega. Tulemuseks on kõrge puhtusastmega tsirkoonium. Seda kasutatakse peamiselt tuumareaktorites.
tootmistehnoloogia ja ulatus
See on üks enim nõutud tsirkooniumiühendeid tööstuses ja rahvamajanduses. Looduses esineb see mineraali baddeleyiidina. See on halli või kollaka varjundiga valge kristalne pulber. Seda saab valmistada näiteks jodiidi rafineerimise meetodil. Sel juhul kasutatakse toorainena tavalisi metallist tsirkooniumi laaste. Tsirkooniumdioksiidi kasutatakse keraamika (sh proteesimise valdkonnas), valgustite ja tulekindlate materjalide valmistamisel, ahjude ehitamisel jne.
Tsirkoonivarud Venemaal
Tsirkooniumi tootmine Venemaal on loomulikult võimalik ainult selle maardlate olemasolu tõttu riigis. Selle rühma maakide varud Venemaa Föderatsioonis (võrreldes globaalsete omadega) on üsna suured. Praegu on Venemaal 11 sellist maardlat. Suurim lahti on Tambovi piirkonnas asuv Central. Praegu on kõige lootustandvamad leiukohad Beshpagirskoje (Stavropoli territoorium), Kirsanovskoje (Tambovi piirkond) ja Ordynskoje (Novosibirsk). Arvatakse, et Venemaal saadaolevatest tsirkoonivarudest piisab riigi tööstuse nõudmiste rahuldamiseks. Tehnoloogiliselt soodsaim koht on hetkel East Central väli.
Statistilised andmed
Seega on see protseduur iga riigi, sealhulgas Venemaa jaoks väga oluline - tsirkooniumi tootmine. Selle tootmistehnoloogia on keeruline, kuid selle väljalaskmine on igal juhul enam kui õigustatud. Tsirkoonium on hetkel ainus haruldane metall, mille tootmine ja tarbimine ulatub sadadesse tuhandetesse tonnidesse. Venemaa on oma reservide poolest maailmas neljandal kohal. Struktuuriliselt ja kvalitatiivselt on tsirkooniumi toorainebaas meie riigis välismaisest väga erinev. Rohkem kui 50% selle rühma maagivarudest Vene Föderatsioonis on seotud leeliseliste graniididega, 35% tsirkoon-rutiil-ilmeniidiga ja 14% baddeleyite kamaforiitidega. Välismaal on peaaegu kõik selliste mineraalide varud koondunud ranniku-merealadele.
Järelduse asemel
Nii saime teada, kuidas Venemaal tsirkooniumi toodetakse. Tänasel maailmaturul on sellest metallist kahjuks üsna terav puudus. Seetõttu ei saa Venemaa oma impordile lootma jääda. Seetõttu on vaja pöörata maksimaalset tähelepanu meie enda hoiuste arendamisele. Samas tasub tsirkooniumi toorainebaasi tugevdamiseks Venemaa Föderatsioonis välja töötada ka kõige tõhusamad tehnoloogiad kaevandatud tooraine kasutamiseks.
2. lehekülg
1945. aastal toodeti USA-s vaid 0,07 kg tsirkooniumi, kuid alates 1948. aastast suurenes seoses tuumareaktorite loomise töödega tsirkooniumi tootmine järsult ja ulatus mõne aastaga mitmekümne tonnini.
Looduses palju laiemalt levinud tsirkooniumimaakide leiukohad kui näiteks berüllium on välisajakirjanduse andmetel USA-s, Indias, Brasiilias, Austraalias ja mitmetes Aafrika osariikides. Tsirkooniumi tootmine USA-s aastatel 1947–1958 kasvas 3 tuhat korda.
Tänu oma kõrgetele korrosioonivastastele omadustele saab tsirkooniumi kasutada keemiaseadmete osade, meditsiiniinstrumentide ja muudes tehnoloogiavaldkondades. Siiski on ebatõenäoline, et tsirkooniumi tootmine oleks nii kiiresti jõudnud kaasaegsele tasemele, kui sellel poleks veel üht spetsiifilist omadust - väikest termilise neutronite neeldumise ristlõiget.
Krolli meetodil hafniumi saamiseks kasutatav tehnoloogia ja seadmed on sisuliselt samad, mis metallilise tsirkooniumi tootmisel. Muudatused võrreldes tsirkooniumi tootmise tehnoloogilise protsessiga määratakse üksikute seadmete, tehnoloogiliste toimingute ja tooraineklasside asendamise või muutmisega. Siinkohal tuleks meeles pidada hafniumtetrakloriidi suuremat tundlikkust atmosfääri niiskuse suhtes, hafnüülkloriidi suuremat stabiilsust ja värskelt saadud metallkäsna mõnevõrra suuremat pürofoorilisust.
Kuna hafnium ekstraheeritakse koos reaktortsirkooniumi tootmisega, suureneb selle tootmine võrdeliselt viimase vabanemisega, lisaks 50 kg tsirkooniumi võrra; saada umbes 1 kg hafniumi. Seda arvutust kasutades eraldatakse tsirkooniumi tootmise kohta fragmentaarne teave. USA kaevandusbüroo 1975. aastal avaldatud prognoosi kohaselt on riigi vajadus hafniumi järele XX - - XXI sajandi vahetusel.
Tsirkooniumi lisandite spektraalanalüüs on suuresti keeruline, kuna tsirkooniumi multilineaarse spektri taustal on madala lisandite kontsentratsiooni spektrites raske eristada nõrku jooni. See meetod võimaldab määrata ka väikese fluori kontsentratsiooni metallilises tsirkooniumis, mis on elektrolüütilise tsirkooniumi tootmise kontrollimisel väga oluline.
Kuna hafnium ekstraheeritakse koos reaktortsirkooniumi tootmisega, suureneb selle tootmine proportsionaalselt viimase vabanemisega ja 50 kg tsirkooniumi kohta saadakse ligikaudu 1 kg hafniumi. Käesoleva kümnendi jooksul (1970–1980) suureneb tuumaelektrijaamade võimsus maailmas 5–8 korda ning vastavalt suureneb ka tsirkooniumi ja hafniumi tootmine. Lõppude lõpuks vajab iga megavatt tuumaenergiat torude ja muude osade valmistamiseks 45–79 kg tsirkooniumi. Lisaks tuleb aastas välja vahetada 25-35% tsirkooniumtorudest töötavates reaktorites. Sellest tulenevalt kulub juba 1970. aastate keskel nendel eesmärkidel umbes sama palju tsirkooniumi kui uute reaktorite jaoks.
Al-, Ca-, Cu-, Fe-, Mg-fluoriididest tsirkooniumtetrafluoriidi puhastamise fluoriid-sublimatsioonitehnoloogia omandati hästi NSV Liidus 80ndatel Pridneprovski keemiatehases tootmiseks kasutatava ekstraheerimisfluoriidi tehnoloogia väljatöötamise ja arendamise käigus. tuumapuhast tsirkooniumi.
Ca, Cu, Fe, Mg, Th) on fluoriidkompositsiooni kujul, mis saadakse tsirkooniumi sublimatsioonipuhastamisel. Tsirkooniumi ja räni suuremahulise plasmatootmise korral võib nende jäätmete kogunenud mass aja jooksul muutuda märkimisväärseks; Nende töötlemiseks saab nende komponentide eraldamiseks dispergeeritud oksiidide või metallide kujul kasutada plasma- ja sagedustehnoloogiaid (vt ptk.
Töödeldes 1 tonni tsirkoonit ning eraldades sellest tsirkooniumi ja räni fluoriididena, jääb jäätmete hulka 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; need. 8 6 kg metalle, millest põhiosa (A1, Ca, Cu, Fe, Mg, Th) on tsirkooniumi sublimatsioonipuhastamisel saadud fluoriidkompositsiooni kujul. Tsirkooniumi ja räni suuremahulise plasmatootmise korral võib nende jäätmete kogunenud mass aja jooksul muutuda märkimisväärseks; Nende töötlemiseks saab nende komponentide eraldamiseks dispergeeritud oksiidide või metallide kujul kasutada plasma- ja sagedustehnoloogiaid (vt ptk.
1945. aastal toodeti USA-s vaid 0,07 kg tsirkooniumi, kuid alates 1948. aastast suurenes seoses tuumareaktorite loomise töödega tsirkooniumi tootmine järsult ja ulatus mõne aastaga mitmekümne tonnini. Seetõttu on mõne aasta eest haruldane tsirkooniumi tootmise tehnoloogia nüüdseks arenenum kui paljude teiste aastakümneid tuntud ja kasutatud metallide tootmise tehnoloogia.
Küttepõhimõtte järgi liigitatakse vaakumkaarahjud otsese toimega kaarahjudeks. Vaakumkaarahjud on üks uut tüüpi elektrotermilisi seadmeid. Nende välimus on tingitud tsirkooniumi, titaani, molübdeeni ja mõnede teiste tulekindlate ja reaktiivsete materjalide tootmise suurenemisest.
Kuid ka sel juhul ei saa seda kasutada ilma eelneva keemilise puhastamiseta (vt punkt 15.5) elemendist hafniumist, mis sellega alati looduses kaasas käib ja mille keemilised omadused on sarnased tsirkooniumiga. Reaktoriklassi tsirkooniumi tootmisel taaskasutatud hafnium on suurepärane materjal reaktori juhtvarraste valmistamiseks.
Hafnium kuulub D. I. Mendelejevi elementide perioodilisuse tabeli IV rühma ja kuulub titaani alarühma. See viitab mikroelementidele, millel ei ole oma mineraale; looduses saadab tsirkooniumi. Praegu saadakse seda tsirkooniumi tootmise kõrvalsaadusena. Keemiliste ja füüsikaliste omaduste poolest on hafnium lähedane tsirkooniumile, kuid erineb viimasest oluliselt tuumaomaduste poolest.
Keemiatööstuses kasutatakse molübdeeni tihendite ja poltide kujul klaasplaatidega vooderdatud anumate kuumaks parandamiseks (tankimiseks), kasutatakse väävelhappega töötamisel ja happelises keskkonnas, kus eraldub vesinik. Väävelhappes töötavates toodetes kasutatakse ka molübdeenist termopaare ja klappe ning molübdeensulamid toimivad reaktorite vooderdusena käitistes, mis on ette nähtud p-butüülkloriidi tootmiseks vesinikkloriid- ja väävelhappe reaktsioonides temperatuuril üle 170 °C. mitmesugused molübdeeni rakendused hõlmavad ka vedelfaasi hüdrokloorimist, tsirkooniumi ja ülipuhta tooriumi tootmist.
Seda puhtal kujul maapõues ei esine. Seda saadakse maakide kontsentraatidest. Aastast aastasse tsirkoonium metall kasutatakse üha enam erinevates tööstusharudes – metallurgias, energeetikas, tuumaenergeetikas, meditsiinis, juveelitööstuses, igapäevaelus.
Tsirkooniumi kirjeldus ja omadused
Looduses levib see metall keemiliste looduslike ühendite - oksiidide või soolade kujul, millest on teada rohkem kui nelikümmend. 1789. aastal eraldas saksa keemik Klaproth tsirkooniumoksiidi hüatsindist, hinnalisest tsirkooni sordist. Pikka aega ei suutnud teadlased saada puhast metalli ja alles XX sajandi 20ndatel kroonis katseid edu.
Metallist tsirkooniumi saadi "kasvu" meetodil, mille käigus see puhtal kujul sadestati kuumale volframfilamendile. tsirkooniumi metalli hind, sel viisil saadud osutus üsna kõrgeks. Töötati välja odavam tööstuslik meetod - Croll-meetod, mille käigus tsirkooniumdioksiid kõigepealt klooritakse ja seejärel redutseeritakse metallilise magneesiumiga.
Saadud tsirkooniumkäsn sulatatakse varrasteks ja saadetakse tarbijale. Lisaks kloriidmeetodile on tsirkooniumi – leelise ja fluoriidi – ekstraheerimiseks ka teisi peamisi tööstuslikke meetodeid. Selgus, et metallist tsirkooniumi omadused on väga huvitav. Oma metallide rühma tüüpilise esindajana on tal üsna kõrge keemiline aktiivsus, ainult et avatud kujul ei esine.
Väliselt on kompaktne metallist tsirkoonium väga sarnane terasega. Tavatingimustes on sellel väga oluline kvaliteet – see ei korrodeeru. Lisaks sellele töödeldakse seda suurepäraselt mitmel viisil - rullides, sepistades. Pinnal olev silmale nähtamatu oksiidkile kaitseb seda usaldusväärselt atmosfäärigaaside ja veeauru eest. Alles siis, kui temperatuur tõuseb 300°-ni, hävib see kile järk-järgult ja 700° juures oksüdeerub metall täielikult.
Vee mõjul tsirkoonium ei oksüdeeru, nagu paljud metallid, vaid on kaetud lahustumatu kilega, mis kaitseb seda korrosiooni eest. Kompaktne tsirkooniumi metallist foto erineb kõrge kuumakindluse, vastupidavuse ammoniaagi, hapete, leeliste mõjule, hoiab hästi kinni kiirgust. Tsirkooniumi laastud ja pulber käituvad õhus üsna erinevalt. Need ained võivad isegi toatemperatuuril kergesti iseeneslikult süttida ja sageli plahvatada.
Tsirkoonium moodustub paljude metallidega. Selle lisamine väikeses koguses parandab oluliselt nende omadusi - suurendab tugevust, vastupidavust korrosioonile. Samal ajal muude metallide lisamine tsirkooniumile ainult halvendab selle omadusi ja seetõttu kasutatakse neid väga harva.
Tsirkooniumi maardlad ja kaevandamine
Tsirkooniumi maagimaardlad on hajutatud planeedi erinevates osades. See esineb amorfsete oksiidide, soolade ja suurte üksikkristallidena, mis mõnikord kaaluvad üle ühe kilogrammi. Rikkalikud maagivarud asuvad Austraalias, Põhja-Ameerikas, Lääne-Aafrikas, Indias, Lõuna-Aafrikas, Brasiilias. Venemaal on olulised tsirkooniumi tooraine varud koondunud Uuralitesse ja Siberisse.
Kõige olulisemad tööstuslikud kasutusalad on tsirkoon, tsirkooniumsilikaat, tsirkooniumdioksiid ja baddeleyite. Kõige tavalisem tsirkooniumi mineraal planeedil on tsirkoon. See on inimkonnale teada juba iidsetest aegadest. Keskajal valmistasid juveliirid sageli ehteid "ebatäiuslikest teemantidest", nagu tol ajal nimetati tsirkoone. Pärast lõikamist olid need hägusamad, läikisid ja sädelesid erinevalt looduslikest teemantidest.
Seal on ohtlikud radioaktiivsed tsirkoonid, millest valmistatud ehete kandmine mõjub tervisele väga halvasti. Ohutumaks peetakse väikese suurusega, kergelt värvilisi ja suhteliselt läbipaistvaid kive. Tsirkoone on erinevates värvides. Niisiis, hüatsint võib olla meekollane, punane, roosa, tähehele - taevasinine.
Suured, intensiivse värviga tsirkoonid, eriti need, mis on rohelised ja läbipaistmatud, võivad põhjustada kiirguse suurenemist. Selliseid kive on keelatud hoida kodus kogudes, eksponeerida, transportida suurtes kogustes. Hoolimata asjaolust, et tsirkoonium on looduses 12. kohal, oli see pikka aega vähem populaarne kui isegi haruldased radioaktiivsed metallid. Seda seletatakse asjaoluga, et selle maardlad on äärmiselt hajutatud ja puuduvad suured maardlad.
Sageli külgneb tsirkoonium maagis hafniumiga, mis on omadustelt sellele lähedane. Eraldi on kõigil neil metallidel atraktiivsed omadused, kuid kombineeritud olemasolu muudab need kasutamiseks sobimatuks. Nende eraldamiseks kasutatakse mitmeastmelist puhastamist, mis suurendab oluliselt plastist tsirkooniumi tootmiskulusid.
Tsirkooniumi pealekandmine
Tänu sellistele olulistele omadustele nagu vastupidavus korrosioonile, leelistele, hapetele kasutatakse tsirkooniumi laialdaselt erinevates tööstusharudes. Niisiis kasutatakse seda metallurgias terase legeerimiseks ja sulamite kvaliteedi parandamiseks. Pulbri kujul kasutatakse seda pürotehnikas ja laskemoona tootmisel - kaugpommid, märgistuskuulid, raketid.
Saadud tsirkooniumikontsentraadist kulub veerand glasuuride, kodu- ja elektrikeraamika valmistamisel. Hafniumist sulamite kujul puhastatud tsirkooniumi kasutatakse tuumareaktorites konstruktsioonimaterjalina. Seda metalli kasutatakse laialdaselt meditsiinis ja igapäevaelus. Õhuke tsirkooniumplaat hoiab röntgeniosakonnas kiirgust palju rohkem kinni kui pliipõlled.
Tsirkooniummetalli tervendavad omadused
Luumurdude raviks traumatoloogiakliinikutes kasutatakse tsirkooniumisulamitest valmistatud implantaate. Võrreldes titaani ja roostevabaga on neil olulised eelised: bioloogiline ühilduvus (pole allergilist reaktsiooni ja tagasilükkamist), kõrge korrosioonikindlus, tugevus, plastilisus, kergus.
Näo-lõualuukirurgia puhul kasutatakse tsirkooniuminstrumente ja implantaate, nagu klambrid, plaadid, puurid, kruvid, proteesid, hemostaadid, õmblusniidid. Tsirkoonium ja selle sulamid ei põhjusta luude ja kudedega kokkupuutel ärritust.
Tsirkooniummetall ehetes kasulik mõju inimkeha üldisele seisundile. On kindlaks tehtud, et tsirkooniumoksiidi kandmine pärast kõrva augustamist soodustab haava kiiret paranemist ega põhjusta kunagi selle mädanemist.
Regulaarsel kandmisel tsirkooniumitooted avaldavad positiivset mõju tervisele. Häid tulemusi annab tsirkooniumi ja vööde kandmine selliste nahahaiguste puhul nagu ekseem lastel ja täiskasvanutel, dermatiit, psoriaas. Lihas-skeleti süsteemi probleemidega patsientide seisund on märgatavalt paranenud.
Tsirkooniumi hind
Metalli müüakse kilogrammi kohta. Seda tarnitakse toru, varda, riba, traadi, lehe jne kujul. Hind sõltub toote tootjast ja kaubamärgist.
1. lehekülg
Tsirkooniumi ja selle boori sisaldavate sulamite tootmine nõuab hoolikat kontrolli. Kuna kirjanduses ei ole kirjeldatud keemilisi meetodeid boori määramiseks metallilises tsirkooniumis ja selle sulamites, oli käesoleva töö eesmärgiks välja töötada lihtne keemiline meetod boorisisalduse määramiseks metallilises tsirkooniumis ja selle sulamites, eelkõige madala nioobiumisisaldusega sulamites.
Tsirkooniumi tootmisel on jodiidimeetodil erinevalt titaani tootmisest tööstuslik tähendus.
Sisaldub tsirkooniumi tootmise heitkogustes, orgaanilise sünteesi katalüsaatorid.
Hafnium saadakse ainult reaktorikvaliteediga tsirkooniumi tootmise kõrvalsaadusena. Selle peamine rakendusala on juhtvarraste tootmine tuumareaktorites. Kogutarbimine ei ületa praegu 75% toodangust. Uute kasutusvaldkondade – kõrgtemperatuursete sulamite, hõõgniitide, getterite, välklampide pulbri, detonaatorite tootmine – võib aga oluliselt suurendada nõudlust metalli järele. Hafniumi eraldamine tsirkooniumist on kallis protsess ja eraldamiskulud jagatakse tavaliselt mõlema metalli maksumuse vahel võrdselt.
Tsirkooniumi tootmiseks kasutatavate plasmafluoriidi ja ekstraheerimisfluoriidi tehnoloogiate toodete omadustes puudub täielik analoogia, kuna ekstraheerimisfluoriidi tehnoloogias eraldatakse tsirkoonium ja hafnium hüdrokeemilises etapis ekstraheerimise teel. Plasma-fluoriidtehnoloogia kasutamisel tsirkooniumi töötlemisel tsirkooniumi sublimatsioonipuhastamisel tabelis näidatud lisanditest. 3.4 järgib hafnium peamiselt tsirkooniumi.
Tsirkooniumi ja hafniumi eraldamise meetod sulandite elektrolüüsiga pakub huvi tsirkooniumi tootmisel, kuna samaaegselt metallilise tsirkooniumi tootmisega puhastatakse see hafniumist.
Hafniumi saamise tooraineks on tsirkooniumikontsentraadid või tsirkooniumi tootmise tooted ja vahesaadused.
Kõik need raskused nõuavad tsirkooniumi ja hafniumi tootmisel kasutatavate reaktiivide hoolikat puhastamist, eriti hapnikust, veest ja lämmastikust, ning piiravad nende metallide saamiseks kasutatavate meetodite valikut.
Hafniummetalli saab saada samade meetoditega, mida kasutatakse tsirkooniumi tootmisel. Hafniumtetrakloriid puhastatakse destilleerimisega vesiniku atmosfääris ja seejärel redutseeritakse magneesiumiga. Hafniumkäsna puhastamine magneesiumkloriidist viiakse läbi tsirkooniumkäsna puhastamise tehastes, kuna selles toimingus puudub tõsine oht hafniumi saastumiseks tsirkooniumiga või vastupidi. Käsnjas hafnium sulatatakse kaarekujuliselt ja valatakse vaskvormidesse.
Hafniummetalli saadakse samade meetoditega, mida kasutatakse tsirkooniumi tootmisel: Krolli meetod, modifitseeritud Krolli meetod, milles kasutatakse redutseerijana naatriumi, ja de Boeri või jodiidi protsess.
Pehme tempermalmist hafniumi valmistamise jodiidiprotsess sarnaneb tsirkooniumi tootmisel kasutatavaga, seega on seadmed, millega jodiidhafnium saadakse, ligikaudu samad, mis tsirkooniumi valmistamisel. Andmete järgi on tetrajodiidist hafniumi sadestumistemperatuur 1600 C ja tsirkooniumil 1400 C.
Titaanile rakendatava Krolli protsessi üksikasjalik uurimine võib võimaldada teha mõningaid muudatusi tsirkooniumi tootmise tehnoloogilises skeemis; Eelkõige puudutab see aparaadi lihtsustamist, mitmete toimingute vähendamist ja agregaatide suuruse suurendamist.
Puhtamate nioobiumi ja tantaali pulbrite saamiseks on parem teostada gaasiliste kloriidide redutseerimine vedela magneesiumiga samal viisil, nagu seda tehakse tsirkooniumi tootmisel.
Laadimine...