Le zircon est le minéral de zirconium le plus courant. Il se produit dans tous les types de roches, mais principalement dans les granites et les syénites. Dans le comté de Hinderson (Caroline du Nord), des cristaux de zircon de plusieurs centimètres de long ont été trouvés dans des pegmatites, et des cristaux pesant des kilogrammes ont été trouvés à Madagascar. La baddeleyite a été découverte par Yussac en 1892 au Brésil. Le gisement principal est situé dans la région de Pocos de Caldas (Brésil). Les plus grands gisements de zirconium sont situés aux États-Unis, en Australie, au Brésil et en Inde.
En Russie, qui représente 10 % des réserves mondiales de zirconium (3e place mondiale après l'Australie et l'Afrique du Sud), les principaux gisements sont : Kovdorskoe primaire baddelite-apatite-magnétite dans la région de Mourmansk, Tugan placer zircon-rutile-ilménite dans la région de Tomsk, Central placer zircon-rutile-ilmenite dans la région de Tambov, Lukoyanovskoe placer zircon-rutile-ilmenite dans la région de Nizhny Novgorod, Katuginskoe primaire zircon-pyrochlore-cryolite dans la région de Chita et Ulug-Tanzek primaire zircon-pyrochlore- columbite.
Réserves des gisements de zirconium en 2012, en milliers de tonnes *
| Australie | 21,000.0 |
| Afrique du Sud | 14,000.0 |
| Inde | 3,400.0 |
| Mozambique | 1,200.0 |
| Chine | 500.0 |
| Autres pays | 7,900.0 |
| Stocks totaux | 48,000.0 |
*Données de l'US Geological Survey
Dans l'industrie, les matières premières pour la production de zirconium sont des concentrés de zirconium à teneur massique en dioxyde de zirconium d'au moins 60-65% obtenus par enrichissement de minerais de zirconium. Les principales méthodes d'obtention de zirconium métallique à partir de concentré sont les procédés au chlorure, au fluorure et alcalins. Iluka est le plus grand producteur de zircon au monde.
La production de zircon est concentrée en Australie (40 % de la production en 2010) et en Afrique du Sud (30 %). Le reste du zircon est produit dans plus d'une douzaine d'autres pays. L'extraction de zircon a augmenté annuellement en moyenne de 2,8 % entre 2002 et 2010. De grands producteurs tels qu'Iluka Resources, Richards Bay Minerals, Exxaro Resources Ltd et DuPont extraient du zircon comme sous-produit de l'extraction du titane. La demande de minéraux de titane n'a pas augmenté au même rythme que pour le zircon au cours de la dernière décennie, de sorte que les producteurs ont commencé à développer et à exploiter des gisements de sables à plus forte teneur en zircon, comme en Afrique et en Australie-Méridionale.
*Données de l'US Geological Survey
Le zirconium est utilisé dans l'industrie depuis les années 1930. En raison de son coût élevé, son utilisation est limitée. Le zirconium métallique et ses alliages sont utilisés dans l'ingénierie de l'énergie nucléaire. Le zirconium a une très faible section efficace de capture des neutrons thermiques et un point de fusion élevé. Par conséquent, le zirconium métallique, qui ne contient pas d'hafnium, et ses alliages sont utilisés dans l'industrie de l'énergie nucléaire pour la fabrication d'éléments combustibles, d'assemblages combustibles et d'autres conceptions de réacteurs nucléaires.
Le dopage est un autre domaine d'application du zirconium. En métallurgie, il est utilisé comme ligature. Un bon désoxydant et déazotant, supérieur en efficacité à Mn, Si, Ti. L'alliage des aciers au zirconium (jusqu'à 0,8%) augmente leurs propriétés mécaniques et leur usinabilité. Il rend également les alliages de cuivre plus solides et plus résistants à la chaleur avec peu de perte de conductivité électrique.
Le zirconium est également utilisé en pyrotechnie. Le zirconium a une capacité remarquable à brûler dans l'oxygène atmosphérique (température d'auto-inflammation - 250°C) pratiquement sans fumée et à grande vitesse. Cela développe la température la plus élevée pour les combustibles métalliques (4650°C). Du fait de la température élevée, le dioxyde de zirconium obtenu émet une quantité importante de lumière, qui est très largement utilisée dans la pyrotechnie (production de saluts et feux d'artifice), la production de sources lumineuses chimiques utilisées dans divers domaines de l'activité humaine (torches, fusées éclairantes , bombes éclairantes, FOTAB - bombes photo-aériennes; a été largement utilisé en photographie dans le cadre d'ampoules flash jetables jusqu'à ce qu'il soit supplanté par des flashs électroniques). Pour une application dans ce domaine, non seulement le zirconium métallique est intéressant, mais aussi ses alliages avec le cérium, qui donnent un flux lumineux nettement plus élevé. Le zirconium en poudre est utilisé en mélange avec des oxydants (sel de Bertolet) comme agent sans fumée dans les feux de signalisation pyrotechniques et les mèches, en remplacement du fulminate de mercure et de l'azide de plomb. Des expériences réussies ont été menées sur l'utilisation de la combustion du zirconium comme source de lumière pour le pompage laser.
Une autre application du zirconium est dans les supraconducteurs. L'alliage supraconducteur 75% Nb et 25% Zr (supraconductivité à 4,2 K) résiste à des charges jusqu'à 100 000 A/cm2. Sous forme de matériau structurel, le zirconium est utilisé pour fabriquer des réacteurs chimiques, des raccords et des pompes résistants aux acides. Le zirconium est utilisé comme substitut des métaux nobles. En génie nucléaire, le zirconium est le principal matériau de gainage des crayons combustibles.
Le zirconium a une résistance élevée aux milieux biologiques, même supérieure au titane, et une excellente biocompatibilité, grâce à laquelle il est utilisé pour créer des prothèses osseuses, articulaires et dentaires, ainsi que des instruments chirurgicaux. En dentisterie, la céramique à base de dioxyde de zirconium est un matériau pour la fabrication de prothèses dentaires. De plus, en raison de sa bio-inertie, ce matériau sert d'alternative au titane dans la fabrication d'implants dentaires.
Le zirconium est utilisé pour la fabrication d'une variété de vaisselle, qui possède d'excellentes propriétés hygiéniques en raison de sa haute résistance chimique.
Le dioxyde de zirconium (p.f. 2700°C) est utilisé pour la production de réfractaires bacor (bakor - céramique baddeleyite-corindon). Il est utilisé comme substitut de l'argile réfractaire, car il augmente de 3 à 4 fois la campagne dans les fours à verre et à aluminium. Les réfractaires à base de dioxyde stabilisé sont utilisés dans l'industrie métallurgique pour les auges, les busettes de coulée continue des aciers et les creusets de fusion des terres rares. Il est également utilisé dans les cermets - des revêtements céramique-métal, qui ont une dureté et une résistance élevées à de nombreux produits chimiques, résistent à un chauffage à court terme jusqu'à 2750°C. Le dioxyde est un opacifiant pour les émaux, leur donnant une couleur blanche et opaque. Sur la base de la modification cubique du dioxyde de zirconium stabilisé avec du scandium, de l'yttrium, des terres rares, un matériau est obtenu - la zircone cubique (de FIAN où elle a été obtenue pour la première fois), la zircone cubique est utilisée comme matériau optique à indice de réfraction élevé (lentilles plates ), en médecine (instrument chirurgical) , en tant que pierre précieuse synthétique (dispersion, indice de réfraction et jeu de couleur supérieurs à ceux d'un diamant), dans la production de fibres synthétiques et dans la production de certains types de fil (dessin). Lorsqu'elle est chauffée, la zircone conduit le courant, qui est parfois utilisé pour rendre les éléments chauffants résistants à l'air à des températures très élevées. Le zirconium chauffé est capable de conduire les ions oxygène en tant qu'électrolyte solide. Cette propriété est utilisée dans les analyseurs d'oxygène industriels.
L'hydrure de zirconium est utilisé dans la technologie nucléaire comme modérateur de neutrons très efficace. De plus, l'hydrure de zirconium est utilisé pour revêtir le zirconium sous forme de films minces par décomposition thermique de celui-ci sur diverses surfaces.
Matériau en nitrure de zirconium pour revêtements céramiques, point de fusion d'environ 2990°C, hydrolysé dans l'eau régale. A trouvé une application comme revêtements en dentisterie et en joaillerie.
Zircon, c'est-à-dire ZrSiO4 est la principale source minérale de zirconium et d'hafnium. De plus, divers éléments rares et de l'uranium en sont extraits, qui s'y concentrent. Le concentré de zircon est utilisé dans la production de réfractaires. La forte teneur en uranium du zircon en fait un minéral idéal pour la détermination de l'âge par datation uranium-plomb. Les cristaux de zircon transparents sont utilisés en joaillerie (jacinthe, jargon). Lors de la calcination du zircon, on obtient des pierres bleues brillantes, appelées starlite.
Environ 55% de tout le zirconium est utilisé pour la production de céramiques - carreaux de céramique pour murs, sols, ainsi que pour la production de substrats céramiques en électronique. Environ 18% du zircon est utilisé dans l'industrie chimique, et la croissance de la consommation dans ce domaine a été en moyenne de 11% par an ces dernières années. Environ 22% du zircon est utilisé pour la fusion des métaux, mais cette direction n'a pas été si populaire récemment en raison de la disponibilité de méthodes moins chères pour obtenir du zirconium. Les 5 % restants de zircon sont utilisés pour la production de tubes cathodiques, mais la consommation dans ce domaine est en baisse.
La consommation de zircon a fortement augmenté en 2010 pour atteindre 1,33 million de tonnes, après que le ralentissement économique mondial de 2009 ait entraîné une baisse de la consommation de 18 % en 2008. La croissance de la consommation de céramiques, qui représentait 54 % de la consommation de zircon en 2010, notamment en Chine, mais aussi dans d'autres économies émergentes comme le Brésil, l'Inde et l'Iran, a été un facteur clé de l'augmentation de la demande de zircon dans les années 2000. Alors qu'aux États-Unis et dans la zone euro, la consommation a même diminué. La consommation de zircon dans les produits chimiques à base de zirconium, y compris la zircone, a plus que doublé entre 2000 et 2010, tandis que l'utilisation du zircon pour la fusion du métal de zirconium a affiché un taux de croissance plus lent.
Selon Roskill, 90% du zirconium métallique consommé dans le monde est utilisé dans la fabrication de composants de réacteurs nucléaires et environ 10% dans la fabrication de revêtements résistants à la corrosion et aux hautes pressions de conteneurs utilisés dans les usines d'acide acétique. Selon les experts, la demande mondiale de zirconium métallique devrait augmenter à l'avenir, car un certain nombre de pays (Chine, Inde, Corée du Sud et États-Unis) envisagent de construire de nouvelles centrales nucléaires.
L'oxyde de zirconium, également connu sous le nom de zircone, est utilisé dans des applications industrielles telles que les produits pharmaceutiques, les fibres optiques, les vêtements imperméables et les cosmétiques. Il y a une plus grande consommation de matériaux en zircone - farine de zircon et zircone fondue en raison de l'augmentation rapide de la production de carreaux de céramique en Chine. La Corée du Sud, l'Inde et la Chine sont d'importants marchés de croissance pour la zircone. Selon le rapport d'étude de marché sur le zirconium, la région Asie-Pacifique représente le marché régional le plus important et à la croissance la plus rapide au monde. Saint-Gobain, dont le siège est en France, est l'un des plus grands fabricants de zircone.
Le plus grand marché d'utilisation finale du zirconium est celui de la céramique, qui comprend les carreaux, les articles sanitaires et la vaisselle. Les autres marchés les plus importants qui utilisent des matériaux en zirconium sont les secteurs des réfractaires et de la fonderie. Le zircon est utilisé comme additif dans une grande variété de produits céramiques, et il est également utilisé dans les revêtements de verre des écrans d'ordinateur et des panneaux de télévision car le matériau a des propriétés d'absorption des rayonnements. Les briques à base de zircone sont utilisées comme alternative aux solutions de base à base de zircone fondue.
Production et consommation de zircon (ZrSiO4) dans le monde, en milliers de tonnes*
| an | 2008 | 2009 | 2010 | 2011 | 2012 |
| Production totale | 1300.0 | 1050.0 | 1250.0 | 1400.0 | 1200.0 |
| Chine | 400.0 | 380.0 | 600.0 | 650.0 | 500.0 |
| Autres pays | 750.0 | 600.0 | 770.0 | 750.0 | 600.0 |
| Consommation totale | 1150.0 | 980.0 | 1370.0 | 1400.0 | 1100.0 |
| Équilibre du marché | 150.0 | 70.0 | -120.0 | -- | 100.0 |
| Prix COMEX | 788.00 | 830.00 | 860.00 | 2650.00 | 2650.00 |
* données récapitulatives
Le marché du zircon a connu une forte baisse qui a débuté fin 2008 et s'est poursuivie tout au long de 2009. Les producteurs ont réduit leur production pour réduire les coûts et arrêter le stockage. La consommation a commencé à se redresser fin 2009, a accéléré la croissance en 2010 et s'est poursuivie en 2011. Les approvisionnements, notamment en provenance d'Australie, où plus de 40 % des minerais de zirconium sont extraits, n'ont pas augmenté pendant longtemps, et d'autres producteurs ont été contraints de mettre sur le marché environ 0,5 million de tonnes de leurs réserves au cours de la période 2008-2010. Les pénuries sur le marché, associées à la baisse des stocks, ont entraîné des hausses de prix qui ont commencé au début de 2009. En janvier 2011, les prix premium du zircon australien atteignaient des niveaux records après avoir augmenté de 50 % depuis le début de 2009 et ont continué d'augmenter en 2011-2012.
En 2008, les prix de l'éponge de zirconium ont augmenté en raison de la hausse du prix du sable de zircon, qui est une matière première pour la production de métaux. Les prix des qualités industrielles du zirconium ont augmenté de 7 à 8 % - jusqu'à 100 $/kg, et du métal pour les réacteurs nucléaires - de 10 % - jusqu'à 70 à 80 $. Dès le second semestre 2009, les prix du zirconium ont recommencé à croître encore une fois, et de telle sorte que les prix moyens du zirconium en 2009 étaient plus élevés qu'en 2008. En 2012, les prix du zirconium ont grimpé à 110 $/kg.
Malgré une baisse de la consommation en 2009, les prix du zircon n'ont pas fortement chuté, les principaux producteurs ayant réduit leur production et réduit leurs stocks. En 2010, la production n'a pas pu suivre la demande, principalement parce que les importations chinoises de zircon ont augmenté de plus de 50 % en 2010 pour atteindre 0,7 million de tonnes. La demande de zircon devrait augmenter de 5,4 % par an jusqu'en 2015, mais la capacité de production pourrait n'augmenter que de 2,3 % par an. L'offre supplémentaire continuera donc d'être limitée et les prix pourraient continuer à augmenter jusqu'à ce que de nouveaux modèles soient mis en ligne.
Selon un rapport de recherche publié par Global Industry Analysts (GIA), le marché mondial du zirconium devrait atteindre 2,6 millions de tonnes métriques d'ici 2017. Le rapport fournit des estimations et des prévisions de ventes de 2009 à 2017 sur divers marchés géographiques, notamment l'Asie-Pacifique, l'Europe, le Japon, le Canada et les États-Unis.
La croissance de l'industrie internationale de l'énergie nucléaire augmentera la demande de zirconium, ainsi que sa capacité de production à l'échelle mondiale. D'autres facteurs de croissance sont la demande croissante dans la région Asie-Pacifique, ainsi que la production de carreaux de céramique dans le monde entier.
Le zirconium sous sa forme élémentaire est un métal blanc argenté, caractérisé par des propriétés caractéristiques telles que la résistance à la corrosion et la ductilité. Dans la nature, il est assez commun, mais en même temps très dispersé. De grands gisements n'ont pas encore été découverts. Pour la première fois, les gens ont appris la possibilité de l'existence de ce métal en 1789. Ensuite, le chimiste M. Klaproth, tout en étudiant le minéral zircon, a accidentellement découvert son oxyde. Dans sa forme pure, ce métal n'a été obtenu qu'en 1925. Dans le monde moderne, le zirconium, dont la production est répandue, est utilisé dans diverses industries. Bien sûr, de nombreuses entreprises nationales sont également engagées dans sa production.
description générale
Propriétés inhabituelles - c'est ce qui détermine principalement la valeur industrielle d'un métal aussi rare que le zirconium. Sa production est bénéfique pour l'économie nationale grâce à :
Haut degré de résistance chimique. L'acide chlorhydrique n'a absolument aucun effet sur ce métal et il ne réagit avec l'acide sulfurique qu'à une concentration d'au moins 50% et à une température supérieure à +100 degrés.
La capacité de brûler dans l'air avec peu ou pas de fumée. Le zirconium (finement dispersé) peut s'enflammer spontanément déjà à une température de 250 C.
inertie biologique. Le zirconium n'a absolument aucun effet nocif sur le corps humain ou animal. Avantages, contrairement à la croyance populaire, il ne peut malheureusement pas non plus en apporter.
Non seulement ce métal lui-même, mais aussi ses composés sont très populaires dans l'industrie. Le zircon minéral, par exemple, a une dureté très élevée et un agréable éclat de diamant. Par conséquent, il est parfois utilisé comme substitut bon marché des diamants. Certes, le zircon est de moins en moins utilisé en joaillerie ces dernières années. Actuellement, les faux diamants sont plus souvent fabriqués à partir de zircone cubique (zircone artificielle).
Où est utilisé
La production de zirconium est actuellement l'un des domaines les plus importants de l'industrie métallurgique. Bien qu'il soit utilisé dans de nombreux domaines de l'économie nationale (par exemple, pour la fabrication d'instruments médicaux ou de dispositifs pyrotechniques), il est le plus souvent utilisé dans les réacteurs de puissance refroidis à l'eau des centrales nucléaires.
Matières premières pour la production
Malheureusement, la fraction massique de zirconium dans la croûte terrestre, en raison de sa dissémination, n'a pas encore été établie. Selon les scientifiques, il peut être de 170 à 250 grammes par tonne. En fait, il existe de nombreux minéraux de zircon eux-mêmes dans la nature. À l'heure actuelle, les scientifiques connaissent environ 40 de leurs variétés. Cependant, le plus souvent, seules les matières premières suivantes sont utilisées pour la production de zirconium :
baddeleyite;
eudialyte;
Les grands gisements de zircons sur la planète, comme déjà mentionné, n'existent pas. Il n'y a que quelques petits gisements de ces minéraux en Russie. Ils sont également exploités dans des pays comme les États-Unis, l'Inde, le Brésil et l'Australie. Le zircon (ZrSiO4) est, bien sûr, le minéral le plus couramment utilisé pour obtenir du zirconium. Dans la plupart des cas dans la nature, il est accompagné d'hafnium.
Production de zirconium en Russie : caractéristiques
En Fédération de Russie, ce métal est actuellement produit par une seule entreprise - l'usine mécanique Chepetsky, située dans la ville de Glazov (Oudmourtie). Ses premiers ateliers ont été construits au début de la Seconde Guerre mondiale. En 1942, l'usine a atteint sa pleine capacité nominale. A cette époque, principalement des cartouches étaient produites ici. En 1946, l'entreprise est reclassée en usine de production d'uranium métal. Plus tard (en 1957), le zirconium a commencé à être produit ici, puis les métaux supraconducteurs, le calcium et le titane. Aujourd'hui, cette entreprise fait partie de TVEL Corporation, l'un des leaders mondiaux de la production.Les investissements dans la production de zirconium chez CMP by TVEL s'élèvent chaque année à des milliards de roubles. Aujourd'hui, cette entreprise fournit du zirconium aux marchés nationaux et mondiaux :
fil;
composants pour TVS et TVEL.
Des souvenirs de ce métal sont également fabriqués à l'usine mécanique de Chepetsk.
Traitement des matières premières et obtention de solutions acides
Le zirconium, dont la production est un processus technologique complexe, est un métal assez coûteux. Sa fabrication commence par la purification des minerais issus des gisements. Le traitement des matières premières comprend généralement les opérations suivantes :
enrichissement par gravité;
purification du concentré obtenu par séparation électrostatique et magnétique ;
décomposition du concentré par chloration, fusion avec de la soude caustique ou du fluorosilicate de potassium, frittage avec de la chaux ;
lixiviation avec de l'eau pour éliminer les composés de silicium ;
décomposition du résidu avec de l'acide sulfurique ou chlorhydrique pour produire du sulfate ou de l'oxychlorure.
L'aggloméré de fluorosilicate est traité avec de l'eau acidifiée avec chauffage. Après refroidissement de la solution résultante, le fluorozirconate de potassium est libéré.
Connexions
La prochaine étape dans la production de zirconium est la préparation de ses composés à partir de solutions acides. Les technologies suivantes peuvent être utilisées pour cela :
cristallisation de l'oxychlorure de zirconium par évaporation de solutions d'acide chlorhydrique ;
précipitation hydrolytique des sulfates ;
cristallisation du sulfate de zirconium.
Épuration de l'hafnium
Le zirconium, dont la technologie de production en Russie (comme partout ailleurs dans le monde) est assez compliquée, doit être séparé de cette impureté. Pour nettoyer le métal de l'hafnium, les éléments suivants peuvent être utilisés :
cristallisation fractionnée de K2ZrF6 ;
extraction par solvant;
réduction sélective des tétrachlorures (HfCl4 et ZrCl4).
Comment le métal est-il obtenu ?
Il existe différentes manières de produire du zirconium. Le métal peut être utilisé dans l'industrie :
sous forme de poudre ou d'éponge ;
compact malléable;
haut degré de pureté.
Au premier stade, le zirconium en poudre est produit dans les entreprises. Sa production est technologiquement relativement simple. Il est fabriqué par la méthode de réduction métal-thermique. Pour les chlorures, le magnésium ou le sodium est utilisé, et pour les oxydes, l'hydrure de calcium est utilisé. Le zirconium en poudre électrolytique est obtenu à partir de chlorures de métaux alcalins. Le matériau ainsi produit est généralement compressé. De plus, il est utilisé pour obtenir du zirconium malléable dans les fours à arc électrique. Ce dernier à l'étape finale est soumis à une fusion par faisceau d'électrons. Le résultat est du zirconium de haute pureté. Il est principalement utilisé dans les réacteurs nucléaires.
technologie de production et portée
C'est l'un des composés de zirconium les plus demandés dans l'industrie et l'économie nationale. Il se produit naturellement sous forme de minéral baddeleyite. C'est une poudre cristalline blanche avec une teinte grise ou jaunâtre. Il peut être fabriqué, par exemple, par la méthode de raffinage de l'iodure. Dans ce cas, des copeaux de zirconium métallique ordinaire sont utilisés comme matières premières. Le dioxyde de zirconium est utilisé dans la fabrication de céramiques (y compris dans le domaine des prothèses), d'appareils d'éclairage et de réfractaires, dans la construction de fours, etc.
Réserves de zircon en Russie
La production de zirconium en Russie n'est bien sûr possible qu'en raison de la présence de ses gisements dans le pays. Les réserves de minerais de ce groupe en Fédération de Russie (par rapport aux réserves mondiales) sont assez importantes. Il existe actuellement 11 gisements de ce type en Russie. Le plus grand lâche est Central, situé dans la région de Tambov. Les gisements les plus prometteurs à l'heure actuelle sont Beshpagirskoye (territoire de Stavropol), Kirsanovskoye (région de Tambov) et Ordynskoye (Novosibirsk). On pense que les réserves de zircons disponibles en Russie sont tout à fait suffisantes pour répondre aux demandes de l'industrie du pays. Le site technologiquement le plus favorable est actuellement le champ East Central.
Donnée statistique
Ainsi, cette procédure pour tout État, y compris la Russie, est très importante - la production de zirconium. Sa technologie de fabrication est complexe, mais sa sortie est, en tout cas, plus que justifiée. À l'heure actuelle, le zirconium est le seul métal rare dont la production et la consommation s'élèvent à des centaines de milliers de tonnes. La Russie occupe le quatrième rang mondial en termes de réserves. Structurellement et qualitativement, la base de matières premières du zirconium dans notre pays est très différente des matières étrangères. Plus de 50% des réserves de minerai de ce groupe dans la Fédération de Russie sont associées à des granites alcalins, 35% à des placers de zircon-rutile-ilménite et 14% à des camaphorites de baddeleyite. À l'étranger, presque toutes les réserves de ces minéraux sont concentrées dans les zones côtières et marines.
Au lieu d'une conclusion
Ainsi, nous avons découvert comment le zirconium est produit en Russie. Sur le marché mondial aujourd'hui, malheureusement, il y a une pénurie assez aiguë de ce métal. Par conséquent, la Russie ne peut pas compter sur ses importations. Par conséquent, il est nécessaire d'accorder une attention maximale au développement de nos propres gisements. Dans le même temps, afin de renforcer la base de matières premières du zirconium dans la Fédération de Russie, il convient également de développer les technologies les plus efficaces pour utiliser les matières premières extraites.
Page 2
En 1945, seulement 0,07 kg de zirconium était produit aux USA, mais à partir de 1948, en lien avec les travaux de création de réacteurs nucléaires, la production de zirconium augmenta fortement et en quelques années atteignit plusieurs dizaines de tonnes.
Les gisements de minerais de zirconium, qui sont beaucoup plus largement distribués dans la nature que, par exemple, le béryllium, se trouvent, selon la presse étrangère, aux États-Unis, en Inde, au Brésil, en Australie et dans un certain nombre d'États africains. La production de zirconium aux États-Unis de 1947 à 1958 a été multipliée par 3 000.
En raison de ses propriétés anticorrosion élevées, le zirconium peut être utilisé pour la fabrication de pièces d'équipements chimiques, d'instruments médicaux et d'autres domaines technologiques. Cependant, il est peu probable que la production de zirconium ait atteint le niveau moderne si rapidement si elle n'avait pas une autre propriété spécifique - une petite section efficace d'absorption des neutrons thermiques.
La technologie et l'équipement utilisés pour obtenir le hafnium par la méthode Kroll sont essentiellement les mêmes que dans la production de zirconium métallique. Les modifications par rapport au processus technologique de production de zirconium sont déterminées par le remplacement ou le changement d'appareils individuels, d'opérations technologiques et de qualités de matières premières. Ici, il faut garder à l'esprit la plus grande sensibilité du tétrachlorure d'hafnium à l'humidité atmosphérique, la plus grande stabilité du chlorure d'hafnyle et la pyrophoricité un peu plus grande d'une éponge métallique fraîchement obtenue.
Le hafnium étant extrait en même temps que la production de zirconium réacteur, sa production augmente proportionnellement au rejet de ce dernier, de plus de 50 kg de zirconium ; reçoivent environ 1 kg d'hafnium. En utilisant ce calcul, j'ai des informations fragmentaires sur la production de zirconium séparées. Selon les prévisions] du US Bureau of Mines, publiées en 1975, les besoins du pays en hafnium au tournant des XX - - XXI siècles.
L'analyse spectrale du zirconium pour les impuretés est largement difficile en raison du fait que dans le contexte du spectre multiligne du zirconium, il est difficile de distinguer les raies faibles dans les spectres de faibles concentrations d'impuretés. Cette méthode permet également de déterminer de faibles concentrations de fluor dans le zirconium métallique, ce qui est très important pour contrôler la production de zirconium électrolytique.
L'hafnium étant récupéré comme sous-produit de la fabrication du zirconium en réacteur, sa production augmente proportionnellement à la production de ce dernier, on obtient environ 1 kg d'hafnium pour 50 kg de zirconium. Au cours de la décennie actuelle (1970 - 1980), la capacité mondiale des centrales nucléaires augmentera de 5 à 8 fois, respectivement, la production de zirconium et d'hafnium augmentera. Après tout, chaque mégawatt d'énergie nucléaire nécessite de 45 à 79 kg de zirconium pour la fabrication de tuyaux et d'autres pièces. De plus, 25 à 35 % des tubes en zirconium des réacteurs en fonctionnement doivent être remplacés chaque année. En conséquence, déjà au milieu des années 1970, environ la même quantité de zirconium sera consommée à ces fins que pour les nouveaux réacteurs.
La technologie de sublimation au fluorure pour la purification du tétrafluorure de zirconium à partir des fluorures Al, Ca, Cu, Fe, Mg était bien maîtrisée en URSS dans les années 80 à l'usine chimique de Pridneprovsky lors du développement et du développement de la technologie d'extraction du fluorure pour la production de zirconium nucléaire pur.
Ca, Cu, Fe, Mg, Th) se présente sous la forme d'une composition fluorée obtenue par purification par sublimation du zirconium. Dans la production plasma à grande échelle de zirconium et de silicium, la masse accumulée de ces déchets peut devenir importante avec le temps ; pour leur traitement, les technologies plasma et fréquence permettent d'extraire ces composants sous forme d'oxydes ou de métaux dispersés (voir Chap.
Lors du traitement d'une tonne de zircon et de l'extraction du zirconium et du silicium sous forme de fluorures, il reste 46 kg d'Al dans les déchets ; 0,1 kgCa; 0,4 kg Si; 1 3 kg Fe; 1 1 kg Mg; 0 3 - 0 4 kgTh; 0,3 - 0,4 kg U; 0,3 kgTi; celles. 8 6 kg de métaux dont l'essentiel (A1, Ca, Cu, Fe, Mg, Th) se présente sous la forme d'une composition fluorée obtenue par purification par sublimation du zirconium. Dans la production plasma à grande échelle de zirconium et de silicium, la masse accumulée de ces déchets peut devenir importante avec le temps ; pour leur traitement, les technologies plasma et fréquence permettent d'extraire ces composants sous forme d'oxydes ou de métaux dispersés (voir Chap.
En 1945, seulement 0,07 kg de zirconium était produit aux USA, mais à partir de 1948, en lien avec les travaux de création de réacteurs nucléaires, la production de zirconium augmenta fortement et en quelques années atteignit plusieurs dizaines de tonnes. En conséquence, la technologie de production du zirconium, qui était rare il y a quelques années, est maintenant plus avancée que la technologie de production de nombreux autres métaux connus et utilisés depuis des décennies.
Selon le principe de chauffage, les fours à arc sous vide sont classés comme fours à arc à action directe. Les fours à arc sous vide font partie des nouveaux types d'équipements électrothermiques. Leur apparition est causée par une augmentation de la production de zirconium, de titane, de molybdène et de certains autres matériaux réfractaires et réactifs.
Mais même dans ce cas, il ne peut être utilisé sans purification chimique préalable (voir section 15.5) de l'élément hafnium, qui l'accompagne toujours dans la nature, et possède des propriétés chimiques similaires au zirconium. L'hafnium, qui est récupéré lors de la production de zirconium de qualité réacteur, est un excellent matériau pour fabriquer des barres de commande de réacteur.
L'hafnium fait partie du groupe IV du tableau périodique des éléments de D. I. Mendeleev et est inclus dans le sous-groupe du titane. Il fait référence à des oligo-éléments qui n'ont pas leurs propres minéraux; accompagne le zirconium dans la nature. Actuellement, il est obtenu comme sous-produit dans la production de zirconium. En termes de propriétés chimiques et physiques, l'hafnium est proche du zirconium, mais diffère significativement de ce dernier en termes de propriétés nucléaires.
Dans l'industrie chimique, le molybdène est utilisé sous forme de joints et de boulons pour la réparation à chaud (ravitaillement) de navires doublés de carreaux de verre, utilisés lors de travaux avec de l'acide sulfurique et des environnements acides dans lesquels de l'hydrogène est libéré. Dans les produits fonctionnant dans l'acide sulfurique, des thermocouples et des vannes en molybdène sont également utilisés, et les alliages de molybdène servent de revêtement de réacteurs dans des installations destinées à la production de chlorure de p-butyle par des réactions impliquant des acides chlorhydrique et sulfurique à des températures supérieures à 170 ° C. Parmi les diverses applications du molybdène comprennent également l'hydrochloration en phase liquide, la production de zirconium et de thorium ultrapur.
Il ne se produit pas sous sa forme pure dans la croûte terrestre. Il est obtenu à partir de concentrés de minerai. D'année en année métal de zirconium est de plus en plus utilisé dans diverses industries - métallurgie, énergie, énergie nucléaire, médecine, industrie de la bijouterie, dans la vie quotidienne.
Description et propriétés du zirconium
Dans la nature, ce métal est distribué sous forme de composés chimiques naturels - oxydes ou sels, dont plus de quarante sont connus. En 1789, le chimiste allemand Klaproth a isolé l'oxyde de zirconium de la jacinthe, une précieuse variété de zircon. Pendant longtemps, les scientifiques n'ont pas pu obtenir de métal pur, et ce n'est que dans les années 20 du XXe siècle que les expériences ont été couronnées de succès.
Le zirconium métallique a été obtenu par la méthode de "croissance", dans laquelle il a été déposé sous sa forme pure sur un filament de tungstène chaud. prix du métal zirconium, ainsi obtenu s'est avéré assez élevé. Une méthode industrielle moins chère a été développée - la méthode Croll, dans laquelle le dioxyde de zirconium est d'abord chloré, puis réduit avec du magnésium métallique.
L'éponge de zirconium qui en résulte est fondue en bâtonnets et envoyée au consommateur. En plus de la méthode au chlorure, il existe d'autres méthodes industrielles principales pour extraire le zirconium - alcalin et fluoré. Il s'est avéré que propriétés du métal zirconium a très intéressant. En tant que représentant typique de son groupe de métaux, il a une activité chimique assez élevée, mais il n'apparaît pas sous une forme ouverte.
Extérieurement, le zirconium métallique compact est très similaire à l'acier. Dans des conditions normales, il a une qualité très importante - il ne se corrode pas. En plus de cela, il est parfaitement traité de différentes manières - laminage, forgeage. Le film d'oxyde sur la surface, invisible à l'œil, le protège de manière fiable des gaz atmosphériques et de la vapeur d'eau. Ce n'est que lorsque la température monte à 300° que ce film est progressivement détruit, et à 700° le métal est complètement oxydé.
Sous l'influence de l'eau, le zirconium ne s'oxyde pas, comme de nombreux métaux, mais se recouvre d'un film insoluble qui le protège de la corrosion. Compact photo en métal de zirconium se distingue par sa haute résistance à la chaleur, sa résistance à l'influence de l'ammoniac, des acides, des alcalis, retient bien le rayonnement. Les copeaux et la poudre de zirconium se comportent très différemment dans l'air. Ces substances, même à température ambiante, peuvent facilement s'enflammer spontanément et souvent exploser.
Le zirconium se forme avec de nombreux métaux. L'ajouter en petite quantité améliore considérablement leurs caractéristiques - augmente la résistance, la résistance à la corrosion. Dans le même temps, les ajouts d'autres métaux au zirconium ne font qu'aggraver ses propriétés et, par conséquent, sont extrêmement rarement utilisés.
Gisements et exploitation du zirconium
Les gisements de minerai de zirconium sont dispersés dans différentes parties de la planète. Il se présente sous la forme d'oxydes amorphes, de sels et de gros monocristaux, pesant parfois plus d'un kilogramme. De riches réserves de minerai sont situées en Australie, en Amérique du Nord, en Afrique de l'Ouest, en Inde, en Afrique du Sud et au Brésil. En Russie, d'importantes réserves de matières premières de zirconium sont concentrées dans l'Oural et la Sibérie.
Les utilisations industrielles les plus importantes sont le zircon, le silicate de zirconium, le dioxyde de zirconium et la baddeleyite. Le minéral de zirconium le plus répandu sur la planète est le zircon. Il est connu de l'humanité depuis l'Antiquité. Au Moyen Âge, les bijoutiers fabriquaient souvent des bijoux à partir de « diamants imparfaits », comme on appelait alors les zircons. Après la coupe, ils étaient plus nuageux, brillaient et scintillaient différemment des diamants naturels.
Il existe des zircons radioactifs dangereux, dont le port de bijoux a un très mauvais effet sur la santé. Les pierres de petite taille, légèrement colorées et relativement transparentes sont considérées comme plus sûres. Les zircons sont disponibles dans une variété de couleurs. Ainsi, la jacinthe peut être jaune miel, rouge, rose, starlight - bleu ciel.
Les grands zircons de couleur intense, en particulier ceux qui sont verts et opaques, peuvent provoquer des niveaux accrus de rayonnement. Il est interdit de stocker de telles pierres à la maison dans des collections, exposées, transportées en grande quantité. Malgré le fait que le zirconium soit le 12e métal le plus abondant dans la nature, il a longtemps été moins populaire que même les rares radioactifs. Cela s'explique par le fait que ses gisements sont extrêmement dispersés et qu'il n'y a pas de gros gisements.
Souvent dans le minerai, le zirconium est adjacent à l'hafnium, qui lui est proche en propriétés. Séparément, chacun de ces métaux présente des caractéristiques intéressantes, mais leur présence combinée les rend impropres à l'utilisation. Pour les séparer, une purification en plusieurs étapes est utilisée, ce qui augmente considérablement le coût de production du zirconium plastique.
Application de zirconium
En raison de qualités aussi importantes que la résistance à la corrosion, aux alcalis, aux acides, le zirconium est largement utilisé dans diverses industries. Ainsi, en métallurgie, il est utilisé pour l'alliage des aciers et l'amélioration de la qualité des alliages. Sous forme de poudre, il est utilisé dans la pyrotechnie et la production de munitions - bombes télécommandées, balles traçantes, fusées éclairantes.
Un quart du concentré de zirconium obtenu est consommé dans la production d'émaux, de céramiques domestiques et électriques. Le zirconium purifié à partir d'hafnium sous forme d'alliages est utilisé dans les réacteurs nucléaires comme matériau de structure. Ce métal est largement utilisé en médecine et dans la vie de tous les jours. Une fine plaque de zirconium retient beaucoup plus le rayonnement dans le service de radiologie que les tabliers en plomb.
Propriétés cicatrisantes du métal zirconium
Pour le traitement des fractures osseuses dans les cliniques de traumatologie, des implants en alliages de zirconium sont utilisés. Par rapport au titane et à l'inox, ils présentent des avantages non négligeables : compatibilité biologique (absence de réaction allergique et de rejet), haute résistance à la corrosion, solidité, ductilité, légèreté.
En chirurgie maxillo-faciale, des instruments et des implants en zircone sont utilisés, tels que des agrafes, des plaques, des forets, des vis, des prothèses dentaires, des hémostatiques, des fils de suture. Le zirconium et ses alliages ne provoquent pas d'irritation lorsqu'ils sont exposés aux os et aux tissus.
Métal zirconium dans les bijoux effet bénéfique sur l'état général du corps humain. Il a été établi que le port de zircone après un perçage d'oreille favorise une cicatrisation rapide de la plaie et ne la fait jamais pourrir.
Lorsqu'il est porté régulièrement produits en zirconium avoir un effet positif sur la santé. De bons résultats sont obtenus en portant du zirconium et des ceintures pour des maladies de la peau telles que l'eczéma chez les enfants et les adultes, la dermatite, le psoriasis. Il y a une amélioration significative de l'état des patients ayant des problèmes dans le système musculo-squelettique.
Prix du zirconium
Le métal est vendu au kilogramme. Il est fourni sous la forme d'un tuyau, d'une tige, d'une bande, d'un fil, d'une feuille, etc. Le coût dépend du fabricant et de la marque du produit.
Page 1
La production de zirconium et de ses alliages contenant du bore nécessite un contrôle minutieux. Les méthodes chimiques de dosage du bore dans le zirconium métallique et ses alliages n'étant pas décrites dans la littérature, le but de ce travail était de développer une méthode chimique simple de dosage du bore dans le zirconium métallique et ses alliages, notamment, dans les alliages à faible teneur en niobium.
Dans la production de zirconium, la méthode à l'iodure, contrairement à la production de titane, a une importance industrielle.
Contenu dans les émissions de la production de zirconium, catalyseurs de synthèse organique.
L'hafnium n'est obtenu qu'en tant que sous-produit de la production de zirconium de qualité réacteur. Son application principale est la fabrication de barres de contrôle dans les réacteurs nucléaires. La consommation totale ne dépasse pas actuellement 75% de la production. Cependant, l'exploration de nouveaux domaines d'application - la fabrication d'alliages à haute température, de filaments, de getters, de poudre pour lampes flash, de détonateurs - peut augmenter considérablement la demande pour le métal. La séparation de l'hafnium du zirconium est un processus coûteux, et les coûts de séparation sont généralement partagés à parts égales entre le coût des deux métaux.
Il n'y a pas d'analogie complète dans les propriétés des produits des technologies plasma-fluorure et extraction-fluorure pour la production de zirconium, puisque dans la technologie extraction-fluorure, le zirconium et l'hafnium sont séparés au stade hydrochimique par extraction. Dans le cas de l'utilisation de la technologie plasma-fluorure pour le traitement du zircon lors de la purification par sublimation du zirconium à partir des impuretés indiquées dans le tableau. 3.4, le hafnium suit principalement le zirconium.
Le procédé de séparation du zirconium et de l'hafnium par électrolyse des masses fondues présente un intérêt pour la production de zirconium, car simultanément à la production de zirconium métallique, il est purifié du hafnium.
Les matières premières pour l'obtention d'hafnium sont des concentrés de zirconium ou des produits et intermédiaires de la production de zirconium.
Toutes ces difficultés obligent à purifier soigneusement les réactifs utilisés dans la production de zirconium et d'hafnium, notamment à partir d'oxygène, d'eau et d'azote, et limitent le choix des méthodes utilisables pour obtenir ces métaux.
Le métal hafnium peut être obtenu par les mêmes méthodes que celles utilisées dans la production de zirconium. Le tétrachlorure d'hafnium est purifié par distillation sous atmosphère d'hydrogène puis réduit au magnésium. La purification de l'éponge d'hafnium à partir de chlorure de magnésium est effectuée dans des installations de nettoyage d'éponge de zirconium, car il n'y a pas de risque sérieux de contamination de l'hafnium par le zirconium lors de cette opération, ou vice versa. L'hafnium spongieux est fondu dans un arc et coulé dans des moules en cuivre.
Le métal hafnium est obtenu par les mêmes méthodes que celles utilisées dans la production de zirconium: la méthode Kroll, une méthode Kroll modifiée utilisant le sodium comme agent réducteur et le procédé de Boer ou iodure.
Le processus d'iodure pour produire du hafnium doux et malléable est similaire à celui utilisé dans la production de zirconium, de sorte que l'équipement avec lequel l'iodure de hafnium est obtenu est approximativement le même que dans le cas de l'obtention de zirconium. Selon les données, la température de précipitation du hafnium à partir du tétraiodure est de 1600 C et celle du zirconium de 1400 C.
Une étude détaillée du procédé Kroll appliqué au titane peut permettre d'apporter quelques modifications au schéma technologique d'élaboration du zirconium ; il s'agit notamment de la simplification de l'appareillage, de la réduction d'un nombre d'opérations et de l'augmentation de la taille des agrégats.
Pour obtenir des poudres plus pures de niobium et de tantale, il est préférable de procéder à la réduction des chlorures gazeux avec du magnésium liquide de la même manière que pour la fabrication du zirconium.
Chargement...