ज़िरकोनियम ऑक्साइड: विवरण, गुण, अनुप्रयोग सुविधाएँ और समीक्षाएँ। तेल और गैस का बड़ा विश्वकोश

जिरकोनियम यौगिक स्थलमंडल में व्यापक हैं। विभिन्न स्रोतों के अनुसार, जिरकोनियम क्लार्क 170 से 250 ग्राम / टी तक है। समुद्री जल में सांद्रण 5 · 10-5 मिलीग्राम/ली. जिरकोनियम एक लिथोफिलिक तत्व है। प्रकृति में, इसके यौगिकों को विशेष रूप से आक्साइड और सिलिकेट के रूप में ऑक्सीजन के साथ जाना जाता है। इस तथ्य के बावजूद कि ज़िरकोनियम एक ट्रेस तत्व है, लगभग 40 खनिज हैं जिनमें ज़िरकोनियम ऑक्साइड या लवण के रूप में मौजूद है। प्रकृति में, मुख्य रूप से जिक्रोन (ZrSiO4) (67.1% ZrO2), Baddeleyite (ZrO2) और विभिन्न जटिल खनिज (eudialyte (Na, Ca) 5 (Zr, Fe, Mn), आदि) व्यापक हैं। सभी स्थलीय निक्षेपों में, जिरकोनियम के साथ Hf होता है, जो Zr परमाणु के समरूपी प्रतिस्थापन के कारण जिक्रोन खनिजों में शामिल होता है।
जिक्रोन सबसे प्रचुर मात्रा में जिरकोनियम खनिज है। यह सभी प्रकार की चट्टानों में पाया जाता है, लेकिन मुख्य रूप से ग्रेनाइट और सेनाइट में। उत्तरी कैरोलिना के काउंटी गिंडरसन में, कई सेंटीमीटर लंबे जिक्रोन के क्रिस्टल पेगमाटाइट्स में पाए गए, और किलोग्राम में वजन वाले क्रिस्टल मेडागास्कर में पाए गए। बैडलेइट को युसाक ने 1892 में ब्राजील में खोजा था। मुख्य जमा Pocos de Caldas क्षेत्र (ब्राजील) में स्थित है। सबसे बड़ा जिरकोनियम जमा संयुक्त राज्य अमेरिका, ऑस्ट्रेलिया, ब्राजील, भारत में स्थित है।
रूस में, जो दुनिया के ज़िरकोनियम भंडार का 10% (ऑस्ट्रेलिया और दक्षिण अफ्रीका के बाद दुनिया में तीसरा स्थान) के लिए जिम्मेदार है, मुख्य जमा हैं: मरमंस्क क्षेत्र में कोवडोर बेडरॉक बैडडेलाइट-एपेटाइट-मैग्नेटाइट, तुगन प्लेसर जिरकोन-रूटाइल-इलमेनाइट टॉम्स्क क्षेत्र में, तांबोव क्षेत्र में केंद्रीय जलोढ़ जिक्रोन-रूटाइल-इलमेनाइट, निज़नी नोवगोरोड क्षेत्र में लुकोयानोव्स्कोए जलोढ़ ज़िरकोन-रूटाइल-इलमेनाइट, चिता क्षेत्र में कटुगिन्सकोए स्वदेशी ज़िक्रोन-पाइरोक्लोर-क्रायोलाइट और उलुग-तंजेक स्वदेशी ज़िक्रोन-पाइरोक्लोर- कोलम्बाईट

2012 में जिरकोनियम का भंडार, हजार टन *

ऑस्ट्रेलिया	21,000.0
दक्षिण अफ्रीका	14,000.0
इंडिया	3,400.0
मोजाम्बिक	1,200.0
चीन	500.0
दूसरे देश	7,900.0
कुल स्टॉक	48,000.0

* अमेरिकी भूवैज्ञानिक सर्वेक्षण डेटा

उद्योग में, जिरकोनियम के उत्पादन के लिए फीडस्टॉक जिरकोनियम अयस्कों के संवर्धन द्वारा प्राप्त कम से कम 60-65% की जिरकोनियम डाइऑक्साइड की एक बड़ी सामग्री के साथ जिरकोनियम केंद्रित है। सांद्र से धात्विक जिरकोनियम प्राप्त करने की मुख्य विधियाँ क्लोराइड, फ्लोराइड और क्षारीय प्रक्रियाएँ हैं। दुनिया में सबसे बड़ा जिक्रोन उत्पादक इलुका है।
जिक्रोन का उत्पादन ऑस्ट्रेलिया (2010 में उत्पादन का 40%) और दक्षिण अफ्रीका (30%) में केंद्रित है। शेष जिक्रोन का उत्पादन एक दर्जन से अधिक अन्य देशों में किया जाता है। 2002 और 2010 के बीच जिक्रोन उत्पादन में सालाना औसतन 2.8% की वृद्धि हुई। इलुका रिसोर्सेज, रिचर्ड्स बे मिनरल्स, एक्सक्सारो रिसोर्सेज लिमिटेड और ड्यूपॉन्ट जैसे बड़े उत्पादक अपने टाइटेनियम खनन के उप-उत्पाद के रूप में जिक्रोन निकालते हैं। खनिज टाइटेनियम की मांग पिछले एक दशक में जिक्रोन के लिए उतनी तेजी से नहीं बढ़ी है, इसलिए उत्पादकों ने उच्च जिक्रोन सामग्री के साथ खनिज रेत का विकास और दोहन करना शुरू कर दिया, जैसे कि अफ्रीका और दक्षिण ऑस्ट्रेलिया में।

* अमेरिकी भूवैज्ञानिक सर्वेक्षण डेटा

1930 के दशक से उद्योग में ज़िरकोनियम का उपयोग किया जाता रहा है। इसकी उच्च लागत के कारण, इसका उपयोग सीमित है। धातुई ज़िरकोनियम और इसके मिश्र धातुओं का उपयोग परमाणु ऊर्जा इंजीनियरिंग में किया जाता है। ज़िरकोनियम में एक बहुत छोटा थर्मल न्यूट्रॉन कैप्चर क्रॉस सेक्शन और एक उच्च गलनांक होता है। इसलिए, धातु ज़िरकोनियम, जिसमें हेफ़नियम नहीं होता है, और इसके मिश्र धातुओं का उपयोग परमाणु ऊर्जा में ईंधन तत्वों, ईंधन असेंबलियों और परमाणु रिएक्टरों की अन्य संरचनाओं के निर्माण के लिए किया जाता है।
जिरकोनियम के लिए आवेदन का एक अन्य क्षेत्र मिश्रधातु है। धातु विज्ञान में, यह एक संयुक्ताक्षर के रूप में प्रयोग किया जाता है। एक अच्छा डीऑक्सीडाइज़र और डेनिट्रोजेनेटर, दक्षता में Mn, Si, Ti से बेहतर। ज़िरकोनियम (0.8% तक) के साथ मिश्र धातु इस्पात उनके यांत्रिक गुणों और मशीनेबिलिटी को बढ़ाता है। यह विद्युत चालकता के मामूली नुकसान के साथ तांबे की मिश्र धातुओं को अधिक टिकाऊ और गर्मी प्रतिरोधी बनाता है।
जिरकोनियम का उपयोग आतिशबाज़ी बनाने में भी किया जाता है। ज़िरकोनियम में हवा में ऑक्सीजन में जलने की उल्लेखनीय क्षमता है (ऑटो-इग्निशन तापमान - 250 डिग्री सेल्सियस) व्यावहारिक रूप से धुआं पैदा किए बिना और तेज गति से। यह धातुई ईंधन (4650 डिग्री सेल्सियस) के लिए उच्चतम तापमान विकसित करता है। उच्च तापमान के कारण, परिणामी ज़िरकोनियम डाइऑक्साइड प्रकाश की एक महत्वपूर्ण मात्रा का उत्सर्जन करता है, जिसका व्यापक रूप से आतिशबाज़ी बनाने की विद्या (आतिशबाजी और आतिशबाजी का उत्पादन) में उपयोग किया जाता है, मानव गतिविधि के विभिन्न क्षेत्रों में उपयोग किए जाने वाले रासायनिक प्रकाश स्रोतों का उत्पादन (मशाल, भड़कना, प्रकाश बम, FOTAB - फोटो-हवाई बम; व्यापक रूप से फोटोग्राफी में डिस्पोजेबल फ्लैश लैंप के हिस्से के रूप में उपयोग किया जाता है जब तक कि इसे इलेक्ट्रॉनिक फ्लैश द्वारा प्रतिस्थापित नहीं किया जाता)। इस क्षेत्र में उपयोग के लिए, न केवल धातु ज़िरकोनियम रुचि का है, बल्कि सीरियम के साथ इसके मिश्र भी हैं, जो काफी अधिक चमकदार प्रवाह देते हैं। पाउडर जिरकोनियम का उपयोग ऑक्सीकरण एजेंटों (बर्थोलेट के नमक) के मिश्रण में पायरोटेक्निक सिग्नल लाइट्स में और फ़्यूज़ में एक धुआं रहित एजेंट के रूप में किया जाता है, पारा वाष्प और लेड एजाइड की जगह। लेजर पंप करने के लिए प्रकाश स्रोत के रूप में जिरकोनियम के दहन का उपयोग करने पर सफल प्रयोग किए गए हैं।
जिरकोनियम का एक अन्य अनुप्रयोग सुपरकंडक्टर्स में है। सुपरकंडक्टिंग मिश्र धातु 75% Nb और 25% Zr (4.2 K पर सुपरकंडक्टिविटी) 100,000 A / cm2 तक के भार का सामना करता है। एक संरचनात्मक सामग्री के रूप में, ज़िरकोनियम का उपयोग एसिड प्रतिरोधी रासायनिक रिएक्टरों, फिटिंग और पंपों के निर्माण के लिए किया जाता है। जिरकोनियम का उपयोग कीमती धातुओं के विकल्प के रूप में किया जाता है। परमाणु ऊर्जा उद्योग में, जिरकोनियम ईंधन तत्वों के आवरण के लिए मुख्य सामग्री है।
ज़िरकोनियम में जैविक मीडिया के लिए उच्च प्रतिरोध है, टाइटेनियम से भी अधिक है, और उत्कृष्ट जैव-अनुकूलता है, जिसके कारण इसका उपयोग हड्डी, संयुक्त और दंत कृत्रिम अंग, साथ ही साथ शल्य चिकित्सा उपकरणों को बनाने के लिए किया जाता है। दंत चिकित्सा में, ज़िरकोनियम डाइऑक्साइड पर आधारित सिरेमिक डेन्चर के निर्माण के लिए एक सामग्री है। इसके अलावा, इसकी जैव जड़त्व के कारण, यह सामग्री दंत प्रत्यारोपण के निर्माण में टाइटेनियम के विकल्प के रूप में कार्य करती है।
ज़िरकोनियम का उपयोग उच्च रासायनिक प्रतिरोध के कारण उत्कृष्ट स्वच्छ गुणों के साथ विभिन्न प्रकार के टेबलवेयर के निर्माण के लिए किया जाता है।
ज़िरकोनियम डाइऑक्साइड (एमपी 2700 डिग्री सेल्सियस) का उपयोग अपवर्तक-बकोर (बाकोर - बैडलेइट-कोरंडम सिरेमिक) के उत्पादन के लिए किया जाता है। इसका उपयोग चामोट के विकल्प के रूप में किया जाता है, क्योंकि यह कांच और एल्यूमीनियम को पिघलाने के लिए भट्टियों में अभियान को 3-4 गुना बढ़ा देता है। स्थिर डाइऑक्साइड पर आधारित रेफ्रेक्ट्रीज का उपयोग धातुकर्म उद्योग में कुंडों के लिए, नोज़ल स्टील की निरंतर ढलाई के लिए, क्रूसिबल दुर्लभ पृथ्वी तत्वों को पिघलाने के लिए किया जाता है। इसका उपयोग cermets में भी किया जाता है - सिरेमिक-धातु कोटिंग्स जिसमें कई रासायनिक अभिकर्मकों के लिए उच्च कठोरता और प्रतिरोध होता है, 2750 डिग्री सेल्सियस तक अल्पकालिक हीटिंग का सामना करते हैं। डाईऑक्साइड एनामेल्स के लिए एक क्वेंचर है, जो उन्हें एक सफेद और अपारदर्शी रंग देता है। ज़िरकोनियम डाइऑक्साइड के घन संशोधन के आधार पर, स्कैंडियम, यट्रियम, दुर्लभ पृथ्वी द्वारा स्थिर, एक सामग्री प्राप्त की जाती है - क्यूबिक ज़िरकोनिया (एफआईएएन से, जहां इसे पहली बार प्राप्त किया गया था), क्यूबिक ज़िरकोनिया का उपयोग उच्च अपवर्तक सूचकांक के साथ एक ऑप्टिकल सामग्री के रूप में किया जाता है। (फ्लैट लेंस), दवा में (सर्जिकल उपकरण), सिंथेटिक रत्न के रूप में (फैलाव, अपवर्तक सूचकांक और रंग का खेल हीरे की तुलना में अधिक होता है), सिंथेटिक फाइबर के उत्पादन में और कुछ प्रकार के तार के उत्पादन में ( चित्रकारी)। गर्म होने पर, ज़िरकोनिया एक करंट का संचालन करता है, जिसका उपयोग कभी-कभी ऐसे ताप तत्वों को उत्पन्न करने के लिए किया जाता है जो बहुत अधिक तापमान पर हवा में स्थिर होते हैं। गर्म जिरकोनियम एक ठोस इलेक्ट्रोलाइट के रूप में ऑक्सीजन आयनों का संचालन करने में सक्षम है। इस संपत्ति का उपयोग औद्योगिक ऑक्सीजन विश्लेषक में किया जाता है।
ज़िरकोनियम हाइड्राइड का उपयोग परमाणु इंजीनियरिंग में एक बहुत प्रभावी न्यूट्रॉन मॉडरेटर के रूप में किया जाता है। इसके अलावा, ज़िरकोनियम हाइड्राइड का उपयोग विभिन्न सतहों पर थर्मल अपघटन द्वारा पतली फिल्मों के रूप में ज़िरकोनियम को कोट करने के लिए किया जाता है।
सिरेमिक कोटिंग्स के लिए ज़िरकोनियम नाइट्राइड सामग्री, पिघलने बिंदु लगभग 2990 डिग्री सेल्सियस, एक्वा रेजिया में हाइड्रोलाइज्ड। दंत चिकित्सा और गहनों में कोटिंग के रूप में आवेदन मिला।
जिक्रोन, यानी। ZrSiO4, ज़िरकोनियम और हेफ़नियम का मुख्य स्रोत खनिज है। साथ ही इसमें से विभिन्न दुर्लभ तत्व और यूरेनियम निकाले जाते हैं, जो इसमें संकेंद्रित होते हैं। ज़िरकोनियम सांद्र का उपयोग अपवर्तक के उत्पादन में किया जाता है। जिरकोन की उच्च यूरेनियम सामग्री इसे यूरेनियम-लेड डेटिंग का उपयोग करके आयु निर्धारण के लिए एक सुविधाजनक खनिज बनाती है। जिक्रोन के पारदर्शी क्रिस्टल का उपयोग गहनों (जलकुंभी, शब्दजाल) में किया जाता है। जब जिक्रोन को शांत किया जाता है, तो चमकीले नीले रंग के पत्थर प्राप्त होते हैं जिन्हें स्टारलाइट कहा जाता है।
सभी ज़िरकोनियम का लगभग 55% सिरेमिक के उत्पादन के लिए उपयोग किया जाता है - दीवारों, फर्शों के साथ-साथ इलेक्ट्रॉनिक्स में सिरेमिक सब्सट्रेट के उत्पादन के लिए सिरेमिक टाइलें। जिक्रोन का लगभग 18% रासायनिक उद्योग में उपयोग किया जाता है, और इस क्षेत्र में खपत हाल के वर्षों में औसतन 11% प्रति वर्ष बढ़ी है। धातु गलाने के लिए, लगभग 22% जिक्रोन का उपयोग किया जाता है, लेकिन हाल ही में जिरकोनियम के उत्पादन के लिए सस्ते तरीकों की उपलब्धता के कारण यह दिशा इतनी लोकप्रिय नहीं रही है। शेष 5% जिक्रोन का उपयोग कैथोड ट्यूब के उत्पादन के लिए किया जाता है, लेकिन इस क्षेत्र में खपत गिर रही है।
2009 में वैश्विक आर्थिक मंदी के कारण 2008 तक खपत में 18% की गिरावट आने के बाद 2010 में जिक्रोन की खपत में जोरदार वृद्धि हुई और 1.33 मिलियन टन हो गई। चीनी मिट्टी की खपत में वृद्धि, जो 2010 में जिक्रोन की खपत का 54% हिस्सा था, विशेष रूप से चीन और अन्य उभरती अर्थव्यवस्थाओं जैसे ब्राजील, भारत और ईरान में, 2000 के दशक में जिक्रोन की बढ़ती मांग का एक प्रमुख कारक था। जबकि अमेरिका और यूरोजोन में खपत में भी कमी आई है। जिरकोनिया सहित जिरकोनियम रसायनों में जिक्रोन की खपत 2000 और 2010 के बीच दोगुनी से अधिक हो गई, जबकि धातु जिरकोनियम को गलाने के लिए जिक्रोन के उपयोग ने कम वृद्धि दर दिखाई।
रोस्किल के अनुसार, दुनिया में खपत होने वाली ज़िरकोनियम धातु का 90% परमाणु रिएक्टर असेंबलियों के उत्पादन में और लगभग 10% एसिटिक एसिड संयंत्रों में उपयोग किए जाने वाले कंटेनरों के संक्षारण प्रतिरोधी और उच्च दबाव वाले अस्तर के निर्माण में उपयोग किया जाता है। विशेषज्ञों के अनुसार, भविष्य में, धातु ज़िरकोनियम की वैश्विक मांग में वृद्धि की उम्मीद है, क्योंकि कई देश (चीन, भारत, दक्षिण कोरिया और संयुक्त राज्य अमेरिका) नए परमाणु ऊर्जा संयंत्र बनाने की योजना बना रहे हैं।
ज़िरकोनियम ऑक्साइड, जिसे ज़िरकोनिया के रूप में भी जाना जाता है, का उपयोग औद्योगिक अनुप्रयोगों में किया जाता है जिसमें फार्मास्यूटिकल्स, फाइबर ऑप्टिक्स, वाटरप्रूफ कपड़े और सौंदर्य प्रसाधन शामिल हैं। चीन में सिरेमिक टाइल उत्पादन में तेजी से वृद्धि के कारण जिरकोनिया सामग्री - जिरकोन आटा और फ्यूज्ड जिरकोनिया की अधिक खपत होती है। दक्षिण कोरिया, भारत और चीन जिरकोनियम ऑक्साइड के लिए महत्वपूर्ण विकास बाजार हैं। जिरकोनियम बाजार अनुसंधान रिपोर्ट के अनुसार, एशिया प्रशांत क्षेत्र दुनिया में सबसे बड़े और सबसे तेजी से बढ़ते क्षेत्रीय बाजार का प्रतिनिधित्व करता है। सेंट-गोबेन, जिसका मुख्यालय फ्रांस में है, जिरकोनिया के सबसे बड़े निर्माताओं में से एक है।
जिरकोनियम के लिए सबसे बड़ा अंत-उपयोग बाजार सिरेमिक है, जिसमें टाइलें, सेनेटरी वेयर और टेबलवेयर शामिल हैं। अगले सबसे बड़े बाजार जो जिरकोनियम अपवर्तक सामग्री और फाउंड्री क्षेत्रों का उपयोग करते हैं। जिरकोन का उपयोग सिरेमिक उत्पादों की एक विस्तृत विविधता में एक योजक के रूप में किया जाता है, और इसका उपयोग कंप्यूटर मॉनीटर और टेलीविजन पैनल में ग्लास कोटिंग्स में भी किया जाता है क्योंकि इसमें विकिरण अवशोषित करने वाले गुण होते हैं। जिरकोनियम ईंटों का उपयोग फ्यूज्ड जिरकोनिया बेस सॉल्यूशंस के विकल्प के रूप में किया जाता है।

दुनिया में जिक्रोन (ZrSiO4) का उत्पादन और खपत, हजार टन *

वर्ष	2008	2009	2010	2011	2012
कुल उत्पादन	1300.0	1050.0	1250.0	1400.0	1200.0
चीन	400.0	380.0	600.0	650.0	500.0
दूसरे देश	750.0	600.0	770.0	750.0	600.0
कुल खपत	1150.0	980.0	1370.0	1400.0	1100.0
बाजार संतुलन	150.0	70.0	-120.0	--	100.0
कॉमेक्स कीमत	788.00	830.00	860.00	2650.00	2650.00

* सारांश डेटा

जिक्रोन बाजार में तेज गिरावट दर्ज की गई जो 2008 के अंत में शुरू हुई और पूरे 2009 तक जारी रही। मैन्युफैक्चरर्स ने लागत कम करने और स्टॉकिंग बंद करने के लिए प्रोडक्शन में कटौती की है। 2009 के अंत में खपत में सुधार होना शुरू हुआ, 2010 में विकास में तेजी आई और 2011 में इसे जारी रखा। आपूर्ति, विशेष रूप से ऑस्ट्रेलिया से, जहां 40% से अधिक जिरकोनियम अयस्कों का खनन किया जाता है, लंबे समय तक नहीं बढ़ा, और अन्य उत्पादकों को 2008-2010 के दौरान अपने भंडार का लगभग 0.5 मिलियन टन बाजार में डालने के लिए मजबूर होना पड़ा। बाजार में कमी, इन्वेंट्री के स्तर में गिरावट के साथ, कीमतों में वृद्धि हुई जो 2009 की शुरुआत में शुरू हुई। जनवरी 2011 तक, ऑस्ट्रेलियाई प्रीमियम जिक्रोन की कीमतें 2009 की शुरुआत से 50% बढ़ने के बाद रिकॉर्ड स्तर पर थीं और 2011-2012 में और भी बढ़ती रहीं।
2008 में, जिरकोनियम स्पंज की कीमतों में वृद्धि हुई, क्योंकि जिरकोन रेत की कीमतों में वृद्धि हुई, जो धातु उत्पादन के लिए एक कच्चा माल है। ज़िरकोनियम के औद्योगिक ग्रेड की कीमतों में 7-8% की वृद्धि हुई - 100 अमरीकी डालर / किग्रा तक, और परमाणु रिएक्टरों के लिए धातु के लिए - 10% - 70-80 अमरीकी डालर तक। 2008 के अंत में और 2009 की शुरुआत में था कीमतों में मामूली कमी, हालांकि 2009 की दूसरी छमाही के बाद से, जिरकोनियम की कीमतों ने अपनी वृद्धि फिर से शुरू कर दी है, इसके अलावा, इस तरह से कि 2009 में जिरकोनियम की औसत कीमतें 2008 की तुलना में अधिक थीं। 2012 में, जिरकोनियम की कीमतें बढ़कर 110 डॉलर / किग्रा हो गईं।

2009 में कम खपत के बावजूद, जिक्रोन की कीमतों में तेजी से गिरावट नहीं आई क्योंकि बड़े उत्पादकों ने उत्पादन में कटौती की और माल कम किया। 2010 में, उत्पादन मांग के साथ नहीं रह सका, मुख्यतः क्योंकि जिक्रोन का चीनी आयात 2010 में 50% से अधिक बढ़कर 0.7 मिलियन टन हो गया। जिरकोन की मांग 2015 तक सालाना 5.4% बढ़ने का अनुमान है, लेकिन उत्पादन क्षमता सालाना 2.3% ही बढ़ सकती है। इसलिए अतिरिक्त आपूर्ति सीमित बनी रहेगी और नई परियोजनाओं के चालू होने तक कीमतों में वृद्धि जारी रह सकती है।
ग्लोबल इंडस्ट्री एनालिस्ट्स (जीआईए) द्वारा प्रकाशित एक शोध रिपोर्ट के अनुसार, वैश्विक जिरकोनियम बाजार 2017 तक 2.6 मिलियन मीट्रिक टन तक पहुंचने की उम्मीद है। रिपोर्ट एशिया प्रशांत, यूरोप, जापान, कनाडा और संयुक्त राज्य अमेरिका सहित विभिन्न भौगोलिक बाजारों में 2009 से 2017 तक बिक्री अनुमान और अनुमान प्रदान करती है।
अंतरराष्ट्रीय परमाणु ऊर्जा उद्योग में वृद्धि से जिरकोनियम की मांग बढ़ेगी, साथ ही वैश्विक स्तर पर इसकी उत्पादन क्षमता में वृद्धि होगी। अन्य विकास चालक एशिया-प्रशांत क्षेत्र के साथ-साथ दुनिया भर में सिरेमिक टाइलों के उत्पादन में बढ़ती मांग हैं।

ज़िरकोनियम अपने मौलिक रूप में एक चांदी-सफेद धातु है जिसमें संक्षारण प्रतिरोध और लचीलापन जैसे विशिष्ट गुण होते हैं। प्रकृति में, यह काफी सामान्य है, लेकिन साथ ही यह बहुत बिखरा हुआ है। इसके बड़े भंडार अभी तक नहीं मिले हैं। लोगों ने पहली बार 1789 में इस धातु के अस्तित्व की संभावना के बारे में जाना। तब रसायनज्ञ एम। क्लाप्रोथ ने खनिज जिक्रोन के अध्ययन के दौरान गलती से इसके ऑक्साइड की खोज की। अपने शुद्ध रूप में, यह धातु केवल 1925 में प्राप्त हुई थी। आधुनिक दुनिया में, जिरकोनियम, जिसका उत्पादन व्यापक है, का उपयोग विभिन्न प्रकार के उद्योगों में किया जाता है। बेशक, कई घरेलू उद्यम भी इसके उत्पादन में लगे हुए हैं।

सामान्य विवरण

असामान्य गुण मुख्य रूप से ज़िरकोनियम जैसी अपेक्षाकृत दुर्लभ धातु के औद्योगिक मूल्य को निर्धारित करते हैं। इसका उत्पादन निम्नलिखित कारणों से राष्ट्रीय अर्थव्यवस्था के लिए लाभदायक है:

रासायनिक प्रतिरोध की उच्च डिग्री।हाइड्रोक्लोरिक एसिड का इस धातु पर बिल्कुल कोई प्रभाव नहीं पड़ता है, और यह सल्फ्यूरिक के साथ कम से कम 50% की एकाग्रता और +100 डिग्री से ऊपर के तापमान पर ही प्रतिक्रिया करता है।

कम या बिना धुएं के हवा में जलने की क्षमता।ज़िरकोनियम (बारीक रूप से फैला हुआ) 250 C के तापमान पर अनायास प्रज्वलित हो सकता है।

जैविक जड़ता।ज़िरकोनियम का मनुष्यों या जानवरों पर कोई हानिकारक प्रभाव नहीं पड़ता है। दुर्भाग्य से, आम धारणा के विपरीत, यह भी कोई लाभ नहीं ला सकता है।

न केवल इस धातु की उद्योग में, बल्कि इसके यौगिकों में भी बहुत मांग है। उदाहरण के लिए, खनिज जिक्रोन बहुत कठोर होता है और इसमें हीरे की सुखद चमक होती है। इसलिए, इसे कभी-कभी हीरे के सस्ते विकल्प के रूप में उपयोग किया जाता है। हालांकि, हाल के वर्षों में, जिक्रोन का उपयोग गहनों में कम और कम किया गया है। वर्तमान में, नकली हीरे अक्सर क्यूबिक ज़िरकोनिया (कृत्रिम ज़िरकोनिया) से बनाए जाते हैं।

कहाँ उपयोग किया जाता है

ज़िरकोनियम उत्पादन वर्तमान में धातुकर्म उद्योग के सबसे महत्वपूर्ण क्षेत्रों में से एक है। यद्यपि इसका उपयोग राष्ट्रीय अर्थव्यवस्था के कई क्षेत्रों में किया जाता है (उदाहरण के लिए, चिकित्सा उपकरणों या आतिशबाज़ी उपकरणों के निर्माण के लिए), अक्सर इसका उपयोग अभी भी परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में वाटर-कूल्ड पावर रिएक्टरों में किया जाता है।

उत्पादन के लिए कच्चा माल

दुर्भाग्य से, पृथ्वी की पपड़ी में जिरकोनियम का द्रव्यमान अंश इसके बिखरने के कारण अभी तक स्थापित नहीं हुआ है। वैज्ञानिकों के अनुसार यह 170-250 ग्राम प्रति टन हो सकता है। दरअसल, प्रकृति में कई जिक्रोन खनिज होते हैं। फिलहाल, वैज्ञानिक उनकी 40 किस्मों के बारे में जानते हैं। हालांकि, अक्सर जिरकोनियम के उत्पादन के लिए केवल निम्नलिखित कच्चे माल का उपयोग किया जाता है:

Baddeleyite;

यूडियलाइट;

जैसा कि पहले ही उल्लेख किया गया है, ग्रह पर कोई बड़ा जिक्रोन जमा नहीं है। रूस में ऐसे खनिजों के कुछ ही छोटे भंडार हैं। उनका खनन संयुक्त राज्य अमेरिका, भारत, ब्राजील और ऑस्ट्रेलिया जैसे देशों में भी किया जाता है। जिरकोनियम का उत्पादन करने के लिए इस्तेमाल किया जाने वाला सबसे आम खनिज निश्चित रूप से जिक्रोन (ZrSiO4) है। ज्यादातर मामलों में, यह प्रकृति में हेफ़नियम के साथ होता है।

रूस में ज़िरकोनियम उत्पादन: विशेषताएं

रूसी संघ में, इस धातु का उत्पादन वर्तमान में केवल एक उद्यम द्वारा किया जा रहा है - चेपेत्स्क मैकेनिकल प्लांट, जो ग्लेज़ोव (उदमुर्तिया) शहर में स्थित है। इसकी पहली कार्यशाला द्वितीय विश्व युद्ध की शुरुआत में बनाई गई थी। 1942 तक, संयंत्र अपनी पूर्ण डिजाइन क्षमता तक पहुंच गया। उस समय यहाँ मुख्यतः कारतूसों का उत्पादन होता था। 1946 में उद्यम को यूरेनियम धातु उत्पादन संयंत्र में फिर से प्रशिक्षित किया गया। बाद में (1957 में) जिरकोनियम का उत्पादन यहां शुरू हुआ, इसके बाद अतिचालक धातु, कैल्शियम और टाइटेनियम का उत्पादन हुआ। आज यह उद्यम TVEL Corporation का एक हिस्सा है, जो उत्पादन में दुनिया के अग्रणी नेताओं में से एक है। TVEL से ChMP में जिरकोनियम उत्पादन में सालाना निवेश अरबों रूबल है। आज यह उद्यम घरेलू और विश्व बाजारों में जिरकोनियम की आपूर्ति करता है:

• तार;

• ईंधन असेंबली और टीवीईएल के लिए घटक।

चेपेत्स्क मैकेनिकल प्लांट में भी इस धातु से स्मृति चिन्ह बनाए जाते हैं।

कच्चे माल का प्रसंस्करण और अम्लीय समाधान प्राप्त करना

ज़िरकोनियम, जिसका उत्पादन एक जटिल तकनीकी प्रक्रिया है, एक महंगी धातु है। इसका उत्पादन जमा से वितरित अयस्क की सफाई के साथ शुरू होता है। कच्चे माल के प्रसंस्करण में आमतौर पर निम्नलिखित कार्य शामिल होते हैं:

गुरुत्वाकर्षण विधि द्वारा संवर्धन;

इलेक्ट्रोस्टैटिक और चुंबकीय पृथक्करण द्वारा परिणामी सांद्रण की शुद्धि;

क्लोरीनीकरण द्वारा सांद्रता का अपघटन, सोडियम हाइड्रॉक्साइड या फ्लोरोसिलिकेट पोटेशियम के साथ संलयन, चूने के साथ सिंटरिंग;

सिलिकॉन यौगिकों को हटाने के लिए पानी के साथ लीचिंग;

सल्फेट या ऑक्सीक्लोराइड प्राप्त करने के लिए सल्फ्यूरिक या हाइड्रोक्लोरिक एसिड के साथ अवशेषों का अपघटन।

फ्लोरोसिलिकेट केक को गर्म करके अम्लीय पानी से उपचारित किया जाता है। परिणामी घोल को ठंडा करने के बाद, पोटेशियम फ्लोरोज़िरकोनेट निकलता है।

सम्बन्ध

ज़िरकोनियम के उत्पादन में अगला चरण अम्लीय समाधानों से इसके यौगिकों को प्राप्त करना है। इसके लिए निम्नलिखित तकनीकों का उपयोग किया जा सकता है:

हाइड्रोक्लोरिक एसिड समाधान के वाष्पीकरण द्वारा जिरकोनियम ऑक्सीक्लोराइड का क्रिस्टलीकरण;

सल्फेट्स की हाइड्रोलाइटिक वर्षा;

जिरकोनियम सल्फेट का क्रिस्टलीकरण।

हेफ़नियम हटाना

ज़िरकोनियम, जिसकी उत्पादन तकनीक रूस में (साथ ही दुनिया में हर जगह) बल्कि जटिल है, इस अशुद्धता से आवश्यक रूप से अलग होना चाहिए। धातु से हेफ़नियम निकालने के लिए, निम्नलिखित का उपयोग किया जा सकता है:

K2ZrF6 का भिन्नात्मक क्रिस्टलीकरण;

सॉल्वैंट्स के साथ निष्कर्षण;

टेट्राक्लोराइड (HfCl4 और ZrCl4) की चयनात्मक कमी।

धातु स्वयं कैसे प्राप्त होती है

ज़िरकोनियम उत्पादन के तरीके अलग-अलग होते हैं। उद्योग में धातु का उपयोग किया जा सकता है:

पाउडर या स्पंज के रूप में;

कॉम्पैक्ट निंदनीय;

उच्च शुद्धता।

पहले चरण में, उद्यमों में जिरकोनियम पाउडर प्राप्त किया जाता है। इसका उत्पादन तकनीकी रूप से अपेक्षाकृत सरल है। इसे मेटलोथर्मल रिडक्शन की विधि द्वारा बनाया जाता है। क्लोराइड के लिए, मैग्नीशियम या सोडियम का उपयोग किया जाता है, और ऑक्साइड के लिए, कैल्शियम हाइड्राइड। इलेक्ट्रोलाइटिक ज़िरकोनियम पाउडर क्षार धातु क्लोराइड से प्राप्त किया जाता है। इस तरह से उत्पादित सामग्री आमतौर पर संकुचित होती है। इसके अलावा, इसका उपयोग विद्युत चाप भट्टियों में निंदनीय जिरकोनियम प्राप्त करने के लिए किया जाता है। उत्तरार्द्ध अंतिम चरण में इलेक्ट्रॉन बीम पिघलने के अधीन है। परिणाम उच्च शुद्धता जिरकोनियम है। इसका उपयोग मुख्य रूप से परमाणु रिएक्टरों में किया जाता है।

उत्पादन तकनीक और दायरा

यह उद्योग और राष्ट्रीय अर्थव्यवस्था में सबसे अधिक मांग वाले जिरकोनियम यौगिकों में से एक है। प्रकृति में, यह खनिज बैडलेलाइट के रूप में होता है। यह एक सफेद क्रिस्टलीय पाउडर है जिसमें भूरे या पीले रंग का रंग होता है। इसका उत्पादन किया जा सकता है, उदाहरण के लिए, आयोडाइड शोधन की विधि द्वारा। इस मामले में, साधारण धातु ज़िरकोनियम छीलन का उपयोग कच्चे माल के रूप में किया जाता है। ज़िरकोनियम डाइऑक्साइड का उपयोग चीनी मिट्टी की चीज़ें (प्रोस्थेटिक्स के क्षेत्र सहित), प्रकाश जुड़नार और अपवर्तक, सिरेमिक में आदि के निर्माण में किया जाता है।

RF . में जिक्रोन भंडार

रूस में जिरकोनियम का उत्पादन निश्चित रूप से संभव है, केवल देश के क्षेत्र में इसकी जमा राशि की उपस्थिति के कारण। रूसी संघ (वैश्विक की तुलना में) में इस समूह के अयस्कों का भंडार काफी बड़ा है। वर्तमान में, रूस में ऐसे 11 जमा हैं। तंबोव क्षेत्र में स्थित सबसे बड़ा प्लेसर Tsentralnoye है। इस समय सबसे आशाजनक क्षेत्रों में बेशपागिरस्कॉय (स्टावरोपोल टेरिटरी), किरसानोवस्कॉय (ताम्बोव क्षेत्र) और ऑर्डिनस्कॉय (नोवोसिबिर्स्क) शामिल हैं। यह माना जाता है कि रूस में उपलब्ध जिक्रोन भंडार देश के उद्योग की जरूरतों को पूरा करने के लिए पर्याप्त हैं। सबसे तकनीकी रूप से अनुकूल क्षेत्र वर्तमान में पूर्वी मध्य क्षेत्र है।

सांख्यिकीय डेटा

इस प्रकार, रूस सहित किसी भी राज्य के लिए यह प्रक्रिया बहुत महत्वपूर्ण है - जिरकोनियम का उत्पादन। इसकी निर्माण तकनीक जटिल है, लेकिन इसकी रिलीज किसी भी मामले में उचित से अधिक है। फिलहाल, जिरकोनियम एकमात्र दुर्लभ धातु है, जिसका उत्पादन और खपत सैकड़ों हजारों टन है। रूस अपने भंडार के मामले में दुनिया में चौथे स्थान पर है। संरचनात्मक और गुणात्मक रूप से, हमारे देश में जिरकोनियम का कच्चा माल विदेशी से बहुत अलग है। रूसी संघ में इस समूह के 50% से अधिक अयस्क भंडार क्षारीय ग्रेनाइट से जुड़े हैं, 35% - जिरकोन-रूटाइल-इल्मेनाइट प्लेसर के साथ और 14% - बैडलेइट कैमफोराइट्स के साथ। विदेशों में, ऐसे खनिजों के लगभग सभी भंडार तटीय-समुद्री क्षेत्रों में केंद्रित हैं।

निष्कर्ष के बजाय

इस प्रकार, हमें पता चला कि रूस में जिरकोनियम का उत्पादन कैसे किया जाता है। दुर्भाग्य से, आज वैश्विक बाजार में इस धातु की भारी कमी है। इसलिए, रूस अपने आयात पर भरोसा नहीं कर सकता। इसलिए, आपको अपनी जमा राशि के विकास पर अधिकतम ध्यान देने की आवश्यकता है। इसी समय, रूसी संघ में जिरकोनियम के कच्चे माल के आधार को मजबूत करने के लिए, निकाले गए कच्चे माल का उपयोग करने के लिए सबसे कुशल प्रौद्योगिकियों को विकसित करना भी सार्थक है।

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1945 में, संयुक्त राज्य अमेरिका में केवल 0 07 किलोग्राम जिरकोनियम का उत्पादन किया गया था, हालांकि, 1948 के बाद से, परमाणु रिएक्टरों के निर्माण पर काम के सिलसिले में, जिरकोनियम का उत्पादन तेजी से बढ़ा और कुछ वर्षों के बाद कई दसियों टन तक पहुंच गया।

संयुक्त राज्य अमेरिका, भारत, ब्राजील, ऑस्ट्रेलिया और कई अफ्रीकी देशों में, विदेशी प्रेस के अनुसार, ज़िरकोनियम अयस्कों के भंडार, जो प्रकृति में बहुत अधिक व्यापक हैं, उदाहरण के लिए, बेरिलियम, उपलब्ध हैं। 1947 से 1958 तक संयुक्त राज्य अमेरिका में जिरकोनियम का उत्पादन 3 हजार गुना बढ़ा।

अपने उच्च एंटीकोर्सिव गुणों के कारण, जिरकोनियम का उपयोग रासायनिक उपकरणों, चिकित्सा उपकरणों और प्रौद्योगिकी के अन्य क्षेत्रों के लिए भागों के निर्माण के लिए किया जा सकता है। हालांकि, यह संभावना नहीं है कि ज़िरकोनियम का उत्पादन इतनी जल्दी वर्तमान स्तर तक पहुंच गया होगा यदि उसके पास एक और विशिष्ट संपत्ति नहीं है - थर्मल न्यूट्रॉन के अवशोषण के लिए एक छोटा क्रॉस सेक्शन।

क्रोल विधि द्वारा हेफ़नियम के उत्पादन के लिए उपयोग की जाने वाली तकनीक और उपकरण अनिवार्य रूप से धातु ज़िरकोनियम के उत्पादन के समान ही हैं। जिरकोनियम के उत्पादन के लिए तकनीकी प्रक्रिया की तुलना में संशोधन व्यक्तिगत उपकरणों के प्रतिस्थापन या परिवर्तन, तकनीकी संचालन और कच्चे माल के ग्रेड द्वारा निर्धारित किए जाते हैं। यहां वायुमंडलीय नमी के लिए हेफ़नियम टेट्राक्लोराइड की अधिक संवेदनशीलता, हेफ़नील क्लोराइड की अधिक स्थिरता, और ताजा प्राप्त धातु स्पंज की कुछ हद तक अधिक पायरोफोरिक सामग्री को ध्यान में रखना चाहिए।

चूंकि रिएक्टर जिरकोनियम के उत्पादन के दौरान गुजरने में हेफ़नियम की वसूली की जाती है, इसका उत्पादन बाद वाले की रिहाई के लिए आनुपातिक है, और प्रति 50 किलो ज़िरकोनियम; लगभग 1 किलो हेफ़नियम प्राप्त होता है। इस गणना का उपयोग करते हुए, मैं जिरकोनियम के उत्पादन पर जानकारी के स्क्रैप को अलग करता हूं। 1975 में प्रकाशित यूएस माइनिंग ब्यूरो के पूर्वानुमान के अनुसार, XX - - XXI सदियों के मोड़ पर हेफ़नियम में इस देश की आवश्यकता है।

अशुद्धियों पर जिरकोनियम की वर्णक्रमीय रेखाएं इस तथ्य से काफी हद तक बाधित होती हैं कि जिरकोनियम के मल्टी-लाइन स्पेक्ट्रम की पृष्ठभूमि के खिलाफ कम अशुद्धता सांद्रता के स्पेक्ट्रा में कमजोर रेखाओं को भेद करना मुश्किल है। यह विधि धातु ज़िरकोनियम में फ्लोरीन की कम सांद्रता को निर्धारित करना भी संभव बनाती है, जो इलेक्ट्रोलाइटिक ज़िरकोनियम के उत्पादन को नियंत्रित करने में बहुत महत्वपूर्ण है।

चूंकि रिएक्टर ज़िरकोनियम के उत्पादन के दौरान हेफ़नियम को समवर्ती रूप से पुनर्प्राप्त किया जाता है, इसलिए इसका उत्पादन बाद के उत्पादन के अनुपात में बढ़ता है, और लगभग 1 किलोग्राम हेफ़नियम प्रति 50 किलोग्राम ज़िरकोनियम प्राप्त होता है। वर्तमान दशक (1970 - 1980) में, परमाणु ऊर्जा संयंत्रों की विश्व क्षमता क्रमशः 5 - 8 गुना बढ़ जाएगी, ज़िरकोनियम और हेफ़नियम का उत्पादन बढ़ेगा। आखिरकार, प्रत्येक मेगावाट परमाणु ऊर्जा को पाइप और अन्य भागों के निर्माण के लिए 45 से 79 किलोग्राम जिरकोनियम की आवश्यकता होती है। इसके अलावा, ऑपरेटिंग रिएक्टरों में जिरकोनियम पाइप के 25-35% को सालाना बदलने की जरूरत है। नतीजतन, लगभग 70 के दशक के मध्य में इन उद्देश्यों के लिए लगभग उसी मात्रा में जिरकोनियम की खपत की जाएगी, जैसा कि नए रिएक्टरों के लिए है।

फ्लोराइड्स अल, सीए, क्यू, फे, एमजी से जिरकोनियम टेट्राफ्लोराइड के शुद्धिकरण की फ्लोराइड-उच्च बनाने की क्रिया तकनीक को यूएसएसआर में 80 के दशक में प्रिडनेप्रोवस्क रासायनिक संयंत्र में निष्कर्षण-फ्लोराइड प्रौद्योगिकी के विकास और विकास के दौरान अच्छी तरह से महारत हासिल थी। परमाणु-शुद्ध जिरकोनियम।

Ca, Cu, Fe, Mg, Th) ज़िरकोनियम के उच्च बनाने की क्रिया शुद्धिकरण द्वारा प्राप्त फ्लोराइड संरचना के रूप में है। जिरकोनियम और सिलिकॉन के बड़े पैमाने पर प्लाज्मा उत्पादन के साथ, इस कचरे का संचित द्रव्यमान समय के साथ महत्वपूर्ण हो सकता है; उनके प्रसंस्करण के लिए, इन घटकों को फैलाने वाले ऑक्साइड या धातुओं के रूप में निकालने के लिए प्लाज्मा और आवृत्ति प्रौद्योगिकियों का उपयोग किया जा सकता है (देखें Ch.

1 टन जिक्रोन को संसाधित करते समय और फ्लोराइड के रूप में उसमें से जिरकोनियम और सिलिकॉन निकालने पर, 4 6 किलो A1 कचरे में रहता है; 0 1 किलो सीए; 0 4 किलो सी; 1 3 किलो फे; 1 1 किलो मिलीग्राम; 0 3 - 0 4 किलो गु; 0 3 - 0 4 किग्रा यू; 0 3 किलो तिवारी; वे। 8 6 किग्रा धातु, जिनमें से मुख्य भाग (A1, Ca, Cu, Fe, Mg, Th) जिरकोनियम के उच्च बनाने की क्रिया शुद्धिकरण द्वारा प्राप्त फ्लोराइड संरचना के रूप में है। जिरकोनियम और सिलिकॉन के बड़े पैमाने पर प्लाज्मा उत्पादन के साथ, इस कचरे का संचित द्रव्यमान समय के साथ महत्वपूर्ण हो सकता है; उनके प्रसंस्करण के लिए, इन घटकों को फैलाने वाले ऑक्साइड या धातुओं के रूप में निकालने के लिए प्लाज्मा और आवृत्ति प्रौद्योगिकियों का उपयोग किया जा सकता है (देखें Ch.

1945 में, संयुक्त राज्य अमेरिका में केवल 0 07 किलोग्राम जिरकोनियम का उत्पादन किया गया था, हालांकि, 1948 के बाद से, परमाणु रिएक्टरों के निर्माण पर काम के सिलसिले में, जिरकोनियम का उत्पादन तेजी से बढ़ा और कुछ वर्षों के बाद कई दसियों टन तक पहुंच गया। नतीजतन, जिरकोनियम के उत्पादन की तकनीक, जो कुछ साल पहले दुर्लभ थी, अब दशकों से ज्ञात और उपयोग की जाने वाली कई अन्य धातुओं के उत्पादन की तकनीक से अधिक उन्नत है।

हीटिंग सिद्धांत के अनुसार, वैक्यूम चाप भट्टियों को प्रत्यक्ष चाप भट्टियों के रूप में वर्गीकृत किया जाता है। वैक्यूम आर्क फर्नेस नए प्रकार के इलेक्ट्रोथर्मल उपकरणों में से एक है। उनकी उपस्थिति ज़िरकोनियम, टाइटेनियम, मोलिब्डेनम और कुछ अन्य अपवर्तक और रासायनिक रूप से सक्रिय सामग्री के उत्पादन में वृद्धि के कारण होती है।

लेकिन इस मामले में भी, हेफ़नियम तत्व से प्रारंभिक रासायनिक शुद्धि (धारा 15.5 देखें) के बिना इसका उपयोग नहीं किया जा सकता है, जो हमेशा प्रकृति में इसके साथ होता है, और इसमें ज़िरकोनियम के समान रासायनिक गुण होते हैं। रिएक्टर ग्रेड जिरकोनियम उत्पादन में बरामद हैफनियम, रिएक्टर नियंत्रण छड़ बनाने के लिए एक उत्कृष्ट सामग्री है।

हेफ़नियम डी.आई. मेंडेलीव के तत्वों की आवर्त सारणी के IV समूह में है और टाइटेनियम उपसमूह में शामिल है। यह बिखरे हुए तत्वों से संबंधित है जिनके अपने खनिज नहीं हैं; प्रकृति में यह जिरकोनियम के साथ है। यह वर्तमान में जिरकोनियम के उत्पादन में उप-उत्पाद के रूप में उत्पादित किया जाता है। रासायनिक और भौतिक गुणों के संदर्भ में, हेफ़नियम ज़िरकोनियम के करीब है, लेकिन परमाणु गुणों में बाद वाले से काफी भिन्न है।

रासायनिक उद्योग में, सल्फ्यूरिक एसिड और अम्लीय मीडिया के साथ काम करते समय उपयोग किए जाने वाले ग्लास-लाइन वाले जहाजों की गर्म मरम्मत (ईंधन भरने) के लिए गैसकेट और बोल्ट के रूप में मोलिब्डेनम का उपयोग किया जाता है जिसमें हाइड्रोजन का विकास होता है। सल्फ्यूरिक एसिड में काम करने वाले उत्पादों में, मोलिब्डेनम थर्मोकपल्स और वाल्व का भी उपयोग किया जाता है, और मोलिब्डेनम मिश्र धातु 170 सी से अधिक तापमान पर हाइड्रोक्लोरिक और सल्फ्यूरिक एसिड से युक्त प्रतिक्रियाओं द्वारा आई-ब्यूटाइल क्लोराइड के उत्पादन के लिए डिज़ाइन किए गए प्रतिष्ठानों में रिएक्टरों के अस्तर के रूप में काम करते हैं। मोलिब्डेनम का उपयोग तरल चरण हाइड्रोक्लोरिनेशन, ज़िरकोनियम उत्पादन और अल्ट्राप्योर थोरियम में भी किया जाता है।

यह पृथ्वी की पपड़ी में अपने शुद्ध रूप में नहीं पाया जाता है। यह अयस्क सांद्रों से प्राप्त होता है। वर्ष दर वर्ष ज़िरकोनियम धातुविभिन्न उद्योगों में तेजी से उपयोग किया जाता है - धातु विज्ञान, ऊर्जा, परमाणु ऊर्जा, चिकित्सा, आभूषण उद्योग, रोजमर्रा की जिंदगी में।

ज़िरकोनियम का विवरण और गुण

प्रकृति में, यह धातु प्राकृतिक रासायनिक यौगिकों - ऑक्साइड या लवण के रूप में वितरित की जाती है, जिनमें से चालीस से अधिक ज्ञात हैं। 1789 में जर्मन रसायनज्ञ क्लैप्रोथ ने जिरकोनियम ऑक्साइड को जलकुंभी पत्थर से अलग किया - जिरकोन की एक कीमती किस्म। लंबे समय तक, वैज्ञानिक शुद्ध धातु प्राप्त करने में असमर्थ थे, और केवल XX सदी के 20 के दशक में प्रयोगों को सफलता के साथ ताज पहनाया गया था।

धातुई ज़िरकोनियम "बिल्ड-अप" विधि द्वारा प्राप्त किया गया था, जिसमें इसे अपने शुद्ध रूप में एक गरमागरम टंगस्टन फिलामेंट पर जमा किया गया था। ज़िरकोनियम धातु की कीमत,इस तरह से प्राप्त काफी अधिक निकला। एक सस्ता औद्योगिक तरीका विकसित किया गया था - क्रॉल विधि, जिसमें ज़िरकोनियम डाइऑक्साइड को पहले क्लोरीनयुक्त किया जाता है, और फिर धातु मैग्नीशियम के साथ कम किया जाता है।

परिणामस्वरूप जिरकोनियम स्पंज को छड़ में पिघलाया जाता है और उपभोक्ता को भेजा जाता है। क्लोराइड विधि के अलावा, ज़िरकोनियम के निष्कर्षण के लिए अन्य मुख्य औद्योगिक विधियाँ हैं - क्षारीय और फ्लोराइड। ऐसा पता चला कि धातु ज़िरकोनियम गुणबहुत दिलचस्प है। धातुओं के अपने समूह के एक विशिष्ट प्रतिनिधि के रूप में, इसकी एक उच्च रासायनिक गतिविधि है, केवल यह स्वयं को खुले रूप में प्रकट नहीं करता है।

बाह्य रूप से, कॉम्पैक्ट धातु ज़िरकोनियम स्टील के समान ही है। सामान्य परिस्थितियों में, इसका एक बहुत ही महत्वपूर्ण गुण है - यह खुद को जंग के लिए उधार नहीं देता है। इसके अलावा, इसे विभिन्न तरीकों से उत्कृष्ट रूप से संसाधित किया जाता है - रोलिंग, फोर्जिंग। सतह पर एक ऑक्साइड फिल्म जो आंख के लिए अदृश्य है, इसे वायुमंडलीय गैसों, जल वाष्प से मज़बूती से बचाती है। केवल जब तापमान 300 ° तक बढ़ जाता है, तो यह फिल्म धीरे-धीरे ढह जाती है, और 700 ° पर धातु पूरी तरह से ऑक्सीकृत हो जाती है।

पानी के प्रभाव में, ज़िरकोनियम कई धातुओं की तरह ऑक्सीकरण का विरोध करता है, लेकिन एक अघुलनशील फिल्म से ढक जाता है जो इसे जंग से बचाता है। सघन जिरकोनियम धातु फोटोयह उच्च गर्मी प्रतिरोध, अमोनिया, एसिड, क्षार के प्रतिरोध और विकिरण को अच्छी तरह से बनाए रखने की विशेषता है। ज़िरकोनियम छीलन और पाउडर हवा में खुद को काफी अलग दिखाते हैं। ये पदार्थ, कमरे के तापमान पर भी, आसानी से आत्म-प्रज्वलित हो सकते हैं और अक्सर फट जाते हैं।

ज़िरकोनियम कई धातुओं के साथ बनता है। इसे थोड़ी मात्रा में जोड़ने से उनकी विशेषताओं में काफी सुधार होता है - ताकत, संक्षारण प्रतिरोध बढ़ जाता है। इसी समय, जिरकोनियम में अन्य धातुओं के योजक केवल इसके गुणों को खराब करते हैं और इसलिए, बहुत कम ही उपयोग किए जाते हैं।

जिरकोनियम की जमा और खनन

ज़िरकोनियम अयस्क जमा पूरे ग्रह में बिखरे हुए हैं। यह अनाकार ऑक्साइड, लवण, साथ ही बड़े एकल क्रिस्टल के रूप में होता है, कभी-कभी एक किलोग्राम से अधिक वजन का होता है। समृद्ध अयस्क भंडार ऑस्ट्रेलिया, उत्तरी अमेरिका, पश्चिम अफ्रीका, भारत, दक्षिण अफ्रीका, ब्राजील में स्थित हैं। रूस में, ज़िरकोनियम कच्चे माल के महत्वपूर्ण भंडार उरल्स और साइबेरिया में केंद्रित हैं।

सबसे महत्वपूर्ण औद्योगिक उपयोग जिरकोन, जिरकोनियम सिलिकेट, जिरकोनियम डाइऑक्साइड और बैडलेइट हैं। ग्रह पर सबसे प्रचुर मात्रा में जिरकोनियम खनिज जिक्रोन है। वह प्राचीन काल से मानव जाति से परिचित है। मध्य युग में, जौहरी अक्सर "अपूर्ण हीरे" से गहने बनाते थे - यह उन दिनों जिक्रोन का नाम था। काटने के बाद, वे प्राकृतिक हीरे से अलग तरह से अशांत, चमकते और झिलमिलाते थे।

खतरनाक रेडियोधर्मी जिक्रोन होते हैं, जिनसे गहने पहनने से सेहत पर बहुत बुरा असर पड़ता है। सुरक्षित पत्थरों को छोटा, कमजोर रंग का और अपेक्षाकृत पारदर्शी माना जाता है। जिरकोन विभिन्न रंगों में आते हैं। तो, जलकुंभी शहद-पीला, लाल, गुलाबी, स्टारलाइट - स्काई ब्लू हो सकती है।

बड़े, तीव्र रंग के ज़िरकोन, विशेष रूप से हरे और अपारदर्शी वाले, विकिरण के स्तर में वृद्धि का कारण बन सकते हैं। इस तरह के पत्थरों को घर पर संग्रह, एक्सपोज़, परिवहन में बड़ी मात्रा में संग्रहीत करना मना है। इस तथ्य के बावजूद कि प्रकृति में प्रचुरता के मामले में ज़िरकोनियम धातुओं में 12 वें स्थान पर है, लंबे समय तक यह दुर्लभ रेडियोधर्मी लोगों की तुलना में कम लोकप्रिय था। यह इस तथ्य से समझाया गया है कि इसके जमा बेहद बिखरे हुए हैं और कोई बड़ी जमा राशि नहीं है।

अक्सर अयस्क में, ज़िरकोनियम हेफ़नियम के निकट होता है, जो इसके गुणों के समान होता है। अलग-अलग, इनमें से प्रत्येक धातु में आकर्षक विशेषताएं होती हैं, लेकिन उनकी संयुक्त उपस्थिति उन्हें अनुपयोगी बनाती है। उन्हें अलग करने के लिए, मल्टीस्टेज शुद्धिकरण का उपयोग किया जाता है, जिससे प्लास्टिक जिरकोनियम के उत्पादन की लागत में काफी वृद्धि होती है।

जिरकोनियम का अनुप्रयोग

जंग के प्रतिरोध जैसे महत्वपूर्ण गुणों के कारण, विभिन्न उद्योगों में क्षार, एसिड, जिरकोनियम का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। तो, धातु विज्ञान में, इसका उपयोग मिश्र धातु इस्पात और मिश्र धातुओं की गुणवत्ता में सुधार के लिए किया जाता है। पाउडर के रूप में, इसका उपयोग आतिशबाज़ी बनाने की विद्या और गोला-बारूद के उत्पादन में किया जाता है - दूरी के बम, ट्रेसर बुलेट, लाइटिंग रॉकेट।

परिणामी ज़िरकोनियम सांद्रता का एक चौथाई उत्पादन, शीशा लगाना, घरेलू और विद्युत सिरेमिक में खपत होता है। मिश्रधातु के रूप में हेफ़नियम से शुद्ध किए गए ज़िरकोनियम का उपयोग परमाणु रिएक्टरों में संरचनात्मक सामग्री के रूप में किया जाता है। इस धातु का व्यापक रूप से दवा और रोजमर्रा की जिंदगी में उपयोग किया जाता है। एक पतली जिरकोनियम प्लेट एक्स-रे विभाग में लेड एप्रन की तुलना में बहुत अधिक विकिरण को बरकरार रखती है।

ज़िरकोनियम धातु औषधीय गुण

ट्रॉमेटोलॉजी क्लीनिक में हड्डी के फ्रैक्चर के उपचार के लिए, ज़िरकोनियम मिश्र धातुओं से प्रत्यारोपण का उपयोग किया जाता है। टाइटेनियम और स्टेनलेस स्टील की तुलना में, उनके पास महत्वपूर्ण फायदे हैं: जैविक संगतता (कोई एलर्जी प्रतिक्रिया और अस्वीकृति नहीं), उच्च संक्षारण प्रतिरोध, ताकत, लचीलापन, हल्कापन।

ओरल और मैक्सिलोफेशियल सर्जरी में जिरकोनिया इंस्ट्रूमेंट्स और इम्प्लांट्स जैसे स्टेपल, प्लेट्स, ड्रिल्स, स्क्रू, डेन्चर, हेमोस्टैटिक क्लैम्प्स, टांके का इस्तेमाल किया जाता है। ज़िरकोनियम और इसके मिश्र धातु हड्डियों और ऊतकों के संपर्क में आने पर जलन पैदा नहीं करते हैं।

गहनों में ज़िरकोनियम धातुमानव शरीर की सामान्य स्थिति पर लाभकारी प्रभाव पड़ता है। यह पाया गया है कि कान छिदवाने के बाद जिरकोनिया पहनने से घाव तेजी से ठीक होता है और यह कभी सड़ता नहीं है।

जब नियमित रूप से पहना जाता है जिरकोनिया उत्पादस्वास्थ्य पर सकारात्मक प्रभाव पड़ता है। बच्चों और वयस्कों में एक्जिमा, डर्मेटाइटिस, सोरायसिस जैसे त्वचा रोगों के लिए जिरकोनिया और बेल्ट पहनने से अच्छे परिणाम प्राप्त होते हैं। मस्कुलोस्केलेटल सिस्टम में समस्याओं वाले रोगियों की स्थिति में उल्लेखनीय सुधार हुआ है।

जिरकोनियम कीमत

धातु प्रति किलोग्राम बेची जाती है। एक पाइप, रॉड, पट्टी, तार, शीट, आदि के रूप में आपूर्ति की जाती है। लागत निर्माता और उत्पाद के ब्रांड पर निर्भर करती है।

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बोरान युक्त जिरकोनियम और इसके मिश्र धातुओं के उत्पादन के लिए सावधानीपूर्वक नियंत्रण की आवश्यकता होती है। चूँकि धात्विक ज़िरकोनियम और उसके मिश्र धातुओं में बोरॉन के निर्धारण के लिए कोई रासायनिक विधियाँ साहित्य में वर्णित नहीं की गई हैं, इस कार्य का उद्देश्य धातु ज़िरकोनियम और इसकी मिश्र धातुओं में बोरॉन सामग्री को निर्धारित करने के लिए एक सरल रासायनिक विधि विकसित करना था, विशेष रूप से, नाइओबियम की कम सामग्री के साथ मिश्र धातु।

ज़िरकोनियम के उत्पादन में, टाइटेनियम के उत्पादन के विपरीत, आयोडाइड विधि का औद्योगिक महत्व है।

जिरकोनियम उत्पादन, कार्बनिक संश्लेषण उत्प्रेरक के उत्सर्जन में निहित है।

हेफ़नियम केवल रिएक्टर ग्रेड ज़िरकोनियम उत्पादन के उप-उत्पाद के रूप में प्राप्त किया जाता है। इसका मुख्य अनुप्रयोग परमाणु रिएक्टरों में नियंत्रण छड़ का निर्माण है। कुल खपत वर्तमान में उत्पादन के 75% से अधिक नहीं है। हालांकि, आवेदन के नए क्षेत्रों का अध्ययन: उच्च तापमान मिश्र धातुओं, फिलामेंट्स, गेटर्स, फ्लैश लैंप के लिए पाउडर, डेटोनेटर का निर्माण - धातु की मांग में काफी वृद्धि कर सकता है। ज़िरकोनियम से हेफ़नियम को अलग करना एक महंगी प्रक्रिया है, और आमतौर पर पृथक्करण की लागत दोनों धातुओं की लागत के बीच समान रूप से विभाजित होती है।

ज़िरकोनियम के उत्पादन के लिए प्लाज्मा-फ्लोराइड और निष्कर्षण-फ्लोराइड प्रौद्योगिकियों के उत्पादों के गुणों में कोई पूर्ण सादृश्य नहीं है, क्योंकि निष्कर्षण-फ्लोराइड तकनीक में ज़िरकोनियम और हेफ़नियम को निष्कर्षण का उपयोग करके हाइड्रोकेमिकल चरण में अलग किया जाता है। तालिका में इंगित अशुद्धियों से जिरकोनियम के उच्च बनाने की क्रिया शुद्धिकरण में जिरकोन के प्रसंस्करण के लिए प्लाज्मा-फ्लोराइड तकनीक का उपयोग करने के मामले में। 3.4, हेफ़नियम मुख्य रूप से ज़िरकोनियम का अनुसरण करता है।

जिरकोनियम और हेफ़नियम को पिघलने के इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा अलग करने की विधि ज़िरकोनियम के उत्पादन के लिए रुचि रखती है, क्योंकि एक साथ धातु ज़िरकोनियम के उत्पादन के साथ, इसे हेफ़नियम से शुद्ध किया जाता है।

हेफ़नियम के उत्पादन के लिए कच्चा माल ज़िरकोनियम सांद्र या ज़िरकोनियम उत्पादन के उत्पाद और अर्ध-उत्पाद हैं।

इन सभी कठिनाइयों के लिए ज़िरकोनियम और हेफ़नियम के उत्पादन में उपयोग किए जाने वाले अभिकर्मकों, विशेष रूप से ऑक्सीजन, पानी और नाइट्रोजन से पूरी तरह से शुद्धिकरण की आवश्यकता होती है, और इन धातुओं को प्राप्त करने के लिए उपयोग किए जा सकने वाले तरीकों की पसंद को सीमित करता है।

ज़िरकोनियम के उत्पादन में उपयोग की जाने वाली समान विधियों द्वारा धात्विक हेफ़नियम प्राप्त किया जा सकता है। हेफ़नियम टेट्राक्लोराइड को हाइड्रोजन वातावरण में आसवन द्वारा शुद्ध किया जाता है और फिर मैग्नीशियम के साथ कम किया जाता है। ज़िरकोनियम स्पंज की सफाई के लिए प्रतिष्ठानों में हेफ़नियम स्पंज से मैग्नीशियम क्लोराइड हटा दिया जाता है, क्योंकि इस ऑपरेशन के दौरान ज़िरकोनियम के साथ हेफ़नियम के दूषित होने का कोई गंभीर खतरा नहीं है, या इसके विपरीत। स्पंजी हेफ़नियम को एक चाप में पिघलाया जाता है और तांबे के सांचों में डाला जाता है।

धात्विक हेफ़नियम उन्हीं विधियों द्वारा प्राप्त किया जाता है जिनका उपयोग ज़िरकोनियम के उत्पादन में किया जाता है: क्रॉल विधि, सोडियम को कम करने वाले एजेंट के रूप में संशोधित क्रॉल विधि और डी बोअर विधि, या आयोडाइड प्रक्रिया।

नरम, निंदनीय हेफ़नियम के उत्पादन के लिए आयोडाइड प्रक्रिया ज़िरकोनियम के उत्पादन में उपयोग की जाने वाली प्रक्रिया के समान है, इसलिए, जिस उपकरण से आयोडाइड हेफ़नियम प्राप्त किया जाता है, वह लगभग वैसा ही होता है जैसा कि ज़िरकोनियम प्राप्त करने के मामले में होता है। आंकड़ों के अनुसार, टेट्राआयोडाइड से हेफ़नियम की वर्षा का तापमान 1600 C, और ज़िरकोनियम का - 1400 C है।

टाइटेनियम पर लागू क्रोल प्रक्रिया का गहन अध्ययन ज़िरकोनियम उत्पादन की तकनीकी योजना में कुछ बदलाव करना संभव बना सकता है; विशेष रूप से, यह उपकरण के सरलीकरण, संचालन की संख्या में कमी और इकाइयों के आकार में वृद्धि की चिंता करता है।

शुद्ध नाइओबियम और टैंटलम पाउडर प्राप्त करने के लिए, तरल मैग्नीशियम के साथ गैसीय क्लोराइड की कमी को उसी तरह से करना बेहतर होता है जैसे कि जिरकोनियम के उत्पादन में।