A cirkon a leggyakoribb cirkónium ásvány. Minden típusú kőzetben előfordul, de főleg gránitokban és szienitekben. Hinderson megyében (Észak-Karolina) pegmatitokban több centiméter hosszú cirkon kristályokat, Madagaszkáron kilogramm súlyú kristályokat találtak. A baddeleyitet Yussac találta meg 1892-ben Brazíliában. A fő lelőhely a Pocos de Caldas régióban (Brazília) található. A legnagyobb cirkónium lelőhelyek az Egyesült Államokban, Ausztráliában, Brazíliában és Indiában találhatók.
Oroszországban, amely a világ cirkóniumkészletének 10%-át adja (3. a világon Ausztrália és Dél-Afrika után), a fő lelőhelyek a következők: Kovdorskoe primer baddelit-apatit-magnetit a Murmanszk régióban, Tugan placer cirkon-rutil-ilmenit a tomszki régióban, a központi cirkon-rutil-ilmenit a tambovi régióban, a Lukojanovszkoje a cirkon-rutil-ilmenit a Nyizsnyij Novgorod régióban, a Katuginszkoje az elsődleges cirkon-piroklór-kriolit a Chita régióban és az Ulug-Tanzek-piroklór-cirkon kolumbita.
Cirkónium lelőhelyek készletei 2012-ben, ezer tonna *
| Ausztrália | 21,000.0 |
| Dél-Afrika | 14,000.0 |
| India | 3,400.0 |
| Mozambik | 1,200.0 |
| Kína | 500.0 |
| Más országok | 7,900.0 |
| Összes készlet | 48,000.0 |
*Az US Geological Survey adatai
Az iparban a cirkónium előállításának alapanyaga a cirkóniumércek dúsításával nyert, legalább 60-65% cirkónium-dioxid tömegtartalmú cirkónium-koncentrátum. A fémes cirkónium koncentrátumból történő előállításának fő módszerei a kloridos, fluoridos és lúgos eljárások. Az Iluka a világ legnagyobb cirkongyártója.
A cirkongyártás Ausztráliában összpontosul (2010-ben a termelés 40%-a), ill Dél-Afrika(harminc%). A cirkon többi részét több mint egy tucat másik országban állítják elő. A cirkonbányászat éves szinten átlagosan 2,8%-kal nőtt 2002 és 2010 között. A nagy gyártók, mint például az Iluka Resources, a Richards Bay Minerals, az Exxaro Resources Ltd és a DuPont cirkont vonnak ki melléktermékként a titánbányászat során. A titán ásványok iránti kereslet nem nőtt olyan ütemben, mint a cirkon iránt az elmúlt évtizedben, ezért a termelők elkezdték fejleszteni és kiaknázni a magasabb cirkontartalmú homok ásványi lelőhelyeit, például Afrikában és Dél-Ausztráliában.
*Az US Geological Survey adatai
A cirkóniumot az 1930-as évek óta használják az iparban. Mert magas ár használata korlátozott. A fémes cirkóniumot és ötvözeteit az atomenergia-technikában használják. A cirkóniumnak nagyon alacsony termikus neutronbefogási keresztmetszete és magas olvadáspontja van. Ezért a hafniumot nem tartalmazó fémes cirkóniumot és ötvözeteit az atomenergia-iparban fűtőelemek, fűtőelem-kazetták és egyéb nukleáris reaktorok gyártására használják.
A cirkónium másik alkalmazási területe a dopping. A kohászatban ligatúraként használják. Jó dezoxidáló és nitrogénmentesítő, hatékonysága jobb, mint a Mn, Si, Ti. Az acélok cirkóniummal való ötvözése (akár 0,8%) javítja mechanikai tulajdonságaikat és megmunkálhatóságukat. Erősebbé és hőállóbbá teszi a rézötvözeteket, kis elektromos vezetőképesség-veszteséggel.
A cirkóniumot pirotechnikában is használják. A cirkónium figyelemre méltó képességgel rendelkezik a légköri oxigénben (öngyulladási hőmérséklet - 250 °C) gyakorlatilag füst nélkül és nagy sebességgel. Ez hozza létre a fémes tüzelőanyagok legmagasabb hőmérsékletét (4650°C). A magas hőmérséklet miatt a keletkező cirkónium-dioxid jelentős mennyiségű fényt bocsát ki, amelyet igen széles körben alkalmaznak a pirotechnikában (tűzijáték és tűzijáték gyártása), a vegyi fényforrások gyártásában. különböző területek emberi tevékenységek (fáklyák, fáklyák, világítóbombák, FOTAB - foto-levegő bombák; széles körben használták a fotózásban eldobható vakulámpák részeként, amíg ki nem váltották az elektronikus vakukból). Ezen a területen nem csak a fémes cirkónium érdekes, hanem annak cériummal alkotott ötvözete is, amelyek lényegesen nagyobb fényáramot adnak. A porított cirkóniumot oxidálószerekkel (Bertolet-sóval) keverve füstmentes anyagként használják pirotechnikai jelzőtüzeknél és gyújtózsinóroknál, a higanyfulminát és az ólom-azid helyett. Sikeres kísérleteket végeztek a cirkónium égetésének fényforrásként történő felhasználásával lézeres pumpáláshoz.
A cirkónium másik felhasználási területe a szupravezetők. A 75% Nb és 25% Zr tartalmú szupravezető ötvözet (szupravezetőképesség 4,2 K-en) akár 100 000 A/cm2 terhelést is kibír. Szerkezeti anyag formájában a cirkóniumból saválló vegyi reaktorokat, szerelvényeket és szivattyúkat gyártanak. A cirkóniumot a nemesfémek helyettesítésére használják. Az atomenergetika területén a cirkónium az üzemanyagrúd burkolatának fő anyaga.
A cirkónium a titánnál is nagyobb, biológiai közegekkel szembeni ellenálló képességgel és kiváló biokompatibilitással rendelkezik, melynek köszönhetően csont-, ízületi és fogpótlások készítésére, valamint sebészeti műszerek készítésére szolgál. A fogászatban a cirkónium-dioxid alapú kerámia műfogsorok gyártására szolgáló anyag. Ezenkívül bioinertsége miatt ez az anyag a titán alternatívájaként szolgál a fogászati implantátumok gyártásában.
A cirkóniumot különféle étkészletek gyártására használják, amelyek kiváló higiéniai tulajdonságokkal rendelkeznek a magas vegyszerállóság miatt.
A cirkónium-dioxidot (olvadáspont: 2700°C) bacor tűzálló anyagok (bakor - baddeleyite-korund kerámiák) gyártására használják. A tűzoltóagyag helyettesítésére használják, mivel 3-4-szeresére növeli a kampányt üveg- és alumíniumkemencékben. A stabilizált dioxid alapú tűzálló anyagokat a kohászatban használják vályúkhoz, fúvókákhoz acélok folyamatos öntéséhez, olvasztótégelyekhez ritkaföldfém elemek olvasztásához. Használják cermetekben is - kerámia-fém bevonatok, amelyek nagy keménységgel és számos vegyszerrel szemben ellenállnak, ellenállnak a rövid távú melegítésnek 2750 °C-ig. A dioxid a zománcok homályosítója, amely fehér és átlátszatlan színt ad. A szkandiummal, ittriummal stabilizált cirkónium-oxid köbös módosítása alapján, ritkaföldfémek, szerezze be az anyagot - köbös cirkónia (a FIAN-tól, ahol először szerezték be), a köbös cirkóniát nagy törésmutatójú optikai anyagként használják (lapos lencsék), az orvostudományban ( sebészeti műszer), mint szintetikus drágakő (a diszperzió, a törésmutató és a színjáték nagyobb, mint a gyémánté), szintetikus szálak gyártásában és bizonyos típusú huzalok (húzás) gyártásában. Melegítéskor a cirkónium-oxid áramot vezet, amelyet néha olyan fűtőelemek előállítására használnak, amelyek levegőben stabilak magas hőmérsékletű. A fűtött cirkónium szilárd elektrolitként képes oxigénionokat vezetni. Ezt a tulajdonságot ipari oxigénelemző készülékekben használják.
A cirkónium-hidridet a nukleáris technológiában nagyon hatékony neutronmoderátorként használják. Ezenkívül cirkónium-hidridet használnak a cirkónium bevonására vékony filmek formájában, különféle felületeken történő hőbontással.
Cirkónium-nitrid anyag kerámia bevonatokhoz, olvadáspont kb. 2990°C, vízben hidrolizált. Bevonatként alkalmazták a fogászatban és az ékszerekben.
Cirkon, azaz A ZrSiO4 a cirkónium és a hafnium fő ásványi forrása. Ezenkívül különféle ritka elemeket és uránt vonnak ki belőle, amelyek koncentrálódnak benne. A cirkon koncentrátumot tűzálló anyagok előállításához használják. Magas tartalom A cirkonban található urán kényelmes ásványi anyag az urán-ólom kormeghatározáshoz. Az átlátszó cirkon kristályokat ékszerekben használják (jácint, zsargon). A cirkon égetésekor fényes kék köveket kapnak, amelyeket starlitnak neveznek.
Az összes cirkónium körülbelül 55%-át kerámiagyártáshoz használják fel. kerámia csempék falakhoz, padlókhoz, valamint kerámia hordozók gyártásához az elektronikában. A cirkon körülbelül 18%-át használják fel vegyipar, és a fogyasztás növekedése ezen a területen az utóbbi évekátlagosan 11% évente. A cirkon körülbelül 22%-át használják fémolvasztáshoz, azonban ez az irány a mostanában nem annyira népszerű a cirkónium megszerzésének olcsóbb módszerei miatt. A cirkon fennmaradó 5%-át katódcsövek gyártására használják fel, de a fogyasztás ezen a területen csökken.
A cirkon felhasználása 2010-ben erőteljesen, 1,33 millió tonnára nőtt, miután a 2009-es világgazdasági visszaesés következtében 2008-ra 18%-kal csökkent a fogyasztás. Felhasználásnövekedés a kerámiaiparban, amely 2010-ben a cirkonfogyasztás 54%-át tette ki, különösen Kínában, de más feltörekvő piacokon is gazdasági rendszerek, mint például Brazília, India és Irán, kulcsfontosságú tényező volt a cirkon iránti megnövekedett keresletben a 2000-es években. Míg az Egyesült Államokban és az eurózónában a fogyasztás még csökkent is. 2000 és 2010 között több mint kétszeresére nőtt a cirkónium felhasználása a cirkónium vegyszerekben, beleértve a cirkóniumot is, míg a cirkónium fém olvasztására való felhasználása lassabb növekedési ütemet mutatott.
Roskill szerint a világon elfogyasztott fémcirkónium 90%-át atomreaktor-alkatrészek gyártására használják fel, és mintegy 10%-át korrózióálló, ill. magas nyomások a gyárakban a gyártáshoz használt tartályok bélése ecetsav. Szakértők szerint a jövőben a fémcirkónium iránti globális kereslet növekedése várható, mivel számos országban (Kínában, Indiában, Dél-Koreában és az Egyesült Államokban) tervezik új atomerőművek.
A cirkónium-oxidot, más néven cirkónium-oxidot ipari alkalmazásokban használják, beleértve gyógyszereket, optikai szál, vízálló ruházat és kozmetikumok. A cirkónium-oxid anyagok – a cirkonliszt és az olvasztott cirkónium-dioxid – fogyasztása nagyobb a kerámia gyártás Kínában történő gyors növekedése miatt. Dél-Korea, India és Kína a cirkónium-oxid fontos növekvő piacai. A cirkónium piackutatási jelentés szerint az ázsiai-csendes-óceáni régió képviseli a legnagyobb és leggyorsabban növekvő régiót regionális piac a világban. A franciaországi székhelyű Saint-Gobain az egyik legnagyobb cirkóniagyártó.
A cirkónium legnagyobb végfelhasználói piaca a kerámia, amely magában foglalja a csempéket, a szanitereket és az étkészleteket. Következő főbb piacokon amelyek cirkónium-, tűzálló- és öntödei szektorból származó anyagokat használnak. A cirkont adalékanyagként használják nagy változatosság kerámiatermékek, valamint számítógép-monitorok és televízió-panelek üvegbevonataiban is használják, mivel az anyag sugárzáselnyelő tulajdonságokkal rendelkezik. A cirkónium-oxid téglákat az olvasztott cirkónium-oxidot tartalmazó alapoldatok alternatívájaként használják.
Cirkon (ZrSiO4) gyártása és felhasználása a világon, ezer tonna*
| év | 2008 | 2009 | 2010 | 2011 | 2012 |
| Teljes termelés | 1300.0 | 1050.0 | 1250.0 | 1400.0 | 1200.0 |
| Kína | 400.0 | 380.0 | 600.0 | 650.0 | 500.0 |
| Más országok | 750.0 | 600.0 | 770.0 | 750.0 | 600.0 |
| Teljes fogyasztás | 1150.0 | 980.0 | 1370.0 | 1400.0 | 1100.0 |
| Piaci egyensúly | 150.0 | 70.0 | -120.0 | -- | 100.0 |
| COMEX ár | 788.00 | 830.00 | 860.00 | 2650.00 | 2650.00 |
* összefoglaló adatok
A cirkon piac meredek hanyatlást mutatott, amely 2008 végén kezdődött, és 2009-ben is folytatódott. A termelők csökkentették a termelést, hogy csökkentsék a költségeket és leállítsák a készletezést. A fogyasztás 2009 végén kezdett fellendülni, 2010-ben felgyorsította a növekedést, és 2011-ben folytatódott. A készletek, különösen Ausztráliából, ahol a cirkóniumércek több mint 40%-át bányászják, sokáig nem növekedtek, és a többi termelő 2008-2010 folyamán mintegy 0,5 millió tonna készletet kényszerült forgalomba hozni. A piaci hiány és a csökkenő készletszint 2009 elején megindult áremelkedésekhez vezetett. 2011 januárjában az ausztrál cirkon prémium ára rekordszinten volt, miután 2009 eleje óta 50%-kal emelkedett, és 2011 és 2012 között tovább emelkedett.
2008-ban a cirkónium szivacs ára emelkedett a fémgyártás alapanyagának számító cirkónium homok drágulása miatt. Az ipari minőségű cirkónium ára 7-8%-kal – 100 dollár/kg-ig, az atomreaktorokhoz használt fémé pedig 10%-kal – 70-80 dollárig emelkedett.A cirkónium ára már 2009 második felében újra növekedésnek indult ismét, és oly módon, hogy a cirkónium átlagára 2009-ben magasabb volt, mint 2008-ban. 2012-ben a cirkónium ára 110 dollár/kg-ra emelkedett.
A 2009-es alacsonyabb fogyasztás ellenére a cirkóniumárak nem estek meredeken, mivel a nagyobb gyártók csökkentették a termelést és a készleteiket. 2010-ben a termelés nem tudott lépést tartani a kereslettel, elsősorban azért, mert a kínai cirkonimport 2010-ben több mint 50%-kal, 0,7 millió tonnára emelkedett. A cirkon iránti kereslet az előrejelzések szerint 2015-ig évente 5,4%-kal nő, de a termelési kapacitás csak évi 2,3%-kal nőhet. A további kínálat ezért továbbra is korlátozott lesz, és az árak tovább emelkedhetnek, amíg az új dizájnok megjelennek.
A Global Industry Analysts (GIA) által közzétett kutatási jelentés szerint a cirkónium globális piaca 2017-re várhatóan eléri a 2,6 millió tonnát. A jelentés értékesítési becsléseket és előrejelzéseket tartalmaz 2009 és 2017 között a különböző földrajzi piacokon, beleértve az ázsiai csendes-óceáni térséget, Európát, Japánt, Kanadát és az Egyesült Államokat.
A nemzetközi atomenergia-ipar növekedése növeli a cirkónium iránti keresletet, valamint növeli a termelési kapacitását világszerte. További növekedési tényezők az ázsiai-csendes-óceáni térségben, valamint a kerámiacsempék gyártásában világszerte tapasztalható növekvő kereslet.
A cirkónium elemi formájában ezüstfehér fém, amelyet olyan jellemző tulajdonságok jellemeznek, mint a korrózióállóság és a rugalmasság. A természetben meglehetősen gyakori, ugyanakkor nagyon szétszórt. Nagy lerakódásokat még nem találtak belőle. Először 1789-ben tudtak meg az emberek ennek a fémnek a létezésének lehetőségéről. Ekkor M. Klaproth vegyész, miközben a cirkon ásványt tanulmányozta, véletlenül felfedezte annak oxidját. Ezt a fémet tiszta formájában csak 1925-ben szerezték be modern világ leggyakrabban a cirkóniumot használják, amelynek előállítása elterjedt különböző területeken ipar. Termelésével természetesen számos hazai vállalkozás is foglalkozik.
Általános leírása
Szokatlan tulajdonságok - ez határozza meg elsősorban egy olyan viszonylag ritka fém ipari értékét, mint a cirkónium. Előállítása a nemzetgazdaság számára előnyös, mivel:
Magas fokú vegyszerállóság. A sósav egyáltalán nincs hatással erre a fémre, és csak legalább 50%-os koncentrációban és +100 fok feletti hőmérsékleten lép reakcióba a kénsavval.
Levegőben égési képesség kevés füsttel vagy füst nélkül. A cirkónium (finoman eloszlatva) már 250 C-on spontán meggyulladhat.
biológiai tehetetlenség. A cirkóniumnak egyáltalán nincs káros hatása az emberi vagy állati szervezetre. Előnyök, a közhiedelemmel ellentétben, sajnos szintén nem tud hozni.
Nagyon népszerű az iparban nem csak maga ez a fém, hanem vegyületei is. Az ásványi cirkon például nagyon nagy keménységű és kellemes gyémántfényű. Ezért néha a gyémántok olcsó helyettesítőjeként használják. Igaz, a cirkon az utóbbi években egyre ritkábban került felhasználásra az ékszerekben. Jelenleg a gyémántutánzatok gyakrabban készülnek cirkóniából (mesterséges cirkóniából).
Hol használják
A cirkónium gyártása jelenleg a kohászati ipar egyik legfontosabb területe. Bár a nemzetgazdaság számos területén alkalmazzák (például orvosi műszerek vagy pirotechnikai eszközök gyártásához), leggyakrabban atomerőművek vízhűtéses reaktoraiban használják.
Nyersanyagok a gyártáshoz
Sajnos a földkéregben lévő cirkónium tömeghányadát, terjedése miatt, még nem sikerült megállapítani. A tudósok szerint tonnánként 170-250 gramm is lehet. Valójában sok cirkon ásvány is található a természetben. A Ebben a pillanatban a tudósok körülbelül 40 fajtájukat ismerik. Leggyakrabban azonban csak a következő nyersanyagokat használják a cirkónium előállításához:
baddeleyite;
eudialit;
Amint már említettük, a bolygón nagy cirkonlerakódások nem léteznek. Oroszországban csak néhány kisebb lelőhely található ilyen ásványokból. Olyan országokban is bányásznak, mint az USA, India, Brazília és Ausztrália. Természetesen a cirkónium (ZrSiO4) a legáltalánosabb ásvány, amelyet cirkónium előállítására használnak. A legtöbb esetben a természetben hafnium kíséri.
Cirkónium gyártás Oroszországban: jellemzők
Az Orosz Föderációban ezt a fémet jelenleg egyetlen vállalkozás állítja elő - a Chepetsky Mechanical Plant, amely Glazov városában (Udmurtia) található. Első műhelyei a második világháború elején épültek. 1942-re az üzem elérte teljes tervezési kapacitását. Akkoriban főleg töltényeket gyártottak itt. 1946-ban a vállalkozást uránfém-gyártó üzemmé minősítették át. Később (1957-ben) kezdték itt előállítani a cirkóniumot, majd a szupravezető fémeket, a kalciumot és a titánt. Ez a vállalkozás ma a TVEL Corporation része, amely a világ egyik vezető gyártója a TVEL CMP cirkóniumgyártásába, évente több milliárd rubelt fektet be. Ma ez a vállalkozás cirkóniumot szállít a hazai és a világpiacra:
huzal;
TVS és TVEL alkatrészek.
Ebből a fémből ajándéktárgyakat is készítenek a csepecki mechanikai üzemben.
Nyersanyagok feldolgozása és savas oldatok előállítása
A cirkónium, amelynek előállítása összetett technológiai folyamat, meglehetősen drága fém. Előállítása a lelőhelyekről szállított érc tisztításával kezdődik. A nyersanyagok feldolgozása általában a következő műveleteket tartalmazza:
dúsítás gravitációs módszerrel;
a kapott koncentrátum tisztítása elektrosztatikus és mágneses elválasztással;
a koncentrátum lebontása klórozással, nátronlúggal vagy kálium-fluor-szilikáttal való olvasztással, mésszel való szintereléssel;
vízzel való kilúgozás a szilíciumvegyületek eltávolítására;
a maradék kénsavval vagy sósavval történő lebontása szulfát vagy oxiklorid előállítására.
A fluor-szilikát szinteret savanyított vízzel melegítés közben kezelik. A kapott oldat lehűtése után kálium-fluor-cirkonát szabadul fel.
Kapcsolatok
A cirkónium előállításának következő lépése a vegyületeinek savas oldatokból történő előállítása. Ehhez a következő technológiák használhatók:
cirkónium-oxi-klorid kristályosítása sósavoldatok bepárlásával;
szulfátok hidrolitikus kicsapása;
cirkónium-szulfát kristályosítása.
Hafnium tisztítás
A cirkóniumot, amelynek gyártási technológiája Oroszországban (és mindenhol a világon) meglehetősen bonyolult, el kell választani ettől a szennyeződéstől. A fém hafniumtól való tisztításához a következők használhatók:
a K2ZrF6 frakcionált kristályosítása;
oldószer kivonás;
tetrakloridok (HfCl4 és ZrCl4) szelektív redukciója.
Hogyan nyerik a fémet?
A cirkónium előállításának különböző módjai vannak. A fém az iparban használható:
por vagy szivacs formában;
kompakt alakítható;
magas fokozat tisztaság.
Az első szakaszban porított cirkóniumot állítanak elő a vállalkozásoknál. Előállítása technológiailag viszonylag egyszerű. Fém-termikus redukciós módszerrel készül. Kloridokhoz magnéziumot vagy nátriumot, oxidokhoz kalcium-hidridet használnak. Az elektrolitikusan porított cirkóniumot alkálifém-kloridokból nyerik. Az így előállított anyagot általában összenyomják. Ezenkívül ívkemencékben alakítható cirkónium előállítására használják. Ez utóbbit a végső szakaszban elektronsugaras olvasztásnak vetik alá. Az eredmény egy nagy tisztaságú cirkónium. Főleg atomreaktorokban használják.
gyártási technológia és terjedelem
Ez az egyik legkeresettebb cirkóniumvegyület az iparban és a nemzetgazdaságban. A természetben baddeleit ásványként fordul elő. Ez egy fehér kristályos por, szürke vagy sárgás árnyalattal. Előállítható például jodidos finomítás módszerével. Ebben az esetben nyersanyagként közönséges fém-cirkónium forgácsot használnak. A cirkónium-dioxidot kerámiák (beleértve a protéziseket is), világítótestek és tűzálló anyagok gyártásához, kemenceépítéshez stb.
Cirkon tartalékok Oroszországban
A cirkónium előállítása Oroszországban természetesen csak az országban lévő lerakódások miatt lehetséges. Az ebbe a csoportba tartozó érckészletek az Orosz Föderációban (a globálisakhoz képest) meglehetősen nagyok. Jelenleg 11 ilyen betét található Oroszországban. A legnagyobb laza a Central, amely a Tambov régióban található. Jelenleg a legígéretesebb lelőhelyek közé tartozik a Beshpagirskoye (Sztavropoli terület), Kirsanovskoye (Tambov régió) és Ordynskoye (Novoszibirszk). Úgy gondolják, hogy az Oroszországban rendelkezésre álló cirkonkészletek elégségesek az ország iparának igényeinek kielégítésére. Technológiailag legkedvezőbb helyszín jelenleg az East Central mező.
Statisztikai adat
Így ez az eljárás bármely állam számára, beleértve Oroszországot is, nagyon fontos - a cirkónium előállítása. Gyártási technológiája összetett, de kiadása mindenesetre több mint indokolt. Jelenleg a cirkónium az egyetlen ritka fém, amelynek termelése és felhasználása több százezer tonnát tesz ki. Oroszország tartalékait tekintve a negyedik helyen áll a világon. Szerkezetileg és minőségileg a cirkónium alapanyagbázisa hazánkban nagyon eltér a külföldiektől. Az Orosz Föderációban az ebbe a csoportba tartozó érckészletek több mint 50%-a lúgos gránitokhoz, 35%-a cirkon-rutil-ilmenit lerakókhoz és 14%-a baddeleyit kamaforitokhoz kapcsolódik. Külföldön az ilyen ásványok szinte minden készlete tengerparti-tengeri övezetekben koncentrálódik.
Konklúzió helyett
Így megtudtuk, hogyan állítják elő a cirkóniumot Oroszországban. A globális piacon ma sajnos eléggé a akut hiány ezt a fémet. Ezért Oroszország nem támaszkodhat importjára. Ezért saját betéteink fejlesztésére maximálisan oda kell figyelni. Ugyanakkor az Orosz Föderációban a cirkónium nyersanyagbázisának erősítése érdekében a kitermelt nyersanyagok felhasználásának leghatékonyabb technológiáit is érdemes kidolgozni.
2. oldal
1945-ben az USA-ban még csak 0,07 kg cirkóniumot állítottak elő, de 1948-tól kezdődően, az atomreaktorok létrehozásával kapcsolatos munkálatokkal kapcsolatban, a cirkónium termelése meredeken megnőtt, és néhány év alatt elérte a több tíz tonnát.
A természetben például a berilliumnál jóval szélesebb körben elterjedt cirkóniumércek lelőhelyei a külföldi sajtó szerint az USA-ban, Indiában, Brazíliában, Ausztráliában és számos afrikai államban találhatók. Az USA cirkóniumtermelése 1947 és 1958 között 3 ezerszeresére nőtt.
Magas korróziógátló tulajdonságai miatt a cirkónium felhasználható vegyi berendezések alkatrészeinek gyártására, orvosi műszerés a technika más területein. Nem valószínű azonban, hogy a cirkónium előállítása ilyen gyorsan elérte volna a modern szintet, ha nem lenne még egy sajátos tulajdonsága - egy kis termikus neutronelnyelési keresztmetszet.
A hafnium Kroll módszerrel történő előállításához használt technológia és berendezés lényegében megegyezik a fémes cirkónium előállításával. A cirkónium előállításának technológiai folyamatához képest történő módosításokat az egyes készülékek cseréje, cseréje, technológiai műveletei és a kiindulási anyagok minősége határozza meg. Itt szem előtt kell tartani a hafnium-tetraklorid légköri nedvességre való nagyobb érzékenységét, a hafnil-klorid nagyobb stabilitását és a frissen előállított fémszivacs valamivel nagyobb piroforitását.
Mivel a hafniumot a reaktorcirkónium előállításával együtt vonják ki, termelése ez utóbbi kibocsátásával arányosan növekszik, ráadásul 50 kg cirkóniummal; körülbelül 1 kg hafniumot kapnak. Ezzel a számítással i töredékes információkat különítünk el a cirkónium előállításáról. Az Egyesült Államok Bányászati Hivatalának 1975-ben kiadott előrejelzése] szerint az ország hafniumszükséglete a XX - - XXI. század fordulóján.
A cirkónium spektrális analízise szennyeződések kimutatására nagyrészt nehézkes, mivel a cirkónium többsoros spektrumának hátterében nehéz megkülönböztetni a gyenge vonalakat az alacsony szennyezőkoncentrációjú spektrumokban. Ez a módszer lehetővé teszi a fémes cirkónium kis fluorkoncentrációinak meghatározását is, ami nagyon fontos az elektrolitikus cirkónium előállításának szabályozásában.
Mivel a hafniumot a reaktorcirkónium előállításának melléktermékeként nyerik vissza, termelése az utóbbi termelésével arányosan növekszik, 50 kg cirkóniumonként körülbelül 1 kg hafniumot kapunk. A jelenlegi évtizedben (1970-1980) az atomerőművek világméretű kapacitása 5-8-szorosára, a cirkónium és a hafnium termelése pedig növekszik. Végül is minden megawatt atomenergia 45-79 kg cirkóniumot igényel csövek és egyéb alkatrészek gyártásához. Emellett az üzemelő reaktorokban a cirkónium csövek 25-35%-át évente ki kell cserélni. Ennek eredményeként már az 1970-es évek közepén körülbelül ugyanannyi cirkóniumot fognak felhasználni ezekre a célokra, mint az új reaktorokhoz.
A cirkónium-tetrafluorid Al-, Ca-, Cu-, Fe- és Mg-fluoridokból történő tisztítására szolgáló fluor-szublimációs technológiát a Szovjetunióban jól elsajátították a 80-as években, Pridneprovskynál. vegyi üzem a magtiszta cirkónium előállítására szolgáló extrakciós-fluorid technológia fejlesztésében és fejlesztésében.
A Ca, Cu, Fe, Mg, Th) cirkónium szublimációs tisztításával nyert fluorid készítmény formájában van. A cirkónium és szilícium nagyüzemi plazmagyártása során ezeknek a hulladékoknak a felhalmozódott tömege idővel jelentőssé válhat; Feldolgozásukra plazma- és frekvenciatechnológiák használhatók ezen komponensek diszpergált oxidok vagy fémek formájában történő kinyerésére (lásd a fejezetet).
1 tonna cirkon feldolgozásakor és abból cirkónium és szilícium fluoridok formájában történő kinyerésekor 46 kg Al marad a hulladékban; 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; azok. 8 6 kg fém, melynek fő része (A1, Ca, Cu, Fe, Mg, Th) cirkónium szublimációs tisztításával nyert fluorid összetételű. A cirkónium és szilícium nagyüzemi plazmagyártása során ezeknek a hulladékoknak a felhalmozódott tömege idővel jelentőssé válhat; Feldolgozásukra plazma- és frekvenciatechnológiák használhatók ezen komponensek diszpergált oxidok vagy fémek formájában történő kinyerésére (lásd a fejezetet).
1945-ben az USA-ban még csak 0,07 kg cirkóniumot állítottak elő, de 1948-tól kezdődően, az atomreaktorok létrehozásával kapcsolatos munkálatok kapcsán, a cirkónium termelése meredeken megnőtt, és néhány év alatt elérte a több tíz tonnát. Ennek eredményeként a cirkónium előállításának technológiája, amely néhány éve még ritkaság volt, mára fejlettebb, mint sok más, évtizedek óta ismert és használt fém előállításának technológiája.
A fűtés elve szerint a vákuumívkemencéket az ívkemencék közé sorolják. közvetlen cselekvés. A vákuumívkemencék az elektrotermikus berendezések új típusai közé tartoznak. Megjelenésüket a cirkónium, titán, molibdén és néhány más tűzálló és reakcióképes anyag termelésének növekedése okozza.
De még ebben az esetben sem használható előzetes kémiai tisztítás nélkül (lásd 15.5. pont) a természetben mindig velejáró hafnium elemtől, amely a cirkóniumhoz hasonló tulajdonságokkal rendelkezik. kémiai tulajdonságok. A hafnium, amelyet a reaktorminőségű cirkónium előállítása során nyernek vissza, kiváló anyag a reaktorvezérlő rudak készítéséhez.
A Hafnium a IV. csoportban található periodikus rendszer D. I. Mengyelejev elemei, és a titán alcsoportjába tartozik. Olyan nyomelemekre vonatkozik, amelyek nem rendelkeznek saját ásványi anyaggal; a természetben kíséri a cirkóniumot. Jelenleg a cirkóniumgyártás melléktermékeként nyerik. A vegyi és fizikai tulajdonságok a hafnium közel áll a cirkóniumhoz, de nukleáris tulajdonságaiban jelentősen eltér az utóbbitól.
A vegyiparban a molibdént tömítések és csavarok formájában használják üvegcsempével bélelt edények melegjavítására (feltöltésére), kénsavval és savas környezet ahol hidrogén szabadul fel. A kénsavban működő termékekben molibdén hőelemeket és szelepeket is használnak, a molibdénötvözetek pedig a reaktorok burkolására szolgálnak olyan létesítményekben, amelyek p-butil-klorid előállítására szolgálnak sósavval és kénsavval 170 °C feletti hőmérsékleten. A különféle molibdén alkalmazások közé tartozik a folyékony fázisú hidroklórozás, a cirkónium és az ultratiszta tórium előállítása is.
Tiszta formájában nem fordul elő a földkéregben. Érckoncentrátumokból nyerik. Évről évre cirkónium fém egyre gyakrabban használják a különböző iparágakban - kohászat, energia, atomenergia, gyógyászat, ékszeripar, a mindennapi életben.
A cirkónium leírása és tulajdonságai
A természetben ez a fém kémiai természetes vegyületek - oxidok vagy sók - formájában oszlik meg, amelyekből több mint negyven ismert. 1789-ben a német kémikus, Klaproth cirkónium-oxidot izolált a jácintkőből, amely a cirkon egyik értékes fajtája. A tudósok sokáig nem tudtak tiszta fémet előállítani, és a kísérleteket csak a XX. század 20-as éveiben koronázta siker.
A fémes cirkóniumot "növekedési" módszerrel nyerték, melynek során tiszta formában egy forró volfrámszálra rakták le. cirkónium fém ár,így kapott elég magasnak bizonyult. Egy olcsóbb ipari módszert fejlesztettek ki - a Croll-módszert, amelyben a cirkónium-dioxidot először klórozzák, majd fémmagnéziummal redukálják.
A kapott cirkónium szivacsot rudakká olvasztják, és elküldik a fogyasztónak. A kloridos módszeren kívül más főbb ipari módszerek is léteznek a cirkónium - lúgos és fluorid - kivonására. Kiderült, hogy fém cirkónium tulajdonságai nagyon érdekes. hogyan tipikus képviselője fémcsoportjából meglehetősen nagy kémiai aktivitású, csak nyílt formában nem jelenik meg.
Külsőleg a kompakt fémes cirkónium nagyon hasonlít az acélra. Normál körülmények között nagyon fontos tulajdonsága van - nem korrodál. Ezen felül gyönyörűen meg van dolgozva különböző utak- hengerlés, kovácsolás. Nem szemmel látható a felületen lévő oxidfilm megbízhatóan védi a légköri gázoktól, vízgőztől. Csak amikor a hőmérséklet 300°-ra emelkedik, ez a film fokozatosan tönkremegy, és 700°-on a fém teljesen oxidálódik.
Víz hatására a cirkónium nem oxidálódik, mint sok fém, hanem egy oldhatatlan film borítja, amely megvédi a korróziótól. Kompakt cirkónium fém fénykép Különbözik a magas hőállóságban, ellenáll az ammónia, savak, lúgok hatásának, jól visszatartja a sugárzást. A cirkóniumforgács és -por egészen másképp viselkedik a levegőben. Ezek az anyagok még szobahőmérsékleten is könnyen spontán meggyulladhatnak, és gyakran felrobbanhatnak.
A cirkónium számos fémmel képződik. Kis mennyiségben történő hozzáadása jelentősen javítja tulajdonságaikat - növeli a szilárdságot, a korrózióállóságot. Ugyanakkor más fémek cirkóniumhoz való hozzáadása csak rontja annak tulajdonságait, ezért rendkívül ritkán használják.
Cirkónium lelőhelyek és bányászat
A cirkónium érclerakódások szétszóródnak különböző helyeken bolygók. Amorf oxidok, sók és nagyméretű egykristályok formájában fordul elő, amelyek súlya néha meghaladja az egy kilogrammot. Ausztráliában gazdag érckészletek találhatók, Észak Amerika, Nyugat-Afrika, India, Dél-Afrika, Brazília. Oroszországban jelentős cirkónium-nyersanyag-tartalékok koncentrálódnak az Urálban és Szibériában.
A legjelentősebb ipari felhasználások a cirkon, a cirkónium-szilikát, a cirkónium-dioxid és a baddeleyit. A bolygó leggyakoribb cirkónium ásványa a cirkon. Az emberiség ősidők óta ismeri. A középkorban az ékszerészek gyakran készítettek ékszereket „tökéletlen gyémántokból”, ahogy akkoriban a cirkont nevezték. Vágás után zavarosabbak, fényesebbek és csillogóbbak voltak, mint a természetes gyémántok.
Vannak veszélyes radioaktív cirkonok, amelyek ékszerek viselése nagyon rossz hatással van az egészségre. A kis méretű, enyhén színezett és viszonylag átlátszó kövek biztonságosabbnak tekinthetők. A cirkonok többféle színben kaphatók. Tehát a jácint lehet mézsárga, piros, rózsaszín, csillagfényes - égszínkék.
A nagy, intenzív színű cirkóniák, különösen a zöldek és az átlátszatlanok, okozhatnak emelt szint sugárzás. Az ilyen köveket tilos otthon gyűjteményben tárolni, kitenni, nagy mennyiségben szállítani. Annak ellenére, hogy a cirkónium a természetben a fémek között a 12. helyet foglalja el, hosszú idő még a ritka radioaktívaknál is kevésbé volt népszerű. Ez azzal magyarázható, hogy lerakódásai rendkívül szétszórtak, és nincsenek nagy lerakódások.
Az ércben gyakran a cirkónium szomszédos a hafniummal, amely tulajdonságaiban közel áll hozzá. Külön-külön mindegyik fém vonzó tulajdonságokkal rendelkezik, de együttes jelenlétük alkalmatlanná teszi őket a használatra. Elválasztásukra többlépcsős tisztítást alkalmaznak, ami jelentősen megnöveli a műanyag cirkónium előállításának költségeit.
Cirkónium alkalmazása
Az ilyeneknek köszönhetően fontos tulajdonságok, mint korrózióállóság, lúgok, savak, a cirkóniumot széles körben használják a különböző iparágakban. Tehát a kohászatban acélok ötvözésére és az ötvözetek minőségének javítására használják. Por formájában pirotechnikában és lőszergyártásban használják - távoli bombák, nyomjelző golyók, fáklyák.
A keletkező cirkónium-koncentrátum negyedét mázak, háztartási és elektromos kerámiák gyártása során használják fel. A hafniumból ötvözetek formájában tisztított cirkóniumot az atomreaktorokban szerkezeti anyagként használják. Ezt a fémet széles körben használják az orvostudományban és a mindennapi életben. A vékony cirkóniumlemez sokkal jobban visszatartja a sugárzást a röntgenosztályon, mint az ólomkötények.
A cirkónium fém gyógyító tulajdonságai
A traumatológiai klinikákon a csonttörések kezelésére cirkóniumötvözetből készült implantátumokat használnak. A titánhoz és a rozsdamentes acélhoz képest jelentős előnyökkel rendelkeznek: biológiai kompatibilitás (hiányzik allergiás reakcióés visszautasítás), nagy korrózióállóság, szilárdság, hajlékonyság, könnyűség.
NÁL NÉL maxillofacialis műtét használjon cirkónia műszereket és implantátumokat, például kapcsokat, lemezeket, fúrókat, csavarokat, fogsorokat, vérzéscsillapítókat, varrószálakat. A cirkónium és ötvözetei nem okoznak irritációt, ha csontokkal és szövetekkel érintkeznek.
Cirkónium fém ékszerekben jótékony hatással van általános állapot emberi test. Megállapítást nyert, hogy a füllyukasztás után cirkónia viselése elősegíti a seb gyors gyógyulását, és soha nem okoz rothadást.
Rendszeres viselet esetén cirkónium termékek pozitív hatással van az egészségre. Jó eredmények érhetők el cirkónium és öv viselésével olyan bőrbetegségek esetén, mint a gyermekek és felnőttek ekcémája, bőrgyulladás, pikkelysömör. Jelentős javulás tapasztalható a mozgásszervi problémákkal küzdő betegek állapotában.
Cirkónium ár
A fémet kilogrammonként értékesítik. Cső, rúd, szalag, huzal, lap stb. formájában szállítjuk. A költség a gyártótól és a termék márkájától függ.
1 oldal
A cirkónium és bórtartalmú ötvözeteinek előállítása gondos ellenőrzést igényel. Mivel a szakirodalomban nem írtak le kémiai módszereket a fémes cirkónium és ötvözetei bórtartalmának meghatározására, e munka célja egy egyszerű kémiai módszer kidolgozása volt a fémes cirkónium és ötvözetei bórtartalmának meghatározására, különösen alacsony nióbiumtartalmú ötvözetekben.
A cirkónium előállítása során a jodidos módszer a titán előállításával ellentétben ipari jelentőséggel bír.
A cirkóniumgyártásból származó kibocsátások tartalmazzák, szerves szintézis katalizátorai.
A hafniumot csak a reaktorminőségű cirkóniumgyártás melléktermékeként nyerik. Fő alkalmazása a vezérlőrudak gyártása atomreaktorokban. A teljes fogyasztás jelenleg nem haladja meg a termelés 75%-át. Az új felhasználási területek feltárása - a magas hőmérsékletű ötvözetek, izzószálak, getterek, villanólámpákhoz való por, detonátorok gyártása - azonban jelentősen növelheti a fém iránti keresletet. A hafnium és a cirkónium szétválasztása költséges eljárás, és az elválasztás költségei általában egyenlően oszlanak meg a két fém költsége között.
A cirkónium előállítására szolgáló plazma-fluorid és extrakciós-fluorid technológia termékeinek tulajdonságaiban nincs teljes analógia, mivel az extrakciós-fluoridos technológiában a cirkóniumot és a hafniumot a hidrokémiai szakaszban extrakcióval választják el. Abban az esetben, ha plazma-fluorid technológiát használnak cirkon feldolgozására a cirkónium szublimációs tisztítása során a szennyeződésektől a táblázatban feltüntetett módon. 3.4, a hafnium főként a cirkóniumot követi.
A cirkónium és a hafnium olvadékok elektrolízisével történő elválasztásának módszere érdekes a cirkónium előállításához, mivel a fémes cirkónium előállításával egyidejűleg megtisztítják a hafniumtól.
A hafnium nyersanyagai cirkóniumkoncentrátumok vagy cirkóniumgyártás termékei és köztes termékei.
Mindezek a nehézségek szükségessé teszik a cirkónium és a hafnium előállításához használt reagensek gondos tisztítását, különösen oxigéntől, víztől és nitrogéntől, és korlátozzák a fémek előállítására használható módszerek kiválasztását.
A hafnium fémet ugyanazokkal a módszerekkel lehet előállítani, mint a cirkónium előállításánál. A hafnium-tetrakloridot hidrogénatmoszférában végzett desztillációval tisztítják, majd magnéziummal redukálják. A hafnium szivacs magnézium-kloridból történő tisztítását cirkóniumszivacs tisztítására szolgáló üzemekben végzik, mivel ez a művelet nem jelent komoly veszélyt a hafnium cirkóniummal való szennyeződésére, és fordítva. A szivacsos hafniumot ívben felolvasztják és rézformákba öntik.
A hafnium fémet ugyanazokkal a módszerekkel állítják elő, mint a cirkónium előállításánál: a Kroll-módszerrel, a nátriumot redukálószerként alkalmazó módosított Kroll-módszerrel és a de Boer- vagy jodid-eljárással.
A lágy, alakítható hafnium előállítására szolgáló jodid eljárás hasonló a cirkónium előállításához használthoz, így a berendezés, amellyel a jodid-hafniumot előállítják, megközelítőleg megegyezik a cirkónium előállításával. Az adatok szerint a tetrajodidból a hafnium kiválási hőmérséklete 1600 C, a cirkóniumé 1400 C.
A titánra alkalmazott Kroll-eljárás részletes tanulmányozása lehetővé teheti bizonyos változtatások végrehajtását technológiai séma cirkónium gyártás; ez különösen a berendezés egyszerűsítésére, a műveletek számának csökkentésére és az aggregátumok méretének növelésére vonatkozik.
A nióbium és a tantál tisztább porainak előállításához jobb, ha a gáznemű kloridokat folyékony magnéziummal redukálják ugyanúgy, mint a cirkónium előállításánál.
Betöltés...