Zirkon adalah mineral zirkonium yang paling melimpah. Ini ditemukan di semua jenis batuan, tetapi terutama di granit dan syenites. Di County Ginderson, Carolina Utara, kristal zirkon sepanjang beberapa sentimeter ditemukan di pegmatit, dan kristal dengan berat kilogram ditemukan di Madagaskar. Baddeleyite ditemukan oleh Yussak pada tahun 1892 di Brasil. Deposit utama terletak di wilayah Pocos de Caldas (Brasil). Deposit zirkonium terbesar terletak di AS, Australia, Brasil, India.
Di Rusia, yang menyumbang 10% dari cadangan zirkonium dunia (tempat ke-3 di dunia setelah Australia dan Afrika Selatan), endapan utamanya adalah: Batuan dasar Kovdor baddelite-apatit-magnetite di wilayah Murmansk, Tugan placer zircon-rutile-ilmenite di wilayah Tomsk, zirkon-rutil-ilmenit aluvial tengah di wilayah Tambov, zirkon-rutil-ilmenit aluvial Lukoyanovskoe di wilayah Nizhny Novgorod, zirkon-piroklor-kriolit asli Katuginskoe di wilayah Chita dan zirkon-piroklorik asli Ulug-Tanzek kolumbit.
Cadangan zirkonium pada tahun 2012, ribu ton *
| Australia | 21,000.0 |
| Afrika Selatan | 14,000.0 |
| India | 3,400.0 |
| Mozambik | 1,200.0 |
| Cina | 500.0 |
| Negara-negara lain | 7,900.0 |
| Jumlah saham | 48,000.0 |
* Data Survei Geologi AS
Dalam industri, bahan baku untuk produksi zirkonium adalah konsentrat zirkonium dengan kandungan massa zirkonium dioksida paling sedikit 60-65%, diperoleh dengan pengayaan bijih zirkonium. Metode utama untuk memperoleh zirkonium logam dari konsentrat adalah proses klorida, fluorida dan alkali. Produsen zirkon terbesar di dunia adalah Iluka.
Produksi zirkon terkonsentrasi di Australia (40% dari produksi tahun 2010) dan Afrika Selatan (30%). Sisa zirkon diproduksi di lebih dari selusin negara lain. Produksi zirkon meningkat rata-rata 2,8% per tahun antara 2002 dan 2010. Produsen besar seperti Iluka Resources, Richards Bay Minerals, Exxaro Resources Ltd, dan DuPont mengekstrak zirkon sebagai produk sampingan dari penambangan titanium mereka. Permintaan mineral titanium tidak meningkat secepat zirkon selama dekade terakhir, sehingga produsen mulai mengembangkan dan mengeksploitasi pasir mineral dengan kandungan zirkon yang lebih tinggi, seperti di Afrika dan Australia Selatan.
* Data Survei Geologi AS
Zirkonium telah digunakan dalam industri sejak tahun 1930-an. Karena harganya yang mahal, penggunaannya terbatas. Zirkonium logam dan paduannya digunakan dalam rekayasa tenaga nuklir. Zirkonium memiliki penampang penangkapan neutron termal yang sangat kecil dan titik leleh yang tinggi. Oleh karena itu, zirkonium logam, yang tidak mengandung hafnium, dan paduannya digunakan dalam tenaga nuklir untuk pembuatan elemen bahan bakar, rakitan bahan bakar, dan struktur reaktor nuklir lainnya.
Area aplikasi lain untuk zirkonium adalah paduan. Dalam metalurgi, digunakan sebagai pengikat. Deoxidizer dan denitrogenator yang baik, lebih unggul dari Mn, Si, Ti dalam efisiensi. Baja paduan dengan zirkonium (hingga 0,8%) meningkatkan sifat mekanik dan kemampuan mesinnya. Itu juga membuat paduan tembaga lebih tahan lama dan tahan panas dengan sedikit kehilangan konduktivitas listrik.
Zirkonium juga digunakan dalam kembang api. Zirkonium memiliki kemampuan luar biasa untuk membakar oksigen di udara (suhu penyalaan otomatis - 250 ° C) secara praktis tanpa menghasilkan asap dan dengan kecepatan tinggi. Ini mengembangkan suhu tertinggi untuk bahan bakar logam (4650 ° C). Karena suhu tinggi, zirkonium dioksida yang dihasilkan memancarkan sejumlah besar cahaya, yang sangat banyak digunakan dalam kembang api (produksi kembang api dan kembang api), produksi sumber cahaya kimia yang digunakan di berbagai bidang aktivitas manusia (obor, suar, bom penerangan, FOTAB - bom foto-udara; banyak digunakan dalam fotografi sebagai bagian dari lampu kilat sekali pakai sampai digantikan oleh lampu kilat elektronik). Untuk digunakan di area ini, tidak hanya zirkonium logam yang menarik, tetapi juga paduannya dengan serium, yang memberikan fluks bercahaya yang jauh lebih tinggi. Zirkonium bubuk digunakan dalam campuran dengan zat pengoksidasi (garam Berthollet) sebagai zat tanpa asap dalam lampu sinyal piroteknik dan dalam sekering, menggantikan uap merkuri dan timbal azida. Eksperimen yang berhasil telah dilakukan dengan menggunakan pembakaran zirkonium sebagai sumber cahaya untuk memompa laser.
Aplikasi lain dari zirkonium adalah dalam superkonduktor. Paduan superkonduktor 75% Nb dan 25% Zr (superkonduktivitas pada 4,2 K) menahan beban hingga 100.000 A/cm2. Dalam bentuk bahan struktural, zirkonium digunakan untuk pembuatan reaktor kimia tahan asam, fitting, dan pompa. Zirkonium digunakan sebagai pengganti logam mulia. Dalam industri tenaga nuklir, zirkonium adalah bahan utama untuk kelongsong elemen bahan bakar.
Zirkonium memiliki ketahanan yang tinggi terhadap media biologis, bahkan lebih tinggi dari titanium, dan biokompatibilitas yang sangat baik, karena itu digunakan untuk membuat prostesis tulang, sendi dan gigi, serta instrumen bedah. Dalam kedokteran gigi, keramik berbahan dasar zirkonium dioksida merupakan bahan untuk pembuatan gigi palsu. Selain itu, karena bioinertness-nya, bahan ini berfungsi sebagai alternatif titanium dalam pembuatan implan gigi.
Zirkonium digunakan untuk pembuatan berbagai peralatan makan dengan sifat higienis yang sangat baik karena ketahanan kimianya yang tinggi.
Zirkonium dioksida (mp 2700 ° C) digunakan untuk produksi bakor tahan api (keramik bakor - baddeleyite-corundum). Ini digunakan sebagai pengganti chamotte, karena meningkatkan kampanye 3-4 kali di tungku untuk melelehkan kaca dan aluminium. Refraktori berdasarkan dioksida yang distabilkan digunakan dalam industri metalurgi untuk bak, nozel untuk pengecoran baja terus menerus, cawan lebur untuk melelehkan elemen tanah jarang. Ini juga digunakan dalam sermet - pelapis keramik-logam yang memiliki kekerasan tinggi dan ketahanan terhadap banyak reagen kimia, tahan terhadap pemanasan jangka pendek hingga 2750 ° C. Dioksida adalah quencher untuk enamel, memberi mereka warna putih dan buram. Atas dasar modifikasi kubik zirkonium dioksida, distabilkan oleh skandium, itrium, tanah jarang, bahan diperoleh - zirkonia kubik (dari FIAN, tempat pertama kali diperoleh), zirkonia kubik digunakan sebagai bahan optik dengan indeks bias tinggi (lensa datar), dalam kedokteran (alat bedah), sebagai batu permata sintetis (dispersi, indeks bias dan permainan warna lebih besar daripada berlian), dalam produksi serat sintetis dan dalam produksi jenis kawat tertentu ( menggambar). Saat dipanaskan, zirkonia menghantarkan arus, yang terkadang digunakan untuk menghasilkan elemen pemanas yang stabil di udara pada suhu yang sangat tinggi. Zirkonium yang dipanaskan mampu menghantarkan ion oksigen sebagai elektrolit padat. Properti ini digunakan dalam penganalisis oksigen industri.
Zirkonium hidrida digunakan dalam teknik nuklir sebagai moderator neutron yang sangat efektif. Juga, zirkonium hidrida digunakan untuk melapisi zirkonium dalam bentuk film tipis dengan dekomposisi termal pada berbagai permukaan.
Bahan zirkonium nitrida untuk pelapis keramik, titik leleh sekitar 2990 ° C, dihidrolisis dalam aqua regia. Ditemukan aplikasi sebagai pelapis dalam kedokteran gigi dan perhiasan.
Zirkon, yaitu ZrSiO4, adalah sumber utama mineral untuk zirkonium dan hafnium. Juga, berbagai elemen langka dan uranium diekstraksi darinya, yang terkonsentrasi di dalamnya. Konsentrat zirkonium digunakan dalam produksi refraktori. Kandungan uranium yang tinggi dari zirkon menjadikannya mineral yang nyaman untuk penentuan usia menggunakan penanggalan timbal uranium. Kristal transparan zirkon digunakan dalam perhiasan (eceng gondok, jargon). Ketika zirkon dikalsinasi, batu biru terang yang disebut starlite diperoleh.
Sekitar 55% dari semua zirkonium digunakan untuk produksi keramik - ubin keramik untuk dinding, lantai, serta untuk produksi substrat keramik dalam elektronik. Sekitar 18% zirkon digunakan dalam industri kimia, dan konsumsi di area ini telah meningkat dalam beberapa tahun terakhir dengan rata-rata 11% per tahun. Untuk peleburan logam, sekitar 22% zirkon digunakan, tetapi arah ini belum begitu populer akhir-akhir ini karena tersedianya metode yang lebih murah untuk memproduksi zirkonium. Sisa 5% zirkon digunakan untuk produksi tabung katoda, tetapi konsumsi di area ini menurun.
Konsumsi zirkon meningkat tajam pada tahun 2010 menjadi 1,33 juta ton, setelah penurunan ekonomi global pada tahun 2009 menyebabkan konsumsi menurun sebesar 18% pada tahun 2008. Pertumbuhan konsumsi keramik, yang menyumbang 54% dari konsumsi zirkon pada 2010, terutama di Cina dan negara berkembang lainnya seperti Brasil, India dan Iran, merupakan faktor kunci dalam peningkatan permintaan zirkon di tahun 2000-an. Sementara di AS dan Zona Euro, konsumsi malah mengalami penurunan. Konsumsi zirkon dalam bahan kimia zirkonium, termasuk zirkonia, meningkat lebih dari dua kali lipat antara tahun 2000 dan 2010, sementara penggunaan zirkon untuk melebur zirkonium logam menunjukkan tingkat pertumbuhan yang lebih rendah.
Menurut Roskill, 90% dari logam zirkonium yang dikonsumsi di dunia digunakan dalam produksi rakitan reaktor nuklir dan sekitar 10% dalam pembuatan lapisan wadah tahan korosi dan bertekanan tinggi yang digunakan di pabrik asam asetat. Menurut para ahli, di masa depan, peningkatan permintaan global untuk zirkonium logam diperkirakan, karena sejumlah negara (Cina, India, Korea Selatan dan Amerika Serikat) berencana untuk membangun pembangkit listrik tenaga nuklir baru.
Zirkonium oksida, juga dikenal sebagai zirkonia, digunakan dalam aplikasi industri termasuk farmasi, serat optik, pakaian tahan air, dan kosmetik. Ada konsumsi bahan zirkonia yang lebih besar - tepung zirkon dan zirkonia yang menyatu karena peningkatan pesat dalam produksi ubin keramik di Cina. Korea Selatan, India dan Cina adalah pasar pertumbuhan penting untuk oksida zirkonium. Menurut laporan riset pasar zirkonium, kawasan Asia Pasifik mewakili pasar regional terbesar dan paling cepat berkembang di dunia. Saint-Gobain, yang berkantor pusat di Prancis, adalah salah satu produsen zirkonia terbesar.
Pasar penggunaan akhir terbesar untuk zirkonium adalah keramik, yang meliputi ubin, peralatan saniter, dan peralatan makan. Pasar terbesar berikutnya yang menggunakan bahan tahan api zirkonium dan sektor pengecoran. Zirkon digunakan sebagai aditif dalam berbagai macam produk keramik, dan juga digunakan dalam pelapis kaca di monitor komputer dan panel televisi karena memiliki sifat menyerap radiasi. Batu bata zirkonium digunakan sebagai alternatif untuk larutan basa zirkonia yang menyatu.
Produksi dan konsumsi zirkon (ZrSiO4) di dunia, ribu ton *
| tahun | 2008 | 2009 | 2010 | 2011 | 2012 |
| Jumlah produksi | 1300.0 | 1050.0 | 1250.0 | 1400.0 | 1200.0 |
| Cina | 400.0 | 380.0 | 600.0 | 650.0 | 500.0 |
| Negara-negara lain | 750.0 | 600.0 | 770.0 | 750.0 | 600.0 |
| Total konsumsi | 1150.0 | 980.0 | 1370.0 | 1400.0 | 1100.0 |
| keseimbangan pasar | 150.0 | 70.0 | -120.0 | -- | 100.0 |
| harga COMEX | 788.00 | 830.00 | 860.00 | 2650.00 | 2650.00 |
* Ringkasan data
Pasar zirkon menunjukkan penurunan tajam yang dimulai pada akhir tahun 2008 dan berlanjut sepanjang tahun 2009. Produsen telah memotong produksi untuk memotong biaya dan menghentikan penimbunan. Konsumsi mulai pulih pada akhir tahun 2009, mengalami percepatan pertumbuhan pada tahun 2010, dan berlanjut pada tahun 2011. Pasokan, terutama dari Australia, di mana lebih dari 40% bijih zirkonium ditambang, tidak meningkat untuk waktu yang lama, dan produsen lain terpaksa menjual sekitar 0,5 juta ton cadangan mereka ke pasar selama 2008-2010. Kekurangan di pasar, ditambah dengan penurunan tingkat persediaan, menyebabkan kenaikan harga yang dimulai pada awal 2009. Pada Januari 2011, harga zirkon premium Australia berada pada level rekor setelah naik 50% dari awal 2009 dan terus meningkat lebih lanjut pada 2011-2012.
Pada tahun 2008, harga spons zirkon meningkat karena kenaikan harga pasir zirkon yang merupakan bahan baku produksi logam. Harga untuk kelas industri zirkonium meningkat 7-8% - hingga $ 100 / kg, dan untuk logam untuk reaktor nuklir - sebesar 10% - hingga $ 70-80.Pada akhir 2008 dan awal 2009 ada sedikit penurunan harga, namun sejak paruh kedua tahun 2009, harga zirkonium telah kembali tumbuh, terlebih lagi, sedemikian rupa sehingga harga rata-rata zirkonium pada tahun 2009 lebih tinggi daripada tahun 2008. Pada 2012, harga zirkonium naik menjadi $ 110 / kg.
Meskipun konsumsi lebih rendah pada tahun 2009, harga zirkon tidak turun tajam karena produsen besar memangkas produksi dan menurunkan persediaan. Pada tahun 2010, produksi tidak dapat memenuhi permintaan, terutama karena impor zirkon Cina meningkat lebih dari 50% pada tahun 2010 menjadi 0,7 juta ton. Permintaan zirkon diperkirakan akan meningkat sebesar 5,4% setiap tahun hingga tahun 2015, namun kapasitas produksi hanya dapat meningkat sebesar 2,3% setiap tahun. Oleh karena itu, pasokan tambahan akan terus terbatas dan harga dapat terus meningkat hingga proyek-proyek baru beroperasi.
Menurut sebuah laporan penelitian yang diterbitkan oleh Global Industry Analysts (GIA), pasar zirkonium global diperkirakan akan mencapai 2,6 juta metrik ton pada tahun 2017. Laporan ini memberikan perkiraan dan proyeksi penjualan dari 2009 hingga 2017 di berbagai pasar geografis termasuk Asia Pasifik, Eropa, Jepang, Kanada, dan Amerika Serikat.
Pertumbuhan industri energi nuklir internasional akan meningkatkan permintaan zirkonium, serta meningkatkan kapasitas produksinya secara global. Penggerak pertumbuhan lainnya adalah meningkatnya permintaan di kawasan Asia-Pasifik, serta produksi ubin keramik di seluruh dunia.
Zirkonium dalam bentuk unsurnya adalah logam putih keperakan dengan sifat khas seperti ketahanan terhadap korosi dan keuletan. Di alam, ini cukup umum, tetapi pada saat yang sama sangat tersebar. Depositnya yang besar belum ditemukan. Untuk pertama kalinya, orang mengetahui tentang kemungkinan keberadaan logam ini pada tahun 1789. Kemudian ahli kimia M. Klaproth, selama mempelajari mineral zirkon, secara tidak sengaja menemukan oksidanya. Dalam bentuknya yang murni, logam ini hanya diperoleh pada tahun 1925. Di dunia modern, zirkonium, yang produksinya tersebar luas, digunakan di berbagai industri. Tentu saja, banyak perusahaan domestik juga terlibat dalam produksinya.
gambaran umum
Sifat yang tidak biasa adalah yang terutama menentukan nilai industri dari logam yang relatif langka seperti zirkonium. Produksinya bermanfaat bagi perekonomian nasional karena:
Tingkat ketahanan kimia yang tinggi. Asam klorida sama sekali tidak berpengaruh pada logam ini, dan bereaksi dengan sulfat hanya pada konsentrasi minimal 50% dan suhu di atas +100 derajat.
Kemampuan untuk membakar di udara dengan sedikit atau tanpa asap. Zirkonium (terdispersi halus) dapat menyala secara spontan pada suhu 250 C.
kelembaman biologis. Zirkonium sama sekali tidak memiliki efek berbahaya pada manusia atau hewan. Sayangnya, bertentangan dengan kepercayaan populer, itu juga tidak membawa manfaat apa pun.
Tidak hanya logam ini sendiri yang banyak diminati di industri, tetapi juga senyawanya. Mineral zirkon, misalnya, sangat keras dan memiliki kilau berlian yang menyenangkan. Oleh karena itu, terkadang digunakan sebagai pengganti berlian yang murah. Namun, dalam beberapa tahun terakhir, zirkon semakin jarang digunakan dalam perhiasan. Saat ini, berlian imitasi sering dibuat dari zirkonia kubik (zirkonia buatan).
Di mana digunakan
Produksi zirkonium saat ini merupakan salah satu bidang terpenting dalam industri metalurgi. Meskipun digunakan di banyak bidang ekonomi nasional (misalnya, untuk pembuatan instrumen medis atau perangkat kembang api), paling sering masih digunakan dalam reaktor daya berpendingin air di pembangkit listrik tenaga nuklir.
Bahan baku untuk produksi
Sayangnya, fraksi massa zirkonium di kerak bumi belum terbentuk karena hamburannya. Menurut para ilmuwan, itu bisa menjadi 170-250 gram per ton. Sebenarnya, ada banyak mineral zirkon di alam. Saat ini, para ilmuwan mengetahui sekitar 40 varietas mereka. Namun, paling sering hanya bahan baku berikut yang digunakan untuk produksi zirkonium:
baddeleyite;
eudialit;
Seperti yang telah disebutkan, tidak ada endapan zirkon besar di planet ini. Hanya ada sedikit deposit kecil mineral semacam itu di Rusia. Mereka juga ditambang di negara-negara seperti Amerika Serikat, India, Brasil dan Australia. Mineral yang paling umum digunakan untuk memproduksi zirkonium adalah, tentu saja, zirkon (ZrSiO4). Dalam kebanyakan kasus, itu disertai dengan hafnium di alam.
Produksi zirkonium di Rusia: fitur
Di Federasi Rusia, logam ini saat ini diproduksi oleh hanya satu perusahaan - Pabrik Mekanik Chepetsk, yang terletak di kota Glazov (Udmurtia). Lokakarya pertamanya dibangun pada awal Perang Dunia Kedua. Pada tahun 1942, pabrik mencapai kapasitas desain penuhnya. Pada saat itu, sebagian besar kartrid diproduksi di sini. Pada tahun 1946 perusahaan itu dilatih ulang menjadi pabrik produksi logam uranium. Kemudian (pada tahun 1957) zirkonium mulai diproduksi di sini, diikuti oleh logam superkonduktor, kalsium dan titanium. Hari ini perusahaan ini adalah bagian dari TVEL Corporation, salah satu pemimpin dunia dalam produksi.Investasi dalam produksi zirkonium di ChMP dari TVEL setiap tahun berjumlah miliaran rubel. Hari ini perusahaan ini memasok zirkonium ke pasar domestik dan dunia:
kabel;
komponen untuk rakitan bahan bakar dan TVEL.
Juga di Pabrik Mekanik Chepetsk, suvenir dibuat dari logam ini.
Memproses bahan mentah dan mendapatkan larutan asam
Zirkonium, yang produksinya merupakan proses teknologi yang kompleks, adalah logam yang agak mahal. Produksinya dimulai dengan membersihkan bijih yang dikirim dari deposit. Pemrosesan bahan baku biasanya mencakup operasi berikut:
pengayaan dengan metode gravitasi;
pemurnian konsentrat yang dihasilkan dengan pemisahan elektrostatik dan magnetik;
dekomposisi konsentrat dengan klorinasi, fusi dengan natrium hidroksida atau kalium fluorosilikat, sintering dengan kapur;
pencucian dengan air untuk menghilangkan senyawa silikon;
dekomposisi residu dengan asam sulfat atau asam klorida untuk mendapatkan sulfat atau oksiklorida.
Kue fluorosilikat diperlakukan dengan air yang diasamkan dengan pemanasan. Setelah mendinginkan larutan yang dihasilkan, kalium fluorozirkonat dilepaskan.
koneksi
Tahap selanjutnya dalam produksi zirkonium adalah memperoleh senyawanya dari larutan asam. Untuk ini, teknologi berikut dapat digunakan:
kristalisasi zirkonium oksiklorida dengan penguapan larutan asam klorida;
pengendapan hidrolitik sulfat;
kristalisasi zirkonium sulfat.
Penghapusan hafnium
Zirkonium, yang teknologi produksinya di Rusia (dan juga di tempat lain di dunia) agak rumit, harus dipisahkan dari pengotor ini. Untuk menghilangkan hafnium dari logam, berikut ini dapat digunakan:
kristalisasi fraksional K2ZrF6;
ekstraksi dengan pelarut;
reduksi selektif tetraklorida (HfCl4 dan ZrCl4).
Bagaimana logam itu sendiri diperoleh
Metode produksi zirkonium bervariasi. Logam dapat digunakan dalam industri:
dalam bentuk bubuk atau spons;
kompak ditempa;
kemurnian tinggi.
Pada tahap pertama, bubuk zirkonium diperoleh di perusahaan. Produksinya secara teknologi relatif tidak rumit. Itu dibuat dengan metode reduksi metallothermal. Untuk klorida, magnesium atau natrium digunakan, dan untuk oksida, kalsium hidrida. Bubuk zirkonium elektrolitik diperoleh dari logam alkali klorida. Bahan yang dihasilkan dengan cara ini biasanya dikompresi. Selanjutnya, digunakan untuk mendapatkan zirkonium lunak dalam tungku busur listrik. Yang terakhir mengalami peleburan berkas elektron pada tahap akhir. Hasilnya adalah zirkonium dengan kemurnian tinggi. Ini digunakan terutama di reaktor nuklir.
teknologi produksi dan ruang lingkup
Ini adalah salah satu senyawa zirkonium yang paling diminati di industri dan ekonomi nasional. Di alam, itu terjadi dalam bentuk mineral baddeleyite. Ini adalah bubuk kristal putih dengan warna abu-abu atau kekuningan. Ini dapat diproduksi, misalnya, dengan metode pemurnian iodida. Dalam hal ini, serutan zirkonium logam biasa digunakan sebagai bahan baku. Zirkonium dioksida digunakan dalam pembuatan keramik (termasuk di bidang prostetik), perlengkapan pencahayaan dan refraktori, keramik, dll.
Cadangan zirkon di RF
Produksi zirkonium di Rusia dimungkinkan, tentu saja, hanya karena keberadaan depositnya di wilayah negara tersebut. Cadangan bijih kelompok ini di Federasi Rusia (dibandingkan dengan yang global) cukup besar. Saat ini, ada 11 simpanan semacam itu di Rusia. Placer terbesar adalah Tsentralnoye, yang terletak di wilayah Tambov. Bidang yang paling menjanjikan saat ini termasuk Beshpagirskoye (Wilayah Stavropol), Kirsanovskoye (Wilayah Tambov) dan Ordynskoye (Novosibirsk). Cadangan zirkon yang tersedia di Rusia diyakini cukup memadai untuk memenuhi kebutuhan industri negara tersebut. Area yang paling menguntungkan secara teknologi saat ini adalah bidang Timur Tengah.
Data statistik
Jadi, prosedur ini sangat penting untuk negara bagian mana pun, termasuk Rusia, - produksi zirkonium. Teknologi pembuatannya rumit, tetapi pelepasannya bagaimanapun juga lebih dari dibenarkan. Saat ini, zirkonium adalah satu-satunya logam langka, yang produksi dan konsumsinya mencapai ratusan ribu ton. Rusia menempati urutan keempat di dunia dalam hal cadangannya. Secara struktural dan kualitatif, bahan dasar zirkonium di negara kita sangat berbeda dengan di luar negeri. Lebih dari 50% cadangan bijih kelompok ini di Federasi Rusia terkait dengan granit alkali, 35% - dengan zirkon-rutil-ilmenit dan 14% - dengan kamperit baddeleyite. Di luar negeri, hampir semua cadangan mineral tersebut terkonsentrasi di zona pesisir-laut.
Alih-alih sebuah kesimpulan
Jadi, kami menemukan bagaimana zirkonium diproduksi di Rusia. Sayangnya, ada kekurangan yang cukup akut dari logam ini di pasar global saat ini. Oleh karena itu, Rusia tidak dapat mengandalkan impornya. Oleh karena itu, Anda perlu memberikan perhatian yang maksimal terhadap perkembangan simpanan Anda sendiri. Pada saat yang sama, untuk memperkuat basis bahan baku zirkonium di Federasi Rusia, perlu juga mengembangkan teknologi yang paling efisien untuk menggunakan bahan baku yang diekstraksi.
Halaman 2
Pada tahun 1945, hanya 0 07 kg zirkonium yang diproduksi di AS, namun, sejak 1948, sehubungan dengan pekerjaan pembuatan reaktor atom, produksi zirkonium meningkat tajam dan setelah beberapa tahun mencapai beberapa puluh ton.
Deposit bijih zirkonium, yang jauh lebih tersebar di alam daripada, misalnya, berilium, tersedia, menurut pers asing, di AS, India, Brasil, Australia, dan di sejumlah negara Afrika. Produksi zirkonium di AS dari tahun 1947 hingga 1958 meningkat 3 ribu kali lipat.
Karena sifat anti korosinya yang tinggi, zirkonium dapat digunakan untuk pembuatan suku cadang peralatan kimia, peralatan medis, dan bidang teknologi lainnya. Namun, tidak mungkin bahwa produksi zirkonium akan mencapai tingkat saat ini dengan begitu cepat jika tidak memiliki satu sifat spesifik lagi - penampang kecil untuk penyerapan neutron termal.
Teknologi dan peralatan yang digunakan untuk produksi hafnium dengan metode Krol pada dasarnya sama dengan produksi zirkonium logam. Modifikasi dibandingkan dengan proses teknologi untuk produksi zirkonium ditentukan oleh penggantian atau perubahan perangkat individu, operasi teknologi dan tingkat bahan baku. Di sini orang harus mengingat sensitivitas hafnium tetraklorida yang lebih besar terhadap kelembaban atmosfer, stabilitas hafnyl klorida yang lebih besar, dan kandungan piroforik yang agak lebih besar dari spons logam yang baru diperoleh.
Karena hafnium diperoleh kembali secara sepintas selama produksi zirkonium reaktor, produksinya sebanding dengan pelepasan yang terakhir, dan per 50 kg zirkonium; sekitar 1 kg hafnium diperoleh. Dengan menggunakan perhitungan ini, saya memisahkan potongan informasi tentang produksi zirkonium. Menurut perkiraan] Biro Pertambangan AS, diterbitkan pada tahun 1975, kebutuhan negara ini dalam hafnium pada pergantian abad XX - - XXI.
Garis spektral zirkonium pada pengotor sebagian besar terhambat oleh fakta bahwa sulit untuk membedakan garis lemah dalam spektrum konsentrasi pengotor rendah dengan latar belakang spektrum multi-garis zirkonium. Metode ini juga memungkinkan untuk menentukan konsentrasi rendah fluor dalam zirkonium logam, yang sangat penting dalam mengendalikan produksi zirkonium elektrolitik.
Karena hafnium diperoleh kembali secara bersamaan selama produksi zirkonium reaktor, produksinya meningkat sebanding dengan produksi yang terakhir, dan sekitar 1 kg hafnium diperoleh per 50 kg zirkonium. Selama dekade ini (1970 - 1980), kapasitas dunia pembangkit listrik tenaga nuklir akan meningkat masing-masing 5 - 8 kali, produksi zirkonium dan hafnium akan meningkat. Lagi pula, setiap megawatt tenaga nuklir membutuhkan 45 hingga 79 kg zirkonium untuk pembuatan pipa dan bagian lainnya. Selain itu, 25–35% pipa zirkonium di reaktor yang beroperasi perlu diganti setiap tahun. Akibatnya, kira-kira jumlah zirkonium yang sama akan dikonsumsi untuk tujuan ini pada pertengahan 70-an, seperti untuk reaktor baru.
Teknologi sublimasi fluorida pemurnian zirkonium tetrafluorida dari fluorida Al, Ca, Cu, Fe, Mg dikuasai dengan baik di USSR pada tahun 80-an di pabrik kimia Pridneprovsk selama pengembangan dan pengembangan teknologi ekstraksi-fluorida untuk produksi zirkonium nuklir-murni.
Ca, Cu, Fe, Mg, Th) dalam bentuk komposisi fluorida yang diperoleh dengan pemurnian sublimasi zirkonium. Dengan produksi plasma zirkonium dan silikon skala besar, akumulasi massa limbah ini dapat menjadi signifikan seiring waktu; untuk pemrosesannya, seseorang dapat menggunakan teknologi plasma dan frekuensi untuk mengekstraksi komponen-komponen ini dalam bentuk oksida atau logam terdispersi (lihat Bab.
Saat memproses 1 ton zirkon dan mengekstraksi zirkonium dan silikon darinya dalam bentuk fluorida, 4 6 kg A1 tersisa dalam limbah; 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; itu. 8 6 kg logam, yang bagian utamanya (A1, Ca, Cu, Fe, Mg, Th) berupa komposisi fluorida yang diperoleh dengan pemurnian sublimasi zirkonium. Dengan produksi plasma zirkonium dan silikon skala besar, akumulasi massa limbah ini dapat menjadi signifikan seiring waktu; untuk pemrosesannya, seseorang dapat menggunakan teknologi plasma dan frekuensi untuk mengekstraksi komponen-komponen ini dalam bentuk oksida atau logam terdispersi (lihat Bab.
Pada tahun 1945, hanya 0 07 kg zirkonium yang diproduksi di AS, namun, sejak 1948, sehubungan dengan pekerjaan pembuatan reaktor atom, produksi zirkonium meningkat tajam dan setelah beberapa tahun mencapai beberapa puluh ton. Akibatnya, teknologi untuk memproduksi zirkonium, yang langka beberapa tahun yang lalu, sekarang lebih maju daripada teknologi untuk memproduksi banyak logam lain yang dikenal dan digunakan selama beberapa dekade.
Menurut prinsip pemanasan, tungku busur vakum diklasifikasikan sebagai tungku busur langsung. Tungku busur vakum adalah salah satu jenis peralatan elektrotermal yang lebih baru. Penampilan mereka disebabkan oleh peningkatan produksi zirkonium, titanium, molibdenum dan beberapa bahan tahan api dan bahan kimia aktif lainnya.
Tetapi bahkan dalam kasus ini, itu tidak dapat digunakan tanpa pemurnian kimia awal (lihat Bagian 15.5) dari unsur hafnium, yang selalu menyertainya di alam, dan memiliki sifat kimia yang mirip dengan zirkonium. Hafnium, yang diperoleh kembali dalam produksi zirkonium tingkat reaktor, merupakan bahan yang sangat baik untuk membuat batang kendali reaktor.
Hafnium termasuk dalam golongan IV dari tabel periodik unsur-unsur D.I.Mendeleev dan termasuk dalam subkelompok titanium. Itu milik elemen yang tersebar yang tidak memiliki mineral sendiri; di alam itu menyertai zirkonium. Saat ini diproduksi sebagai produk sampingan dalam produksi zirkonium. Dalam hal sifat kimia dan fisik, hafnium dekat dengan zirkonium, tetapi secara signifikan berbeda dari yang terakhir dalam sifat nuklir.
Dalam industri kimia, molibdenum digunakan dalam bentuk gasket dan baut untuk perbaikan panas (pengisian bahan bakar) bejana berlapis kaca yang digunakan saat bekerja dengan asam sulfat dan media asam di mana evolusi hidrogen terjadi. Dalam produk yang beroperasi dalam asam sulfat, termokopel molibdenum dan katup juga digunakan, dan paduan molibdenum berfungsi sebagai pelapis reaktor dalam instalasi yang dirancang untuk produksi i-butil klorida melalui reaksi yang melibatkan asam klorida dan asam sulfat pada suhu melebihi 170 C. aplikasi di mana molibdenum digunakan juga termasuk hidroklorinasi fase cair, produksi zirkonium dan torium ultra murni.
Hal ini tidak ditemukan dalam bentuk murni di kerak bumi. Itu diperoleh dari konsentrat bijih. Dari tahun ke tahun logam zirkonium semakin banyak digunakan di berbagai industri - metalurgi, energi, energi nuklir, obat-obatan, industri perhiasan, dalam kehidupan sehari-hari.
Deskripsi dan sifat zirkonium
Di alam, logam ini didistribusikan dalam bentuk senyawa kimia alami - oksida atau garam, yang diketahui lebih dari empat puluh. Pada tahun 1789 ahli kimia Jerman Klaproth mengisolasi oksida zirkonium dari batu eceng gondok - varietas zirkon yang berharga. Untuk waktu yang lama, para ilmuwan tidak dapat memperoleh logam murni, dan hanya pada 20-an abad XX percobaan dimahkotai dengan sukses.
Zirkonium logam diperoleh dengan metode "penumpukan", di mana ia diendapkan dalam bentuk murninya pada filamen tungsten pijar. harga logam zirkonium, diperoleh dengan cara ini ternyata cukup tinggi. Metode industri yang lebih murah dikembangkan - metode Kroll, di mana zirkonium dioksida pertama-tama diklorinasi, dan kemudian direduksi dengan magnesium logam.
Spons zirkonium yang dihasilkan dilebur kembali menjadi batang dan dikirim ke konsumen. Selain metode klorida, ada metode industri utama lainnya untuk ekstraksi zirkonium - alkali dan fluorida. Ternyata sifat zirkonium logam memiliki sangat menarik. Sebagai perwakilan khas dari kelompok logamnya, ia memiliki aktivitas kimia yang agak tinggi, hanya saja ia tidak memanifestasikan dirinya dalam bentuk terbuka.
Secara lahiriah, zirkonium logam kompak sangat mirip dengan baja. Dalam kondisi normal, ia memiliki kualitas yang sangat penting - ia tidak menyebabkan korosi. Selain itu, diproses dengan sangat baik dengan berbagai cara - digulung, ditempa. Film oksida di permukaan yang tidak terlihat oleh mata melindunginya dengan andal dari gas atmosfer, uap air. Hanya ketika suhu naik hingga 300 °, film ini secara bertahap runtuh, dan pada 700 ° logam teroksidasi sepenuhnya.
Di bawah pengaruh air, zirkonium tahan terhadap oksidasi, seperti banyak logam, tetapi menjadi tertutup oleh film tidak larut yang melindunginya dari korosi. kompak foto logam zirkonium Hal ini ditandai dengan ketahanan panas yang tinggi, ketahanan terhadap amonia, asam, alkali, dan menahan radiasi dengan baik. Serbuk dan bubuk zirkonium terlihat sangat berbeda di udara. Zat-zat ini, bahkan pada suhu kamar, dapat dengan mudah menyala sendiri dan sering meledak.
Zirkonium terbentuk dengan banyak logam. Menambahkannya dalam jumlah kecil secara signifikan meningkatkan karakteristiknya - meningkatkan kekuatan, ketahanan korosi. Pada saat yang sama, aditif logam lain untuk zirkonium hanya memperburuk sifatnya dan, oleh karena itu, sangat jarang digunakan.
Deposit dan penambangan zirkonium
Deposit bijih zirkonium tersebar di seluruh planet ini. Itu terjadi dalam bentuk oksida amorf, garam, serta kristal tunggal besar, terkadang beratnya lebih dari satu kilogram. Cadangan bijih yang kaya terletak di Australia, Amerika Utara, Afrika Barat, India, Afrika Selatan, Brasil. Di Rusia, cadangan bahan baku zirkonium yang signifikan terkonsentrasi di Ural dan Siberia.
Penggunaan industri yang paling signifikan adalah zirkon, zirkonium silikat, zirkonium dioksida, dan baddeleyite. Mineral zirkonium yang paling melimpah di planet ini adalah zirkon. Dia telah akrab bagi umat manusia sejak zaman kuno. Pada Abad Pertengahan, perhiasan sering membuat perhiasan dari "berlian tidak sempurna" - ini adalah nama zirkon pada masa itu. Setelah dipotong, berlian menjadi lebih keruh, berkilau, dan berkilau berbeda dari berlian alami.
Ada zirkon radioaktif yang berbahaya, pemakaian perhiasan yang berdampak sangat buruk bagi kesehatan. Batu yang lebih aman dianggap kecil, berwarna lemah dan relatif transparan. Zirkon datang dalam berbagai warna. Jadi, eceng gondok bisa berwarna kuning madu, merah, merah muda, cahaya bintang - biru langit.
Zirkon yang besar dan berwarna intens, terutama yang hijau dan buram, dapat menyebabkan peningkatan tingkat radiasi. Dilarang menyimpan batu seperti itu di rumah dalam koleksi, mengekspos, mengangkut dalam jumlah besar. Terlepas dari kenyataan bahwa zirkonium menempati urutan ke-12 di antara logam dalam hal kelimpahan di alam, untuk waktu yang lama ia kurang populer daripada yang radioaktif bahkan langka. Ini dijelaskan oleh fakta bahwa endapannya sangat tersebar dan tidak ada endapan besar.
Seringkali dalam bijih, zirkonium berdekatan dengan hafnium, yang memiliki sifat yang mirip dengannya. Secara terpisah, masing-masing logam ini memiliki karakteristik yang menarik, tetapi kehadiran gabungannya membuatnya tidak dapat digunakan. Untuk memisahkannya, pemurnian bertingkat digunakan, yang secara signifikan meningkatkan biaya produksi zirkonium plastik.
Aplikasi zirkonium
Karena kualitas penting seperti ketahanan terhadap korosi, alkali, asam, zirkonium banyak digunakan di berbagai industri. Jadi, dalam metalurgi, digunakan untuk paduan baja dan meningkatkan kualitas paduan. Dalam bentuk bubuk, digunakan dalam kembang api dan produksi amunisi - bom jarak jauh, peluru pelacak, roket penerangan.
Seperempat dari konsentrat zirkonium yang dihasilkan dikonsumsi dalam produksi, glasir, rumah tangga dan keramik listrik. Zirkonium yang dimurnikan dari hafnium dalam bentuk paduan digunakan dalam reaktor nuklir sebagai bahan struktural. Logam ini banyak digunakan dalam pengobatan dan kehidupan sehari-hari. Pelat zirkonium tipis menahan radiasi di bagian sinar-X lebih banyak daripada celemek timah.
Sifat obat logam zirkonium
Untuk perawatan patah tulang di klinik traumatologi, implan dari paduan zirkonium digunakan. Dibandingkan dengan titanium dan stainless steel, mereka memiliki keunggulan signifikan: kompatibilitas biologis (tidak ada reaksi alergi dan penolakan), ketahanan korosi yang tinggi, kekuatan, keuletan, ringan.
Bedah mulut dan maksilofasial menggunakan instrumen zirkonia dan implan seperti staples, pelat, bor, sekrup, gigi palsu, klem hemostatik, jahitan. Zirkonium dan paduannya tidak menyebabkan iritasi saat terkena tulang dan jaringan.
Logam zirkonium dalam perhiasan memiliki efek menguntungkan pada kondisi umum tubuh manusia. Telah ditemukan bahwa memakai zirkonia setelah tindik telinga mendorong penyembuhan luka yang cepat dan tidak pernah membuatnya membusuk.
Saat dipakai secara teratur produk zirkonia memberikan efek positif bagi kesehatan. Hasil yang baik diperoleh dengan memakai zirkonia dan ikat pinggang untuk penyakit kulit seperti eksim pada anak-anak dan orang dewasa, dermatitis, psoriasis. Ada peningkatan yang signifikan pada kondisi pasien dengan masalah pada sistem muskuloskeletal.
harga zirkonium
Logam ini dijual per kilogram. Disediakan dalam bentuk pipa, batang, strip, kawat, lembaran, dll. Biaya tergantung pada produsen dan merek produk.
Halaman 1
Produksi zirkonium dan paduannya yang mengandung boron memerlukan kontrol yang cermat. Karena tidak ada metode kimia untuk penentuan boron dalam zirkonium logam dan paduannya telah dijelaskan dalam literatur, tujuan dari pekerjaan ini adalah untuk mengembangkan metode kimia sederhana untuk menentukan kandungan boron dalam zirkonium logam dan paduannya, khususnya, di paduan dengan kandungan niobium yang rendah.
Dalam produksi zirkonium, metode iodida sangat penting dalam industri, berbeda dengan produksi titanium.
Terkandung dalam emisi produksi zirkonium, katalis sintesis organik.
Hafnium diperoleh hanya sebagai produk sampingan dari produksi zirkonium tingkat reaktor. Aplikasi utamanya adalah pembuatan batang kendali di reaktor nuklir. Total konsumsi saat ini tidak melebihi 75% dari produksi. Namun, studi area aplikasi baru: pembuatan paduan suhu tinggi, filamen, getter, bubuk untuk lampu flash, detonator - dapat secara signifikan meningkatkan permintaan logam. Memisahkan hafnium dari zirkonium adalah proses yang mahal, dan biasanya biaya pemisahan dibagi rata antara biaya kedua logam.
Tidak ada analogi lengkap dalam sifat-sifat produk teknologi plasma-fluorida dan ekstraksi-fluorida untuk produksi zirkonium, karena dalam teknologi ekstraksi-fluorida zirkonium dan hafnium dipisahkan pada tahap hidrokimia menggunakan ekstraksi. Dalam hal menggunakan teknologi plasma-fluorida untuk memproses zirkon dalam pemurnian sublimasi zirkonium dari pengotor yang ditunjukkan dalam tabel. 3.4, hafnium terutama mengikuti zirkonium.
Metode pemisahan zirkonium dan hafnium dengan elektrolisis lelehan menarik untuk produksi zirkonium, karena bersamaan dengan produksi zirkonium logam, zirkonium dimurnikan dari hafnium.
Bahan baku pembuatan hafnium adalah konsentrat zirkonium atau produk setengah jadi dari produksi zirkonium.
Semua kesulitan ini memerlukan pemurnian menyeluruh dari reagen yang digunakan dalam produksi zirkonium dan hafnium, terutama dari oksigen, air, dan nitrogen, dan membatasi pilihan metode yang dapat digunakan untuk mendapatkan logam ini.
Hafnium logam dapat diperoleh dengan metode yang sama yang digunakan dalam produksi zirkonium. Hafnium tetraklorida dimurnikan dengan distilasi di bawah atmosfer hidrogen dan kemudian direduksi dengan magnesium. Magnesium klorida dikeluarkan dari spons hafnium dalam instalasi untuk membersihkan spons zirkonium, karena selama operasi ini tidak ada bahaya serius kontaminasi hafnium dengan zirkonium, atau sebaliknya. Hafnium spons dilebur kembali dalam busur dan dituangkan ke dalam cetakan tembaga.
Hafnium logam diperoleh dengan metode yang sama yang digunakan dalam produksi zirkonium: metode Croll, metode Croll yang dimodifikasi menggunakan natrium sebagai zat pereduksi dan metode de Boer, atau proses iodida.
Proses iodida untuk memproduksi hafnium lunak yang dapat ditempa mirip dengan yang digunakan dalam produksi zirkonium, oleh karena itu, peralatan yang digunakan untuk memperoleh hafnium iodida kira-kira sama seperti dalam hal memperoleh zirkonium. Menurut data, suhu pengendapan hafnium dari tetraiodida adalah 1600 C, dan zirkonium - 1400 C.
Sebuah studi menyeluruh dari proses Krol yang diterapkan pada titanium memungkinkan untuk membuat beberapa perubahan dalam skema teknologi produksi zirkonium; khususnya, ini menyangkut penyederhanaan peralatan, pengurangan jumlah operasi dan peningkatan ukuran unit.
Untuk mendapatkan bubuk niobium dan tantalum yang lebih murni, lebih baik melakukan reduksi gas klorida dengan magnesium cair dengan cara yang sama seperti dalam produksi zirkonium.
Memuat ...