Cirkonis yra labiausiai paplitęs cirkonio mineralas. Jis randamas visų tipų uolienose, bet daugiausia granituose ir sienituose. Gindersono apygardoje (Šiaurės Karolina) pegmatituose aptikta kelių centimetrų cirkonio kristalų, o Madagaskare – kilogramus sveriančių kristalų. Baddeleyite atrado Hussac 1892 m. Brazilijoje. Pagrindinis telkinys yra Pocos de Caldas regione (Brazilija). Didžiausi cirkonio telkiniai yra JAV, Australijoje, Brazilijoje ir Indijoje.
Rusijoje, kuri sudaro 10% pasaulio cirkonio atsargų (3 vieta pasaulyje po Australijos ir Pietų Afrikos), pagrindiniai telkiniai yra: Kovdorskoe pirminis baddelitas-apatitas-magnetitas Murmansko srityje, Tuganskoe placer cirkonis-rutilas-ilmenitas. Tomsko srityje, Centrinis aliuvinis cirkonis-rutilas-ilmenitas Tambovo srityje, Lukojanovskojė aliuvinis cirkonis-rutilas-ilmenitas Nižnij Novgorodo srityje, Katuginskoye pirminis cirkonis-pirochloras-kriolitas Čitos srityje ir Ulug-chlorzirconzek-piro kolumbitas.
Atsargos cirkonio telkiniuose 2012 m., tūkst. t *
| Australija | 21,000.0 |
| pietų Afrika | 14,000.0 |
| Indija | 3,400.0 |
| Mozambikas | 1,200.0 |
| Kinija | 500.0 |
| Kitos šalys | 7,900.0 |
| Iš viso atsargų | 48,000.0 |
* JAV geologijos tarnybos duomenys
Pramonėje cirkonio gamybos pradinė žaliava yra cirkonio koncentratai, kurių cirkonio dioksido masė ne mažesnė kaip 60-65%, gaunami sodrinant cirkonio rūdas. Pagrindiniai cirkonio metalo gavimo iš koncentrato būdai yra chlorido, fluoro ir šarminiai procesai. Didžiausias cirkonio gamintojas pasaulyje yra Iluka.
Cirkonio gamyba sutelkta Australijoje (40% produkcijos 2010 m.) ir pietų Afrika(trisdešimt procentų). Likusi cirkonio dalis gaminama daugiau nei dešimtyje kitų šalių. 2002–2010 m. cirkonio gamyba kasmet padidėjo vidutiniškai 2,8 %. Pagrindiniai gamintojai, tokie kaip „Iluka Resources“, „Richards Bay Minerals“, „Exxaro Resources Ltd“ ir „DuPont“, išgauna cirkonį kaip šalutinį produktą titano kasybos metu. Per pastarąjį dešimtmetį titano mineralų paklausa nepadidėjo taip pat kaip cirkonio, todėl gamintojai pradėjo kurti ir eksploatuoti mineralinio smėlio telkinius, kuriuose yra didesnis cirkonio kiekis, pavyzdžiui, Afrikoje ir Pietų Australijoje.
* JAV geologijos tarnybos duomenys
Cirkonis buvo naudojamas pramonėje nuo XX amžiaus 30-ųjų. Dėl aukšta kaina jo naudojimas yra ribotas. Metalinis cirkonis ir jo lydiniai naudojami branduolinėje energetikoje. Cirkonis turi labai mažą šiluminio neutronų gaudymo skerspjūvį ir aukštą lydymosi temperatūrą. Todėl metalinis cirkonis, kuriame nėra hafnio, ir jo lydiniai naudojami branduolinėje energetikoje kuro elementų, kuro rinklių ir kitų branduolinių reaktorių konstrukcijų gamybai.
Kita cirkonio taikymo sritis yra legiravimas. Metalurgijoje jis naudojamas kaip lydinys. Geras deoksidatorius ir denitrogenizatorius, efektyvesnis už Mn, Si, Ti. Plieno legiravimas cirkoniu (iki 0,8%) padidina jų mechanines savybes ir apdirbamumą. Tai taip pat daro vario lydinius patvaresnius ir atsparesnius karščiui, šiek tiek prarandant elektros laidumą.
Cirkonis taip pat naudojamas pirotechnikoje. Cirkonis turi nepaprastą savybę sudeginti ore esantį deguonį (savaiminio užsidegimo temperatūra – 250°C) praktiškai be dūmų ir dideliu greičiu. Tokiu atveju susidaro aukščiausia metalinių degiųjų medžiagų temperatūra (4650°C). Dėl aukštos temperatūros susidaręs cirkonio dioksidas išskiria nemažą kiekį šviesos, kuri labai plačiai naudojama pirotechnikoje (fejerverkų ir fejerverkų gamyboje), cheminių šviesos šaltinių gamyboje, naudojamoje. įvairiose sritysežmogaus veikla (žibintai, raketos, raketos bombos, FOTAB – foto oro bombos; plačiai naudojamos fotografijoje kaip vienkartinių blyksčių lempų dalis, kol ją išstūmė elektroninės blykstės). Naudojimui šioje srityje domina ne tik metalas cirkonis, bet ir jo lydiniai su ceriu, kurie užtikrina žymiai didesnį šviesos srautą. Cirkonio milteliai naudojami mišinyje su oksiduojančiomis medžiagomis (Berthollet druska) kaip nerūkanti medžiaga pirotechnikos signalinėse lemputėse ir saugikliuose, pakeičiant gyvsidabrio ir švino azido fulminatą. Buvo atlikti sėkmingi cirkonio degimo kaip šviesos šaltinio panaudojimo lazeriui siurbti eksperimentai.
Kitas cirkonio panaudojimas yra superlaidininkuose. Superlaidus 75 % Nb ir 25 % Zr lydinys (superlaidumas esant 4,2 K) atlaiko apkrovas iki 100 000 A/cm2. Konstrukcinės medžiagos pavidalu cirkonis naudojamas rūgštims atsparių cheminių reaktorių, jungiamųjų detalių ir siurblių gamyboje. Cirkonis naudojamas kaip tauriųjų metalų pakaitalas. Branduolinėje energetikoje cirkonis yra pagrindinė kuro apvalkalo medžiaga.
Cirkonis pasižymi dideliu, net didesniu nei titano, atsparumu biologinei aplinkai ir puikiu biologiniu suderinamumu, dėl kurio jis naudojamas kaulų, sąnarių ir dantų protezams bei chirurginiams instrumentams kurti. Odontologijoje keramika cirkonio dioksido pagrindu yra dantų protezavimo medžiaga. Be to, dėl savo bioinertiškumo ši medžiaga yra alternatyva titanui dantų implantų gamyboje.
Iš cirkonio gaminami įvairūs stalo reikmenys, pasižymintys puikiomis higieninėmis savybėmis dėl didelio cheminio atsparumo.
Cirkonio dioksidas (mp 2700°C) naudojamas ugniai atsparių medžiagų (bakor – baddeleito-korundo keramikos) gamybai. Jis naudojamas kaip šamoto pakaitalas, nes 3-4 kartus pailgina ciklo laiką stiklo ir aliuminio lydymosi krosnyse. Ugniai atsparios medžiagos stabilizuoto dioksido pagrindu naudojamos metalurgijos pramonėje loviams, stiklams nuolatiniam plieno liejimui, tigliais retųjų žemių elementams lydyti. Jis taip pat naudojamas kermetams – keraminėms-metalinėms dangoms, kurios pasižymi dideliu kietumu ir atsparumu daugeliui chemikalų ir gali atlaikyti trumpalaikį kaitinimą iki 2750°C. Dioksidas yra emalių slopiklis, suteikiantis jiems baltą ir nepermatomą spalvą. Remiantis kubiniu cirkonio dioksido modifikavimu, stabilizuotu skandžiu, itriu, retųjų žemių, medžiaga gaunama - kubinis cirkonis (iš Lebedevo fizinio instituto, kur jis pirmą kartą buvo gautas), kubinis cirkonis naudojamas kaip optinė medžiaga, turinti didelį lūžio rodiklį (plokštieji lęšiai), medicinoje ( chirurginis instrumentas), kaip sintetinis brangakmenis (dispersija, lūžio rodiklis ir spalvų žaismas yra didesni nei deimantų), sintetinių pluoštų gamyboje ir tam tikrų tipų vielos gamyboje (brėžinys). Kaitinamas cirkonio dioksidas praleidžia srovę, kuri kartais naudojama gaminant kaitinimo elementus, kurie yra stabilūs ore esant labai aukštai temperatūrai. aukštos temperatūros. Kaitinamas cirkonis gali pravesti deguonies jonus kaip kietas elektrolitas. Ši savybė naudojama pramoniniuose deguonies analizatoriuose.
Cirkonio hidridas branduolinėje technologijoje naudojamas kaip labai efektyvus neutronų stabdiklis. Cirkonio hidridas taip pat naudojamas padengti cirkonį plonų plėvelių pavidalu, naudojant jo terminį skaidymą įvairiuose paviršiuose.
Cirkonio nitrido medžiaga keraminėms dangoms, lydymosi temperatūra apie 2990°C, hidrolizuojasi vandeniniame vandenyje. Rasta naudoti kaip dangos odontologijoje ir juvelyrikos dirbiniuose.
Cirkonis, t.y. ZrSiO4 yra pagrindinis cirkonio ir hafnio mineralas. Iš jo taip pat išgaunami įvairūs reti elementai ir jame susikaupęs uranas. Cirkono koncentratas naudojamas ugniai atsparių medžiagų gamyboje. Didelis turinys Urano kiekis cirkonyje daro jį patogiu mineralu amžiui nustatyti naudojant urano ir švino datavimą. Skaidrūs cirkonio kristalai naudojami papuošaluose (hiacintas, žargonas). Kai cirkonis yra deginamas, gaunami ryškiai mėlyni akmenys, vadinami starlitu.
Apie 55% viso cirkonio sunaudojama keramikos gamybai – Keraminės plytelės sienoms, grindims, taip pat keramikos pagrindų gamybai elektronikoje. Sunaudojama apie 18% cirkonio chemijos pramonė o vartojimo augimas šioje srityje siekia pastaraisiais metais per metus vidutiniškai 11 proc. Maždaug 22% cirkonio sunaudojama metalo lydymui, tačiau ši kryptis yra Pastaruoju metu nėra toks populiarus, nes yra pigesnių cirkonio gavimo būdų. Likę 5% cirkonio naudojami katodiniams vamzdeliams gaminti, tačiau suvartojimas šioje srityje mažėja.
2010 m. cirkonio suvartojimas smarkiai išaugo iki 1,33 mln. tonų, po to, kai 2009 m. pasaulinis ekonomikos nuosmukis privertė iki 2008 m. sumažėti 18 %. Padidėjęs keramikos suvartojimas, kuris sudarė 54 % cirkonio suvartojimo 2010 m., ypač Kinijoje, bet ir kitose besivystančiose šalyse ekonominės sistemos 2000-aisiais, pavyzdžiui, Brazilija, Indija ir Iranas, buvo pagrindinis veiksnys, lemiantis padidėjusią cirkonio paklausą. Nors JAV ir euro zonoje vartojimas netgi sumažėjo. Cirkonio sunaudojimas cirkonio cheminėse medžiagose, įskaitant cirkonio dioksidą, 2000–2010 m. išaugo daugiau nei dvigubai, o cirkonio naudojimas cirkonio metalui lydyti parodė lėtesnį augimo tempą.
Anot Roskill, 90% pasaulyje sunaudojamo cirkonio metalo sunaudojama branduolinių reaktorių komponentų gamyboje ir apie 10% korozijai atsparių ir aukšto slėgio gamybos įmonėse naudojamų konteinerių pamušalas acto rūgštis. Ekspertų teigimu, ateityje pasaulinė cirkonio metalo paklausa turėtų didėti, nes nemažai šalių (Kinija, Indija, Pietų Korėja ir JAV) planuoja statyti naujas atominės elektrinės.
Cirkonio oksidas, taip pat žinomas kaip cirkonio dioksidas, naudojamas pramonėje, įskaitant vaistai, šviesolaidžiai, vandeniui atsparūs drabužiai ir kosmetika. Didesnis cirkonio oksido medžiagų – cirkonio miltų ir lydyto cirkonio – suvartojimas dėl sparčiai didėjančios keraminių plytelių gamybos Kinijoje. Pietų Korėja Indija ir Kinija yra svarbios cirkonio oksido rinkos. Remiantis cirkonio rinkos tyrimo ataskaita, Azijos Ramusis vandenynas yra didžiausias ir greičiausiai augantis regionas. regioninė rinka pasaulyje. „Saint-Gobain“, įsikūrusi Prancūzijoje, yra viena didžiausių cirkonio dioksido gamintojų.
Didžiausia cirkonio galutinio vartojimo rinka yra keramika, kuri apima plyteles, santechniką ir stalo reikmenis. Kitas didžiausios rinkos, kuriose naudojamos cirkonio medžiagos, ugniai atsparių medžiagų ir liejyklų sektoriai. Cirkonas naudojamas kaip priedas didelė įvairovė keramikos gaminiams, taip pat jis naudojamas kompiuterių monitorių ir televizorių skydų stiklo dangoms, nes medžiaga turi spinduliuotę sugeriančių savybių. Cirkonio įlietos plytos naudojamos kaip alternatyva pagrindiniams lydyto cirkonio oksido tirpalams.
Cirkonio (ZrSiO4) gamyba ir suvartojimas pasaulyje, tūkst. tonų*
| metų | 2008 | 2009 | 2010 | 2011 | 2012 |
| Bendra gamyba | 1300.0 | 1050.0 | 1250.0 | 1400.0 | 1200.0 |
| Kinija | 400.0 | 380.0 | 600.0 | 650.0 | 500.0 |
| Kitos šalys | 750.0 | 600.0 | 770.0 | 750.0 | 600.0 |
| Bendras suvartojimas | 1150.0 | 980.0 | 1370.0 | 1400.0 | 1100.0 |
| Rinkos pusiausvyra | 150.0 | 70.0 | -120.0 | -- | 100.0 |
| COMEX kaina | 788.00 | 830.00 | 860.00 | 2650.00 | 2650.00 |
* Suvestiniai duomenys
Cirkonio rinka parodė staigų nuosmukį, kuris prasidėjo 2008 m. pabaigoje ir tęsėsi iki 2009 m. Gamintojai sumažino gamybos apimtis, kad sumažintų išlaidas ir nebekauptų atsargų. Vartojimas pradėjo atsigauti 2009 m. pabaigoje, paspartino augimą 2010 m., o 2011 m. Tiekimas, ypač iš Australijos, kur išgaunama daugiau nei 40% cirkonio rūdos, ilgą laiką buvo sustoję, o kiti gamintojai per 2008–2010 metus buvo priversti rinkai pateikti apie 0,5 mln. tonų savo atsargų. Rinkos trūkumas ir mažėjantis atsargų lygis lėmė kainų kilimą, kuris prasidėjo 2009 m. pradžioje. Iki 2011 m. sausio mėn. Australijos cirkonio aukščiausios kokybės kainos buvo rekordinio lygio, kai nuo 2009 m. pradžios pakilo 50 %, o 2011–2012 m.
2008 metais cirkonio kempinės kainos išaugo dėl pabrangusio cirkonio smėlio, kuris yra žaliava metalo gamybai. Pramoninių rūšių cirkonio kainos pabrango 7-8% - iki 100 USD/kg, o metalo branduoliniams reaktoriams - 10% - iki 70-80 USD.2008 metų pabaigoje ir 2009 metų pradžioje buvo nežymiai atpigo, tačiau jau 2009 m. antrąjį pusmetį cirkonio kainos vėl pradėjo augti ir taip, kad 2009 m. vidutinės cirkonio kainos buvo didesnės nei 2008 m. 2012 metais cirkonio kainos pakilo iki 110 USD/kg.
Nepaisant mažesnio vartojimo 2009 m., cirkonio kainos smarkiai nesumažėjo, nes pagrindiniai gamintojai sumažino gamybą ir atsargas. 2010 m. gamyba negalėjo neatsilikti nuo paklausos pirmiausia dėl to, kad cirkonio importas iš Kinijos 2010 m. padidėjo daugiau nei 50 % iki 0,7 mln. tonų. Prognozuojama, kad iki 2015 m. cirkonio paklausa kasmet padidės 5,4%, tačiau gamybos pajėgumai gali padidėti tik 2,3% per metus. Todėl papildoma pasiūla ir toliau bus ribota, o kainos gali kilti tol, kol bus pradėti nauji projektai.
Remiantis „Global Industry Analysts“ (GIA) paskelbta tyrimų ataskaita, iki 2017 m. pasaulinė cirkonio rinka pasieks 2,6 mln. Ataskaitoje pateikiami pardavimo apskaičiavimai ir prognozės 2009–2017 m. įvairiose geografinėse rinkose, įskaitant Azijos Ramiojo vandenyno regioną, Europą, Japoniją, Kanadą ir JAV.
Tarptautinės branduolinės energijos pramonės augimas padidins cirkonio paklausą, taip pat padidins jos gamybos pajėgumus visame pasaulyje. Kiti augimo veiksniai didina paklausą Azijos ir Ramiojo vandenyno regione bei keraminių plytelių pramonėje visame pasaulyje.
Cirkonis savo elementine forma yra sidabriškai baltas metalas, pasižymintis tokiomis būdingomis savybėmis kaip atsparumas korozijai ir plastiškumas. Gamtoje tai gana dažna, bet kartu ir labai išsibarsčiusi. Dideli jo telkiniai dar nerasta. Apie šio metalo egzistavimą žmonės pirmą kartą sužinojo 1789 m. Tada chemikas M. Klaprothas, tyrinėdamas mineralą cirkonį, atsitiktinai atrado jo oksidą. Šis metalas gryna forma buvo gautas tik 1925 m. modernus pasaulis daugiausiai naudojamas cirkonis, kurio gamyba yra plačiai paplitusi skirtingos sritys industrija. Žinoma, jį gamina ir daugelis šalies įmonių.
Bendras aprašymas
Neįprastos savybės pirmiausia lemia tokio gana reto metalo kaip cirkonis pramoninę vertę. Jo gamyba yra naudinga šalies ekonomikai dėl:
Aukštas cheminio atsparumo laipsnis. Druskos rūgštis šiam metalui absoliučiai jokios įtakos neturi, o su sieros rūgštimi ji reaguoja tik tada, kai jos koncentracija yra ne mažesnė nei 50% ir esant aukštesnei nei +100 laipsnių temperatūrai.
Galimybė degti ore be dūmų. Cirkonis (smulkiai išsklaidytas) gali savaime užsidegti esant 250 C temperatūrai.
Biologinė inercija. Cirkonis visiškai neturi žalingo poveikio žmonių ar gyvūnų organizmui. Deja, priešingai populiariam įsitikinimui, tai taip pat negali duoti jokios naudos.
Pramonėje didelę paklausą turi ne tik pats metalas, bet ir jo junginiai. Pavyzdžiui, mineralinis cirkonis pasižymi labai dideliu kietumu ir maloniu deimantiniu blizgesiu. Todėl kartais jis naudojamas kaip pigus deimantų pakaitalas. Tačiau pastaruoju metu cirkonis papuošaluose naudojamas vis rečiau. Šiais laikais deimantų imitacija dažnai gaminama iš kubinio cirkonio (dirbtinio cirkonio dioksido).
Kur jis naudojamas?
Cirkonio gamyba šiuo metu yra viena iš svarbiausių metalurgijos pramonės sričių. Nors jis naudojamas daugelyje šalies ūkio sričių (pavyzdžiui, medicinos instrumentų ar pirotechnikos priemonių gamyboje), dažniausiai jis naudojamas vandeniu aušinamuose atominių elektrinių reaktoriuose.
Žaliavos gamybai
Dėl savo sklaidos cirkonio masės dalis žemės plutoje, deja, dar nenustatyta. Mokslininkų teigimu, tonoje gali būti 170-250 gramų. Tiesą sakant, gamtoje yra daug pačių cirkonio mineralų. Įjungta Šis momentas Mokslininkai žino apie 40 jų veislių. Tačiau dažniausiai cirkoniui gaminti naudojamos tik šios žaliavos:
baddeleyite;
eudialitas;
Kaip jau minėta, planetoje nėra didelių cirkonio nuosėdų. Rusijoje yra tik keletas nedidelių tokių mineralų telkinių. Jie taip pat kasami tokiose šalyse kaip JAV, Indija, Brazilija ir Australija. Labiausiai paplitęs mineralas, naudojamas cirkoniui gaminti, žinoma, yra cirkonis (ZrSiO4). Daugeliu atvejų gamtoje jį lydi hafnis.
Cirkonio gamyba Rusijoje: savybės
Rusijos Federacijoje šio metalo gamybą šiuo metu vykdo viena įmonė - Čepetsko mechaninė gamykla, įsikūrusi Glazovo mieste (Udmurtija). Pirmosios jo dirbtuvės buvo pastatytos Antrojo pasaulinio karo pradžioje. Iki 1942 m. gamykla pasiekė visus projektinius pajėgumus. Tuo metu čia daugiausia buvo gaminami šoviniai. 1946 m. įmonė buvo perkvalifikuota į metalo urano gamyklą. Vėliau (1957 m.) čia pradėtas gaminti cirkonis, o vėliau superlaidūs metalai, kalcis ir titanas. Šiandien ši įmonė priklauso TVEL korporacijai, vienai iš pasaulyje gamybos lyderių. TVEL investicijos į cirkonio gamybą ChMP kasmet siekia milijardus rublių. Šiandien ši įmonė tiekia cirkonį vidaus ir pasaulio rinkoms:
viela;
kuro rinklių ir TVEL komponentai.
Taip pat Čepetsko mechanikos gamykloje iš šio metalo gaminami suvenyrai.
Žaliavų perdirbimas ir rūgščių tirpalų gamyba
Cirkonis, kurio gamyba yra sudėtingas technologinis procesas, yra gana brangus metalas. Jo gamyba prasideda nuo rūdos, atgabentos iš telkinių, valymo. Žaliavų perdirbimas paprastai apima šias operacijas:
sodrinimas gravitacijos metodu;
gauto koncentrato valymas elektrostatiniu ir magnetiniu atskyrimu;
koncentrato skaidymas chloruojant, suliejimas su kaustine soda arba kalio fluorosilikatu, sukepinimas su kalkėmis;
vandens išplovimas silicio junginiams pašalinti;
likučio skaidymas sieros arba druskos rūgštimi, kad būtų gautas sulfatas arba oksichloridas.
Fluorosilikatinis pyragas apdorojamas parūgštintu vandeniu ir kaitinamas. Atšaldžius gautą tirpalą, išsiskiria kalio fluorocirkonatas.
Jungtys
Kitas cirkonio gamybos etapas – jo junginių paruošimas iš rūgščių tirpalų. Tam gali būti naudojamos šios technologijos:
cirkonio oksichlorido kristalizavimas išgarinant druskos rūgšties tirpalus;
hidrolizinis sulfatų nusodinimas;
cirkonio sulfato kristalizacija.
Hafnio pašalinimas
Cirkonis, gamybos technologija Rusijoje (kaip ir visur pasaulyje) yra gana sudėtinga, turi būti atskirta nuo šios priemaišos. Norėdami išvalyti metalą nuo hafnio, galite naudoti:
frakcinė K2ZrF6 kristalizacija;
ekstrahavimas tirpikliu;
selektyvus tetrachloridų (HfCl4 ir ZrCl4) redukavimas.
Kaip gaunamas pats metalas
Yra įvairių cirkonio gamybos būdų. Metalas gali būti naudojamas pramonėje:
miltelių arba kempinės pavidalu;
kompaktiškas kaliasis;
aukštas laipsnisšvara.
Pirmajame etape įmonėse gaminamas cirkonio milteliai. Jo gamyba technologiškai gana paprasta. Jis gaminamas metaloterminės redukcijos metodu. Chloridams naudojamas magnis arba natris, o oksidams – kalcio hidridas. Elektrolitiniai cirkonio milteliai gaunami iš šarminių metalų chloridų. Tokiu būdu pagaminta medžiaga dažniausiai suspaudžiama. Tada jis naudojamas kaliajam cirkoniui gaminti elektros lanko krosnyse. Pastarasis yra veikiamas elektronų pluošto tirpimo paskutiniame etape. Rezultatas – didelio grynumo cirkonis. Jis daugiausia naudojamas branduoliniuose reaktoriuose.
gamybos technologija ir naudojimo sritis
Tai vienas populiariausių cirkonio junginių pramonėje ir šalies ūkyje. Gamtoje jis randamas kaip mineralas baddeleitas. Tai balti kristaliniai milteliai su pilku arba gelsvu atspalviu. Jis gali būti pagamintas, pavyzdžiui, naudojant jodido rafinavimo metodą. Šiuo atveju kaip žaliava naudojamos paprastos metalinės cirkonio drožlės. Cirkonio dioksidas naudojamas keramikos (įskaitant protezavimo), apšvietimo prietaisų ir ugniai atsparių medžiagų gamyboje, krosnių konstrukcijoje ir kt.
Cirkono atsargos Rusijos Federacijoje
Žinoma, cirkonio gamyba Rusijoje yra įmanoma tik dėl to, kad šalyje yra jo telkinių. Šios grupės rūdų atsargos Rusijos Federacijoje (palyginti su pasaulinėmis) yra gana didelės. Šiuo metu Rusijoje yra 11 tokių telkinių. Didžiausias aliuvinis telkinys yra Centrinis, esantis Tambovo srityje. Šiuo metu perspektyviausios yra Beshpagirskoje (Stavropolio sritis), Kirsanovskoye (Tambovo sritis) ir Ordynskoye (Novosibirskas). Manoma, kad Rusijoje turimų cirkonio atsargų visiškai pakanka šalies pramonės poreikiams patenkinti. Šiuo metu technologiškai palankiausia sritis yra Rytų centrinis laukas.
Statistiniai duomenys
Taigi ši procedūra yra labai svarbi bet kuriai valstybei, įskaitant Rusiją - cirkonio gamybai. Jo gamybos technologija yra sudėtinga, tačiau jo išleidimas bet kuriuo atveju yra daugiau nei pagrįstas. Šiuo metu cirkonis yra vienintelis retas metalas, kurio gamybos ir vartojimo apimtys siekia šimtus tūkstančių tonų. Rusija pagal savo atsargas užima ketvirtą vietą pasaulyje. Struktūriniu ir kokybiniu požiūriu cirkonio žaliavos bazė mūsų šalyje labai skiriasi nuo užsienio. Daugiau nei 50% šios grupės rūdos atsargų Rusijos Federacijoje yra siejami su šarminiais granitais, 35% - su cirkonio-rutilo-ilmenito įdėklais ir 14% su baddeleito kamaforitais. Užsienyje beveik visos tokių naudingųjų iškasenų atsargos yra sutelktos pakrančių ir jūrų zonose.
Vietoj išvados
Taigi, mes sužinojome, kaip cirkonis gaminamas Rusijoje. Pasaulinėje rinkoje šiandien, deja, yra gana a ūmus trūkumasšis metalas. Todėl Rusija negali tikėtis savo importo. Todėl turime skirti didžiausią dėmesį savo indėlių plėtrai. Tuo pačiu, siekiant sustiprinti cirkonio žaliavos bazę Rusijos Federacijoje, taip pat verta sukurti efektyviausias išgaunamų žaliavų panaudojimo technologijas.
2 puslapis
1945 m. JAV buvo pagaminta tik 0,07 kg cirkonio, tačiau nuo 1948 m., dėl branduolinių reaktorių kūrimo darbų, cirkonio gamyba smarkiai išaugo ir po kelerių metų pasiekė kelias dešimtis tonų.
Cirkonio rūdos, kuri gamtoje yra daug labiau paplitusi nei, pavyzdžiui, berilio, telkinių, remiantis užsienio spaudos pranešimais, yra JAV, Indijoje, Brazilijoje, Australijoje ir daugelyje Afrikos šalių. Cirkonio gamyba JAV nuo 1947 iki 1958 metų išaugo 3 tūkstančius kartų.
Dėl aukštų antikorozinių savybių cirkonis gali būti naudojamas gaminant cheminės įrangos dalis, medicinos instrumentas ir kitose technologijų srityse. Tačiau mažai tikėtina, kad cirkonio gamyba būtų taip greitai pasiekusi dabartinį lygį, jei nebūtų turėjusi kitos specifinės savybės – nedidelio skerspjūvio, skirto šiluminiams neutronams sugerti.
Hafnio gamybos naudojant Kroll procesą technologija ir įranga iš esmės yra tokia pati kaip ir cirkonio metalo gamyboje. Modifikacijas, lyginant su cirkonio gamybos technologiniu procesu, lemia atskirų prietaisų keitimas ar keitimas, technologinės operacijos ir pradinių medžiagų tipas. Čia reikia turėti omenyje didesnį hafnio tetrachlorido jautrumą atmosferos drėgmei, didesnį hafnilo chlorido stabilumą ir šiek tiek didesnes šviežiai gautos metalinės kempinės piroforines savybes.
Kadangi hafnis išgaunamas kaip šalutinis produktas gaminant reaktoriaus cirkonį, jo gamyba didėja proporcingai pastarojo išeigai ir 50 kg cirkonio; gaunama maždaug 1 kg hafnio. Naudojant šį skaičiavimą ir fragmentišką informaciją apie cirkonio gamybą individualiai. Pagal 1975 metais paskelbtą JAV kasyklų biuro prognozę, šalies hafnio poreikis XX – XXI amžių sandūroje.
Cirkonio spektrinė priemaišų analizė yra labai sudėtinga dėl to, kad cirkonio daugialypio spektro fone sunku nustatyti silpnas linijas mažų priemaišų koncentracijų spektruose. Šis metodas taip pat leidžia nustatyti mažas fluoro koncentracijas metaliniame cirkonyje, o tai labai svarbu kontroliuojant elektrolitinio cirkonio gamybą.
Kadangi hafnis išgaunamas kaip šalutinis produktas gaminant reaktoriaus cirkonį, jo gamyba didėja proporcingai pastarojo našumui, o 50 kg cirkonio gaunama maždaug 1 kg hafnio. Per šį dešimtmetį (1970 - 1980 m.) pasaulio atominių elektrinių pajėgumai padidės 5 - 8 kartus, atitinkamai padidės cirkonio ir hafnio gamyba. Juk kiekvienam atominės elektrinės galios megavatui vamzdžių ir kitų dalių gamybai reikia nuo 45 iki 79 kg cirkonio. Be to, kasmet turi būti pakeista 25–35% cirkonio vamzdžių veikiančiuose reaktoriuose. Dėl to jau aštuntojo dešimtmečio viduryje šiems tikslams bus sunaudojama maždaug tiek pat cirkonio, kiek ir naujiems reaktoriams.
Fluoro sublimacijos technologija, skirta cirkonio tetrafluoridui išvalyti iš Al, Ca, Cu, Fe, Mg fluoridų, buvo gerai įsisavinta SSRS devintajame dešimtmetyje Dniepre. cheminis augalas kuriant ir plėtojant fluoro ekstrahavimo technologiją branduolinio gryno cirkonio gamybai.
Ca, Cu, Fe, Mg, Th) yra fluoro kompozicijos pavidalo, gaunamas sublimaciniu būdu išvalant cirkonį. Didelės apimties cirkonio ir silicio plazmos gamyboje šių atliekų sukaupta masė laikui bėgant gali tapti reikšminga; Jų apdorojimui gali būti naudojamos plazmos ir dažnio technologijos, išskiriančios šiuos komponentus dispersinių oksidų arba metalų pavidalu (žr.
Apdorojant 1 toną cirkonio ir iš jo išgaunant cirkonį bei silicį fluoridų pavidalu, atliekose lieka 4–6 kg A1; 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; tie. 8 6 kg metalų, kurių pagrindinė dalis (A1, Ca, Cu, Fe, Mg, Th) yra fluoro kompozicijos pavidalo, gautos sublimaciniu būdu išvalius cirkonį. Didelės apimties cirkonio ir silicio plazmos gamyboje šių atliekų sukaupta masė laikui bėgant gali tapti reikšminga; Jų apdorojimui gali būti naudojamos plazmos ir dažnio technologijos, išskiriančios šiuos komponentus dispersinių oksidų arba metalų pavidalu (žr.
1945 m. JAV buvo pagaminta tik 0,07 kg cirkonio, tačiau nuo 1948 m., dėl branduolinių reaktorių kūrimo darbų, cirkonio gamyba smarkiai išaugo ir po kelerių metų pasiekė kelias dešimtis tonų. Dėl to cirkonio gamybos technologija, kuri prieš keletą metų buvo reta, dabar yra pažangesnė nei daugelio kitų metalų gamybos technologija, žinoma ir naudojama dešimtmečius.
Pagal šildymo principą vakuuminės lankinės krosnys priskiriamos lankinėms tiesioginis veiksmas. Vakuuminės lankinės krosnys yra viena iš naujų elektroterminės įrangos tipų. Jų atsiradimą lemia padidėjusi cirkonio, titano, molibdeno ir kai kurių kitų ugniai atsparių bei chemiškai aktyvių medžiagų gamyba.
Tačiau net ir šiuo atveju jo negalima naudoti be išankstinio cheminio išvalymo (žr. 15.5 skyrių) iš elemento hafnio, kuris visada jį lydi gamtoje ir pasižymi panašiomis savybėmis kaip cirkonis. cheminės savybės. Hafnis, atgautas gaminant reaktoriaus tipo cirkonį, yra puiki medžiaga reaktoriaus valdymo strypams gaminti.
Hafnis yra IV grupėje Periodinė elementų lentelė D.I.Mendelejevo elementai ir yra įtrauktas į titano pogrupį. Jis priklauso mikroelementams, kurie neturi savo mineralų; gamtoje lydi cirkonį. Šiuo metu jis gaunamas kaip šalutinis produktas gaminant cirkonį. Dėl cheminių ir fizines savybes hafnis yra artimas cirkoniui, tačiau nuo pastarojo labai skiriasi branduolinėmis savybėmis.
Chemijos pramonėje molibdenas naudojamas tarpiklių ir varžtų pavidalu stiklinių plytelėmis išklotų indų karštajam remontui (užpildymui), naudojamiems dirbant su sieros rūgštimi ir rūgščioje aplinkoje, kuriame vyksta vandenilio išsiskyrimas. Sieros rūgštyje veikiančiuose gaminiuose taip pat naudojamos molibdeno termoporos ir vožtuvai, o molibdeno lydiniai naudojami kaip reaktorių pamušalai įrenginiuose, skirtuose n-butilchlorido gamybai vykstant reakcijoms, kuriose dalyvauja druskos ir sieros rūgštys aukštesnėje nei 170 C temperatūroje. Molibdenas taip pat apima skystosios fazės hidrochlorinimo procesus, cirkonio ir ypač gryno torio gamybą.
Gryna jo nėra žemės plutoje. Jis gaunamas iš rūdos koncentratų. Iš metų į metus cirkonio metalas vis plačiau naudojamas įvairiose pramonės šakose – metalurgijoje, energetikoje, branduolinėje energetikoje, medicinoje, juvelyrikos pramonėje ir kasdieniame gyvenime.
Cirkonio aprašymas ir savybės
Gamtoje šis metalas pasiskirsto cheminių natūralių junginių – oksidų arba druskų, kurių žinoma daugiau nei keturiasdešimt, pavidalu. 1789 metais vokiečių chemikas Klaprothas išskyrė cirkonio oksidą iš hiacinto akmens – brangios cirkonio atmainos. Ilgą laiką mokslininkams nepavyko gauti gryno metalo ir tik XX amžiaus XX amžiuje eksperimentus vainikavo sėkmė.
Cirkonio metalas buvo gaminamas "sukaupimo" metodu, kai jis gryna forma buvo nusodinamas ant karšto volframo gijos. Cirkonio metalo kaina, gautas tokiu būdu pasirodė gana didelis. Buvo sukurtas pigesnis pramoninis metodas – Kroll metodas, kai cirkonio dioksidas iš pradžių chloruojamas, o vėliau redukuojamas metalu magniu.
Gauta cirkonio kempinė išlydoma į strypus ir siunčiama vartotojui. Be chlorido metodo, yra ir kitų pagrindinių pramoninių cirkonio išgavimo būdų – šarminio ir fluorido. Paaiškėjo, kad metalo cirkonio savybės turi labai įdomių. Kaip tipiškas atstovas Iš savo metalų grupės jis turi gana didelį cheminį aktyvumą, tačiau jis nepasireiškia atvira forma.
Išoriškai kompaktiškas metalinis cirkonis yra labai panašus į plieną. Normaliomis sąlygomis jis turi labai svarbią savybę – nerūdija. Be to, jis puikiai apdorojamas Skirtingi keliai- valcavimas, kalimas. Ne matomas akimis oksido plėvelė ant paviršiaus patikimai apsaugo jį nuo atmosferos dujų ir vandens garų. Tik temperatūrai pakilus iki 300° ši plėvelė palaipsniui subyra, o esant 700° metalas visiškai oksiduojasi.
Veikiamas vandens cirkonis nesioksiduoja, kaip ir daugelis metalų, o pasidengia netirpia plėvele, apsaugančia nuo korozijos. Kompaktiška cirkonio metalo nuotrauka Pasižymi dideliu atsparumu karščiui, atsparumu amoniakui, rūgštims, šarmams, gerai sulaiko spinduliuotę. Cirkonio drožlės ir milteliai ore elgiasi visiškai skirtingai. Šios medžiagos net kambario temperatūroje gali lengvai užsidegti savaime ir dažnai sprogti.
Cirkonis susidaro su daugeliu metalų. Pridėjus jį nedideliais kiekiais, žymiai pagerėja jų charakteristikos – padidėja stiprumas ir atsparumas korozijai. Tuo pačiu metu kitų metalų priedai prie cirkonio tik pablogina jo savybes, todėl naudojami itin retai.
Cirkonio telkiniai ir kasyba
Cirkonio rūdos nuosėdos yra išsklaidytos skirtingos vietos planetos. Jis randamas amorfinių oksidų, druskų ir didelių pavienių kristalų pavidalu, kartais sveriančių daugiau nei vieną kilogramą. Turtingi rūdos rezervai yra Australijoje, Šiaurės Amerika, Vakarų Afrika, Indija, Pietų Afrika, Brazilija. Rusijoje dideli cirkonio žaliavų rezervai yra sutelkti Urale ir Sibire.
Svarbiausi pramoniniai panaudojimai yra cirkonis, cirkonio silikatas, cirkonio dioksidas ir baddeleitas. Labiausiai paplitęs cirkonio mineralas planetoje yra cirkonis. Žmonijai tai buvo žinoma nuo seniausių laikų. Viduramžiais juvelyrai dažnai gamindavo papuošalus iš „netobulų deimantų“, kaip tais laikais buvo vadinami cirkoniai. Po pjovimo jie buvo labiau drumsti, blizgėjo ir mirgėjo kitaip nei natūralūs deimantai.
Yra pavojingų radioaktyvių cirkonių, kurių papuošalų nešiojimas labai blogai veikia sveikatą. Saugesni laikomi maži akmenukai, šviesios spalvos ir palyginti skaidrūs. Cirkonai būna įvairių spalvų. Taigi, hiacintas gali būti medaus geltonumo, raudonas, rožinis, žvaigždžių šviesa gali būti dangaus mėlyna.
Dideli, intensyvios spalvos cirkoniai, ypač žali ir nepermatomi, gali sukelti padidintas lygis radiacija. Tokius akmenis draudžiama laikyti namuose kolekcijose, eksponuoti ar gabenti dideliais kiekiais. Nepaisant to, kad cirkonis pagal gausumą gamtoje tarp metalų užima 12 vietą, ilgam laikui buvo mažiau populiarus, palyginti su net retais radioaktyviais. Tai paaiškinama tuo, kad jos telkiniai itin išsibarstę ir nėra didelių telkinių.
Dažnai rūdoje cirkonis yra greta hafnio, kurio savybės yra panašios. Kiekvienas iš šių metalų atskirai turi patrauklių savybių, tačiau dėl jų buvimo kartu jie netinkami naudoti. Jiems atskirti naudojamas kelių etapų valymas, kuris žymiai padidina kaliojo cirkonio gamybos sąnaudas.
Cirkonio panaudojimas
Tokių dėka svarbias savybes Dėl savo atsparumo korozijai, šarmams ir rūgštims cirkonis plačiai naudojamas įvairiose pramonės šakose. Taigi metalurgijoje jis naudojamas legiruoti plieną ir pagerinti lydinių kokybę. Miltelių pavidalo jis naudojamas pirotechnikoje ir amunicijos – nuotolinių bombų, trasuojamųjų kulkų, raketų – gamyboje.
Ketvirtadalis susidariusio cirkonio koncentrato sunaudojama glazūrų, buitinės ir elektros keramikos gamyboje. Cirkonis, išgrynintas iš hafnio lydinių pavidalu, naudojamas branduoliniuose reaktoriuose kaip konstrukcinė medžiaga. Šis metalas plačiai naudojamas medicinoje ir kasdieniame gyvenime. Plona cirkonio plokštė rentgeno skyriuje blokuoja spinduliuotę daug labiau nei švino prijuostės.
Cirkonio metalo gydomosios savybės
Kaulų lūžiams gydyti traumatologijos klinikose naudojami implantai, pagaminti iš cirkonio lydinių. Palyginti su titanu ir nerūdijančiu plienu, jie turi reikšmingų pranašumų: biologinis suderinamumas (ne alerginė reakcija ir atmetimas), didelis atsparumas korozijai, stiprumas, plastiškumas, lengvumas.
IN veido žandikaulių chirurgija naudokite cirkonio instrumentus ir implantus, tokius kaip kabės, plokštelės, grąžtai, varžtai, protezai, hemostaziniai spaustukai, siūlų siūlai. Cirkonis ir jo lydiniai nesukelia dirginimo, kai susiduria su kaulais ir audiniais.
Cirkonio metalas papuošaluose turi teigiamą poveikį bendra būklėŽmogaus kūnas. Nustatyta, kad cirkonio nešiojimas po ausų pradurimo skatina greitą žaizdos gijimą ir niekada nepūliuoja.
Kai nešiojamas reguliariai cirkonio gaminiai turi teigiamą poveikį sveikatai. Gerų rezultatų pasiekiama nešiojant cirkonio diržus nuo odos ligų, tokių kaip vaikų ir suaugusiųjų egzema, dermatitas, žvynelinė. Labai pagerėjo pacientų, turinčių problemų dėl raumenų ir kaulų sistemos, būklė.
Cirkonio kaina
Metalas parduodamas už kilogramą. Tiekiamas vamzdžio, strypo, juostelės, vielos, lakšto ir kt. Kaina priklauso nuo gaminio gamintojo ir prekės ženklo.
Puslapis 1
Cirkonio ir jo lydinių, kuriuose yra boro, gamyba reikalauja kruopštaus kontrolės. Kadangi cheminiai boro nustatymo metaliniame cirkonyje ir jo lydiniuose metodai nebuvo aprašyti literatūroje, šio darbo tikslas buvo sukurti paprastą cheminį metodą boro kiekiui metaliniame cirkonyje ir jo lydiniuose, ypač lydiniuose su mažas niobio kiekis.
Gaminant cirkonį, jodido metodas, skirtingai nei titano gamyba, turi pramoninę reikšmę.
Sudėtyje yra išmetamų teršalų iš cirkonio gamybos ir organinės sintezės katalizatorių.
Hafnis gaminamas tik kaip šalutinis reaktoriaus tipo cirkonio gamybos produktas. Jo pagrindinis pritaikymas yra valdymo strypų gamyba branduoliniuose reaktoriuose. Bendras suvartojimas šiuo metu neviršija 75% produkcijos. Tačiau naujų taikymo sričių tyrimai: aukštos temperatūros lydinių, gijų, geterių, blykstės lempų miltelių, detonatorių gamyba gali žymiai padidinti metalo paklausą. Hafnio atskyrimas nuo cirkonio yra brangus procesas, o atskyrimo išlaidos paprastai paskirstomos po lygiai tarp abiejų metalų sąnaudų.
Cirkonio gamybos plazmos fluoro ir ekstrahavimo fluorido technologijų produktų savybėse nėra visiškos analogijos, nes ekstrahavimo fluorido technologijoje cirkonis ir hafnis yra atskiriami hidrocheminėje stadijoje ekstrahuojant. Jei cirkoniui apdoroti naudojama plazmos fluorido technologija, cirkonio valymas nuo priemaišų, nurodytų lentelėje sublimaciniu būdu. 3.4, hafnis paprastai seka cirkonį.
Cirkonio ir hafnio atskyrimo elektrolizės būdu metodas yra įdomus cirkoniui gaminti, nes tuo pačiu metu, kai gaminamas metalinis cirkonis, jis išvalomas iš hafnio.
Hafnio gamybos žaliava yra cirkonio koncentratai arba cirkonio gamybos produktai ir tarpiniai produktai.
Dėl visų šių sunkumų būtina kruopščiai išvalyti cirkonio ir hafnio gamyboje naudojamus reagentus, ypač iš deguonies, vandens ir azoto, ir apriboti metodų, kurie gali būti naudojami šiems metalams gauti, pasirinkimą.
Hafnio metalą galima gauti tais pačiais metodais, kurie naudojami cirkonio gamyboje. Hafnio tetrachloridas išgryninamas distiliuojant vandenilio atmosferoje ir redukuojamas magniu. Hafnio kempinės valymas iš magnio chlorido atliekamas cirkonio kempinės valymo įrenginiuose, nes atliekant šią operaciją nėra rimto pavojaus, kad hafnis bus užterštas cirkoniu arba atvirkščiai. Kempingas hafnis išlydomas lanku ir supilamas į varines formas.
Metalinis hafnis gaunamas tais pačiais metodais, kurie naudojami cirkonio gamyboje: Kroll metodu, modifikuotu Kroll metodu, naudojant natrį kaip reduktorių, ir de Boer metodu, arba jodido procesu.
Jodidinis minkšto, kaliojo hafnio gamybos procesas yra panašus į tą, kuris naudojamas cirkoniui gaminti, todėl jodidiniam hafniui gauti naudojama įranga yra maždaug tokia pati kaip cirkoniui gaminti. Remiantis duomenimis, hafnio nusodinimo iš tetrajodido temperatūra yra 1600 C, o cirkonio – 1400 C.
Išsamus Kroll proceso, taikomo titanui, tyrimas gali leisti atlikti kai kuriuos pakeitimus technologinė schema cirkonio gamyba; visų pirma tai susiję su įrangos supaprastinimu, operacijų skaičiaus sumažinimu ir padalinių dydžio padidinimu.
Norint gauti grynesnius niobio ir tantalo miltelius, dujinius chloridus geriau redukuoti skystu magniu taip, kaip tai daroma gaminant cirkonį.
Įkeliama...