Cirkons ir visizplatītākais cirkonija minerāls. Tas ir atrodams visu veidu iežos, bet galvenokārt granītos un sienitos. Gindersonas apgabalā (Ziemeļkarolīna) pegmatītos tika atrasti vairākus centimetrus gari cirkona kristāli, bet Madagaskarā – kilogramus sveroši kristāli. Baddeleyite atklāja Hussaks 1892. gadā Brazīlijā. Galvenā atradne atrodas Pocos de Caldas reģionā (Brazīlija). Lielākās cirkonija atradnes atrodas ASV, Austrālijā, Brazīlijā un Indijā.
Krievijā, kas veido 10% no pasaules cirkonija rezervēm (3. vieta pasaulē pēc Austrālijas un Dienvidāfrikas), galvenās atradnes ir: Kovdorskoe primārais baddelīts-apatīts-magnetīts Murmanskas apgabalā, Tuganskoe placer cirkons-rutila-ilmenīts. Tomskas apgabalā, Centrālais aluviālais cirkons-rutila-ilmenīts Tambovas apgabalā, Lukojanovskoje aluviālais cirkons-rutila-ilmenīts Ņižņijnovgorodas apgabalā, Katuginskoje primārais cirkons-pirohlors-kriolīts Čitas apgabalā un primārais Ulug-hlorcirkon-piro. kolumbīts.
Krājumi cirkonija atradnēs 2012.gadā, tūkst.t *
| Austrālija | 21,000.0 |
| Dienvidāfrika | 14,000.0 |
| Indija | 3,400.0 |
| Mozambika | 1,200.0 |
| Ķīna | 500.0 |
| Citas valstis | 7,900.0 |
| Kopējie krājumi | 48,000.0 |
* ASV Ģeoloģijas dienesta dati
Rūpniecībā izejas izejvielas cirkonija ražošanai ir cirkonija koncentrāti ar cirkonija dioksīda masas saturu vismaz 60-65%, kas iegūti, bagātinot cirkonija rūdas. Galvenās metodes cirkonija metāla iegūšanai no koncentrāta ir hlorīda, fluorīda un sārmu procesi. Lielākais cirkona ražotājs pasaulē ir Iluka.
Cirkona ražošana ir koncentrēta Austrālijā (40% no produkcijas 2010. gadā) un Dienvidāfrika(trīsdesmit%). Pārējo cirkonu ražo vairāk nekā duci citu valstu. No 2002. līdz 2010. gadam cirkona ražošana katru gadu pieauga vidēji par 2,8%. Lielākie ražotāji, piemēram, Iluka Resources, Richards Bay Minerals, Exxaro Resources Ltd un DuPont ekstrahē cirkonu kā blakusproduktu titāna ieguves laikā. Pēdējo desmit gadu laikā pieprasījums pēc titāna minerāliem nav pieaudzis tādā pašā ātrumā kā cirkons, tāpēc ražotāji ir sākuši attīstīt un izmantot minerālu smilšu atradnes ar augstāku cirkona saturu, piemēram, Āfrikā un Dienvidaustrālijā.
* ASV Ģeoloģijas dienesta dati
Cirkonijs ir izmantots rūpniecībā kopš 20. gadsimta 30. gadiem. Tāpēc ka augstas izmaksas tā izmantošana ir ierobežota. Metāla cirkonijs un tā sakausējumi tiek izmantoti kodolenerģētikā. Cirkonijam ir ļoti mazs termiskās neitronu uztveršanas šķērsgriezums un augsta kušanas temperatūra. Tāpēc metāliskais cirkonijs, kas nesatur hafniju, un tā sakausējumi tiek izmantoti kodolenerģijā degvielas elementu, degvielas komplektu un citu kodolreaktoru konstrukciju ražošanai.
Vēl viena cirkonija pielietojuma joma ir leģēšana. Metalurģijā to izmanto kā sakausējumu. Labs deoksidētājs un denitrogenizators, kas pārsniedz Mn, Si, Ti efektivitāti. Tēraudu leģēšana ar cirkoniju (līdz 0,8%) palielina to mehāniskās īpašības un apstrādājamību. Tas arī padara vara sakausējumus izturīgākus un karstumizturīgākus ar nelielu elektriskās vadītspējas zudumu.
Cirkoniju izmanto arī pirotehnikā. Cirkonim ir ievērojama spēja sadegt gaisā ar skābekli (pašaizdegšanās temperatūra - 250°C) praktiski bez dūmiem un lielā ātrumā. Šajā gadījumā veidojas augstākā temperatūra metāla degvielām (4650°C). Augstās temperatūras dēļ iegūtais cirkonija dioksīds izstaro ievērojamu gaismas daudzumu, ko ļoti plaši izmanto pirotehnikā (uguņošanas un uguņošanas ierīču ražošanā), ķīmisko gaismas avotu ražošanā, ko izmanto dažādas jomas cilvēka darbība (lāpas, signālraķetes, zibspuldzes, FOTAB - foto gaisa bumbas; plaši izmantota fotogrāfijā kā daļa no vienreizējās zibspuldzes lampām, līdz to nomainīja elektroniskās zibspuldzes). Izmantošanai šajā jomā interesē ne tikai cirkonija metāls, bet arī tā sakausējumi ar cēriju, kas nodrošina ievērojami lielāku gaismas plūsmu. Pulverveida cirkonijs tiek izmantots maisījumā ar oksidētājiem (Berthollet sāls) kā bezdūmu līdzeklis pirotehniskajās signāllampās un drošinājumos, aizstājot dzīvsudraba un svina azīda fulminātu. Tika veikti veiksmīgi eksperimenti par cirkonija sadegšanas izmantošanu kā gaismas avotu lāzera sūknēšanai.
Cits cirkonija lietojums ir supravadītājos. Supravadošs sakausējums ar 75% Nb un 25% Zr (supravadītspēja pie 4,2 K) iztur slodzes līdz 100 000 A/cm2. Strukturālā materiāla veidā cirkoniju izmanto skābju izturīgu ķīmisko reaktoru, veidgabalu un sūkņu ražošanā. Cirkoniju izmanto kā dārgmetālu aizstājēju. Kodolenerģētikā cirkonijs ir galvenais materiāls degvielas apšuvumam.
Cirkonim ir augsta izturība pret bioloģisko vidi, pat augstāka nekā titānam, un lieliska biosaderība, kā dēļ to izmanto kaulu, locītavu un zobu protēžu, kā arī ķirurģisko instrumentu izgatavošanai. Zobārstniecībā keramika uz cirkonija dioksīda bāzes ir materiāls zobu protēžu ražošanai. Turklāt, pateicoties tā bioinertumam, šis materiāls kalpo kā alternatīva titānam zobu implantu ražošanā.
Cirkonijs tiek izmantots dažādu galda piederumu izgatavošanai, kam ir izcilas higiēnas īpašības, pateicoties augstajai ķīmiskajai izturībai.
Cirkonija dioksīdu (mp 2700°C) izmanto ugunsizturīgu materiālu (bakor - baddeleyite-korunda keramikas) ražošanai. To izmanto kā šamota aizstājēju, jo tas 3-4 reizes palielina cikla laiku stikla un alumīnija kausēšanas krāsnīs. Ugunsizturīgie materiāli uz stabilizēta dioksīda bāzes tiek izmantoti metalurģijas rūpniecībā silei, stikliem nepārtrauktai tērauda liešanai, tīģeļiem retzemju elementu kausēšanai. To izmanto arī metālkeramikā – keramikas-metāla pārklājumos, kuriem ir augsta cietība un izturība pret daudzām ķīmiskām vielām un kas var izturēt īslaicīgu karsēšanu līdz 2750°C. Dioksīds ir emalju slāpētājs, piešķirot tām baltu un necaurspīdīgu krāsu. Pamatojoties uz cirkonija dioksīda kubisko modifikāciju, kas stabilizēts ar skandiju, itriju, retzemju zemes, materiāls tiek iegūts - kubiskais cirkonijs (no Ļebedeva Fizikālā institūta, kur tas pirmo reizi iegūts), kubiskais cirkonijs tiek izmantots kā optiskais materiāls ar augstu refrakcijas koeficientu (plakanās lēcas), medicīnā ( ķirurģiskais instruments), kā sintētisks dārgakmens (dispersija, laušanas koeficients un krāsu spēle ir lielāka nekā dimantam), sintētisko šķiedru ražošanā un dažu veidu stiepļu ražošanā (zīmējums). Sildot, cirkonija dioksīds vada strāvu, ko dažreiz izmanto, lai iegūtu sildelementus, kas ir stabili gaisā ļoti augstā temperatūrā. paaugstināta temperatūra. Karsēts cirkonijs spēj vadīt skābekļa jonus kā ciets elektrolīts. Šo īpašību izmanto rūpnieciskajos skābekļa analizatoros.
Cirkonija hidrīds tiek izmantots kodoltehnoloģijā kā ļoti efektīvs neitronu moderators. Cirkonija hidrīdu izmanto arī cirkonija pārklāšanai plānu kārtiņu veidā, izmantojot tā termisko sadalīšanos uz dažādām virsmām.
Cirkonija nitrīda materiāls keramikas pārklājumiem, kušanas temperatūra ap 2990°C, hidrolizējas ūdens regijā. Atrasts kā pārklājums zobārstniecībā un juvelierizstrādājumos.
Cirkons, t.i. ZrSiO4 ir galvenais cirkonija un hafnija minerālu avots. No tā tiek iegūti arī dažādi reti elementi un urāns, kas tajā ir koncentrēts. Cirkona koncentrātu izmanto ugunsizturīgo materiālu ražošanā. Augsts saturs Urāna daudzums cirkonā padara to par ērtu minerālu vecuma noteikšanai, izmantojot urāna-svina datēšanu. Caurspīdīgi cirkona kristāli tiek izmantoti rotaslietās (hiacintes, žargons). Kad cirkons tiek kalcinēts, tiek iegūti spilgti zili akmeņi, ko sauc par starlītu.
Apmēram 55% no visa cirkonija tiek izmantoti keramikas ražošanā - keramiskās flīzes sienām, grīdām, kā arī keramikas substrātu ražošanai elektronikā. Tiek izmantoti aptuveni 18% cirkona ķīmiskā rūpniecība, un patēriņa pieaugums šajā jomā sasniedz pēdējie gadi vidēji 11% gadā. Metālu kausēšanai tiek izmantoti aptuveni 22% cirkona, bet šis virziens Nesen nav tik populārs, jo ir pieejamas lētākas metodes cirkonija iegūšanai. Atlikušos 5% cirkona izmanto katodu lampu izgatavošanai, taču patēriņš šajā jomā krītas.
Cirkona patēriņš 2010. gadā strauji pieauga līdz 1,33 miljoniem tonnu pēc tam, kad pasaules ekonomikas lejupslīde 2009. gadā izraisīja patēriņa samazināšanos par 18% līdz 2008. gadam. Palielināts keramikas patēriņš, kas veidoja 54% no cirkona patēriņa 2010. gadā, īpaši Ķīnā, bet arī citās jaunattīstības valstīs ekonomiskās sistēmas, piemēram, Brazīlija, Indija un Irāna, bija galvenais faktors pieaugošajam cirkona pieprasījumam 2000. gados. Atrodoties ASV un eirozonā, patēriņš pat samazinājās. Cirkona patēriņš cirkonija ķīmiskajās vielās, tostarp cirkonija dioksīdā, laikā no 2000. līdz 2010. gadam vairāk nekā dubultojās, savukārt cirkona izmantošana cirkonija metāla kausēšanai uzrādīja lēnāku pieauguma tempu.
Pēc Roskila teiktā, 90% no pasaulē patērētā cirkonija metāla tiek izmantoti kodolreaktoru komponentu ražošanā un aptuveni 10% korozijizturīgu un augsts spiediens ražotnēs izmantoto konteineru oderējums etiķskābe. Pēc ekspertu domām, nākotnē sagaidāms, ka pasaulē pieaugs pieprasījums pēc cirkonija metāla, jo vairākas valstis (Ķīna, Indija, Dienvidkoreja un ASV) plāno būvēt jaunus atomelektrostacijas.
Cirkonija oksīds, kas pazīstams arī kā cirkonija dioksīds, tiek izmantots rūpniecībā, tostarp medikamentiem, optiskās šķiedras, ūdensizturīgs apģērbs un kosmētika. Lielāks cirkonija materiālu - cirkonija miltu un kausētā cirkonija oksīda patēriņš ir saistīts ar straujo keramikas flīžu ražošanas pieaugumu Ķīnā. Dienvidkoreja Indija un Ķīna ir nozīmīgi cirkonija oksīda izaugsmes tirgi. Saskaņā ar cirkonija tirgus izpētes ziņojumu Āzijas Klusais okeāns ir lielākais un visstraujāk augošais reģions. reģionālais tirgus pasaulē. Saint-Gobain, kas atrodas Francijā, ir viens no lielākajiem cirkonija dioksīda ražotājiem.
Lielākais cirkonija galapatēriņa tirgus ir keramika, kas ietver flīzes, sanitārtehnikas izstrādājumus un galda piederumus. Nākamais lielākajiem tirgiem, kas izmanto cirkonija materiālus, ugunsizturīgo un lietuves sektoru. Cirkonu izmanto kā piedevu liela dažādība keramikas izstrādājumiem, un to izmanto arī stikla pārklājumos datoru monitoros un televizoru paneļos, jo materiālam piemīt starojumu absorbējošas īpašības. Ķieģeļi ar cirkoniju tiek izmantoti kā alternatīva pamata kausēta cirkonija šķīdumiem.
Cirkona (ZrSiO4) ražošana un patēriņš pasaulē, tūkst.t*
| gadā | 2008 | 2009 | 2010 | 2011 | 2012 |
| Kopējā produkcija | 1300.0 | 1050.0 | 1250.0 | 1400.0 | 1200.0 |
| Ķīna | 400.0 | 380.0 | 600.0 | 650.0 | 500.0 |
| Citas valstis | 750.0 | 600.0 | 770.0 | 750.0 | 600.0 |
| Kopējais patēriņš | 1150.0 | 980.0 | 1370.0 | 1400.0 | 1100.0 |
| Tirgus līdzsvars | 150.0 | 70.0 | -120.0 | -- | 100.0 |
| COMEX cena | 788.00 | 830.00 | 860.00 | 2650.00 | 2650.00 |
* Kopsavilkuma dati
Cirkona tirgus uzrādīja strauju kritumu, kas sākās 2008. gada beigās un turpinājās līdz 2009. gadam. Ražotāji ir samazinājuši ražošanas apjomus, lai samazinātu izmaksas un pārtrauktu krājumu uzkrāšanu. Patēriņš sāka atjaunoties 2009. gada beigās, 2010. gadā paātrināja izaugsmi un turpinājās 2011. gadā. Piegādes, īpaši no Austrālijas, kur tiek iegūti vairāk nekā 40% cirkonija rūdu, ilgstoši ir stagnējušas, un citi ražotāji 2008.-2010.gadā bija spiesti laist tirgū aptuveni 0,5 miljonus tonnu savu rezervju. Tirgus deficīts kopā ar krājumu līmeņa samazināšanos izraisīja cenu pieaugumu, kas sākās 2009. gada sākumā. Līdz 2011. gada janvārim Austrālijas cirkona augstākās kvalitātes cenas bija rekordlīmenī pēc 50% pieauguma kopš 2009. gada sākuma un turpināja pieaugt 2011.–2012. gadā.
2008. gadā cenas cirkonija sūklim palielinājās, jo sadārdzinājās cirkona smiltis, kas ir metāla ražošanas izejviela. Rūpniecisko cirkonija marku cenas pieauga par 7-8% - līdz USD 100/kg, bet metālam kodolreaktoriem - par 10% - līdz USD 70-80. 2008. gada beigās un 2009. gada sākumā bija neliels cenu samazinājums, tomēr jau 2009. gada otrajā pusē cirkonija cenas atkal atsāka augt, un tā, ka vidējās cirkonija cenas 2009. gadā bija augstākas nekā 2008. gadā. 2012. gadā cirkonija cenas pieauga līdz 110 USD/kg.
Neskatoties uz mazāku patēriņu 2009. gadā, cirkona cenas strauji nesamazinājās, jo lielākie ražotāji samazināja ražošanu un samazināja krājumus. 2010. gadā ražošana nevarēja sekot pieprasījumam, galvenokārt tāpēc, ka cirkona imports no Ķīnas 2010. gadā palielinājās par vairāk nekā 50% līdz 0,7 miljoniem tonnu. Tiek prognozēts, ka pieprasījums pēc cirkona līdz 2015. gadam ik gadu palielināsies par 5,4%, bet ražošanas jauda var pieaugt tikai par 2,3% gadā. Tāpēc papildu piedāvājums joprojām būs ierobežots, un cenas var turpināt pieaugt, līdz tiks publicēti jauni projekti.
Saskaņā ar Global Industry Analysts (GIA) publicēto pētījumu ziņojumu, paredzams, ka pasaules cirkonija tirgus līdz 2017. gadam sasniegs 2,6 miljonus tonnu. Ziņojumā ir sniegti pārdošanas aprēķini un prognozes no 2009. līdz 2017. gadam dažādos ģeogrāfiskajos tirgos, tostarp Āzijas un Klusā okeāna reģionā, Eiropā, Japānā, Kanādā un Amerikas Savienotajās Valstīs.
Izaugsme starptautiskajā kodolenerģijas nozarē palielinās pieprasījumu pēc cirkonija, kā arī palielinās tās ražošanas jaudu visā pasaulē. Citi izaugsmes faktori palielina pieprasījumu Āzijas un Klusā okeāna reģionā, kā arī keramikas flīžu rūpniecībā visā pasaulē.
Cirkonijs elementārajā formā ir sudrabaini balts metāls ar raksturīgām īpašībām, piemēram, izturību pret koroziju un elastību. Dabā tas ir diezgan izplatīts, bet tajā pašā laikā ļoti izkliedēts. Lielas tā atradnes vēl nav atrastas. Par šī metāla pastāvēšanas iespējamību cilvēki pirmo reizi uzzināja 1789. gadā. Tad ķīmiķis M. Klaprots, pētot minerālu cirkonu, nejauši atklāja tā oksīdu. Šo metālu tīrā veidā ieguva tikai 1925. gadā. mūsdienu pasaule visvairāk tiek izmantots cirkonijs, kura ražošana ir plaši izplatīta dažādās jomās nozare. Protams, to ražo arī daudzi vietējie uzņēmumi.
vispārīgs apraksts
Neparastās īpašības galvenokārt nosaka tāda salīdzinoši reta metāla kā cirkonija rūpniecisko vērtību. Tās ražošana ir labvēlīga valsts ekonomikai, jo:
Augsta ķīmiskās izturības pakāpe. Sālsskābe uz šo metālu absolūti nekādi neietekmē, un tā reaģē ar sērskābi tikai tad, kad tās koncentrācija ir vismaz 50% un temperatūrā virs +100 grādiem.
Spēja sadedzināt gaisā praktiski bez dūmiem. Cirkonijs (smalki izkliedēts) var spontāni aizdegties 250 C temperatūrā.
Bioloģiskā inerce. Cirkonijs absolūti nekaitē cilvēka vai dzīvnieka ķermenim. Diemžēl, pretēji plaši izplatītam uzskatam, tas arī nevar dot nekādu labumu.
Rūpniecībā ļoti pieprasīts ir ne tikai šis metāls, bet arī tā savienojumi. Minerālam cirkonim, piemēram, ir raksturīga ļoti augsta cietība un patīkams dimanta spīdums. Tāpēc dažreiz to izmanto kā lētu dimantu aizstājēju. Tomēr pēdējā laikā rotaslietās cirkons tiek izmantots arvien retāk. Mūsdienās dimantu imitācijas bieži tiek izgatavotas no kubiskā cirkonija (mākslīgā cirkonija dioksīda).
Kur tas tiek izmantots?
Cirkonija ražošana šobrīd ir viena no svarīgākajām metalurģijas nozares jomām. Lai gan to izmanto daudzās tautsaimniecības jomās (piemēram, medicīnisko instrumentu vai pirotehnisko ierīču ražošanā), visbiežāk to izmanto ar ūdeni dzesējamos reaktoros atomelektrostacijās.
Izejvielas ražošanai
Diemžēl cirkonija masas daļa zemes garozā tā izkliedes dēļ vēl nav noteikta. Pēc zinātnieku domām, tas var būt 170-250 grami uz tonnu. Patiesībā dabā ir daudz cirkona minerālu. Ieslēgts Šis brīdis Zinātnieki zina apmēram 40 viņu šķirnes. Tomēr visbiežāk cirkonija ražošanai tiek izmantotas tikai šādas izejvielas:
baddeleyīts;
eudialīts;
Kā jau minēts, uz planētas nav lielu cirkona nogulumu. Krievijā ir tikai dažas nelielas šādu derīgo izrakteņu atradnes. Tos iegūst arī tādās valstīs kā ASV, Indija, Brazīlija un Austrālija. Visizplatītākais minerāls, ko izmanto cirkonija ražošanā, protams, ir cirkons (ZrSiO4). Vairumā gadījumu to dabā pavada hafnijs.
Cirkonija ražošana Krievijā: īpašības
Krievijas Federācijā šī metāla ražošanu pašlaik veic viens uzņēmums - Čepetskas mehāniskā rūpnīca, kas atrodas Glazovas pilsētā (Udmurtija). Tās pirmās darbnīcas tika uzceltas Otrā pasaules kara sākumā. Līdz 1942. gadam rūpnīca sasniedza pilnu projektēto jaudu. Tajā laikā šeit galvenokārt ražoja patronas. 1946. gadā uzņēmums tika pārkvalificēts par rūpnīcu urāna metāla ražošanai. Vēlāk (1957. gadā) šeit sāka ražot cirkoniju un pēc tam supravadošus metālus, kalciju un titānu. Šodien šis uzņēmums ir daļa no TVEL Corporation, kas ir viens no pasaules līderiem ražošanā. TVEL investīcijas cirkonija ražošanā CHMP ik gadu sasniedz miljardus rubļu. Šodien šis uzņēmums piegādā cirkoniju vietējam un pasaules tirgum:
stieple;
sastāvdaļas degvielas komplektiem un TVEL.
Arī Čepetskas mehāniskajā rūpnīcā no šī metāla izgatavo suvenīrus.
Izejvielu pārstrāde un skābju šķīdumu ražošana
Cirkonijs, kura ražošana ir sarežģīts tehnoloģiskais process, ir diezgan dārgs metāls. Tās ražošana sākas ar no atradnēm piegādātās rūdas attīrīšanu. Izejvielu apstrāde parasti ietver šādas darbības:
bagātināšana ar gravitācijas metodi;
iegūtā koncentrāta attīrīšana ar elektrostatisko un magnētisko atdalīšanu;
koncentrāta sadalīšana, hlorējot, sapludinot ar kaustisko soda vai kālija fluorsilikātu, saķepinot ar kaļķi;
ūdens izskalošana, lai noņemtu silīcija savienojumus;
atlikuma sadalīšana ar sērskābi vai sālsskābi, lai iegūtu sulfātu vai oksihlorīdu.
Fluorsilikāta kūku apstrādā ar paskābinātu ūdeni un karsē. Pēc iegūtā šķīduma atdzesēšanas izdalās kālija fluorcirkonāts.
Savienojumi
Nākamais cirkonija ražošanas posms ir tā savienojumu sagatavošana no skābiem šķīdumiem. Šim nolūkam var izmantot šādas tehnoloģijas:
cirkonija oksihlorīda kristalizācija, iztvaicējot sālsskābes šķīdumus;
sulfātu hidrolītiskā izgulsnēšana;
cirkonija sulfāta kristalizācija.
Hafnija noņemšana
Cirkonijs, ražošanas tehnoloģija Krievijā (tāpat kā visur pasaulē) ir diezgan sarežģīta, ir jāatdala no šī piemaisījuma. Lai attīrītu metālu no hafnija, var izmantot:
K2ZrF6 frakcionēta kristalizācija;
šķīdinātāja ekstrakcija;
tetrahlorīdu (HfCl4 un ZrCl4) selektīva reducēšana.
Kā tiek iegūts pats metāls
Cirkonija ražošanai ir dažādas metodes. Metālu var izmantot rūpniecībā:
pulvera vai sūkļa veidā;
kompakti kaļami;
augsta pakāpe tīrība.
Pirmajā posmā uzņēmumos tiek ražots pulverveida cirkonijs. Tā ražošana tehnoloģiski ir salīdzinoši vienkārša. To ražo ar metalotermiskās reducēšanas metodi. Hlorīdiem izmanto magniju vai nātriju, un oksīdiem izmanto kalcija hidrīdu. Elektrolītiski pulverveida cirkonijs tiek iegūts no sārmu metālu hlorīdiem. Šādā veidā ražotais materiāls parasti tiek saspiests. Pēc tam to izmanto kaļamā cirkonija ražošanai elektriskās loka krāsnīs. Pēdējais tiek pakļauts elektronu staru kūšanai pēdējā posmā. Rezultāts ir augstas tīrības pakāpes cirkonijs. To galvenokārt izmanto kodolreaktoros.
ražošanas tehnoloģija un izmantošanas apjoms
Šis ir viens no populārākajiem cirkonija savienojumiem rūpniecībā un tautsaimniecībā. Dabā tas sastopams kā minerāls baddeleyīts. Tas ir balts kristālisks pulveris ar pelēku vai dzeltenīgu nokrāsu. To var ražot, piemēram, izmantojot jodīda rafinēšanas metodi. Šajā gadījumā kā izejvielas tiek izmantotas parastās metāla cirkonija skaidas. Cirkonija dioksīds tiek izmantots keramikas ražošanā (tostarp protezēšanas jomā), apgaismes ierīču un ugunsizturīgo materiālu ražošanā, krāšņu būvniecībā u.c.
Cirkona rezerves Krievijas Federācijā
Cirkonija ražošana Krievijā, protams, ir iespējama tikai tāpēc, ka valstī ir tā atradnes. Šīs grupas rūdu rezerves Krievijas Federācijā (salīdzinājumā ar globālajām) ir diezgan lielas. Pašlaik Krievijā ir 11 šādi noguldījumi. Lielākā aluviālā atradne ir Centrālā, kas atrodas Tambovas reģionā. Šobrīd perspektīvākie lauki ir Beshpagirskoje (Stavropoles apgabals), Kirsanovska (Tambovas apgabals) un Ordinskoje (Novosibirska). Tiek uzskatīts, ka Krievijā pieejamās cirkona rezerves ir pilnīgi pietiekamas, lai apmierinātu valsts rūpniecības vajadzības. Tehnoloģiski vislabvēlīgākais apgabals šobrīd ir Austrumcentrālais lauks.
Statistikas dati
Tādējādi šī procedūra ir ļoti svarīga jebkurai valstij, tostarp Krievijai - cirkonija ražošanai. Tā ražošanas tehnoloģija ir sarežģīta, taču tā izlaišana jebkurā gadījumā ir vairāk nekā pamatota. Šobrīd cirkonijs ir vienīgais retais metāls, kura ražošanas un patēriņa apjomi sasniedz simtiem tūkstošu tonnu. Krievija ieņem ceturto vietu pasaulē savu rezervju ziņā. Strukturāli un kvalitatīvi cirkonija izejvielu bāze mūsu valstī ļoti atšķiras no ārvalstu. Vairāk nekā 50% šīs grupas rūdas krājumu Krievijas Federācijā ir saistīti ar sārmu granītiem, 35% ar cirkona-rutila-ilmenīta iekārtām un 14% ar baddeleyīta kamaforītiem. Ārzemēs gandrīz visas šādu derīgo izrakteņu rezerves ir koncentrētas piekrastes un jūras zonās.
Secinājuma vietā
Tādējādi mēs uzzinājām, kā cirkonijs tiek ražots Krievijā. Pasaules tirgū šodien diemžēl ir diezgan a akūts trūkumsšis metāls. Tāpēc Krievija nevar rēķināties ar savu importu. Tāpēc mums ir jāpievērš maksimāla uzmanība mūsu pašu noguldījumu attīstībai. Tajā pašā laikā, lai stiprinātu cirkonija izejvielu bāzi Krievijas Federācijā, ir vērts izstrādāt arī efektīvākās iegūto izejvielu izmantošanas tehnoloģijas.
2. lapa
1945. gadā ASV saražoja tikai 0,07 kg cirkonija, bet, sākot ar 1948. gadu, saistībā ar darbu pie kodolreaktoru izveides, cirkonija ražošana strauji pieauga un pēc dažiem gadiem sasniedza vairākus desmitus tonnu.
Cirkonija rūdas atradnes, kas dabā ir daudz izplatītākas nekā, piemēram, berilijs, pēc ārvalstu preses ziņām ir ASV, Indijā, Brazīlijā, Austrālijā un vairākās Āfrikas valstīs. Cirkonija ražošana ASV no 1947. līdz 1958. gadam pieauga 3 tūkstošus reižu.
Pateicoties augstajām pretkorozijas īpašībām, cirkoniju var izmantot ķīmisko iekārtu detaļu ražošanai, medicīnas instruments un citās tehnoloģiju jomās. Tomēr maz ticams, ka cirkonija ražošana tik ātri būtu sasniegusi pašreizējo līmeni, ja tam nebūtu bijusi cita specifiska īpašība - neliels šķērsgriezums termisko neitronu absorbcijai.
Tehnoloģija un aprīkojums, ko izmanto hafnija ražošanai, izmantojot Kroll procesu, būtībā ir tāds pats kā cirkonija metāla ražošanā. Modifikācijas, salīdzinot ar cirkonija ražošanas tehnoloģisko procesu, nosaka atsevišķu ierīču nomaiņa vai maiņa, tehnoloģiskās darbības un izejmateriālu veids. Šeit jāpatur prātā hafnija tetrahlorīda lielāka jutība pret atmosfēras mitrumu, lielāka hafnilhlorīda stabilitāte un nedaudz lielākas svaigi iegūtā metāla sūkļa piroforiskās īpašības.
Tā kā hafnijs tiek iegūts kā blakusprodukts reaktora cirkonija ražošanā, tā ražošana palielinās proporcionāli pēdējā izlaidei un par 50 kg cirkonija; tiek iegūts aptuveni 1 kg hafnija. Izmantojot šo aprēķinu un fragmentāru informāciju par cirkonija ražošanu individuāli. Saskaņā ar 1975. gadā publicēto ASV Raktuvju biroja prognozi, valsts nepieciešamība pēc hafnija 20. - 21. gadsimta mijā.
Cirkonija spektrālā analīze piemaisījumu noteikšanai ir lielā mērā sarežģīta, jo uz cirkonija daudzlīniju spektra fona ir grūti noteikt vājās līnijas zemu piemaisījumu koncentrāciju spektros. Šī metode ļauj arī noteikt zemas fluora koncentrācijas metāliskā cirkonijā, kas ir ļoti svarīgi elektrolītiskā cirkonija ražošanas kontrolē.
Tā kā hafniju ekstrahē kā blakusproduktu, ražojot reaktora cirkoniju, tā ražošana palielinās proporcionāli pēdējā izlaidei, iegūstot aptuveni 1 kg hafnija uz 50 kg cirkonija. Pašreizējās desmitgades laikā (1970. - 1980.) pasaules atomelektrostaciju jauda palielināsies 5 - 8 reizes, un attiecīgi palielināsies cirkonija un hafnija ražošana. Galu galā katram atomelektrostacijas megavatam cauruļu un citu detaļu ražošanai ir nepieciešami no 45 līdz 79 kg cirkonija. Turklāt ik gadu jānomaina 25 - 35% cirkonija cauruļu darbojošos reaktoros. Rezultātā jau 70. gadu vidū šiem mērķiem tiks patērēts aptuveni tikpat daudz cirkonija kā jauniem reaktoriem.
Fluorīda sublimācijas tehnoloģija cirkonija tetrafluorīda attīrīšanai no Al, Ca, Cu, Fe, Mg fluorīdiem tika labi apgūta PSRS 80. gados Dņeprā. ķīmiskā rūpnīca fluora ekstrakcijas tehnoloģijas izstrādē un attīstībā kodoltīra cirkonija ražošanai.
Ca, Cu, Fe, Mg, Th) ir fluora sastāva veidā, ko iegūst, attīrot cirkoniju ar sublimāciju. Liela mēroga cirkonija un silīcija plazmas ražošanā šo atkritumu uzkrātā masa laika gaitā var kļūt nozīmīga; To apstrādei var izmantot plazmas un frekvenču tehnoloģijas, lai ekstrahētu šos komponentus izkliedētu oksīdu vai metālu veidā (sk.
Apstrādājot 1 tonnu cirkona un ekstrahējot no tā cirkoniju un silīciju fluorīdu veidā, atkritumos paliek 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 metālu, no kuriem galvenā daļa (A1, Ca, Cu, Fe, Mg, Th) ir fluora sastāva veidā, kas iegūts cirkonija sublimācijas attīrīšanā. Liela mēroga cirkonija un silīcija plazmas ražošanā šo atkritumu uzkrātā masa laika gaitā var kļūt nozīmīga; To apstrādei var izmantot plazmas un frekvenču tehnoloģijas, lai ekstrahētu šos komponentus izkliedētu oksīdu vai metālu veidā (sk.
1945. gadā ASV saražoja tikai 0,07 kg cirkonija, bet, sākot ar 1948. gadu, saistībā ar darbu pie kodolreaktoru izveides, cirkonija ražošana strauji pieauga un pēc dažiem gadiem sasniedza vairākus desmitus tonnu. Rezultātā cirkonija ražošanas tehnoloģija, kas pirms dažiem gadiem bija reta, tagad ir progresīvāka nekā daudzu citu metālu ražošanas tehnoloģija, kas zināma un izmantota gadu desmitiem.
Saskaņā ar apkures principu vakuuma loka krāsnis tiek klasificētas kā loka krāsnis tieša darbība. Vakuuma loka krāsnis ir viens no jaunajiem elektrotermisko iekārtu veidiem. To izskatu izraisa cirkonija, titāna, molibdēna un dažu citu ugunsizturīgu un ķīmiski aktīvu materiālu ražošanas pieaugums.
Bet pat šajā gadījumā to nevar izmantot bez iepriekšējas ķīmiskas attīrīšanas (sk. 15.5. sadaļu) no elementa hafnija, kas to vienmēr pavada dabā un kura īpašības ir līdzīgas cirkonijam. ķīmiskās īpašības. Hafnijs, kas iegūts reaktora cirkonija ražošanā, ir lielisks materiāls reaktora vadības stieņu izgatavošanai.
Hafnijs ir IV grupā periodiskā tabula D.I.Mendeļejeva elementi un ir iekļauts titāna apakšgrupā. Tas pieder pie mikroelementiem, kuriem nav savu minerālu; dabā pavada cirkoniju. Šobrīd to iegūst kā blakusproduktu cirkonija ražošanā. Par ķīmisko un fizikālās īpašības hafnijs ir tuvu cirkonim, taču būtiski atšķiras no pēdējā kodolīpašību ziņā.
Ķīmiskajā rūpniecībā molibdēnu izmanto blīvju un skrūvju veidā stikla flīžu tvertņu karstajam remontam (piepildīšanai), ko izmanto, strādājot ar sērskābi un skāba vide, kurā notiek ūdeņraža evolūcija. Produktos, kas darbojas sērskābē, tiek izmantoti arī molibdēna termopāri un vārsti, un molibdēna sakausējumi kalpo kā reaktora oderējums iekārtās, kas paredzētas n-butilhlorīda ražošanai reakcijās ar sālsskābi un sērskābi temperatūrā, kas pārsniedz 170 C. Starp dažādiem lietojumiem. Molibdēna izmantošana ietver arī šķidrās fāzes hidrohlorēšanas procesus, cirkonija un īpaši tīra torija ražošanu.
Tīrā veidā tas nav atrodams zemes garozā. To iegūst no rūdas koncentrātiem. No gada uz gadu cirkonija metāls arvien plašāk tiek izmantots dažādās nozarēs – metalurģijā, enerģētikā, kodolenerģētikā, medicīnā, juvelierizstrādājumu rūpniecībā un sadzīvē.
Cirkonija apraksts un īpašības
Dabā šis metāls tiek izplatīts ķīmisko dabisko savienojumu veidā - oksīdi vai sāļi, no kuriem ir zināmi vairāk nekā četrdesmit. 1789. gadā vācu ķīmiķis Klaprots izdalīja cirkonija oksīdu no hiacintes akmens, vērtīgas cirkona šķirnes. Ilgu laiku zinātnieki nevarēja iegūt tīru metālu, un tikai 20. gadsimta 20. gados eksperimenti vainagojās panākumiem.
Cirkonija metāls tika ražots ar "uzbūvēšanas" metodi, kurā tas tika nogulsnēts tīrā veidā uz karsta volframa pavediena. Cirkonija metāla cena,šādā veidā iegūts izrādījās diezgan augsts. Tika izstrādāta lētāka rūpnieciskā metode - Kroll metode, kurā cirkonija dioksīds vispirms tiek hlorēts un pēc tam reducēts ar magnija metālu.
Iegūto cirkonija sūkli izkausē stieņos un nosūta patērētājam. Papildus hlorīda metodei ir arī citas galvenās rūpnieciskās metodes cirkonija - sārma un fluora - ekstrakcijai. Izrādījās, ka metāla cirkonija īpašības ir ļoti interesanti. Kā tipisks pārstāvis no tās metālu grupas tai ir diezgan augsta ķīmiskā aktivitāte, bet tā neizpaužas atklātā formā.
Ārēji kompaktais metāla cirkonijs ir ļoti līdzīgs tēraudam. Normālos apstākļos tam ir ļoti svarīga kvalitāte – tas nerūsē. Turklāt tas ir lieliski apstrādāts Dažādi ceļi- velmēšana, kalšana. Nav acij redzams oksīda plēve uz virsmas droši aizsargā to no atmosfēras gāzēm un ūdens tvaikiem. Tikai tad, kad temperatūra paaugstinās līdz 300°, šī plēve pakāpeniski sabrūk, un pie 700° metāls pilnībā oksidējas.
Saskaroties ar ūdeni, cirkonijs neoksidējas, tāpat kā daudzi metāli, bet ir pārklāts ar nešķīstošu plēvi, kas pasargā to no korozijas. Kompakts cirkonija metāla foto To raksturo augsta karstumizturība, izturība pret amonjaku, skābēm, sārmiem un labi notur starojumu. Cirkonija skaidas un pulveris gaisā uzvedas pilnīgi atšķirīgi. Šīs vielas pat istabas temperatūrā var viegli spontāni aizdegties un bieži eksplodēt.
Cirkonijs veidojas ar daudziem metāliem. Pievienojot to nelielos daudzumos, ievērojami uzlabojas to īpašības – palielinās izturība un izturība pret koroziju. Tajā pašā laikā citu metālu pievienošana cirkonim tikai pasliktina tā īpašības, un tāpēc tos izmanto ārkārtīgi reti.
Cirkonija atradnes un ieguve
Cirkonija rūdas atradnes ir izkaisītas dažādas vietas planētas. Tas ir atrodams amorfu oksīdu, sāļu un lielu monokristālu veidā, kas dažreiz sver vairāk nekā vienu kilogramu. Bagātīgas rūdas rezerves atrodas Austrālijā, Ziemeļamerika, Rietumāfrika, Indija, Dienvidāfrika, Brazīlija. Krievijā ievērojamas cirkonija izejvielu rezerves ir koncentrētas Urālos un Sibīrijā.
Nozīmīgākie rūpnieciskie lietojumi ir cirkons, cirkonija silikāts, cirkonija dioksīds un baddeleyīts. Visizplatītākais cirkonija minerāls uz planētas ir cirkons. Tas ir zināms cilvēcei kopš seniem laikiem. Viduslaikos juvelieri bieži izgatavoja rotaslietas no “nepilnīgiem dimantiem”, kā tajos laikos sauca cirkonus. Pēc griešanas tie bija duļķaināki, spīdēja un mirdzēja savādāk nekā dabiskie dimanti.
Ir bīstami radioaktīvie cirkoni, kuru rotaslietu nēsāšana ļoti slikti ietekmē veselību. Mazi akmeņi, gaiši krāsoti un salīdzinoši caurspīdīgi tiek uzskatīti par drošākiem. Cirkoniem ir dažādas krāsas. Tātad hiacinte var būt medusdzeltena, sarkana, rozā, zvaigžņu gaisma var būt debeszila.
Lieli, intensīvi krāsoti cirkoni, īpaši zaļi un necaurspīdīgi, var izraisīt paaugstināts līmenis starojums. Šādus akmeņus ir aizliegts glabāt mājās kolekcijās, eksponēt vai transportēt lielos daudzumos. Neskatoties uz to, ka cirkonijs ierindojas 12.vietā pēc pārpilnības dabā starp metāliem, tas ilgu laiku bija mazāk populārs salīdzinājumā ar pat retajiem radioaktīvajiem. Tas izskaidrojams ar to, ka tās noguldījumi ir ārkārtīgi izkliedēti un nav lielu nogulumu.
Bieži rūdā cirkonijs atrodas blakus hafnijam, kura īpašības ir līdzīgas. Katram no šiem metāliem atsevišķi ir pievilcīgas īpašības, taču to klātbūtne kopā padara tos nederīgus lietošanai. Lai tos atdalītu, tiek izmantota daudzpakāpju attīrīšana, kas ievērojami palielina kaļamā cirkonija ražošanas izmaksas.
Cirkonija pielietojumi
Pateicoties tādiem svarīgas īpašības Pateicoties tā izturībai pret koroziju, sārmiem un skābēm, cirkoniju plaši izmanto dažādās nozarēs. Tādējādi metalurģijā to izmanto tēraudu leģēšanai un sakausējumu kvalitātes uzlabošanai. Pulvera veidā to izmanto pirotehnikā un munīcijas ražošanā - tālvadības bumbas, marķierlodes, signālraķetes.
Ceturtā daļa no iegūtā cirkonija koncentrāta tiek patērēta glazūru, sadzīves un elektrokeramikas ražošanā. Cirkonijs, kas attīrīts no hafnija sakausējumu veidā, tiek izmantots kodolreaktoros kā strukturāls materiāls. Šo metālu plaši izmanto medicīnā un ikdienas dzīvē. Plāna cirkonija plāksne bloķē starojumu rentgena nodaļā daudz vairāk nekā svina priekšauti.
Cirkonija metāla ārstnieciskās īpašības
Lai ārstētu kaulu lūzumus, traumatoloģijas klīnikās tiek izmantoti implanti, kas izgatavoti no cirkonija sakausējumiem. Salīdzinot ar titānu un nerūsējošo tēraudu, tiem ir būtiskas priekšrocības: bioloģiskā saderība (nē alerģiska reakcija un noraidīšana), augsta izturība pret koroziju, izturība, elastība, vieglums.
IN sejas žokļu ķirurģija izmantojiet cirkonija instrumentus un implantus, piemēram, skavas, plāksnes, urbjus, skrūves, protēzes, hemostatiskās skavas, šuvju pavedienus. Cirkonijs un tā sakausējumi, pakļaujoties kauliem un audiem, neizraisa kairinājumu.
Cirkonija metāls juvelierizstrādājumos labvēlīgi iedarbojas uz vispārējais stāvoklis cilvēka ķermenis. Ir noskaidrots, ka cirkonija nēsāšana pēc ausu caurduršanas veicina brūces ātru dzīšanu un nekad neizraisa tās pūšanu.
Regulāri valkājot cirkonija izstrādājumi labvēlīgi ietekmē veselību. Labus rezultātus var sasniegt, valkājot cirkonija jostas tādu ādas slimību gadījumā kā ekzēma bērniem un pieaugušajiem, dermatīts un psoriāze. Būtiski uzlabojas to pacientu stāvoklis, kuriem ir problēmas ar muskuļu un skeleta sistēmu.
Cirkonija cena
Metāls tiek pārdots par kilogramu. Tiek piegādāts caurules, stieņa, sloksnes, stieples, loksnes uc veidā. Izmaksas ir atkarīgas no produkta ražotāja un zīmola.
1. lapa
Cirkonija un tā sakausējumu, kas satur boru, ražošanai nepieciešama rūpīga kontrole. Tā kā literatūrā nav aprakstītas ķīmiskās metodes bora noteikšanai metāliskā cirkonijā un tā sakausējumos, šī darba mērķis bija izstrādāt vienkāršu ķīmisku metodi bora satura noteikšanai metāliskā cirkonijā un tā sakausējumos, jo īpaši sakausējumos ar mazs niobija saturs.
Cirkonija ražošanā jodīda metodei, atšķirībā no titāna ražošanas, ir rūpnieciska nozīme.
Satur emisijas no cirkonija ražošanas un organiskās sintēzes katalizatoriem.
Hafnijs tiek ražots tikai kā blakusprodukts reaktora klases cirkonija ražošanā. Tās galvenais pielietojums ir vadības stieņu ražošana kodolreaktoros. Kopējais patēriņš šobrīd nepārsniedz 75% no saražotā. Tomēr pētījumi par jaunām pielietojuma jomām: augstas temperatūras sakausējumu, pavedienu, geteru, zibspuldzes pulvera, detonatoru ražošana var ievērojami palielināt pieprasījumu pēc metāla. Hafnija atdalīšana no cirkonija ir dārgs process, un atdalīšanas izmaksas parasti tiek sadalītas vienādi starp abu metālu izmaksām.
Plazmas-fluorīda un ekstrakcijas-fluorīda tehnoloģiju produktu īpašībās cirkonija ražošanai nav pilnīgas analoģijas, jo ekstrakcijas-fluorīda tehnoloģijā cirkonijs un hafnijs tiek atdalīti hidroķīmiskajā stadijā, izmantojot ekstrakciju. Gadījumā, ja cirkona apstrādei tiek izmantota plazmas-fluorīda tehnoloģija cirkonija sublimācijas attīrīšanai no tabulā norādītajiem piemaisījumiem. 3.4, hafnijs parasti seko cirkonim.
Cirkonija un hafnija atdalīšanas metode ar kausējumu elektrolīzi ir interesanta cirkonija ražošanā, jo vienlaikus ar metāliskā cirkonija ražošanu tas tiek attīrīts no hafnija.
Hafnija ražošanas izejvielas ir cirkonija koncentrāti vai cirkonija ražošanas produkti un starpprodukti.
Visas šīs grūtības rada nepieciešamību rūpīgi attīrīt cirkonija un hafnija ražošanā izmantotos reaģentus, jo īpaši no skābekļa, ūdens un slāpekļa, un ierobežo šo metālu iegūšanai izmantojamo metožu izvēli.
Hafnija metālu var iegūt ar tām pašām metodēm, ko izmanto cirkonija ražošanā. Hafnija tetrahlorīdu attīra, destilējot ūdeņraža atmosfērā, un pēc tam reducē ar magniju. Hafnija sūkļa attīrīšana no magnija hlorīda tiek veikta cirkonija sūkļa attīrīšanas iekārtās, jo šīs darbības laikā nepastāv nopietnas hafnija piesārņošanas ar cirkoniju briesmas vai otrādi. Sūkļveida hafniju izkausē lokā un ielej vara veidnēs.
Metālisko hafniju iegūst ar tām pašām metodēm, ko izmanto cirkonija ražošanā: ar Kroll metodi, modificētu Kroll metodi, kurā kā reducētāju izmanto nātriju, un ar de Būra metodi jeb jodīda procesu.
Jodīda process mīksta, kaļamā hafnija ražošanai ir līdzīgs tam, ko izmanto cirkonija ražošanā, tāpēc jodīda hafnija iegūšanai izmantotais aprīkojums ir aptuveni tāds pats kā cirkonija ražošanai. Saskaņā ar datiem hafnija nogulsnēšanās temperatūra no tetrajodīda ir 1600 C, bet cirkonija - 1400 C.
Rūpīga Kroll procesa izpēte, ko piemēro titānam, var ļaut veikt dažas izmaiņas tehnoloģiskā shēma cirkonija ražošana; jo īpaši tas attiecas uz aprīkojuma vienkāršošanu, vairāku darbību samazināšanu un vienību lieluma palielināšanu.
Lai iegūtu tīrākus niobija un tantala pulverus, gāzveida hlorīdus labāk reducēt ar šķidru magniju tādā pašā veidā, kā tas tiek darīts cirkonija ražošanā.
Notiek ielāde...