Zirkon adalah mineral zirkonium yang paling biasa. Ia ditemui dalam semua jenis batu, tetapi terutamanya dalam granit dan syenites. Di Ginderson County (North Carolina), kristal zirkon sepanjang beberapa sentimeter ditemui dalam pegmatit, dan kristal seberat kilogram ditemui di Madagascar. Baddeleyite ditemui oleh Hussac pada tahun 1892 di Brazil. Deposit utama terletak di wilayah Pocos de Caldas (Brazil). Deposit zirkonium terbesar terletak di Amerika Syarikat, Australia, Brazil, dan India.
Di Rusia, yang menyumbang 10% daripada rizab zirkonium dunia (tempat ke-3 di dunia selepas Australia dan Afrika Selatan), deposit utama ialah: Kovdorskoe baddelite-apatite-magnetite primer di rantau Murmansk, Tuganskoe placer zirkon-rutile-ilmenite di rantau Tomsk, Aluvial zirkon-rutile-ilmenit tengah di rantau Tambov, Lukoyanovskoye alluvial zirkon-rutile-ilmenite di rantau Nizhny Novgorod, Katuginskoye primer zirkon-pyrochlore-cryolite di rantau Chita dan Ulug-Tanzek primer zirkon-pyrochlore columbite.
Rizab pada deposit zirkonium pada tahun 2012, ribu tan *
| Australia | 21,000.0 |
| Afrika Selatan | 14,000.0 |
| India | 3,400.0 |
| Mozambique | 1,200.0 |
| China | 500.0 |
| Negara-negara lain | 7,900.0 |
| Jumlah stok | 48,000.0 |
* Data Kajian Geologi AS
Dalam industri, bahan mentah permulaan untuk pengeluaran zirkonium adalah pekat zirkonium dengan kandungan jisim zirkonium dioksida sekurang-kurangnya 60-65%, diperoleh dengan memperkayakan bijih zirkonium. Kaedah utama untuk mendapatkan logam zirkonium daripada pekat ialah proses klorida, fluorida dan alkali. Pengeluar zirkon terbesar di dunia ialah Iluka.
Pengeluaran zirkon tertumpu di Australia (40% daripada pengeluaran pada 2010) dan Afrika Selatan(tiga puluh%). Selebihnya zirkon dihasilkan di lebih daripada sedozen negara lain. Pengeluaran zirkon meningkat setiap tahun dengan purata 2.8% antara 2002 dan 2010. Pengeluar utama seperti Iluka Resources, Richards Bay Minerals, Exxaro Resources Ltd dan DuPont ekstrak zirkon sebagai produk sampingan semasa perlombongan titanium. Permintaan untuk mineral titanium tidak meningkat pada kadar yang sama seperti zirkon dalam dekad yang lalu, jadi pengeluar telah mula membangun dan mengeksploitasi deposit pasir mineral dengan kandungan zirkon yang lebih tinggi, seperti di Afrika dan Australia Selatan.
* Data Kajian Geologi AS
Zirkonium telah digunakan dalam industri sejak 30-an abad ke-20. Disebabkan kos yang tinggi penggunaannya adalah terhad. Zirkonium logam dan aloinya digunakan dalam tenaga nuklear. Zirkonium mempunyai keratan rentas tangkapan neutron terma yang sangat kecil dan takat lebur yang tinggi. Oleh itu, zirkonium logam, yang tidak mengandungi hafnium, dan aloinya digunakan dalam tenaga nuklear untuk pembuatan unsur bahan api, pemasangan bahan api dan struktur lain reaktor nuklear.
Satu lagi bidang penggunaan zirkonium adalah mengaloi. Dalam metalurgi ia digunakan sebagai aloi. Deoxidizer dan denitrogenizer yang baik, kecekapan yang lebih tinggi daripada Mn, Si, Ti. Mengaloi keluli dengan zirkonium (sehingga 0.8%) meningkatkan sifat mekanikal dan kebolehmesinan mereka. Ia juga menjadikan aloi tembaga lebih tahan lama dan tahan haba dengan kehilangan sedikit kekonduksian elektrik.
Zirkonium juga digunakan dalam piroteknik. Zirkonium mempunyai keupayaan yang luar biasa untuk membakar oksigen udara (suhu penyalaan sendiri - 250°C) dengan hampir tiada asap dan pada kelajuan tinggi. Dalam kes ini, suhu tertinggi untuk bahan mudah terbakar logam berkembang (4650°C). Disebabkan oleh suhu yang tinggi, zirkonium dioksida yang terhasil mengeluarkan sejumlah besar cahaya, yang digunakan secara meluas dalam piroteknik (pengeluaran bunga api dan bunga api), pengeluaran sumber cahaya kimia yang digunakan dalam pelbagai kawasan aktiviti manusia (obor, suar, bom suar, FOTAB - bom udara foto; digunakan secara meluas dalam fotografi sebagai sebahagian daripada lampu kilat pakai buang sehingga ia digantikan oleh kilat elektronik). Untuk kegunaan di kawasan ini, bukan sahaja logam zirkonium yang menarik, tetapi juga aloinya dengan serium, yang memberikan fluks bercahaya yang jauh lebih tinggi. Zirkonium serbuk digunakan dalam campuran dengan agen pengoksidaan (garam Berthollet) sebagai agen tanpa asap dalam lampu isyarat piroteknik dan fius, menggantikan fulminat merkuri dan plumbum azida. Eksperimen yang berjaya telah dijalankan ke atas penggunaan pembakaran zirkonium sebagai sumber cahaya untuk mengepam laser.
Satu lagi kegunaan zirkonium adalah dalam superkonduktor. Aloi superkonduktif 75% Nb dan 25% Zr (superkonduktiviti pada 4.2 K) menahan beban sehingga 100,000 A/cm2. Dalam bentuk bahan struktur, zirkonium digunakan dalam pembuatan reaktor kimia, kelengkapan, dan pam tahan asid. Zirkonium digunakan sebagai pengganti logam berharga. Dalam tenaga nuklear, zirkonium adalah bahan utama untuk pelapisan bahan api.
Zirkonium mempunyai rintangan yang tinggi terhadap persekitaran biologi, malah lebih tinggi daripada titanium, dan biokompatibiliti yang sangat baik, kerana ia digunakan untuk mencipta prostesis tulang, sendi dan pergigian, serta instrumen pembedahan. Dalam pergigian, seramik berasaskan zirkonium dioksida adalah bahan untuk pembuatan prostetik pergigian. Di samping itu, kerana bioinertness, bahan ini berfungsi sebagai alternatif kepada titanium dalam pembuatan implan pergigian.
Zirkonium digunakan untuk membuat pelbagai pinggan mangkuk yang mempunyai sifat kebersihan yang sangat baik kerana rintangan kimia yang tinggi.
Zirkonium dioksida (mp 2700°C) digunakan untuk penghasilan bahan refraktori (bakor - baddeleyite-korundum seramik). Ia digunakan sebagai pengganti tanah liat, kerana ia meningkatkan masa kitaran dalam relau untuk mencairkan kaca dan aluminium sebanyak 3-4 kali. Refraktori berasaskan dioksida yang distabilkan digunakan dalam industri metalurgi untuk palung, gelas untuk tuangan berterusan keluli, mangkuk pijar untuk mencairkan unsur nadir bumi. Ia juga digunakan dalam cermet - salutan seramik-logam yang mempunyai kekerasan tinggi dan rintangan kepada banyak bahan kimia dan boleh menahan pemanasan jangka pendek sehingga 2750°C. Dioksida adalah penindas enamel, memberikan mereka warna putih dan legap. Berdasarkan pengubahsuaian padu zirkonium dioksida yang distabilkan dengan skandium, yttrium, nadir bumi, bahan diperolehi - zirkonia padu (dari Institut Fizikal Lebedev di mana ia mula-mula diperolehi), zirkonia padu digunakan sebagai bahan optik dengan indeks biasan yang tinggi (kanta rata), dalam bidang perubatan ( alat pembedahan), sebagai batu permata sintetik (dispersi, indeks biasan dan permainan warna adalah lebih besar daripada berlian), dalam pengeluaran gentian sintetik dan dalam pengeluaran jenis wayar tertentu (lukisan). Apabila dipanaskan, zirkonium dioksida mengalirkan arus, yang kadangkala digunakan untuk mendapatkan unsur pemanasan yang stabil di udara pada suhu yang sangat tinggi. suhu tinggi. Zirkonium yang dipanaskan mampu menghantar ion oksigen sebagai elektrolit pepejal. Sifat ini digunakan dalam penganalisis oksigen industri.
Zirkonium hidrida digunakan dalam teknologi nuklear sebagai penyederhana neutron yang sangat berkesan. Zirkonium hidrida juga digunakan untuk menyalut zirkonium dalam bentuk filem nipis menggunakan penguraian terma pada pelbagai permukaan.
Bahan zirkonium nitrida untuk salutan seramik, takat lebur kira-kira 2990°C, terhidrolisis dalam aqua regia. Ditemui permohonan sebagai salutan dalam pergigian dan perhiasan.
Zirkon, i.e. ZrSiO4 ialah mineral sumber utama zirkonium dan hafnium. Pelbagai unsur jarang dan uranium, yang tertumpu di dalamnya, juga diekstrak daripadanya. Pekat zirkon digunakan dalam pengeluaran refraktori. Kandungan tinggi Jumlah uranium dalam zirkon menjadikannya mineral yang mudah untuk menentukan umur menggunakan pentarikhan uranium-plumbum. Kristal zirkon yang jelas digunakan dalam perhiasan (gondok, jargon). Apabila zirkon dikalsinasi, batu biru terang yang dipanggil starlite diperolehi.
Kira-kira 55% daripada semua zirkonium digunakan untuk pengeluaran seramik - jubin seramik untuk dinding, lantai, serta untuk pengeluaran substrat seramik dalam elektronik. Kira-kira 18% daripada zirkon digunakan dalam industri kimia, dan pertumbuhan penggunaan di kawasan ini berjumlah tahun lepas secara purata 11% setahun. Kira-kira 22% daripada zirkon digunakan untuk peleburan logam, tetapi arah ini Kebelakangan ini tidak begitu popular kerana ketersediaan kaedah yang lebih murah untuk mendapatkan zirkonium. Baki 5% zirkon digunakan untuk membuat tiub katod, tetapi penggunaan di kawasan ini semakin berkurangan.
Penggunaan zirkon meningkat dengan kukuh pada tahun 2010 kepada 1.33 juta tan, selepas kemelesetan ekonomi global pada tahun 2009 menyebabkan penggunaan menurun sebanyak 18% menjelang 2008. Peningkatan penggunaan dalam seramik, yang menyumbang 54% daripada penggunaan zirkon pada tahun 2010, terutamanya di China, tetapi juga di negara membangun yang lain sistem ekonomi, seperti Brazil, India dan Iran, merupakan faktor utama peningkatan permintaan untuk zirkon pada tahun 2000-an. Semasa di AS dan zon Euro, penggunaan malah menurun. Penggunaan zirkon dalam bahan kimia zirkonium, termasuk zirkonium dioksida, meningkat lebih daripada dua kali ganda antara 2000 dan 2010, manakala penggunaan zirkon untuk peleburan logam zirkonium menunjukkan kadar pertumbuhan yang lebih perlahan.
Menurut Roskill, 90% daripada penggunaan logam zirkonium dunia digunakan dalam pengeluaran komponen reaktor nuklear dan kira-kira 10% dalam pembuatan tahan kakisan dan tekanan tinggi lapisan bekas yang digunakan dalam kilang pengeluaran asid asetik. Menurut pakar, pada masa hadapan, permintaan global untuk logam zirkonium dijangka meningkat, kerana beberapa negara (China, India, Korea Selatan dan Amerika Syarikat) merancang untuk membina loji tenaga nuklear.
Zirkonium oksida, juga dikenali sebagai zirkonium dioksida, digunakan dalam aplikasi industri termasuk ubat-ubatan, gentian optik, pakaian kalis air dan kosmetik. Terdapat lebih banyak penggunaan bahan zirkonia - tepung zirkon dan zirkonia bercantum disebabkan peningkatan pesat dalam pengeluaran jubin seramik di China. Korea Selatan India dan China adalah pasaran pertumbuhan penting untuk zirkonium oksida. Asia Pasifik mewakili rantau terbesar dan paling pesat berkembang, menurut laporan penyelidikan pasaran zirkonium. pasaran serantau di dunia. Saint-Gobain, yang berpangkalan di Perancis, adalah salah satu pengeluar terbesar zirkonium dioksida.
Pasaran penggunaan akhir terbesar untuk zirkonium ialah seramik, yang termasuk jubin, peralatan kebersihan dan pinggan mangkuk. Seterusnya pasaran terbesar, yang menggunakan bahan zirkonium, sektor refraktori dan faundri. Zirkon digunakan sebagai bahan tambahan untuk pelbagai jenis produk seramik, dan ia juga digunakan dalam salutan kaca dalam monitor komputer dan panel televisyen kerana bahan tersebut mempunyai sifat menyerap sinaran. Batu bata yang diselitkan zirkonium digunakan sebagai alternatif kepada penyelesaian zirkonia bercantum asas.
Pengeluaran dan penggunaan zirkon (ZrSiO4) di dunia, ribu tan*
| tahun | 2008 | 2009 | 2010 | 2011 | 2012 |
| Jumlah pengeluaran | 1300.0 | 1050.0 | 1250.0 | 1400.0 | 1200.0 |
| China | 400.0 | 380.0 | 600.0 | 650.0 | 500.0 |
| Negara-negara lain | 750.0 | 600.0 | 770.0 | 750.0 | 600.0 |
| Jumlah penggunaan | 1150.0 | 980.0 | 1370.0 | 1400.0 | 1100.0 |
| Imbangan pasaran | 150.0 | 70.0 | -120.0 | -- | 100.0 |
| harga COMEX | 788.00 | 830.00 | 860.00 | 2650.00 | 2650.00 |
* Data ringkasan
Pasaran zirkon menunjukkan penurunan mendadak yang bermula pada akhir 2008 dan berterusan hingga 2009. Pengilang telah mengurangkan jumlah pengeluaran untuk mengurangkan kos dan menghentikan penyimpanan stok. Penggunaan mula pulih pada penghujung 2009, mempercepatkan pertumbuhan pada 2010, dan diteruskan pada 2011. Bekalan, terutamanya dari Australia, di mana lebih daripada 40% bijih zirkonium dilombong, telah bertakung untuk masa yang lama, dan pengeluar lain terpaksa meletakkan kira-kira 0.5 juta tan rizab mereka di pasaran sepanjang 2008-2010. Kekurangan pasaran, ditambah pula dengan penurunan tahap inventori, membawa kepada kenaikan harga yang bermula pada awal tahun 2009. Menjelang Januari 2011, harga premium zirkon Australia berada pada paras rekod selepas meningkat 50% sejak awal 2009 dan terus meningkat lagi pada 2011-2012.
Pada tahun 2008, harga untuk span zirkonium meningkat disebabkan oleh kenaikan harga pasir zirkon, yang merupakan bahan mentah untuk pengeluaran logam. Harga untuk gred industri zirkonium meningkat sebanyak 7-8% - sehingga $100/kg, dan untuk logam untuk reaktor nuklear - sebanyak 10% - sehingga $70-80 Pada akhir tahun 2008 dan awal tahun 2009, terdapat a sedikit penurunan dalam harga, namun sudah pada separuh kedua tahun 2009, harga zirkonium meneruskan pertumbuhannya semula, dan dengan cara harga purata untuk zirkonium pada tahun 2009 adalah lebih tinggi daripada pada tahun 2008. Pada tahun 2012, harga zirkonium meningkat kepada $110/kg.
Walaupun penggunaan lebih rendah pada tahun 2009, harga zirkon tidak jatuh secara mendadak apabila pengeluar utama mengurangkan pengeluaran dan menurunkan inventori. Pada tahun 2010, pengeluaran tidak dapat memenuhi permintaan, terutamanya kerana import zirkon China meningkat lebih daripada 50% pada tahun 2010 kepada 0.7 juta tan. Permintaan untuk zirkon diramalkan meningkat sebanyak 5.4% setiap tahun sehingga 2015, tetapi kapasiti pengeluaran mungkin hanya meningkat sebanyak 2.3% setahun. Oleh itu, bekalan tambahan akan terus terhad dan harga mungkin terus meningkat sehingga projek baharu muncul dalam talian.
Menurut laporan penyelidikan yang diterbitkan oleh Penganalisis Industri Global (GIA), pasaran zirkonium global dijangka mencecah 2.6 juta tan metrik menjelang 2017. Laporan itu menyediakan anggaran jualan dan ramalan dari 2009 hingga 2017 dalam pelbagai pasaran geografi termasuk Asia Pasifik, Eropah, Jepun, Kanada dan Amerika Syarikat.
Pertumbuhan dalam industri tenaga nuklear antarabangsa akan meningkatkan permintaan untuk zirkonium, serta meningkatkan kapasiti pengeluarannya di peringkat global. Faktor pertumbuhan lain ialah meningkatkan permintaan di rantau Asia-Pasifik serta dalam industri jubin seramik di seluruh dunia.
Zirkonium dalam bentuk unsurnya ialah logam putih keperakan dengan ciri ciri seperti rintangan kakisan dan kemuluran. Secara semula jadi ia agak biasa, tetapi pada masa yang sama sangat bertaburan. Deposit yang besar masih belum ditemui. Orang ramai mula-mula mengetahui tentang kemungkinan kewujudan logam ini pada tahun 1789. Kemudian ahli kimia M. Klaproth, semasa mengkaji zirkon mineral, secara tidak sengaja menemui oksidanya. Logam ini diperolehi dalam bentuk tulen hanya pada tahun 1925. dunia moden zirkonium, pengeluaran yang meluas, digunakan paling banyak kawasan yang berbeza industri. Sudah tentu, banyak perusahaan domestik juga mengeluarkannya.
Deskripsi umum
Sifat luar biasa inilah yang menentukan nilai perindustrian bagi logam yang agak jarang seperti zirkonium. Pengeluarannya bermanfaat untuk ekonomi negara kerana:
Tahap rintangan kimia yang tinggi. Asid hidroklorik sama sekali tidak mempunyai kesan ke atas logam ini, dan ia bertindak balas dengan asid sulfurik hanya apabila kepekatannya sekurang-kurangnya 50% dan pada suhu melebihi +100 darjah.
Keupayaan untuk membakar di udara tanpa asap. Zirkonium (terserak halus) boleh menyala secara spontan pada suhu 250 C.
Inersia biologi. Zirkonium sama sekali tidak mempunyai kesan berbahaya pada tubuh manusia atau haiwan. Malangnya, bertentangan dengan kepercayaan popular, ia tidak boleh membawa apa-apa faedah sama ada.
Bukan sahaja logam ini sendiri, tetapi juga sebatiannya sangat diperlukan dalam industri. Zirkon mineral, sebagai contoh, dicirikan oleh kekerasan yang sangat tinggi dan kilauan berlian yang menyenangkan. Oleh itu, ia kadang-kadang digunakan sebagai pengganti murah untuk berlian. Walau bagaimanapun, baru-baru ini zirkon telah digunakan semakin kurang dalam barang kemas. Pada masa kini, berlian tiruan selalunya diperbuat daripada zirkonia padu (zirkonium dioksida tiruan).
Di mana ia digunakan?
Pengeluaran zirkonium kini merupakan salah satu bidang terpenting dalam industri metalurgi. Walaupun ia digunakan dalam banyak bidang ekonomi negara (contohnya, untuk pembuatan alat perubatan atau peranti piroteknik), ia paling kerap digunakan dalam reaktor kuasa penyejuk air di loji kuasa nuklear.
Bahan mentah untuk pengeluaran
Oleh kerana penyebarannya, pecahan jisim zirkonium dalam kerak bumi, malangnya, masih belum ditubuhkan. Menurut saintis, ia boleh menjadi 170-250 gram setiap tan. Sebenarnya, terdapat banyak mineral zirkon sendiri dalam alam semula jadi. hidup masa ini Para saintis mengetahui kira-kira 40 jenis mereka. Walau bagaimanapun, selalunya hanya bahan mentah berikut digunakan untuk pengeluaran zirkonium:
baddeleyite;
eudialit;
Seperti yang telah disebutkan, tidak ada deposit zirkon yang besar di planet ini. Di Rusia terdapat hanya beberapa deposit kecil mineral tersebut. Mereka juga dilombong di negara-negara seperti Amerika Syarikat, India, Brazil dan Australia. Mineral yang paling biasa digunakan untuk menghasilkan zirkonium, sudah tentu, zirkon (ZrSiO4). Dalam kebanyakan kes, ia disertai secara semula jadi oleh hafnium.
Pengeluaran zirkonium di Rusia: ciri
Di Persekutuan Rusia, pengeluaran logam ini kini dijalankan oleh satu perusahaan - Loji Mekanikal Chepetsk, yang terletak di bandar Glazov (Udmurtia). Bengkel pertamanya dibina pada permulaan Perang Dunia Kedua. Menjelang tahun 1942, kilang itu mencapai kapasiti reka bentuk penuhnya. Pada masa itu, kebanyakan kartrij dihasilkan di sini. Pada tahun 1946, perusahaan itu telah dilatih semula menjadi kilang untuk pengeluaran logam uranium. Kemudian (pada tahun 1957), zirkonium mula dihasilkan di sini, dan kemudian logam superkonduktor, kalsium dan titanium. Hari ini perusahaan ini adalah sebahagian daripada TVEL Corporation, salah satu peneraju dunia dalam pengeluaran Pelaburan dalam pengeluaran zirkonium di ChMP oleh TVEL setiap tahun berjumlah berbilion-bilion rubel. Hari ini syarikat ini membekalkan zirkonium ke pasaran domestik dan dunia:
wayar;
komponen untuk pemasangan bahan api dan TVEL.
Juga di Loji Mekanikal Chepetsk mereka membuat cenderahati daripada logam ini.
Pemprosesan bahan mentah dan pengeluaran larutan berasid
Zirkonium, pengeluaran yang merupakan proses teknologi yang kompleks, adalah logam yang agak mahal. Pengeluarannya bermula dengan penulenan bijih yang dihantar dari deposit. Pemprosesan bahan mentah biasanya termasuk operasi berikut:
pengayaan dengan kaedah graviti;
penulenan pekat yang terhasil melalui pemisahan elektrostatik dan magnetik;
penguraian pekat dengan pengklorinan, gabungan dengan soda kaustik atau kalium fluorosilikat, pensinteran dengan kapur;
larut lesap air untuk mengeluarkan sebatian silikon;
penguraian sisa dengan asid sulfurik atau hidroklorik untuk mendapatkan sulfat atau oksiklorida.
Kek fluorosilikat dirawat dengan air berasid dan pemanasan. Selepas menyejukkan larutan yang terhasil, kalium fluorozirkonat dilepaskan.
Sambungan
Peringkat seterusnya dalam penghasilan zirkonium ialah penyediaan sebatiannya daripada larutan berasid. Teknologi berikut boleh digunakan untuk ini:
penghabluran zirkonium oksiklorida melalui penyejatan larutan asid hidroklorik;
pemendakan hidrolitik sulfat;
penghabluran zirkonium sulfat.
Penyingkiran Hafnium
Zirkonium, teknologi pengeluaran di Rusia (sememangnya, di mana-mana di dunia) agak kompleks, mesti dipisahkan daripada kekotoran ini. Untuk membersihkan logam daripada hafnium, perkara berikut boleh digunakan:
penghabluran pecahan K2ZrF6;
pengekstrakan pelarut;
pengurangan terpilih tetraklorida (HfCl4 dan ZrCl4).
Bagaimana logam itu sendiri diperolehi
Terdapat kaedah yang berbeza untuk menghasilkan zirkonium. Logam boleh digunakan dalam industri:
dalam bentuk serbuk atau span;
padat mudah ditempa;
darjat tinggi kebersihan.
Pada peringkat pertama, serbuk zirkonium dihasilkan di perusahaan. Pengeluarannya secara teknologi agak mudah. Ia dihasilkan melalui kaedah pengurangan metalotermik. Untuk klorida, magnesium atau natrium digunakan, dan untuk oksida, kalsium hidrida digunakan. Zirkonium serbuk elektrolitik diperoleh daripada logam alkali klorida. Bahan yang dihasilkan dengan cara ini biasanya dimampatkan. Ia kemudiannya digunakan untuk menghasilkan zirkonium boleh ditempa dalam relau arka elektrik. Yang terakhir ini tertakluk kepada peleburan pancaran elektron pada peringkat akhir. Hasilnya ialah zirkonium ketulenan tinggi. Ia digunakan terutamanya dalam reaktor nuklear.
teknologi pengeluaran dan skop penggunaan
Ini adalah salah satu sebatian zirkonium yang paling popular dalam industri dan ekonomi negara. Ia berlaku di alam semula jadi sebagai mineral baddeleyite. Ia adalah serbuk kristal putih dengan warna kelabu atau kekuningan. Ia boleh dihasilkan, contohnya, menggunakan kaedah penapisan iodida. Dalam kes ini, pencukur zirkonium logam biasa digunakan sebagai bahan mentah. Zirkonium dioksida digunakan dalam pembuatan seramik (termasuk dalam bidang prostetik), peranti pencahayaan dan refraktori, dalam pembinaan relau, dsb.
Rizab zirkon di Persekutuan Rusia
Pengeluaran zirkonium di Rusia mungkin, sudah tentu, hanya disebabkan oleh kehadiran depositnya di negara ini. Rizab bijih kumpulan ini di Persekutuan Rusia (berbanding dengan yang global) agak besar. Pada masa ini, terdapat 11 deposit sedemikian di Rusia. Deposit aluvium terbesar adalah Central, terletak di wilayah Tambov. Bidang yang paling menjanjikan pada masa ini termasuk Beshpagirskoye (Wilayah Stavropol), Kirsanovskoye (Wilayah Tambov) dan Ordynskoye (Novosibirsk). Adalah dipercayai bahawa rizab zirkon yang terdapat di Rusia cukup mencukupi untuk memenuhi keperluan industri negara. Kawasan yang paling menguntungkan dari segi teknologi pada masa ini ialah padang Timur Tengah.
Data statistik
Oleh itu, prosedur ini sangat penting untuk mana-mana negeri, termasuk Rusia - pengeluaran zirkonium. Teknologi pembuatannya adalah kompleks, tetapi pengeluarannya dalam apa jua keadaan lebih daripada wajar. Pada masa ini, zirkonium adalah satu-satunya logam langka yang jumlah pengeluaran dan penggunaannya berjumlah ratusan ribu tan. Rusia menduduki tempat keempat di dunia dari segi rizabnya. Dari segi struktur dan kualitatif, asas bahan mentah zirkonium di negara kita sangat berbeza daripada yang asing. Lebih daripada 50% rizab bijih kumpulan ini di Persekutuan Rusia dikaitkan dengan granit alkali, 35% dengan pelekat zirkon-rutil-ilmenit dan 14% dengan kamaforit baddeleyite. Di luar negara, hampir semua rizab galian tersebut tertumpu di zon pantai dan marin.
Daripada kesimpulan
Oleh itu, kami mengetahui bagaimana zirkonium dihasilkan di Rusia. Dalam pasaran global hari ini, malangnya, terdapat agak kekurangan akut logam ini. Oleh itu, Rusia tidak boleh bergantung pada importnya. Oleh itu, kita perlu memberi perhatian maksimum kepada pembangunan deposit kita sendiri. Pada masa yang sama, untuk mengukuhkan asas bahan mentah zirkonium di Persekutuan Rusia, ia juga bernilai membangunkan teknologi yang paling berkesan untuk menggunakan bahan mentah yang diekstrak.
Muka surat 2
Pada tahun 1945, hanya 0.07 kg zirkonium dihasilkan di Amerika Syarikat, tetapi bermula pada tahun 1948, berkaitan dengan kerja-kerja penciptaan reaktor nuklear, pengeluaran zirkonium meningkat secara mendadak dan selepas beberapa tahun mencapai beberapa puluh tan.
Deposit bijih zirkonium, yang sifatnya lebih meluas daripada, sebagai contoh, berilium, menurut laporan akhbar asing, di Amerika Syarikat, India, Brazil, Australia, dan di beberapa negara Afrika. Pengeluaran zirkonium di Amerika Syarikat meningkat 3 ribu kali dari 1947 hingga 1958.
Oleh kerana sifat anti-karat yang tinggi, zirkonium boleh digunakan untuk pembuatan bahagian untuk peralatan kimia, alat perubatan dan dalam bidang teknologi yang lain. Walau bagaimanapun, tidak mungkin pengeluaran zirkonium akan mencapai tahap semasa dengan begitu cepat jika ia tidak mempunyai sifat khusus lain - keratan rentas kecil untuk penyerapan neutron haba.
Teknologi dan peralatan yang digunakan untuk menghasilkan hafnium menggunakan proses Kroll pada asasnya adalah sama seperti yang digunakan dalam pengeluaran logam zirkonium. Pengubahsuaian berbanding dengan proses teknologi pengeluaran zirkonium ditentukan oleh penggantian atau perubahan peranti individu, operasi teknologi dan jenis bahan permulaan. Di sini seseorang harus mengingati sensitiviti yang lebih besar bagi hafnium tetraklorida kepada kelembapan atmosfera, kestabilan yang lebih besar bagi hafnyl klorida dan sifat piroforik yang agak lebih besar daripada span logam yang baru diperolehi.
Oleh kerana hafnium diekstrak sebagai hasil sampingan semasa pengeluaran zirkonium reaktor, pengeluarannya meningkat mengikut kadar keluaran yang terakhir, dan sebanyak 50 kg zirkonium; lebih kurang 1 kg hafnium diperolehi. Menggunakan pengiraan ini dan maklumat serpihan tentang pengeluaran zirkonium dalam individu. Menurut ramalan Biro Tambang AS, yang diterbitkan pada tahun 1975, keperluan negara untuk hafnium pada pergantian abad ke-20 - ke-21.
Analisis spektrum zirkonium untuk kekotoran adalah sebahagian besarnya sukar kerana fakta bahawa terhadap latar belakang spektrum multiline zirkonium adalah sukar untuk mengenal pasti garis lemah dalam spektrum kepekatan rendah kekotoran. Kaedah ini juga memungkinkan untuk menentukan kepekatan rendah fluorin dalam zirkonium logam, yang sangat penting dalam mengawal pengeluaran zirkonium elektrolitik.
Oleh kerana hafnium diekstrak sebagai hasil sampingan apabila menghasilkan zirkonium reaktor, pengeluarannya meningkat mengikut kadar keluaran yang terakhir, dengan kira-kira 1 kg hafnium diperoleh setiap 50 kg zirkonium. Sepanjang dekad semasa (1970 - 1980), kapasiti loji tenaga nuklear dunia akan meningkat 5 - 8 kali ganda, dan pengeluaran zirkonium dan hafnium akan meningkat dengan sewajarnya. Lagipun, setiap megawatt kuasa loji tenaga nuklear memerlukan 45 hingga 79 kg zirkonium untuk pembuatan paip dan bahagian lain. Di samping itu, 25 - 35% tiub zirkonium dalam reaktor operasi mesti diganti setiap tahun. Akibatnya, sudah pada pertengahan 70-an, kira-kira jumlah zirkonium yang sama akan digunakan untuk tujuan ini seperti untuk reaktor baru.
Teknologi pemejalwapan fluorida untuk membersihkan zirkonium tetrafluorida daripada fluorida Al, Ca, Cu, Fe, Mg telah dikuasai dengan baik di USSR pada tahun 80-an di Dnieper loji kimia dalam pembangunan dan pembangunan teknologi pengekstrakan fluorida untuk pengeluaran zirkonium tulen nuklear.
Ca, Cu, Fe, Mg, Th) adalah dalam bentuk komposisi fluorida yang diperolehi melalui penulenan sublimasi zirkonium. Dalam pengeluaran zirkonium dan silikon plasma berskala besar, jisim terkumpul bahan buangan ini boleh menjadi ketara dari semasa ke semasa; untuk pemprosesannya, teknologi plasma dan frekuensi boleh digunakan untuk mengekstrak komponen ini dalam bentuk oksida atau logam yang tersebar (lihat Bab.
Apabila memproses 1 tan zirkon dan mengekstrak zirkonium dan silikon daripadanya dalam bentuk fluorida, 4-6 kg A1 kekal dalam sisa; 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; mereka. 8 6 kg logam, bahagian utamanya (A1, Ca, Cu, Fe, Mg, Th) adalah dalam bentuk komposisi fluorida yang diperoleh melalui penulenan pemejalwapan zirkonium. Dalam pengeluaran zirkonium dan silikon plasma berskala besar, jisim terkumpul bahan buangan ini boleh menjadi ketara dari semasa ke semasa; untuk pemprosesannya, teknologi plasma dan frekuensi boleh digunakan untuk mengekstrak komponen ini dalam bentuk oksida atau logam yang tersebar (lihat Bab.
Pada tahun 1945, hanya 0.07 kg zirkonium dihasilkan di Amerika Syarikat, tetapi bermula pada tahun 1948, berkaitan dengan kerja-kerja penciptaan reaktor nuklear, pengeluaran zirkonium meningkat secara mendadak dan selepas beberapa tahun mencapai beberapa puluh tan. Akibatnya, teknologi untuk menghasilkan zirkonium, yang jarang berlaku beberapa tahun lalu, kini lebih maju daripada teknologi untuk menghasilkan banyak logam lain yang diketahui dan digunakan selama beberapa dekad.
Menurut prinsip pemanasan, relau arka vakum dikelaskan sebagai relau arka tindakan langsung. Relau arka vakum adalah salah satu jenis peralatan elektroterma baharu. Penampilan mereka disebabkan oleh peningkatan dalam pengeluaran zirkonium, titanium, molibdenum dan beberapa bahan refraktori dan aktif kimia yang lain.
Tetapi walaupun dalam kes ini, ia tidak boleh digunakan tanpa penulenan kimia awal (lihat bahagian 15.5) daripada unsur hafnium, yang sentiasa mengiringinya secara semula jadi, dan mempunyai sifat yang serupa dengan zirkonium. sifat kimia. Hafnium, diperoleh semula dalam pengeluaran zirkonium gred reaktor, adalah bahan yang sangat baik untuk membuat rod kawalan reaktor.
Hafnium berada dalam kumpulan IV jadual berkala unsur D.I. Mendeleev dan termasuk dalam subkumpulan titanium. Ia tergolong dalam unsur surih yang tidak mempunyai mineral mereka sendiri; secara semula jadi mengiringi zirkonium. Pada masa ini, ia diperoleh sebagai produk sampingan dalam pengeluaran zirkonium. Mengenai bahan kimia dan ciri-ciri fizikal hafnium hampir dengan zirkonium, tetapi berbeza dengan ketara daripada yang kedua dalam sifat nuklear.
Dalam industri kimia, molibdenum digunakan dalam bentuk gasket dan bolt untuk pembaikan panas (pengisian) kapal berlapis jubin kaca yang digunakan apabila bekerja dengan asid sulfurik dan persekitaran berasid, di mana evolusi hidrogen berlaku. Dalam produk yang beroperasi dalam asid sulfurik, termokopel dan injap molibdenum juga digunakan, dan aloi molibdenum berfungsi sebagai lapisan reaktor dalam pemasangan yang direka untuk penghasilan n-butil klorida melalui tindak balas yang melibatkan asid hidroklorik dan sulfurik pada suhu melebihi 170 C. Antara pelbagai Aplikasi di mana molibdenum digunakan juga termasuk proses hidroklorinasi fasa cecair, pengeluaran zirkonium dan torium ultra-tulen.
Ia tidak ditemui dalam bentuk tulen di kerak bumi. Ia diperoleh daripada bijih pekat. Dari tahun ke tahun logam zirkonium semakin digunakan dalam pelbagai industri - metalurgi, tenaga, tenaga nuklear, perubatan, industri perhiasan, dan dalam kehidupan seharian.
Penerangan dan sifat zirkonium
Secara semula jadi, logam ini diedarkan dalam bentuk sebatian semula jadi kimia - oksida atau garam, yang mana lebih daripada empat puluh diketahui. Pada tahun 1789, ahli kimia Jerman Klaproth mengasingkan zirkonium oksida daripada batu gondok, sejenis zirkon yang berharga. Untuk masa yang lama, saintis tidak dapat memperoleh logam tulen, dan hanya pada 20-an abad ke-20 eksperimen dinobatkan dengan kejayaan.
Logam zirkonium dihasilkan dengan kaedah "membina", di mana ia didepositkan dalam bentuk tulen pada filamen panas tungsten. Harga logam zirkonium, diperoleh dengan cara ini ternyata agak tinggi. Kaedah perindustrian yang lebih murah telah dibangunkan - kaedah Kroll, di mana zirkonium dioksida mula-mula diklorin dan kemudian dikurangkan dengan logam magnesium.
Span zirkonium yang terhasil dicairkan ke dalam batang dan dihantar kepada pengguna. Sebagai tambahan kepada kaedah klorida, terdapat kaedah perindustrian utama lain untuk mengekstrak zirkonium - alkali dan fluorida. Ternyata begitu sifat zirkonium logam mempunyai sangat menarik. Bagaimana wakil tipikal daripada kumpulan logamnya, ia mempunyai aktiviti kimia yang agak tinggi, tetapi ia tidak menampakkan dirinya dalam bentuk terbuka.
Secara luaran, zirkonium logam padat sangat serupa dengan keluli. Di bawah keadaan biasa, ia mempunyai kualiti yang sangat penting - ia tidak menghakis. Di samping itu, ia diproses dengan sempurna cara yang berbeza- bergolek, menempa. tidak nampak pada mata filem oksida pada permukaan dengan pasti melindunginya daripada gas atmosfera dan wap air. Hanya apabila suhu meningkat kepada 300°, filem ini secara beransur-ansur runtuh, dan pada 700° logam teroksida sepenuhnya.
Apabila terdedah kepada air, zirkonium tidak teroksida, seperti kebanyakan logam, tetapi ditutup dengan filem tidak larut yang melindunginya daripada kakisan. Padat foto logam zirkonium Ia dicirikan oleh rintangan haba yang tinggi, rintangan kepada ammonia, asid, alkali, dan menahan sinaran dengan baik. Serbuk zirkonium dan serbuk berkelakuan berbeza sama sekali di udara. Bahan-bahan ini, walaupun pada suhu bilik, boleh dengan mudah menyala secara spontan dan sering meletup.
Zirkonium terbentuk dengan banyak logam. Menambahnya dalam kuantiti yang kecil dengan ketara meningkatkan ciri-ciri mereka - meningkatkan kekuatan dan rintangan kakisan. Pada masa yang sama, penambahan logam lain kepada zirkonium hanya memburukkan sifatnya dan oleh itu sangat jarang digunakan.
Deposit zirkonium dan perlombongan
Mendapan bijih zirkonium bertaburan di tempat berbeza planet. Ia ditemui dalam bentuk oksida amorf, garam, dan kristal tunggal yang besar, kadangkala beratnya melebihi satu kilogram. Rizab bijih yang kaya terletak di Australia, Amerika Utara, Afrika Barat, India, Afrika Selatan, Brazil. Di Rusia, rizab bahan mentah zirkonium yang ketara tertumpu di Ural dan Siberia.
Kegunaan industri yang paling ketara ialah zirkon, zirkonium silikat, zirkonium dioksida, dan baddeleyit. Mineral zirkonium yang paling biasa di planet ini ialah zirkon. Ia telah diketahui oleh manusia sejak zaman dahulu. Pada Zaman Pertengahan, tukang emas sering membuat perhiasan daripada "berlian yang tidak sempurna," kerana zirkon dipanggil pada zaman itu. Selepas dipotong, mereka lebih mendung, bersinar dan berkilauan berbeza daripada berlian semula jadi.
Terdapat zirkon radioaktif berbahaya, memakai barang kemas yang mempunyai kesan yang sangat buruk terhadap kesihatan. Batu-batu kecil, berwarna cerah dan agak lutsinar dianggap lebih selamat. Zirkon datang dalam pelbagai warna. Jadi, hyacinth boleh menjadi kuning madu, merah, merah jambu, cahaya bintang boleh menjadi biru langit.
Zirkon yang besar dan berwarna pekat, terutamanya hijau dan legap, boleh menyebabkan tahap meningkat sinaran. Batu seperti itu dilarang disimpan di rumah dalam koleksi, terdedah, atau diangkut dalam kuantiti yang banyak. Walaupun fakta bahawa zirkonium berada di kedudukan ke-12 dari segi kelimpahan dalam alam semula jadi di kalangan logam, ia untuk masa yang lama kurang popular berbanding radioaktif yang jarang ditemui. Ini dijelaskan oleh fakta bahawa depositnya sangat bertaburan dan tidak ada deposit yang besar.
Selalunya dalam bijih, zirkonium bersebelahan dengan hafnium, yang serupa dalam sifat. Secara individu, setiap logam ini mempunyai ciri-ciri yang menarik, tetapi kehadiran mereka bersama menjadikan mereka tidak sesuai untuk digunakan. Untuk memisahkannya, penulenan pelbagai peringkat digunakan, yang dengan ketara meningkatkan kos menghasilkan zirkonium mulur.
Aplikasi zirkonium
Terima kasih kepada yang sedemikian kualiti penting Oleh kerana ketahanannya terhadap kakisan, alkali, dan asid, zirkonium digunakan secara meluas dalam pelbagai industri. Oleh itu, dalam metalurgi ia digunakan untuk mengaloi keluli dan meningkatkan kualiti aloi. Dalam bentuk serbuk, ia digunakan dalam piroteknik dan pengeluaran peluru - bom jauh, peluru pengesan, suar.
Satu perempat daripada pekat zirkonium yang terhasil digunakan dalam pengeluaran sayu, seramik isi rumah dan elektrik. Zirkonium yang disucikan daripada hafnium dalam bentuk aloi digunakan dalam reaktor nuklear sebagai bahan struktur. Logam ini digunakan secara meluas dalam perubatan dan kehidupan seharian. Plat zirkonium nipis menyekat sinaran di jabatan X-ray lebih daripada apron plumbum.
Sifat penyembuhan logam zirkonium
Untuk merawat patah tulang, klinik traumatologi menggunakan implan yang diperbuat daripada aloi zirkonium. Berbanding dengan titanium dan keluli tahan karat, mereka mempunyai kelebihan yang ketara: keserasian biologi (no tindak balas alahan dan penolakan), rintangan kakisan yang tinggi, kekuatan, kemuluran, ringan.
DALAM pembedahan maxillofacial gunakan instrumen dan implan zirkonium, seperti staples, plat, gerudi, skru, gigi palsu, pengapit hemostatik, benang jahitan. Zirkonium dan aloinya tidak menyebabkan kerengsaan apabila terdedah kepada tulang dan tisu.
Logam zirkonium dalam barang kemas mempunyai kesan yang baik terhadap keadaan umum badan manusia. Telah terbukti bahawa memakai zirkonium selepas menindik telinga menggalakkan penyembuhan luka yang cepat dan tidak pernah menyebabkannya reput.
Apabila dipakai secara teratur produk zirkonium mempunyai kesan positif terhadap kesihatan. Keputusan yang baik dicapai dengan memakai tali pinggang zirkonium untuk penyakit kulit seperti ekzema pada kanak-kanak dan orang dewasa, dermatitis, dan psoriasis. Terdapat peningkatan yang ketara dalam keadaan pesakit yang mengalami masalah dalam sistem muskuloskeletal.
Harga zirkonium
Logam dijual sekilogram. Dibekalkan dalam bentuk paip, rod, jalur, wayar, kepingan, dll. Kos bergantung kepada pengeluar dan jenama produk.
Muka surat 1
Pengeluaran zirkonium dan aloinya yang mengandungi boron memerlukan kawalan yang teliti. Oleh kerana kaedah kimia untuk menentukan boron dalam zirkonium logam dan aloinya tidak diterangkan dalam literatur, tujuan kerja ini adalah untuk membangunkan kaedah kimia mudah untuk menentukan kandungan boron dalam zirkonium logam dan aloinya, khususnya dalam aloi dengan kandungan niobium yang kecil.
Dalam pengeluaran zirkonium, kaedah iodida, tidak seperti pengeluaran titanium, mempunyai kepentingan industri.
Terkandung dalam pelepasan daripada pengeluaran zirkonium dan pemangkin sintesis organik.
Hafnium dihasilkan hanya sebagai hasil sampingan daripada pengeluaran zirkonium gred reaktor. Aplikasi utamanya ialah pembuatan rod kawalan dalam reaktor nuklear. Jumlah penggunaan pada masa ini tidak melebihi 75% daripada pengeluaran. Walau bagaimanapun, penyelidikan ke dalam bidang aplikasi baru: pembuatan aloi suhu tinggi, filamen, getter, serbuk untuk lampu kilat, detonator - boleh meningkatkan permintaan untuk logam dengan ketara. Mengasingkan hafnium daripada zirkonium adalah proses yang mahal, dengan kos pengasingan biasanya dibahagikan sama rata antara kos kedua-dua logam.
Tiada analogi lengkap dalam sifat produk teknologi plasma-fluorida dan pengekstrakan-fluorida untuk pengeluaran zirkonium, kerana dalam teknologi pengekstrakan-fluorida zirkonium dan hafnium dipisahkan pada peringkat hidrokimia menggunakan pengekstrakan. Dalam kes menggunakan teknologi plasma-fluorida untuk memproses zirkon semasa penulenan sublimasi zirkonium daripada kekotoran yang ditunjukkan dalam jadual. 3.4, hafnium secara amnya mengikuti zirkonium.
Kaedah mengasingkan zirkonium dan hafnium dengan elektrolisis cair adalah menarik untuk pengeluaran zirkonium, kerana serentak dengan pengeluaran zirkonium logam, ia disucikan daripada hafnium.
Bahan mentah untuk pengeluaran hafnium ialah pekat zirkonium atau produk dan perantaraan pengeluaran zirkonium.
Kesemua kesukaran ini memerlukan penulenan teliti reagen yang digunakan dalam pengeluaran zirkonium dan hafnium, terutamanya daripada oksigen, air dan nitrogen, dan mengehadkan pilihan kaedah yang boleh digunakan untuk mendapatkan logam ini.
Logam hafnium boleh diperolehi dengan kaedah yang sama digunakan dalam pengeluaran zirkonium. Hafnium tetraklorida ditulenkan dengan penyulingan di bawah hidrogen dan kemudian dikurangkan dengan magnesium. Pembersihan span hafnium daripada magnesium klorida dilakukan dalam pemasangan untuk membersihkan span zirkonium, kerana semasa operasi ini tidak ada bahaya serius pencemaran hafnium dengan zirkonium atau sebaliknya. Hafnium span dicairkan dalam lengkok dan dituangkan ke dalam acuan tembaga.
Hafnium logam diperoleh dengan kaedah yang sama yang digunakan dalam pengeluaran zirkonium: kaedah Kroll, kaedah Kroll yang diubah suai menggunakan natrium sebagai agen penurunan, dan kaedah de Boer, atau proses iodida.
Proses iodida untuk menghasilkan hafnium yang lembut dan boleh ditempa adalah serupa dengan yang digunakan dalam pengeluaran zirkonium, jadi peralatan yang digunakan untuk mendapatkan hafnium iodida adalah lebih kurang sama seperti untuk pengeluaran zirkonium. Menurut data, suhu pemendapan hafnium daripada tetraiodide ialah 1600 C, dan zirkonium ialah 1400 C.
Kajian menyeluruh tentang proses Kroll seperti yang digunakan pada titanium mungkin memungkinkan untuk membuat beberapa perubahan skim teknologi pengeluaran zirkonium; khususnya, ini berkaitan dengan memudahkan peralatan, mengurangkan beberapa operasi dan meningkatkan saiz unit.
Untuk mendapatkan serbuk niobium dan tantalum yang lebih tulen, adalah lebih baik untuk mengurangkan klorida gas dengan magnesium cecair dengan cara yang sama seperti yang dilakukan dalam pengeluaran zirkonium.
Memuatkan...