Zirkon adalah mineral zirkonium yang paling banyak. Ia ditemui dalam semua jenis batu, tetapi terutamanya dalam granit dan syenites. Di County Ginderson, North Carolina, kristal zirkon sepanjang beberapa sentimeter ditemui dalam pegmatit, dan kristal seberat kilogram ditemui di Madagascar. Baddeleyite ditemui oleh Yussak pada tahun 1892 di Brazil. Deposit utama terletak di wilayah Pocos de Caldas (Brazil). Deposit zirkonium terbesar terletak di Amerika Syarikat, Australia, Brazil, India.
Di Rusia, yang menyumbang 10% daripada rizab zirkonium dunia (tempat ke-3 di dunia selepas Australia dan Afrika Selatan), deposit utama ialah: Kovdor batuan dasar baddelite-apatite-magnetite di rantau Murmansk, Tugan placer zirkon-rutile-ilmenite di rantau Tomsk, Aluvial zirkon-rutile-ilmenit tengah di rantau Tambov, Lukoyanovskoe aluvial zirkon-rutile-ilmenit di rantau Nizhny Novgorod, Katuginskoe asli zirkon-pyrochlore-cryolite di rantau Chita dan Ulug-Tanzek asli zirkon-pyrochloro columbite.
Rizab zirkonium pada 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 suapan untuk pengeluaran zirkonium adalah pekat zirkonium dengan kandungan jisim zirkonium dioksida sekurang-kurangnya 60-65%, diperoleh dengan pengayaan bijih zirkonium. Kaedah utama untuk mendapatkan zirkonium logam 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 (30%). Selebihnya zirkon dihasilkan di lebih sedozen negara lain. Pengeluaran zirkon meningkat secara purata 2.8% setiap tahun antara 2002 dan 2010. Pengeluar besar seperti Iluka Resources, Richards Bay Minerals, Exxaro Resources Ltd dan DuPont mengekstrak zirkon sebagai hasil sampingan perlombongan titanium mereka. Permintaan untuk mineral titanium tidak meningkat secepat dalam kes zirkon sepanjang dekad yang lalu, jadi pengeluar mula membangun dan mengeksploitasi pasir mineral dengan kandungan zirkon yang lebih tinggi, seperti di Afrika dan Australia Selatan.
* Data Kajian Geologi AS
Zirkonium telah digunakan dalam industri sejak tahun 1930-an. Oleh kerana kosnya yang tinggi, penggunaannya adalah terhad. Zirkonium logam dan aloinya digunakan dalam kejuruteraan 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 permohonan untuk zirkonium adalah mengaloi. Dalam metalurgi, ia digunakan sebagai pengikat. Deoxidizer dan denitrogenator yang baik, lebih baik daripada Mn, Si, Ti dalam kecekapan. 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 di udara (suhu pencucuhan automatik - 250 ° C) secara praktikal tanpa menghasilkan asap dan pada kelajuan tinggi. Ini menghasilkan suhu tertinggi untuk bahan api logam (4650 ° C). Oleh kerana 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 bidang aktiviti manusia (obor, suar, bom lampu, FOTAB - bom foto udara; digunakan secara meluas dalam fotografi sebagai sebahagian daripada lampu kilat pakai buang sehingga ia digantikan oleh kilat elektronik). Untuk digunakan di kawasan ini, bukan sahaja zirkonium logam 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 dalam fius, menggantikan wap merkuri dan azida plumbum. Eksperimen yang berjaya telah dijalankan untuk menggunakan pembakaran zirkonium sebagai sumber cahaya untuk mengepam laser.
Satu lagi aplikasi 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 untuk pembuatan reaktor kimia tahan asid, kelengkapan, dan pam. Zirkonium digunakan sebagai pengganti logam berharga. Dalam industri tenaga nuklear, zirkonium adalah bahan utama untuk pelapisan unsur bahan api.
Zirkonium mempunyai rintangan yang tinggi terhadap media biologi, malah lebih tinggi daripada titanium, dan biokompatibiliti yang sangat baik, yang mana ia digunakan untuk mencipta prostesis tulang, sendi dan gigi, serta instrumen pembedahan. Dalam pergigian, seramik berasaskan zirkonium dioksida adalah bahan untuk pembuatan gigi palsu. Di samping itu, kerana bioinertness, bahan ini berfungsi sebagai alternatif kepada titanium dalam pembuatan implan pergigian.
Zirkonium digunakan untuk pembuatan pelbagai pinggan mangkuk dengan ciri kebersihan yang sangat baik kerana rintangan kimia yang tinggi.
Zirkonium dioksida (mp 2700 ° C) digunakan untuk pengeluaran refraktori-bakor (bakor - baddeleyite-korundum seramik). Ia digunakan sebagai pengganti chamotte, kerana ia meningkatkan kempen 3-4 kali dalam relau untuk mencairkan kaca dan aluminium. Refraktori berasaskan dioksida yang distabilkan digunakan dalam industri metalurgi untuk palung, muncung 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 reagen kimia, menahan pemanasan jangka pendek sehingga 2750 ° C. Dioksida adalah pemadam untuk enamel, memberikan mereka warna putih dan legap. Berdasarkan pengubahsuaian padu zirkonium dioksida, distabilkan oleh skandium, yttrium, nadir bumi, bahan diperoleh - zirkonia padu (dari FIAN, di mana ia pertama kali diperoleh), zirkonia padu digunakan sebagai bahan optik dengan indeks biasan yang tinggi (kanta rata), dalam perubatan (alat pembedahan), sebagai batu permata sintetik (penyebaran, indeks biasan dan permainan warna lebih besar daripada berlian), dalam penghasilan gentian sintetik dan dalam penghasilan jenis dawai ( lukisan). Apabila dipanaskan, zirkonia mengalirkan arus, yang kadangkala digunakan untuk menghasilkan unsur pemanasan yang stabil di udara pada suhu yang sangat tinggi. Zirkonium yang dipanaskan mampu menghantar ion oksigen sebagai elektrolit pepejal. Sifat ini digunakan dalam penganalisis oksigen industri.
Zirkonium hidrida digunakan dalam kejuruteraan nuklear sebagai penyederhana neutron yang sangat berkesan. Juga, zirkonium hidrida digunakan untuk menyalut zirkonium dalam bentuk filem nipis melalui penguraian terma pada pelbagai permukaan.
Bahan zirkonium nitrida untuk salutan seramik, takat lebur lebih kurang 2990 ° C, dihidrolisiskan dalam aqua regia. Ditemui permohonan sebagai salutan dalam pergigian dan perhiasan.
Zirkon, i.e. ZrSiO4, ialah mineral sumber utama untuk zirkonium dan hafnium. Juga, pelbagai unsur jarang dan uranium diekstrak daripadanya, yang tertumpu di dalamnya. Pekat zirkonium digunakan dalam pengeluaran refraktori. Kandungan uranium zirkon yang tinggi menjadikannya mineral yang mudah untuk penentuan umur menggunakan pentarikhan uranium-plumbum. Kristal telus zirkon 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 penggunaan di kawasan ini telah berkembang dalam beberapa tahun kebelakangan ini dengan purata 11% setahun. Untuk peleburan logam, kira-kira 22% zirkon digunakan, tetapi arah ini tidak begitu popular baru-baru ini kerana ketersediaan kaedah yang lebih murah untuk menghasilkan zirkonium. Baki 5% zirkon digunakan untuk pengeluaran tiub katod, tetapi penggunaan di kawasan ini semakin berkurangan.
Penggunaan zirkon meningkat dengan kukuh pada 2010 kepada 1.33 juta tan, selepas kemelesetan ekonomi global pada 2009 menyebabkan penggunaan menurun sebanyak 18% menjelang 2008. Pertumbuhan penggunaan dalam seramik, yang menyumbang 54% daripada penggunaan zirkon pada tahun 2010, terutamanya di China dan ekonomi sedang pesat membangun lain seperti Brazil, India dan Iran, merupakan faktor utama dalam peningkatan permintaan untuk zirkon pada tahun 2000-an. Semasa di AS dan zon Euro, penggunaan malah telah menurun. Penggunaan zirkon dalam bahan kimia zirkonium, termasuk zirkonia, meningkat lebih daripada dua kali ganda antara 2000 dan 2010, manakala penggunaan zirkon untuk meleburkan zirkonium logam menunjukkan kadar pertumbuhan yang lebih rendah.
Menurut Roskill, 90% daripada logam zirkonium yang digunakan di dunia digunakan dalam pengeluaran pemasangan reaktor nuklear dan kira-kira 10% dalam pembuatan lapisan bekas tahan kakisan dan tekanan tinggi yang digunakan dalam loji asid asetik. Menurut pakar, pada masa hadapan, peningkatan permintaan global untuk zirkonium logam dijangka, memandangkan beberapa negara (China, India, Korea Selatan dan Amerika Syarikat) merancang untuk membina loji kuasa nuklear baharu.
Zirkonium oksida, juga dikenali sebagai zirkonia, digunakan dalam aplikasi industri termasuk farmaseutikal, 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. Menurut laporan penyelidikan pasaran zirkonium, rantau Asia Pasifik mewakili pasaran serantau yang terbesar dan paling pesat berkembang di dunia. Saint-Gobain, yang beribu pejabat di Perancis, adalah salah satu pengeluar zirkonia terbesar.
Pasaran penggunaan akhir terbesar untuk zirkonium ialah seramik, yang termasuk jubin, peralatan kebersihan dan pinggan mangkuk. Pasaran terbesar seterusnya yang menggunakan bahan refraktori zirkonium dan sektor faundri. Zirkon digunakan sebagai bahan tambahan dalam pelbagai jenis produk seramik, dan ia juga digunakan dalam salutan kaca dalam monitor komputer dan panel televisyen kerana ia mempunyai sifat menyerap sinaran. Bata zirkonium digunakan sebagai alternatif kepada penyelesaian asas zirkonia bercantum.
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 tahun 2008 dan berterusan sepanjang tahun 2009. Pengilang telah mengurangkan pengeluaran untuk mengurangkan kos dan menghentikan penimbunan. Penggunaan mula pulih pada penghujung 2009, mempercepatkan pertumbuhan pada 2010, dan meneruskannya pada 2011. Bekalan, terutamanya dari Australia, di mana lebih daripada 40% bijih zirkonium dilombong, tidak meningkat untuk masa yang lama, dan pengeluar lain terpaksa meletakkan kira-kira 0.5 juta tan rizab mereka di pasaran sepanjang 2008-2010. Kekurangan dalam pasaran, ditambah pula dengan penurunan dalam tahap inventori, membawa kepada kenaikan harga yang bermula pada awal tahun 2009. Menjelang Januari 2011, harga zirkon premium Australia berada pada paras rekod selepas meningkat 50% dari awal 2009 dan terus meningkat 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 perindustrian zirkonium meningkat sebanyak 7-8% - sehingga 100 USD / kg, dan untuk logam untuk reaktor nuklear - sebanyak 10% - sehingga 70-80 USD Pada akhir tahun 2008 dan awal tahun 2009 terdapat sedikit penurunan dalam harga, namun sejak separuh kedua tahun 2009, harga zirkonium telah meneruskan pertumbuhannya, lebih-lebih lagi, 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 besar 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 zirkon diramalkan meningkat sebanyak 5.4% setiap tahun hingga 2015, tetapi kapasiti pengeluaran mungkin hanya meningkat sebanyak 2.3% setiap tahun. Oleh itu, bekalan tambahan akan terus terhad dan harga mungkin terus meningkat sehingga projek baharu beroperasi.
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 unjuran 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. Pemacu pertumbuhan lain ialah permintaan yang semakin meningkat di rantau Asia-Pasifik, serta dalam pengeluaran 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 ia sangat bertaburan. Depositnya yang besar masih belum ditemui. Buat pertama kalinya, orang ramai mengetahui tentang kemungkinan kewujudan logam ini pada tahun 1789. Kemudian ahli kimia M. Klaproth, semasa kajian zirkon mineral, secara tidak sengaja menemui oksidanya. Dalam bentuk tulennya, logam ini diperoleh hanya pada tahun 1925. Di dunia moden, zirkonium, pengeluaran yang meluas, digunakan dalam pelbagai industri. Sudah tentu, banyak perusahaan domestik juga terlibat dalam pengeluarannya.
Deskripsi umum
Sifat luar biasa adalah apa 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 sulfurik hanya pada kepekatannya sekurang-kurangnya 50% dan suhu melebihi +100 darjah.
Keupayaan untuk membakar di udara dengan sedikit atau tanpa asap. Zirkonium (terserak halus) boleh menyala secara spontan pada suhu 250 C.
Kelalaian biologi. Zirkonium sama sekali tidak mempunyai kesan berbahaya kepada manusia atau haiwan. Malangnya, bertentangan dengan kepercayaan popular, ia juga tidak boleh membawa apa-apa faedah.
Bukan sahaja logam ini sendiri mendapat permintaan yang tinggi dalam industri, tetapi juga sebatiannya. Zirkon mineral, sebagai contoh, sangat keras dan mempunyai kilauan berlian yang menyenangkan. Oleh itu, ia kadang-kadang digunakan sebagai pengganti murah untuk berlian. Walau bagaimanapun, dalam beberapa tahun kebelakangan ini, zirkon telah digunakan semakin kurang dalam barang kemas. Pada masa ini, berlian tiruan selalunya diperbuat daripada zirkonia padu (zirkonia tiruan).
Di mana 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), selalunya ia masih digunakan dalam reaktor kuasa penyejuk air di loji kuasa nuklear.
Bahan mentah untuk pengeluaran
Malangnya, pecahan jisim zirkonium dalam kerak bumi masih belum ditetapkan kerana penyebarannya. Menurut saintis, ia boleh menjadi 170-250 gram setiap tan. Sebenarnya, terdapat banyak mineral zirkon di alam semula jadi. Pada masa ini, 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. Terdapat hanya beberapa deposit kecil mineral tersebut di Rusia. Mereka juga dilombong di negara-negara seperti Amerika Syarikat, India, Brazil dan Australia. Mineral yang paling biasa digunakan untuk menghasilkan zirkonium ialah, sudah tentu, zirkon (ZrSiO4). Dalam kebanyakan kes, ia disertai dengan sifat hafnium.
Pengeluaran zirkonium di Rusia: ciri
Di Persekutuan Rusia, logam ini kini dihasilkan oleh hanya 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 pengeluaran logam uranium. Kemudian (pada tahun 1957) zirkonium mula dihasilkan di sini, diikuti oleh 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 daripada TVEL setiap tahun berjumlah berbilion-bilion rubel. Hari ini perusahaan ini membekalkan zirkonium kepada pasaran domestik dan dunia:
wayar;
komponen untuk pemasangan bahan api dan TVEL.
Juga di Loji Mekanikal Chepetsk, cenderahati dibuat daripada logam ini.
Memproses bahan mentah dan mendapatkan larutan berasid
Zirkonium, pengeluaran yang merupakan proses teknologi yang kompleks, adalah logam yang agak mahal. Pengeluarannya bermula dengan membersihkan bijih yang dihantar dari deposit. Pemprosesan bahan mentah biasanya termasuk operasi berikut:
pengayaan dengan kaedah graviti;
penulenan pekat yang terhasil dengan pemisahan elektrostatik dan magnet;
penguraian pekat melalui pengklorinan, gabungan dengan natrium hidroksida atau kalium fluorosilikat, pensinteran dengan kapur;
larut lesap dengan air untuk mengeluarkan sebatian silikon;
penguraian sisa dengan asid sulfurik atau hidroklorik untuk mendapatkan sulfat atau oksiklorida.
Kek fluorosilikat dirawat dengan air berasid dengan pemanasan. Selepas menyejukkan larutan yang terhasil, kalium fluorozirkonat dilepaskan.
Sambungan
Peringkat seterusnya dalam penghasilan zirkonium adalah untuk mendapatkan sebatiannya daripada larutan berasid. Untuk ini, teknologi berikut boleh digunakan:
penghabluran zirkonium oksiklorida melalui penyejatan larutan asid hidroklorik;
pemendakan hidrolitik sulfat;
penghabluran zirkonium sulfat.
Penyingkiran Hafnium
Zirkonium, teknologi pengeluaran yang di Rusia (dan juga di tempat lain di dunia) agak rumit, mesti semestinya dipisahkan daripada kekotoran ini. Untuk mengeluarkan hafnium daripada logam, yang berikut boleh digunakan:
penghabluran pecahan K2ZrF6;
pengekstrakan dengan pelarut;
pengurangan terpilih tetraklorida (HfCl4 dan ZrCl4).
Bagaimana logam itu sendiri diperolehi
Kaedah pengeluaran zirkonium berbeza-beza. Logam boleh digunakan dalam industri:
dalam bentuk serbuk atau span;
padat mudah ditempa;
kesucian yang tinggi.
Pada peringkat pertama, serbuk zirkonium diperolehi di perusahaan. Pengeluarannya secara teknologi agak tidak rumit. Ia dibuat dengan kaedah pengurangan metalloterma. Untuk klorida, magnesium atau natrium digunakan, dan untuk oksida, kalsium hidrida. Serbuk zirkonium elektrolitik diperoleh daripada logam alkali klorida. Bahan yang dihasilkan dengan cara ini biasanya dimampatkan. Selanjutnya, ia digunakan untuk mendapatkan 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
Ini adalah salah satu sebatian zirkonium yang paling dituntut dalam industri dan ekonomi negara. Secara semula jadi, ia berlaku dalam bentuk baddeleyite mineral. Ia adalah serbuk kristal putih dengan warna kelabu atau kekuningan. Ia boleh dihasilkan, sebagai contoh, dengan kaedah penapisan iodida. Dalam kes ini, pencukur zirkonium logam biasa digunakan sebagai bahan mentah. Zirkonium dioksida digunakan dalam pembuatan seramik (termasuk dalam bidang prostetik), lekapan lampu dan refraktori, dalam seramik, dsb.
Rizab zirkon dalam RF
Pengeluaran zirkonium di Rusia adalah mungkin, tentu saja, hanya disebabkan oleh kehadiran depositnya di wilayah negara. Rizab bijih kumpulan ini di Persekutuan Rusia (berbanding dengan yang global) agak besar. Pada masa ini, terdapat 11 deposit sedemikian di Rusia. Placer terbesar ialah Tsentralnoye, 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 itu. 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 rumit, tetapi pengeluarannya dalam apa jua keadaan lebih daripada wajar. Pada masa ini, zirkonium adalah satu-satunya logam yang jarang ditemui, 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 camaphorite baddeleyite. Di luar negara, hampir semua rizab mineral tersebut tertumpu di zon pantai-laut.
Daripada kesimpulan
Oleh itu, kami mengetahui bagaimana zirkonium dihasilkan di Rusia. Malangnya, terdapat kekurangan yang agak teruk bagi logam ini di pasaran global hari ini. Oleh itu, Rusia tidak boleh bergantung pada importnya. Oleh itu, anda perlu memberi perhatian maksimum kepada pembangunan deposit anda sendiri. Pada masa yang sama, untuk mengukuhkan asas bahan mentah zirkonium di Persekutuan Rusia, adalah juga berfaedah untuk membangunkan teknologi yang paling cekap untuk menggunakan bahan mentah yang diekstrak.
muka surat 2
Pada tahun 1945, hanya 0 07 kg zirkonium dihasilkan di Amerika Syarikat, bagaimanapun, sejak tahun 1948, berkaitan dengan kerja penciptaan reaktor atom, pengeluaran zirkonium meningkat secara mendadak dan selepas beberapa tahun mencapai beberapa puluh tan.
Deposit bijih zirkonium, yang secara semula jadi lebih meluas daripada, contohnya, berilium, boleh didapati, menurut akhbar asing, di Amerika Syarikat, India, Brazil, Australia, dan di beberapa negara Afrika. Pengeluaran zirkonium di Amerika Syarikat dari 1947 hingga 1958 meningkat 3 ribu kali.
Disebabkan sifat anticorrosive yang tinggi, zirkonium boleh digunakan untuk pembuatan bahagian untuk peralatan kimia, instrumen perubatan dan dalam bidang teknologi lain. Walau bagaimanapun, tidak mungkin pengeluaran zirkonium akan mencapai tahap semasa dengan begitu cepat jika ia tidak mempunyai satu lagi sifat khusus - keratan rentas kecil untuk penyerapan neutron haba.
Teknologi dan peralatan yang digunakan untuk pengeluaran hafnium dengan kaedah Krol pada asasnya adalah sama seperti dalam pengeluaran zirkonium logam. Pengubahsuaian berbanding dengan proses teknologi untuk pengeluaran zirkonium ditentukan oleh penggantian atau perubahan peranti individu, operasi teknologi dan gred bahan mentah. Di sini seseorang harus ingat sensitiviti hafnium tetraklorida yang lebih besar kepada kelembapan atmosfera, kestabilan hafnyl klorida yang lebih tinggi, dan kandungan piroforik yang lebih besar daripada span logam yang baru diperolehi.
Oleh kerana hafnium diperoleh semula secara sepintas lalu semasa pengeluaran zirkonium reaktor, pengeluarannya adalah berkadar dengan pelepasan yang terakhir, dan setiap 50 kg zirkonium; lebih kurang 1 kg hafnium diperolehi. Dengan menggunakan pengiraan ini, saya mengasingkan sisa maklumat tentang penghasilan zirkonium. Menurut ramalan] Biro Perlombongan AS, yang diterbitkan pada tahun 1975, keperluan untuk negara ini dalam hafnium pada pergantian abad XX - - XXI.
Garisan spektrum zirkonium pada bendasing sebahagian besarnya terhalang oleh fakta bahawa sukar untuk membezakan garisan lemah dalam spektrum kepekatan kekotoran rendah terhadap latar belakang spektrum berbilang garisan zirkonium. Kaedah ini juga memungkinkan untuk menentukan kepekatan rendah fluorin dalam zirkonium logam, yang sangat penting dalam mengawal pengeluaran zirkonium elektrolitik.
Oleh kerana hafnium dipulihkan secara serentak semasa pengeluaran zirkonium reaktor, pengeluarannya meningkat mengikut kadar pengeluaran yang terakhir, dan kira-kira 1 kg hafnium diperoleh setiap 50 kg zirkonium. Sepanjang dekad semasa (1970 - 1980), kapasiti dunia loji tenaga nuklear akan meningkat 5 - 8 kali ganda, masing-masing, pengeluaran zirkonium dan hafnium akan meningkat. Lagipun, setiap megawatt kuasa nuklear memerlukan 45 hingga 79 kg zirkonium untuk pembuatan paip dan bahagian lain. Di samping itu, 25-35% daripada paip zirkonium dalam reaktor operasi perlu diganti setiap tahun. Akibatnya, kira-kira jumlah zirkonium yang sama akan digunakan untuk tujuan ini pada pertengahan 70-an, seperti untuk reaktor baharu.
Teknologi pemejalwapan fluorida untuk penulenan zirkonium tetrafluorida daripada fluorida Al, Ca, Cu, Fe, Mg telah dikuasai dengan baik di USSR pada tahun 80-an di kilang kimia Pridneprovsk semasa 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. Dengan pengeluaran zirkonium dan silikon plasma berskala besar, jisim terkumpul sisa ini boleh menjadi ketara dari semasa ke semasa; untuk pemprosesannya, seseorang boleh menggunakan teknologi plasma dan frekuensi untuk mengekstrak komponen ini dalam bentuk oksida atau logam yang tersebar (lihat Ch.
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, yang mana bahagian utamanya (A1, Ca, Cu, Fe, Mg, Th) adalah dalam bentuk komposisi fluorida yang diperoleh melalui penulenan pemejalwapan zirkonium. Dengan pengeluaran zirkonium dan silikon plasma berskala besar, jisim terkumpul sisa ini boleh menjadi ketara dari semasa ke semasa; untuk pemprosesannya, seseorang boleh menggunakan teknologi plasma dan frekuensi untuk mengekstrak komponen ini dalam bentuk oksida atau logam yang tersebar (lihat Ch.
Pada tahun 1945, hanya 0 07 kg zirkonium dihasilkan di Amerika Syarikat, bagaimanapun, sejak tahun 1948, berkaitan dengan kerja penciptaan reaktor atom, 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 langsung. Relau arka vakum adalah salah satu jenis peralatan elektroterma yang lebih 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 dalam alam semula jadi, dan mempunyai sifat kimia yang serupa dengan zirkonium. 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-unsur bertaburan yang tidak mempunyai mineral mereka sendiri; secara semula jadi ia mengiringi zirkonium. Ia kini dihasilkan sebagai produk sampingan dalam pengeluaran zirkonium. Dari segi sifat kimia dan fizikal, hafnium hampir dengan zirkonium, tetapi berbeza dengan ketara daripada yang terakhir dalam sifat nuklear.
Dalam industri kimia, molibdenum digunakan dalam bentuk gasket dan bolt untuk pembaikan panas (mengisi bahan bakar) kapal berlapis kaca yang digunakan apabila bekerja dengan asid sulfurik dan media 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 i-butil klorida melalui tindak balas yang melibatkan asid hidroklorik dan sulfurik pada suhu melebihi 170 C. aplikasi di mana molibdenum digunakan juga termasuk hidroklorin fasa cecair, pengeluaran zirkonium dan torium ultratulen.
Ia tidak terdapat 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, dalam kehidupan seharian.
Penerangan dan sifat zirkonium
Secara semula jadi, logam ini diedarkan dalam bentuk sebatian kimia semula jadi - oksida atau garam, yang mana lebih daripada empat puluh diketahui. Pada tahun 1789, ahli kimia Jerman Klaproth mengasingkan zirkonium oksida daripada batu gondok - pelbagai jenis zirkon yang berharga. Untuk masa yang lama, saintis tidak dapat memperoleh logam tulen, dan hanya pada 20-an abad XX eksperimen telah dinobatkan dengan kejayaan.
Zirkonium logam diperoleh dengan kaedah "pembinaan", di mana ia didepositkan dalam bentuk tulen pada filamen tungsten pijar. Harga logam zirkonium, diperoleh dengan cara ini ternyata agak tinggi. Kaedah perindustrian yang lebih murah telah dibangunkan - kaedah Kroll, di mana zirkonium dioksida pertama kali diklorin, dan kemudian dikurangkan dengan magnesium logam.
Span zirkonium yang terhasil dicairkan semula ke dalam batang dan dihantar kepada pengguna. Sebagai tambahan kepada kaedah klorida, terdapat kaedah perindustrian utama lain untuk pengekstrakan zirkonium - alkali dan fluorida. Ternyata begitu sifat zirkonium logam mempunyai sangat menarik. Sebagai wakil biasa kumpulan logamnya, ia mempunyai aktiviti kimia yang agak tinggi, cuma 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 menyebabkan kakisan. Di samping itu, ia diproses dengan sangat baik dalam pelbagai cara - rolling, penempaan. Filem oksida pada permukaan yang tidak dapat dilihat oleh mata dengan pasti melindunginya daripada gas atmosfera, wap air. Hanya apabila suhu meningkat kepada 300 °, filem ini secara beransur-ansur runtuh, dan pada 700 ° logam teroksida sepenuhnya.
Di bawah pengaruh air, zirkonium menahan pengoksidaan, seperti kebanyakan logam, tetapi menjadi 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 mengekalkan sinaran dengan baik. Serbuk zirkonium dan serbuk menunjukkan diri mereka agak berbeza di udara. Bahan-bahan ini, walaupun pada suhu bilik, boleh dengan mudah menyala sendiri dan sering meletup.
Zirkonium terbentuk dengan banyak logam. Menambahnya dalam jumlah yang kecil dengan ketara meningkatkan ciri-ciri mereka - meningkatkan kekuatan, rintangan kakisan. Pada masa yang sama, bahan tambahan logam lain kepada zirkonium hanya memburukkan sifatnya dan, oleh itu, digunakan sangat jarang.
Deposit dan perlombongan zirkonium
Mendapan bijih zirkonium bertaburan di seluruh planet. Ia berlaku dalam bentuk oksida amorf, garam, serta kristal tunggal yang besar, kadangkala beratnya lebih daripada 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 banyak di planet ini ialah zirkon. Dia telah dikenali oleh manusia sejak zaman dahulu. Pada Zaman Pertengahan, tukang emas sering membuat perhiasan daripada "berlian yang tidak sempurna" - ini adalah nama zirkon pada zaman itu. Selepas dipotong, mereka lebih keruh, bersinar dan berkilauan berbeza daripada berlian asli.
Terdapat zirkon radioaktif berbahaya, memakai barang kemas yang mempunyai kesan yang sangat buruk terhadap kesihatan. Batu yang lebih selamat dianggap kecil, berwarna lemah dan agak telus. Zirkon datang dalam pelbagai warna. Jadi, hyacinth boleh menjadi kuning madu, merah, merah jambu, cahaya bintang - biru langit.
Zirkon yang besar dan berwarna pekat, terutamanya yang hijau dan legap, boleh menyebabkan peningkatan tahap sinaran. Dilarang menyimpan batu tersebut di rumah dalam koleksi, mendedahkan, mengangkut dalam kuantiti yang banyak. Walaupun fakta bahawa zirkonium berada di kedudukan ke-12 di kalangan logam dari segi kelimpahan dalam alam semula jadi, untuk masa yang lama ia kurang popular daripada radioaktif yang jarang berlaku. Ini dijelaskan oleh fakta bahawa depositnya sangat bertaburan dan tidak ada deposit yang besar.
Selalunya dalam bijih, zirkonium bersebelahan dengan hafnium, yang serupa dengan sifatnya. Secara berasingan, setiap logam ini mempunyai ciri-ciri menarik, tetapi kehadiran gabungan mereka menjadikannya tidak boleh digunakan. Untuk memisahkannya, penulenan berbilang peringkat digunakan, yang meningkatkan kos pengeluaran zirkonium plastik dengan ketara.
Penggunaan zirkonium
Oleh kerana kualiti penting seperti ketahanan terhadap kakisan, alkali, asid, zirkonium digunakan secara meluas dalam pelbagai industri. Jadi, dalam metalurgi, ia digunakan untuk mengaloi keluli dan meningkatkan kualiti aloi. Dalam bentuk serbuk, ia digunakan dalam piroteknik dan pengeluaran peluru - bom jarak, peluru pengesan, roket pencahayaan.
Satu perempat daripada pekat zirkonium yang terhasil digunakan dalam pengeluaran, sayu, isi rumah dan seramik 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 mengekalkan sinaran di jabatan X-ray lebih daripada apron plumbum.
Ciri-ciri perubatan logam zirkonium
Untuk rawatan patah tulang di klinik traumatologi, implan daripada aloi zirkonium digunakan. Berbanding dengan titanium dan keluli tahan karat, mereka mempunyai kelebihan yang ketara: keserasian biologi (tiada tindak balas alahan dan penolakan), rintangan kakisan yang tinggi, kekuatan, kemuluran, ringan.
Pembedahan mulut dan maksilofasial menggunakan instrumen dan implan zirkonia seperti staples, plat, gerudi, skru, gigi palsu, pengapit hemostatik, 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 tubuh manusia. Telah didapati bahawa memakai zirkonia selepas menindik telinga menggalakkan penyembuhan luka yang cepat dan tidak pernah menyebabkannya reput.
Apabila dipakai secara teratur produk zirkonia memberi kesan positif kepada kesihatan. Keputusan yang baik diperoleh dengan memakai zirkonia dan tali pinggang untuk penyakit kulit seperti ekzema pada kanak-kanak dan orang dewasa, dermatitis, psoriasis. Terdapat peningkatan yang ketara dalam keadaan pesakit yang mengalami masalah dalam sistem muskuloskeletal.
Harga zirkonium
Logam itu dijual sekilogram. Dibekalkan dalam bentuk paip, rod, jalur, wayar, kepingan dan lain-lain. Kos bergantung kepada pengeluar dan jenama produk.
muka surat 1
Pengeluaran zirkonium dan aloinya yang mengandungi boron memerlukan kawalan yang teliti. Oleh kerana tiada kaedah kimia untuk penentuan boron dalam zirkonium logam dan aloinya telah 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 rendah.
Dalam pengeluaran zirkonium, kaedah iodida adalah kepentingan industri, berbeza dengan pengeluaran titanium.
Terkandung dalam pelepasan pengeluaran zirkonium, pemangkin sintesis organik.
Hafnium diperolehi hanya sebagai hasil sampingan 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, kajian 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, dan biasanya kos pengasingan 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 hal menggunakan teknologi plasma-fluorida untuk memproses zirkon dalam penulenan sublimasi zirkonium daripada kekotoran yang ditunjukkan dalam jadual. 3.4, hafnium terutamanya mengikut 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 separa produk pengeluaran zirkonium.
Kesemua kesukaran ini memerlukan penulenan menyeluruh 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.
Hafnium logam boleh diperolehi dengan kaedah yang sama digunakan dalam pengeluaran zirkonium. Hafnium tetraklorida ditulenkan melalui penyulingan di bawah suasana hidrogen dan kemudian dikurangkan dengan magnesium. Magnesium klorida dikeluarkan dari span hafnium dalam pemasangan untuk membersihkan span zirkonium, kerana semasa operasi ini tidak ada bahaya serius pencemaran hafnium dengan zirkonium, atau sebaliknya. Hafnium span dicairkan semula dalam lengkok dan dituangkan ke dalam acuan tembaga.
Hafnium logam diperoleh dengan kaedah yang sama yang digunakan dalam pengeluaran zirkonium: kaedah Croll, kaedah Croll 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 penghasilan zirkonium, oleh itu, peralatan yang digunakan untuk mendapatkan hafnium iodida adalah lebih kurang sama seperti dalam hal mendapatkan zirkonium. Menurut data, suhu pemendakan hafnium daripada tetraiodide ialah 1600 C, dan zirkonium - 1400 C.
Kajian menyeluruh tentang proses Krol seperti yang digunakan pada titanium mungkin memungkinkan untuk membuat beberapa perubahan dalam skim teknologi pengeluaran zirkonium; khususnya, ini melibatkan pemudahan peralatan, pengurangan bilangan operasi dan peningkatan saiz unit.
Untuk mendapatkan serbuk niobium dan tantalum yang lebih tulen, adalah lebih baik untuk menjalankan pengurangan klorida gas dengan magnesium cecair dengan cara yang sama seperti dalam pengeluaran zirkonium.
Memuatkan...