Zirconul este cel mai comun mineral de zirconiu. Se găsește în toate tipurile de roci, dar în principal în granite și sienite. În județul Hinderson (Carolina de Nord), în pegmatite au fost găsite cristale de zircon lungi de câțiva centimetri, iar în Madagascar au fost găsite cristale cântărind kilograme. Baddeleyita a fost găsită de Yussac în 1892 în Brazilia. Zăcământul principal este situat în regiunea Pocos de Caldas (Brazilia). Cele mai mari zăcăminte de zirconiu sunt situate în Statele Unite, Australia, Brazilia și India.
În Rusia, care reprezintă 10% din rezervele mondiale de zirconiu (locul 3 în lume după Australia și Africa de Sud), principalele zăcăminte sunt: Kovdorskoe primar baddelit-apatit-magnetit în regiunea Murmansk, Tugan placer zircon-rutil-ilmenit în regiunea Tomsk, central placer zircon-rutil-ilmenit în regiunea Tambov, Lukoyanovskoe placer zircon-rutil-ilmenit în regiunea Nijni Novgorod, Katuginskoe primar zircon-piroclor-criolit în regiunea Chita și Ulug-Tanzek primar zircon-piroc columbit.
Rezerve la zăcăminte de zirconiu în 2012, mii tone *
| Australia | 21,000.0 |
| Africa de Sud | 14,000.0 |
| India | 3,400.0 |
| Mozambic | 1,200.0 |
| China | 500.0 |
| Alte țări | 7,900.0 |
| Stocuri totale | 48,000.0 |
*Datele US Geological Survey
În industrie, materia primă pentru producția de zirconiu sunt concentrate de zirconiu cu un conținut de masă de dioxid de zirconiu de cel puțin 60-65% obținut prin îmbogățirea minereurilor de zirconiu. Principalele metode de obținere a zirconiului metalic din concentrat sunt procedeele cu clorură, fluorură și alcaline. Iluka este cel mai mare producător de zircon din lume.
Producția de zircon este concentrată în Australia (40% din producție în 2010) și Africa de Sud (30%). Restul zirconului este produs în peste o duzină de alte țări. Exploatarea zirconului a crescut anual cu o medie de 2,8% între 2002 și 2010. Producători importanți, cum ar fi Iluka Resources, Richards Bay Minerals, Exxaro Resources Ltd și DuPont extrag zirconul ca produs secundar în timpul exploatării titanului. Cererea de minerale de titan nu a crescut în același ritm ca și pentru zircon în ultimul deceniu, astfel încât producătorii au început să dezvolte și să exploateze zăcăminte minerale de nisipuri cu conținut mai mare de zircon, cum ar fi în Africa și Australia de Sud.
*Datele US Geological Survey
Zirconiul a fost folosit în industrie încă din anii 1930. Datorită costului ridicat, utilizarea sa este limitată. Zirconiul metalic și aliajele sale sunt utilizate în inginerie nucleară. Zirconiul are o secțiune transversală de captare termică a neutronilor foarte scăzută și un punct de topire ridicat. Prin urmare, zirconiul metalic, care nu conține hafniu, și aliajele sale sunt utilizate în industria energiei nucleare pentru fabricarea de elemente de combustibil, ansambluri de combustibil și alte modele de reactoare nucleare.
Dopajul este un alt domeniu de aplicare pentru zirconiu. În metalurgie, este folosit ca ligatură. Un bun dezoxidant și denitrogenizator, eficiență superioară Mn, Si, Ti. Aliarea oțelurilor cu zirconiu (până la 0,8%) crește proprietățile mecanice și prelucrabilitatea acestora. De asemenea, face aliajele de cupru mai puternice și mai rezistente la căldură, cu o mică pierdere de conductivitate electrică.
Zirconiul este folosit și în pirotehnică. Zirconiul are o capacitate remarcabilă de a arde în oxigenul atmosferic (temperatura de autoaprindere - 250°C) practic fără fum și la viteză mare. Aceasta dezvoltă cea mai ridicată temperatură pentru combustibilii metalici (4650°C). Datorită temperaturii ridicate, dioxidul de zirconiu rezultat emite o cantitate semnificativă de lumină, care este utilizată foarte pe scară largă în pirotehnie (producerea de saluturi și artificii), producerea de surse chimice de lumină utilizate în diverse domenii ale activității umane (torțe, rachete). , bombe de iluminat, FOTAB - bombe foto-aer; a fost utilizat pe scară largă în fotografie ca parte a blițurilor de unică folosință până când a fost înlocuit de blițuri electronice). Pentru aplicarea in acest domeniu nu intereseaza doar zirconiul metalic, ci si aliajele sale cu ceriu, care dau un flux luminos semnificativ mai mare. Zirconiul sub formă de pulbere este utilizat în amestec cu oxidanți (sarea lui Bertolet) ca agent fără fum în incendii și siguranțe pirotehnice de semnalizare, înlocuind fulminatul de mercur și azida de plumb. Au fost efectuate experimente de succes privind utilizarea arderii zirconiului ca sursă de lumină pentru pomparea cu laser.
O altă aplicație a zirconiului este în supraconductori. Aliaj supraconductiv 75% Nb și 25% Zr (superconductivitate la 4,2 K) rezistă la sarcini de până la 100.000 A/cm2. Sub formă de material structural, zirconiul este utilizat pentru fabricarea de reactoare chimice rezistente la acizi, fitinguri și pompe. Zirconiul este folosit ca înlocuitor al metalelor prețioase. În ingineria nucleară, zirconiul este principalul material pentru placarea barelor de combustibil.
Zirconiul are o rezistență ridicată la mediile biologice, chiar mai mare decât titanul, și o excelentă biocompatibilitate, datorită căreia este utilizat la realizarea de proteze osoase, articulare și dentare, precum și instrumente chirurgicale. În stomatologie, ceramica pe bază de dioxid de zirconiu este un material pentru fabricarea protezelor dentare. În plus, datorită bioinertei sale, acest material servește ca alternativă la titan în fabricarea implanturilor dentare.
Zirconiul este utilizat pentru fabricarea unei varietăți de veselă, care are proprietăți igienice excelente datorită rezistenței sale chimice ridicate.
Dioxidul de zirconiu (p.t. 2700°C) este utilizat pentru producerea refractarelor bacor (ceramica bakor - baddeleyita-corindon). Se folosește ca înlocuitor al argilei refractabile, deoarece crește campania în cuptoarele de sticlă și aluminiu de 3-4 ori. Refractarele pe bază de dioxid stabilizat sunt folosite în industria metalurgică pentru jgheaburi, duze pentru turnarea continuă a oțelurilor și creuzete pentru topirea elementelor din pământuri rare. Se mai foloseste si in cermet - invelisuri ceramice-metalice, care au duritate mare si rezistenta la multe substante chimice, rezista la incalzirea pe termen scurt pana la 2750°C. Dioxidul este un opacizant pentru emailuri, oferindu-le o culoare alba si opaca. Pe baza modificării cubice a dioxidului de zirconiu stabilizat cu scandiu, ytriu, pământuri rare, se obține un material - zirconiu cubic (de la FIAN de unde a fost obținut prima dată), zirconiu cubic este utilizat ca material optic cu un indice de refracție ridicat (lentile plate). ), în medicină (instrument chirurgical), ca piatră prețioasă sintetică (dispersia, indicele de refracție și jocul de culori sunt mai mari decât cele ale unui diamant), în producția de fibre sintetice și în producerea anumitor tipuri de sârmă (desare). Când este încălzită, zirconia conduce curentul, care este uneori folosit pentru a face elementele de încălzire rezistente la aer la temperaturi foarte ridicate. Zirconiul încălzit este capabil să conducă ionii de oxigen ca electrolit solid. Această proprietate este utilizată în analizoarele industriale de oxigen.
Hidrura de zirconiu este folosită în tehnologia nucleară ca un moderator de neutroni foarte eficient. De asemenea, hidrura de zirconiu este folosită pentru a acoperi zirconiul sub formă de pelicule subțiri prin descompunerea termică a acestuia pe diferite suprafețe.
Material cu nitrură de zirconiu pentru acoperiri ceramice, punct de topire aproximativ 2990°C, hidrolizat în acva regia. A găsit aplicație ca acoperiri în stomatologie și bijuterii.
Zircon, adică ZrSiO4 este principala sursă minerală de zirconiu și hafniu. De asemenea, din el se extrag diverse elemente rare și uraniu, care sunt concentrate în el. Concentratul de zircon este utilizat în producția de materiale refractare. Conținutul ridicat de uraniu al zirconului îl face un mineral convenabil pentru determinarea vârstei prin datare cu uraniu-plumb. Cristalele transparente de zircon sunt folosite în bijuterii (zambile, jargon). La calcinarea zirconului se obțin pietre albastre strălucitoare, numite starlite.
Aproximativ 55% din totalul zirconiului este utilizat pentru producția de ceramică - plăci ceramice pentru pereți, podele, precum și pentru producția de substraturi ceramice în electronică. Aproximativ 18% din zircon este folosit în industria chimică, iar creșterea consumului în această zonă a fost în medie de 11% pe an în ultimii ani. Aproximativ 22% din zircon este folosit pentru topirea metalelor, dar această direcție nu a fost atât de populară în ultima perioadă, datorită disponibilității unor metode mai ieftine de obținere a zirconiului. Restul de 5% din zircon este folosit pentru producerea tuburilor catodice, dar consumul în această zonă este în scădere.
Consumul de zircon a crescut puternic în 2010, la 1,33 milioane de tone, după ce recesiunea economică globală din 2009 a făcut ca consumul să scadă cu 18% până în 2008. Creșterea consumului de ceramică, care a reprezentat 54% din consumul de zircon în 2010, în special în China, dar și în alte economii emergente precum Brazilia, India și Iran, a fost un factor cheie în creșterea cererii de zircon în anii 2000. În timp ce în SUA și în zona euro, consumul chiar a scăzut. Consumul de zircon în substanțele chimice cu zirconiu, inclusiv zirconiu, sa dublat între 2000 și 2010, în timp ce utilizarea zirconului pentru topirea metalului zirconiu a arătat o rată de creștere mai lentă.
Potrivit lui Roskill, 90% din metalul de zirconiu consumat în lume este folosit la fabricarea componentelor reactoarelor nucleare și aproximativ 10% la fabricarea căptușelii rezistente la coroziune și la înaltă presiune a containerelor utilizate în fabricile de acid acetic. Potrivit experților, cererea globală de zirconiu metalic este de așteptat să crească în viitor, întrucât o serie de țări (China, India, Coreea de Sud și SUA) plănuiesc să construiască noi centrale nucleare.
Zirconia, cunoscută și sub numele de zirconiu, este folosită în aplicații industriale, inclusiv în produse farmaceutice, fibre optice, îmbrăcăminte impermeabilă și cosmetice. Există un consum mai mare de materiale de zirconiu - făină de zircon și zirconiu topit din cauza creșterii rapide a producției de plăci ceramice în China. Coreea de Sud, India și China sunt piețe de creștere importante pentru zirconiu. Potrivit raportului de cercetare de piață a zirconiului, regiunea Asia-Pacific reprezintă cea mai mare și cu cea mai rapidă creștere a pieței regionale din lume. Saint-Gobain, cu sediul central în Franța, este unul dintre cei mai mari producători de zirconiu.
Cea mai mare piață de utilizare finală pentru zirconiu este ceramica, care include gresie, obiecte sanitare și vesela. Următoarele piețe ca marime care utilizează materiale de zirconiu sunt sectoarele refractare și turnătorie. Zirconul este utilizat ca aditiv într-o mare varietate de produse ceramice și este, de asemenea, utilizat în acoperirile de sticlă de pe monitoarele computerelor și panourile de televiziune, deoarece materialul are proprietăți de absorbție a radiațiilor. Cărămizile cu zirconiu sunt folosite ca alternativă la soluțiile de bază cu zirconiu topit.
Producția și consumul de zircon (ZrSiO4) în lume, mii de tone*
| an | 2008 | 2009 | 2010 | 2011 | 2012 |
| Productie totala | 1300.0 | 1050.0 | 1250.0 | 1400.0 | 1200.0 |
| China | 400.0 | 380.0 | 600.0 | 650.0 | 500.0 |
| Alte țări | 750.0 | 600.0 | 770.0 | 750.0 | 600.0 |
| Consum total | 1150.0 | 980.0 | 1370.0 | 1400.0 | 1100.0 |
| Echilibrul pieței | 150.0 | 70.0 | -120.0 | -- | 100.0 |
| Pret COMEX | 788.00 | 830.00 | 860.00 | 2650.00 | 2650.00 |
* date rezumative
Piața zirconului a înregistrat o scădere bruscă care a început la sfârșitul anului 2008 și a continuat pe tot parcursul anului 2009. Producătorii au redus producția pentru a reduce costurile și pentru a opri stocarea. Consumul a început să se redreseze la sfârșitul anului 2009, a accelerat creșterea în 2010 și a continuat în 2011. Livrările, în special din Australia, unde se extrag mai mult de 40% din minereurile de zirconiu, nu au crescut mult timp, iar alți producători au fost nevoiți să pună pe piață aproximativ 0,5 milioane de tone din rezervele lor în perioada 2008-2010. Lipsa pieței, împreună cu nivelurile în scădere a stocurilor, au condus la creșteri ale prețurilor care au început la începutul anului 2009. Până în ianuarie 2011, prețurile premium ale zirconului australian au fost la niveluri record, după ce au crescut cu 50% de la începutul lui 2009 și au continuat să crească în continuare în 2011-2012.
În 2008, prețurile la buretele de zirconiu au crescut din cauza creșterii prețului nisipului de zirconiu, care este o materie primă pentru producția de metale. Prețurile pentru tipurile industriale de zirconiu au crescut cu 7-8% - până la 100 USD/kg, iar pentru metalul pentru reactoarele nucleare - cu 10% - până la 70-80 USD.În a doua jumătate a anului 2009, prețurile la zirconiu au reluat creșterea. din nou, și în așa fel încât prețurile medii la zirconiu în 2009 au fost mai mari decât în 2008. În 2012, prețurile zirconiului au crescut la 110 USD/kg.
În ciuda consumului mai scăzut în 2009, prețurile zirconului nu au scăzut brusc, deoarece producătorii mari au redus producția și au redus stocurile. În 2010, producția nu a putut ține pasul cu cererea, în primul rând pentru că importurile chinezești de zircon au crescut cu peste 50% în 2010, la 0,7 milioane de tone. Se estimează că cererea de zircon va crește cu 5,4% anual până în 2015, dar capacitatea de producție ar putea crește doar cu 2,3% pe an. Prin urmare, oferta suplimentară va continua să fie limitată, iar prețurile pot continua să crească până când noile modele vor intra online.
Potrivit unui raport de cercetare publicat de Global Industry Analysts (GIA), piața globală de zirconiu este de așteptat să atingă 2,6 milioane de tone metrice până în 2017. Raportul oferă estimări și previziuni de vânzări din 2009 până în 2017 pe diverse piețe geografice, inclusiv Asia Pacific, Europa, Japonia, Canada și Statele Unite.
Creșterea industriei internaționale de energie nucleară va crește cererea de zirconiu, precum și capacitatea de producție la nivel global. Alți factori de creștere sunt cererea în creștere în regiunea Asia-Pacific, precum și în producția de plăci ceramice din întreaga lume.
Zirconiul în forma sa elementară este un metal alb-argintiu, caracterizat prin proprietăți caracteristice precum rezistența la coroziune și ductilitate. În natură, este destul de comun, dar în același timp foarte împrăștiat. Depozitele mari ale acestuia nu au fost încă găsite. Pentru prima dată, oamenii au aflat despre posibilitatea existenței acestui metal în 1789. Atunci chimistul M. Klaproth, în timp ce studia mineralul zircon, a descoperit accidental oxidul acestuia. În forma sa pură, acest metal a fost obținut abia în 1925. În lumea modernă, zirconiul, a cărui producție este larg răspândită, este utilizat în diverse industrii. Desigur, multe întreprinderi interne sunt, de asemenea, angajate în producția sa.
descriere generala
Proprietăți neobișnuite - aceasta este ceea ce determină în primul rând valoarea industrială a unui metal relativ rar precum zirconiul. Producția sa este benefică pentru economia națională datorită:
Grad ridicat de rezistență chimică. Acidul clorhidric nu are absolut niciun efect asupra acestui metal și reacționează cu acidul sulfuric doar la o concentrație de cel puțin 50% și o temperatură peste +100 de grade.
Capacitatea de a arde în aer cu puțin sau deloc fum. Zirconiul (fin dispersat) se poate aprinde spontan deja la o temperatură de 250 C.
inertie biologica. Zirconiul nu are absolut niciun efect nociv asupra corpului uman sau animal. Beneficii, contrar credinței populare, el, din păcate, nu poate aduce nici unul.
Foarte popular în industrie nu este doar acest metal în sine, ci și compușii săi. Zirconul mineral, de exemplu, are o duritate foarte mare și un luciu plăcut de diamant. Prin urmare, uneori este folosit ca un înlocuitor ieftin pentru diamante. Adevărat, zirconul a fost folosit din ce în ce mai puțin în bijuterii în ultimii ani. În prezent, imitațiile de diamante sunt realizate mai des din zirconiu cubic (zirconiu artificial).
Unde este folosit
Producția de zirconiu este în prezent una dintre cele mai importante domenii ale industriei metalurgice. Deși este utilizat în multe domenii ale economiei naționale (de exemplu, pentru fabricarea instrumentelor medicale sau a dispozitivelor pirotehnice), este cel mai adesea folosit în reactoarele de putere răcite cu apă de la centralele nucleare.
Materii prime pentru productie
Din păcate, fracția de masă a zirconiului din scoarța terestră, datorită diseminării sale, nu a fost încă stabilită. Potrivit oamenilor de știință, poate fi de 170-250 de grame pe tonă. De fapt, există multe minerale de zircon în sine în natură. În prezent, oamenii de știință cunosc aproximativ 40 dintre soiurile lor. Cu toate acestea, cel mai adesea, pentru producția de zirconiu sunt utilizate numai următoarele materii prime:
baddeleyit;
eudialit;
Depozitele mari de zirconi pe planetă, așa cum am menționat deja, nu există. Există doar câteva mici zăcăminte de astfel de minerale în Rusia. De asemenea, sunt extrase în țări precum SUA, India, Brazilia și Australia. Zirconul (ZrSiO4) este, desigur, cel mai comun mineral folosit pentru obținerea zirconiului. În cele mai multe cazuri, în natură, este însoțit de hafniu.
Producția de zirconiu în Rusia: caracteristici
În Federația Rusă, acest metal este produs în prezent de o singură întreprindere - Uzina Mecanică Chepetsky, situată în orașul Glazov (Udmurtia). Primele sale ateliere au fost construite la începutul celui de-al Doilea Război Mondial. Până în 1942, fabrica și-a atins capacitatea maximă de proiectare. La acea vreme, aici se produceau în principal cartușe. În 1946, întreprinderea a fost reclasificată ca fabrică pentru producția de uraniu metalic. Mai târziu (în 1957), aici a început să se producă zirconiu, iar apoi metale supraconductoare, calciu și titan. Astăzi, această întreprindere face parte din TVEL Corporation, unul dintre liderii mondiali în producție. Investițiile în producția de zirconiu la CMP de către TVEL se ridică anual la miliarde de ruble. Astăzi, această întreprindere furnizează zirconiu piețelor interne și mondiale:
sârmă;
componente pentru TVS și TVEL.
Suvenirurile din acest metal sunt realizate și la Uzina Mecanică Chepetsk.
Prelucrarea materiilor prime si obtinerea solutiilor acide
Zirconiul, a cărui producție este un proces tehnologic complex, este un metal destul de scump. Fabricarea sa începe cu purificarea minereului livrat din zăcăminte. Prelucrarea materiilor prime include de obicei următoarele operații:
îmbogățirea prin metoda gravitațională;
purificarea concentratului obtinut prin separare electrostatica si magnetica;
descompunerea concentratului prin clorurare, fuziune cu sodă caustică sau fluorosilicat de potasiu, sinterizare cu var;
leșierea cu apă pentru a îndepărta compușii de siliciu;
descompunerea reziduului cu acid sulfuric sau clorhidric pentru a produce sulfat sau oxiclorura.
Sinterul fluorosilicat este tratat cu apă acidulată cu încălzire. După răcirea soluției rezultate, se eliberează fluorozirconat de potasiu.
Conexiuni
Următorul pas în producția de zirconiu este prepararea compușilor săi din soluții acide. Pentru aceasta pot fi utilizate următoarele tehnologii:
cristalizarea oxiclorurii de zirconiu prin evaporarea soluțiilor de acid clorhidric;
precipitarea hidrolitică a sulfaților;
cristalizarea sulfatului de zirconiu.
Purificarea cu hafniu
Zirconiul, a cărui tehnologie de producție în Rusia (ca și peste tot în lume) este destul de complicată, trebuie separat de această impuritate. Pentru a curăța metalul de hafniu, se pot folosi următoarele:
cristalizarea fracționată a K2ZrF6;
extractia cu solvent;
reducerea selectivă a tetraclorurilor (HfCl4 și ZrCl4).
Cum se obține metalul?
Există diferite moduri de a produce zirconiu. Metalul poate fi folosit în industrie:
sub formă de pulbere sau burete;
compact maleabil;
grad ridicat de puritate.
În prima etapă, la întreprinderi se produce zirconiu pulbere. Producția sa este relativ simplă din punct de vedere tehnologic. Se realizează prin metoda reducerii metalo-termice. Pentru cloruri se foloseste magneziu sau sodiu, iar pentru oxizi se foloseste hidrura de calciu. Pulbere electrolitică de zirconiu se obține din cloruri de metale alcaline. Materialul produs în acest fel este de obicei comprimat. Mai mult, este folosit pentru a obține zirconiu maleabil în cuptoarele cu arc electric. Acesta din urmă în etapa finală este supus la topirea fasciculului de electroni. Rezultatul este zirconiu de înaltă puritate. Este folosit în principal în reactoare nucleare.
tehnologie de producție și domeniul de aplicare
Acesta este unul dintre cei mai solicitați compuși de zirconiu în industrie și în economia națională. Se găsește în mod natural sub formă de mineral baddeleyit. Este o pulbere cristalină albă cu o nuanță gri sau gălbuie. Poate fi realizat, de exemplu, prin metoda de rafinare a iodurii. În acest caz, așchii de zirconiu din metal obișnuit sunt utilizați ca materii prime. Dioxidul de zirconiu este utilizat la fabricarea ceramicii (inclusiv in domeniul proteticelor), corpurilor de iluminat si materialelor refractare, in constructia cuptoarelor etc.
Rezervele de zircon din Rusia
Producția de zirconiu în Rusia este posibilă, desigur, numai datorită prezenței zăcămintelor sale în țară. Rezervele de minereuri ale acestui grup în Federația Rusă (comparativ cu cele globale) sunt destul de mari. În prezent există 11 astfel de depozite în Rusia. Cel mai mare vrac este Central, situat în regiunea Tambov. Cele mai promițătoare zăcăminte în acest moment includ Beshpagirskoye (teritoriul Stavropol), Kirsanovskoye (regiunea Tambov) și Ordynskoye (Novosibirsk). Se crede că rezervele de zirconi disponibile în Rusia sunt destul de suficiente pentru a satisface cerințele industriei țării. Cel mai favorabil situl tehnologic este în prezent câmpul East Central.
Date statistice
Astfel, această procedură pentru orice stat, inclusiv Rusia, este foarte importantă - producția de zirconiu. Tehnologia sa de fabricație este complexă, dar lansarea sa este, în orice caz, mai mult decât justificată. În prezent, zirconiul este singurul metal rar a cărui producție și consum se ridică la sute de mii de tone. Rusia ocupă locul patru în lume în ceea ce privește rezervele sale. Din punct de vedere structural și calitativ, baza de materie primă a zirconiului din țara noastră este foarte diferită de cele străine. Peste 50% din rezervele de minereu ale acestui grup din Federația Rusă sunt asociate cu granite alcaline, 35% cu plaseri de zircon-rutil-ilmenit și 14% cu camaforite baddeleyite. În străinătate, aproape toate rezervele de astfel de minerale sunt concentrate în zone litoral-marine.
În loc de o concluzie
Astfel, am aflat cum se produce zirconiul în Rusia. Pe piața mondială astăzi, din păcate, există o lipsă destul de acută a acestui metal. Prin urmare, Rusia nu se poate baza pe importul său. Prin urmare, este necesar să acordăm o atenție maximă dezvoltării propriilor depozite. În același timp, pentru a consolida baza de materie primă a zirconiului în Federația Rusă, merită și dezvoltarea celor mai eficiente tehnologii de utilizare a materiilor prime extrase.
Pagina 2
În 1945, în SUA se produceau doar 0,07 kg de zirconiu, dar începând din 1948, în legătură cu lucrările de realizare a reactoarelor nucleare, producția de zirconiu a crescut brusc și în câțiva ani a ajuns la câteva zeci de tone.
Depozitele de minereuri de zirconiu, care este mult mai larg răspândite în natură decât, de exemplu, beriliul, sunt, potrivit presei străine, în SUA, India, Brazilia, Australia și într-un număr de state africane. Producția de zirconiu în SUA din 1947 până în 1958 a crescut de 3 mii de ori.
Datorită proprietăților sale ridicate anticorozive, zirconiul poate fi utilizat pentru fabricarea de piese pentru echipamente chimice, instrumente medicale și alte domenii ale tehnologiei. Cu toate acestea, este puțin probabil ca producția de zirconiu să fi atins atât de repede nivelul modern dacă nu ar fi avut o altă proprietate specifică - o secțiune transversală mică de absorbție a neutronilor termici.
Tehnologia și echipamentele utilizate pentru obținerea hafniului prin metoda Kroll sunt în esență aceleași ca și în producția de zirconiu metalic. Modificările în comparație cu procesul tehnologic de producere a zirconiului sunt determinate de înlocuirea sau schimbarea aparatelor individuale, operațiunilor tehnologice și claselor de materii prime. Aici ar trebui să ținem cont de sensibilitatea mai mare a tetraclorurii de hafniu la umiditatea atmosferică, de stabilitatea mai mare a clorurii de hafnil și de piroforicitatea ceva mai mare a unui burete metalic proaspăt obținut.
Deoarece hafniul este extras odată cu producerea de zirconiu din reactor, producția acestuia crește proporțional cu eliberarea acestuia din urmă, de altfel, cu 50 kg de zirconiu; primesc aproximativ 1 kg de hafniu. Folosind acest calcul, am informații fragmentare despre producția de zirconiu separat. Conform prognozei] Biroului de Mine al SUA, publicată în 1975, nevoia țării de hafniu la începutul secolelor XX - - XXI.
Analiza spectrală a zirconiului pentru impurități este în mare măsură dificilă datorită faptului că, pe fundalul spectrului multiliniar al zirconiului, este dificil să se distingă liniile slabe în spectrele concentrațiilor scăzute de impurități. Această metodă face posibilă, de asemenea, determinarea unor concentrații mici de fluor în zirconiu metalic, care este foarte important în controlul producției de zirconiu electrolitic.
Deoarece hafniul este recuperat ca produs secundar al producției de zirconiu din reactor, producția acestuia crește proporțional cu producția acestuia din urmă, obținându-se aproximativ 1 kg de hafniu la 50 kg de zirconiu. Pe parcursul actualului deceniu (1970 - 1980) capacitatea mondială a centralelor nucleare va crește de 5 - 8 ori, respectiv, producția de zirconiu și hafniu va crește. La urma urmei, fiecare megawatt de energie nucleară necesită de la 45 la 79 kg de zirconiu pentru fabricarea țevilor și a altor piese. În plus, 25 - 35% din tuburile de zirconiu din reactoarele în funcțiune trebuie înlocuite anual. Ca urmare, deja la mijlocul anilor 1970 se va consuma aproximativ aceeași cantitate de zirconiu în aceste scopuri ca și pentru reactoarele noi.
Tehnologia de sublimare a fluorurilor pentru purificarea tetrafluorurii de zirconiu din fluorurile de Al, Ca, Cu, Fe, Mg a fost bine stăpânită în URSS în anii 80 la uzina chimică Pridneprovsky în timpul dezvoltării și dezvoltării tehnologiei de extracție a fluorurilor pentru producție. de zirconiu nuclear-pur.
Ca, Cu, Fe, Mg, Th) se prezintă sub formă de compoziție de fluorură obținută prin purificarea prin sublimare a zirconiului. În producția de plasmă pe scară largă de zirconiu și siliciu, masa acumulată a acestor deșeuri poate deveni semnificativă în timp; pentru prelucrarea lor, tehnologiile cu plasmă și frecvență pot fi utilizate pentru extragerea acestor componente sub formă de oxizi sau metale dispersați (vezi cap.
Când se prelucrează 1 tonă de zircon și se extrag din acesta zirconiu și siliciu sub formă de fluoruri, în deșeuri rămân 46 kg de Al; 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; acestea. 8 6 kg de metale, din care partea principală (A1, Ca, Cu, Fe, Mg, Th) este sub formă de compoziție de fluorură obținută prin purificarea prin sublimare a zirconiului. În producția de plasmă pe scară largă de zirconiu și siliciu, masa acumulată a acestor deșeuri poate deveni semnificativă în timp; pentru prelucrarea lor, tehnologiile cu plasmă și frecvență pot fi utilizate pentru extragerea acestor componente sub formă de oxizi sau metale dispersați (vezi cap.
În 1945, în SUA se produceau doar 0,07 kg de zirconiu, dar începând din 1948, în legătură cu lucrările de realizare a reactoarelor nucleare, producția de zirconiu a crescut brusc și în câțiva ani a ajuns la câteva zeci de tone. Drept urmare, tehnologia de producere a zirconiului, care era o raritate în urmă cu câțiva ani, este acum mai avansată decât tehnologia de producere a multor alte metale care sunt cunoscute și folosite de zeci de ani.
Conform principiului încălzirii, cuptoarele cu arc cu vid sunt clasificate ca cuptoare cu arc cu acțiune directă. Cuptoarele cu arc cu vid sunt unul dintre noile tipuri de echipamente electrotermale. Apariția lor este cauzată de o creștere a producției de zirconiu, titan, molibden și alte materiale refractare și reactive.
Dar nici în acest caz, nu poate fi utilizat fără purificare chimică prealabilă (vezi Secțiunea 15.5) din elementul hafniu, care îl însoțește întotdeauna în natură și are proprietăți chimice asemănătoare cu zirconiul. Hafniul, care este recuperat în producția de zirconiu de calitate pentru reactor, este un material excelent pentru fabricarea tijelor de control al reactoarelor.
Hafniul este în grupa IV a tabelului periodic al elementelor lui D. I. Mendeleev și este inclus în subgrupa titanului. Se referă la oligoelemente care nu au minerale proprii; însoțește zirconiul în natură. În prezent, se obține ca produs secundar în producția de zirconiu. Din punct de vedere al proprietăților chimice și fizice, hafniul este aproape de zirconiu, dar diferă semnificativ de acesta din urmă în ceea ce privește proprietățile nucleare.
În industria chimică, molibdenul este utilizat sub formă de garnituri și șuruburi pentru repararea la cald (alimentarea) a vaselor căptușite cu plăci de sticlă, utilizate atunci când se lucrează cu acid sulfuric și medii acide în care se eliberează hidrogen. În produsele care funcționează în acid sulfuric, se folosesc și termocupluri și supape de molibden, iar aliajele de molibden servesc ca căptușeală a reactoarelor în instalațiile destinate producerii de clorură de p-butil prin reacții care implică acizi clorhidric și sulfuric la temperaturi care depășesc 170 ° C. diverse aplicații ale molibdenului includ, de asemenea, hidroclorurarea în fază lichidă, producția de zirconiu și toriu ultrapur.
Nu apare în forma sa pură în scoarța terestră. Se obține din concentrate de minereu. De la an la an zirconiu metalic este din ce în ce mai utilizat în diverse industrii - metalurgie, energie, energie nucleară, medicină, industria bijuteriilor, în viața de zi cu zi.
Descrierea și proprietățile zirconiului
În natură, acest metal este distribuit sub formă de compuși chimici naturali - oxizi sau săruri, dintre care se cunosc mai mult de patruzeci. În 1789, chimistul german Klaproth a izolat oxidul de zirconiu din piatra de zambilă, o varietate prețioasă de zircon. Multă vreme, oamenii de știință nu au reușit să obțină metal pur și abia în anii 20 ai secolului XX, experimentele au fost încununate cu succes.
Zirconiul metalic a fost obținut prin metoda „creșterii”, în care a fost depus în forma sa pură pe un filament de wolfram fierbinte. prețul metalului zirconiu, obţinută în acest fel s-a dovedit a fi destul de mare. A fost dezvoltată o metodă industrială mai ieftină - metoda Croll, în care dioxidul de zirconiu este mai întâi clorurat și apoi redus cu magneziu metal.
Buretele de zirconiu rezultat este topit în tije și trimis consumatorului. Pe lângă metoda clorurii, există și alte metode industriale principale pentru extragerea zirconiului - alcalin și fluor. S-a dovedit ca proprietăți ale zirconiului metalic are foarte interesant. Ca reprezentant tipic al grupului său de metale, are o activitate chimică destul de mare, doar că nu apare într-o formă deschisă.
În exterior, zirconiul metalic compact este foarte asemănător cu oțelul. În condiții normale, are o calitate foarte importantă - nu se corodează. În plus, este perfect prelucrat în diferite moduri - laminare, forjare. Filmul de oxid de la suprafață, invizibil pentru ochi, îl protejează în mod fiabil de gazele atmosferice și vaporii de apă. Numai când temperatura crește la 300°, acest film este distrus treptat, iar la 700° metalul este complet oxidat.
Sub influența apei, zirconiul nu se oxidează, ca multe metale, ci este acoperit cu o peliculă insolubilă care îl protejează de coroziune. Compact foto din zirconiu metalic diferă prin rezistență ridicată la căldură, rezistență la influența amoniacului, acizilor, alcalinelor, reține bine radiațiile. Așchii și pudra de zirconiu se comportă destul de diferit în aer. Aceste substanțe, chiar și la temperatura camerei, se pot aprinde cu ușurință spontan și adesea exploda.
Zirconiul se formează cu multe metale. Adăugarea lui într-o cantitate mică le îmbunătățește semnificativ caracteristicile - crește rezistența, rezistența la coroziune. În același timp, adăugările de alte metale la zirconiu nu fac decât să-i înrăutățească proprietățile și, prin urmare, sunt utilizate extrem de rar.
Zăcăminte și exploatare de zirconiu
Depozitele de minereu de zirconiu sunt împrăștiate în diferite părți ale planetei. Apare sub formă de oxizi amorfi, săruri și monocristale mari, uneori cântărind mai mult de un kilogram. Rezervele bogate de minereu sunt situate în Australia, America de Nord, Africa de Vest, India, Africa de Sud, Brazilia. În Rusia, rezervele semnificative de materii prime de zirconiu sunt concentrate în Urali și Siberia.
Cele mai importante utilizări industriale sunt zirconul, silicatul de zirconiu, dioxidul de zirconiu și baddeleyita. Cel mai comun mineral de zirconiu de pe planetă este zirconul. Este cunoscută omenirii din cele mai vechi timpuri. În Evul Mediu, bijutierii făceau adesea bijuterii din „diamante imperfecte”, așa cum erau numite zirconii în acele vremuri. După tăiere, erau mai tulburi, străluceau și străluceau diferit de diamantele naturale.
Există zirconi radioactivi periculoși, purtând bijuterii din care are un efect foarte rău asupra sănătății. Pietrele de dimensiuni mici, ușor colorate și relativ transparente sunt considerate mai sigure. Zirconii vin într-o varietate de culori. Deci, zambilele pot fi galbene-miere, roșii, roz, lumina stelelor - albastru-cer.
Zirconii mari, intens colorați, în special cei care sunt verzi și opaci, pot provoca niveluri crescute de radiații. Astfel de pietre sunt interzise a fi depozitate acasă în colecții, expuse, transportate în cantități mari. În ciuda faptului că zirconiul este al 12-lea cel mai abundent metal din natură, multă vreme a fost mai puțin popular decât chiar și cele rare radioactive. Acest lucru se explică prin faptul că depozitele sale sunt extrem de împrăștiate și nu există depozite mari.
Adesea, în minereu, zirconiul este adiacent hafniului, care este aproape de acesta în proprietăți. Separat, fiecare dintre aceste metale are caracteristici atractive, dar prezența combinată le face nepotrivite pentru utilizare. Pentru a le separa, se folosește purificarea în mai multe etape, ceea ce crește semnificativ costul producției de zirconiu din plastic.
Aplicarea zirconiului
Datorită unor calități atât de importante precum rezistența la coroziune, alcalii, acizi, zirconiul este utilizat pe scară largă în diverse industrii. Deci, în metalurgie, este folosit pentru aliarea oțelurilor și îmbunătățirea calității aliajelor. Sub formă de pulbere, este utilizat în pirotehnică și producția de muniție - bombe la distanță, gloanțe trasoare, rachete de rachete.
Un sfert din concentratul de zirconiu rezultat este consumat în producția de glazuri, ceramică de uz casnic și electric. Zirconiul purificat din hafniu sub formă de aliaje este utilizat în reactoare nucleare ca material structural. Acest metal este utilizat pe scară largă în medicină și viața de zi cu zi. O placă subțire de zirconiu reține radiațiile în departamentul de raze X mult mai mult decât șorțurile de plumb.
Proprietăți curative ale zirconiului metal
Pentru tratamentul fracturilor osoase din clinicile de traumatologie se folosesc implanturi din aliaje de zirconiu. În comparație cu titanul și inoxul, au avantaje semnificative: compatibilitate biologică (fără reacție alergică și respingere), rezistență ridicată la coroziune, rezistență, ductilitate, ușurință.
În chirurgia maxilo-facială se folosesc instrumente și implanturi din zirconiu, precum capse, plăci, burghie, șuruburi, proteze dentare, hemostatice, fire de sutură. Zirconiul și aliajele sale nu provoacă iritații atunci când sunt expuse la oase și țesuturi.
Zirconiu metalic în bijuterii efect benefic asupra stării generale a corpului uman. S-a stabilit că purtarea zirconiei după piercing-ul urechii promovează vindecarea rapidă a rănii și nu provoacă niciodată putrezirea acesteia.
Când este purtat în mod regulat produse din zirconiu au un efect pozitiv asupra sănătății. Rezultate bune se obțin prin purtarea de zirconiu și curele pentru astfel de boli de piele precum eczema la copii și adulți, dermatita, psoriazisul. Există o îmbunătățire semnificativă a stării pacienților cu probleme la nivelul sistemului musculo-scheletic.
Pret zirconiu
Metalul se vinde la kilogram. Se livrează sub formă de țeavă, tijă, bandă, sârmă, tablă etc. Costul depinde de producătorul și marca produsului.
Pagina 1
Producția de zirconiu și aliajele sale care conțin bor necesită un control atent. Deoarece metodele chimice pentru determinarea borului în zirconiul metalic și aliajele sale nu au fost descrise în literatură, scopul acestei lucrări a fost de a dezvolta o metodă chimică simplă pentru determinarea conținutului de bor în zirconiul metalic și aliajele sale, în special, în aliaje cu un conţinut scăzut de niobiu.
În producția de zirconiu, metoda iodurii, spre deosebire de producția de titan, are o semnificație industrială.
Conținut în emisiile de la producția de zirconiu, catalizatori pentru sinteza organică.
Hafniul este obținut numai ca produs secundar al producției de zirconiu de calitate pentru reactor. Principala sa aplicație este fabricarea de bare de control în reactoare nucleare. Consumul total nu depășește în prezent 75% din producție. Cu toate acestea, explorarea de noi domenii de aplicare - fabricarea de aliaje la temperatură înaltă, filamente, gettere, pulbere pentru lămpi flash, detonatoare - poate crește semnificativ cererea de metal. Separarea hafniului de zirconiu este un proces costisitor, iar costurile de separare sunt de obicei împărțite în mod egal între costul ambelor metale.
Nu există o analogie completă în proprietățile produselor tehnologiilor de fluorură cu plasmă și fluorură de extracție pentru producția de zirconiu, deoarece în tehnologia de extracție cu fluorură, zirconiul și hafniul sunt separate în etapa hidrochimică prin extracție. În cazul utilizării tehnologiei cu plasmă-fluorură pentru prelucrarea zirconului în timpul purificării prin sublimare a zirconiului din impuritățile indicate în tabel. 3.4, hafniul urmează în principal zirconiului.
Metoda de separare a zirconiului și hafniului prin electroliza topiturii este de interes pentru producerea zirconiului, deoarece simultan cu producerea zirconiului metalic, acesta este purificat din hafniu.
Materiile prime pentru obținerea hafniului sunt concentratele de zirconiu sau produsele și intermediarii producției de zirconiu.
Toate aceste dificultăți fac necesară purificarea cu atenție a reactivilor utilizați în producerea zirconiului și hafniului, în special din oxigen, apă și azot, și limitarea alegerii metodelor care pot fi utilizate pentru obținerea acestor metale.
Metalul de hafniu poate fi obținut prin aceleași metode care sunt utilizate în producția de zirconiu. Tetraclorura de hafniu este purificată prin distilare în atmosferă de hidrogen și apoi redusă cu magneziu. Purificarea buretelui de hafniu din clorură de magneziu se realizează în instalațiile pentru curățarea buretelui de zirconiu, deoarece nu există un pericol grav de contaminare a hafniului cu zirconiu în această operațiune sau invers. Hafniul spongios este topit într-un arc și turnat în forme de cupru.
Hafniul metalic este obținut prin aceleași metode care sunt utilizate în producția de zirconiu: metoda Kroll, o metodă Kroll modificată care utilizează sodiu ca agent reducător și procedeul de Boer sau iodură.
Procedeul de iodură de producere a hafniului moale, maleabil este similar cu cel folosit la producerea zirconiului, astfel încât echipamentul cu care se obține iodură de hafniu este aproximativ același ca în cazul obținerii zirconiului. Conform datelor, temperatura de precipitare a hafniului din tetraiodură este de 1600 C, iar zirconiul este de 1400 C.
Un studiu detaliat al procesului Kroll aplicat titanului poate face posibilă efectuarea unor modificări în schema tehnologică pentru producția de zirconiu; în special, aceasta se referă la simplificarea aparatului, reducerea unui număr de operații și creșterea dimensiunii agregatelor.
Pentru a obține pulberi mai pure de niobiu și tantal, este mai bine să se efectueze reducerea clorurilor gazoase cu magneziu lichid în același mod ca și în producția de zirconiu.
Se încarcă...