Zirkon en yaygın zirkonyum mineralidir. Her türlü kayada bulunur, ancak esas olarak granitler ve siyenitlerde bulunur. Ginderson County'de (Kuzey Carolina), pegmatitlerde birkaç santimetre uzunluğunda zirkon kristalleri bulundu ve Madagaskar'da kilogram ağırlığında kristaller keşfedildi. Baddeleyit, 1892'de Brezilya'da Hussac tarafından keşfedildi. Ana yatak Pocos de Caldas bölgesinde (Brezilya) bulunmaktadır. En büyük zirkonyum yatakları ABD, Avustralya, Brezilya ve Hindistan'da bulunmaktadır.
Dünya zirkonyum rezervlerinin %10'unu oluşturan Rusya'da (Avustralya ve Güney Afrika'dan sonra dünyada 3. sırada), ana yataklar şunlardır: Murmansk bölgesindeki Kovdorskoe birincil baddelit-apatit-manyetit, Tuganskoe plaser zirkon-rutil-ilmenit Tomsk bölgesinde, Tambov bölgesinde merkezi alüvyon zirkon-rutil-ilmenit, Nizhny Novgorod bölgesinde Lukoyanovskoye alüvyon zirkon-rutil-ilmenit, Chita bölgesinde Katuginskoye birincil zirkon-piroklor-kriyolit ve Ulug-Tanzek birincil zirkon-piroklor-ilmenit Kolumbit.
2012 yılı zirkonyum yataklarındaki rezervler, bin ton *
| Avustralya | 21,000.0 |
| Güney Afrika | 14,000.0 |
| Hindistan | 3,400.0 |
| Mozambik | 1,200.0 |
| Çin | 500.0 |
| Diğer ülkeler | 7,900.0 |
| Toplam stoklar | 48,000.0 |
* ABD Jeolojik Araştırma verileri
Endüstride zirkonyum üretimi için başlangıç hammaddeleri, zirkonyum cevherlerinin zenginleştirilmesiyle elde edilen, kütle içeriği en az% 60-65 olan zirkonyum dioksit içeren zirkonyum konsantreleridir. Konsantreden zirkonyum metali elde etmenin ana yöntemleri klorür, florür ve alkali işlemlerdir. Dünyanın en büyük zirkon üreticisi Iluka'dır.
Zirkon üretimi Avustralya'da yoğunlaşmıştır (2010 yılında üretimin %40'ı) ve Güney Afrika(otuz%). Zirkon'un geri kalanı bir düzineden fazla ülkede üretiliyor. Zirkon üretimi 2002-2010 yılları arasında yıllık ortalama %2,8 oranında artış göstermiştir. Iluka Resources, Richards Bay Minerals, Exxaro Resources Ltd ve DuPont gibi büyük üreticiler, titanyum madenciliği sırasında yan ürün olarak zirkonu çıkarmaktadır. Titanyum minerallerine olan talep son on yılda zirkonla aynı oranda artmadı, bu nedenle üreticiler Afrika ve Güney Avustralya gibi daha yüksek zirkon içeriğine sahip mineral kum yataklarını geliştirmeye ve bunlardan yararlanmaya başladı.
* ABD Jeolojik Araştırma verileri
Zirkonyum 20. yüzyılın 30'lu yıllarından beri endüstride kullanılmaktadır. yüzünden yüksek fiyat kullanımı sınırlıdır. Metal zirkonyum ve alaşımları nükleer enerjide kullanılmaktadır. Zirkonyum çok küçük bir termal nötron yakalama kesitine ve yüksek bir erime noktasına sahiptir. Bu nedenle, hafniyum içermeyen metalik zirkonyum ve alaşımları nükleer enerjide yakıt elemanlarının, yakıt düzeneklerinin ve nükleer reaktörlerin diğer yapılarının imalatında kullanılmaktadır.
Zirkonyumun bir diğer uygulama alanı da alaşımlamadır. Metalurjide alaşım olarak kullanılır. Verimlilik açısından Mn, Si, Ti'den üstün, iyi bir deoksidatör ve nitrojen gidericidir. Çeliklerin zirkonyumla (%0,8'e kadar) alaşımlanması, mekanik özelliklerini ve işlenebilirliğini artırır. Aynı zamanda elektrik iletkenliğinde hafif bir kayıpla bakır alaşımlarını daha dayanıklı ve ısıya dayanıklı hale getirir.
Zirkonyum piroteknikte de kullanılır. Zirkonyum, havadaki oksijeni (kendi kendine tutuşma sıcaklığı - 250°C) neredeyse hiç duman olmadan ve yüksek hızda yakma konusunda olağanüstü bir yeteneğe sahiptir. Bu durumda metal yanıcı maddeler için en yüksek sıcaklık (4650°C) gelişir. Yüksek sıcaklık nedeniyle ortaya çıkan zirkonyum dioksit, piroteknikte (havai fişek ve havai fişek üretimi), kimyasal ışık kaynaklarının üretiminde çok yaygın olarak kullanılan önemli miktarda ışık yayar. Çeşitli bölgeler insan faaliyetleri (meşaleler, işaret fişekleri, işaret fişeği bombaları, FOTAB - fotoğraf hava bombaları; elektronik flaşlarla değiştirilene kadar fotoğrafçılıkta tek kullanımlık flaş lambalarının bir parçası olarak yaygın olarak kullanıldı). Bu alanda kullanım için yalnızca zirkonyum metali değil, aynı zamanda önemli ölçüde daha yüksek ışık akısı sağlayan seryumlu alaşımları da ilgi çekicidir. Toz haline getirilmiş zirkonyum, piroteknik sinyal ışıkları ve sigortalarda dumansız bir madde olarak oksitleyici maddelerle (Berthollet tuzu) bir karışım halinde kullanılır ve cıva ve kurşun azitin fulminatının yerine kullanılır. Lazer pompalamak için zirkonyum yanmasının ışık kaynağı olarak kullanılması konusunda başarılı deneyler yapıldı.
Zirkonyumun başka bir kullanımı süper iletkenlerdedir. %75 Nb ve %25 Zr'den oluşan süper iletken alaşım (4,2 K'de süper iletkenlik), 100.000 A/cm2'ye kadar yüklere dayanır. Yapısal bir malzeme formundaki zirkonyum, aside dayanıklı kimyasal reaktörlerin, bağlantı parçalarının ve pompaların imalatında kullanılır. Zirkonyum değerli metallerin yerine kullanılır. Nükleer enerjide yakıt kaplamanın ana malzemesi zirkonyumdur.
Zirkonyum, biyolojik ortamlara karşı titanyumdan bile daha yüksek bir dirence ve mükemmel biyouyumluluğa sahiptir; bu sayede kemik, eklem ve diş protezlerinin yanı sıra cerrahi aletlerin yapımında da kullanılır. Diş hekimliğinde zirkonyum dioksit bazlı seramikler diş protezlerinin üretiminde kullanılan bir malzemedir. Ayrıca biyoinertliği nedeniyle bu malzeme diş implantlarının üretiminde titanyuma alternatif olarak hizmet vermektedir.
Zirkonyum, yüksek kimyasal direnci nedeniyle mükemmel hijyenik özelliklere sahip çeşitli sofra takımlarının yapımında kullanılır.
Zirkonyum dioksit (mp 2700°C) refrakter malzemelerin (bakor - baddeleyit-korindon seramikleri) üretiminde kullanılmaktadır. Cam ve alüminyum eritme fırınlarında çevrim süresini 3-4 kat arttırdığı için şamot yerine kullanılır. Stabilize dioksit bazlı refrakterler metalurji endüstrisinde oluklar, sürekli çelik dökümü için camlar, nadir toprak elementlerini eritmek için potalar için kullanılır. Aynı zamanda yüksek sertliğe ve birçok kimyasala karşı dirence sahip olan ve 2750°C'ye kadar kısa süreli ısınmaya dayanabilen sermet - seramik-metal kaplamalarda da kullanılır. Dioksit, emayelerin baskılayıcısıdır ve onlara beyaz ve opak bir renk verir. Skandiyum, itriyum ile stabilize edilmiş zirkonyum dioksitin kübik modifikasyonuna dayanarak, nadir topraklar, malzeme elde edilir - kübik zirkonya (ilk olarak elde edildiği Lebedev Fizik Enstitüsü'nden), kübik zirkonya tıpta yüksek kırılma indeksine (düz lensler) sahip optik bir malzeme olarak kullanılır ( Cerrahi alet), sentetik değerli taş olarak (dağılım, kırılma indisi ve renk oyunu elmastan daha yüksektir), sentetik elyafların üretiminde ve belirli tel türlerinin üretiminde (çekme) kullanılır. Zirkonyum dioksit ısıtıldığında akımı iletir ve bu bazen çok yüksek sıcaklıklarda havada stabil olan ısıtma elemanlarını elde etmek için kullanılır. Yüksek sıcaklık. Isıtılmış zirkonyum, katı bir elektrolit olarak oksijen iyonlarını iletme kapasitesine sahiptir. Bu özellik endüstriyel oksijen analizörlerinde kullanılır.
Zirkonyum hidrit nükleer teknolojide çok etkili bir nötron moderatörü olarak kullanılır. Zirkonyum hidrit ayrıca zirkonyumun çeşitli yüzeylerde termal ayrışmasını kullanarak ince filmler halinde kaplanması için de kullanılır.
Seramik kaplamalar için zirkonyum nitrür malzemesi, erime noktası yaklaşık 2990°C, Kral Suyu'nda hidrolize olur. Diş hekimliğinde ve takılarda kaplama olarak uygulama alanı buldu.
Zirkon, yani. ZrSiO4, zirkonyum ve hafniyumun ana kaynak mineralidir. İçinde yoğunlaşan çeşitli nadir elementler ve uranyum da buradan çıkarılır. Refrakter üretiminde zirkon konsantresi kullanılmaktadır. Yüksek içerik Zirkondaki uranyum miktarı, onu uranyum-kurşun tarihlemesi kullanılarak yaşı belirlemek için uygun bir mineral haline getirir. Takılarda (sümbül, jargon) berrak zirkon kristalleri kullanılır. Zirkon kalsine edildiğinde starlite adı verilen parlak mavi taşlar elde edilir.
Tüm zirkonyumun yaklaşık %55'i seramik üretiminde kullanılıyor. seramik karolar duvarlar, zeminler ve ayrıca elektronikte seramik yüzeylerin üretimi için. Zirkon'un yaklaşık %18'i kullanılmaktadır. kimyasal endüstri ve bu alandaki tüketim artışı son yıllar yılda ortalama %11. Zirkon'un yaklaşık %22'si metal eritme için kullanılır, ancak bu yönde Son zamanlarda zirkonyum elde etmek için daha ucuz yöntemlerin bulunması nedeniyle pek popüler değil. Zirkon'un geri kalan %5'i katot tüpleri yapımında kullanılıyor ancak bu alandaki tüketim düşüyor.
Zirkon tüketimi, 2009 yılındaki küresel ekonomik krizin tüketimin 2008 yılına kadar %18 oranında azalmasına neden olmasının ardından 2010 yılında güçlü bir artış göstererek 1,33 milyon tona yükseldi. 2010 yılında zirkon tüketiminin %54'ünü oluşturan seramik tüketiminin özellikle Çin'de ve diğer gelişmekte olan ülkelerde artması ekonomik sistemler Brezilya, Hindistan ve İran gibi ülkeler 2000'li yıllarda zirkon talebinin artmasında önemli bir faktördü. ABD ve Euro Bölgesi'nde tüketim daha da azaldı. Zirkonyum dioksit de dahil olmak üzere zirkonyum kimyasallarında zirkon tüketimi 2000 ile 2010 arasında iki kattan fazla artarken, zirkonyum metalinin eritilmesinde zirkon kullanımı daha yavaş bir büyüme gösterdi.
Roskill'e göre dünyadaki zirkonyum metal tüketiminin %90'ı nükleer reaktör bileşenlerinin üretiminde, yaklaşık %10'u ise korozyona dayanıklı ve yüksek basınçlarüretim tesislerinde kullanılan konteynerlerin astarlanması asetik asit. Uzmanlara göre gelecekte, bazı ülkeler (Çin, Hindistan, Güney Kore ve ABD) yeni zirkonyum metali inşa etmeyi planladığından, küresel zirkonyum metali talebinin artması bekleniyor. nükleer enerji santralleri.
Zirkonyum dioksit olarak da bilinen zirkonyum oksit, endüstriyel uygulamalarda kullanılır. ilaçlar, fiber optik, su geçirmez giysiler ve kozmetik. Çin'de seramik karo üretimindeki hızlı artış nedeniyle zirkonya malzemelerinin (zirkon unu ve kaynaşmış zirkonya) tüketimi daha fazla. Güney Kore Hindistan ve Çin, zirkonyum oksit için önemli büyüme pazarlarıdır. Zirkonyum pazar araştırma raporuna göre Asya Pasifik en büyük ve en hızlı büyüyen bölgeyi temsil ediyor. bölgesel pazar Dünyada. Fransa merkezli Saint-Gobain, zirkonyum dioksitin en büyük üreticilerinden biridir.
Zirkonyumun en büyük son kullanım pazarı fayans, sıhhi tesisat ve sofra takımlarını içeren seramiklerdir. Sonraki en büyük pazarlar Zirkonyum malzemeleri kullanan, refrakter ve döküm sektörlerinde faaliyet gösteren bir firmayız. Zirkon katkı maddesi olarak kullanılır çok çeşitli Malzemenin radyasyon emici özelliği olması nedeniyle bilgisayar monitörleri ve televizyon panellerindeki cam kaplamalarda da kullanılmaktadır. Zirkonyum katkılı tuğlalar, temel kaynaşık zirkonya çözümlerine alternatif olarak kullanılır.
Dünyada zirkon (ZrSiO4) üretimi ve tüketimi, bin ton*
| yıl | 2008 | 2009 | 2010 | 2011 | 2012 |
| Toplam üretim | 1300.0 | 1050.0 | 1250.0 | 1400.0 | 1200.0 |
| Çin | 400.0 | 380.0 | 600.0 | 650.0 | 500.0 |
| Diğer ülkeler | 750.0 | 600.0 | 770.0 | 750.0 | 600.0 |
| Toplam kullanım | 1150.0 | 980.0 | 1370.0 | 1400.0 | 1100.0 |
| Piyasa dengesi | 150.0 | 70.0 | -120.0 | -- | 100.0 |
| COMEX fiyatı | 788.00 | 830.00 | 860.00 | 2650.00 | 2650.00 |
* Özet veriler
Zirkon piyasası 2008 sonlarında başlayan ve 2009 yılına kadar devam eden keskin bir düşüş gösterdi. Üreticiler maliyetleri azaltmak ve stoklamayı durdurmak için üretim hacimlerini kıstı. Tüketim 2009 yılı sonunda toparlanmaya başladı, 2010 yılında hızlanan büyüme 2011 yılında da devam etti. Özellikle zirkonyum cevherlerinin %40'ından fazlasının çıkarıldığı Avustralya'dan gelen tedarikler uzun süredir durgun seyrediyor ve diğer üreticiler 2008-2010 döneminde rezervlerinin yaklaşık 0,5 milyon tonunu piyasaya sürmek zorunda kalıyor. Pazardaki eksiklikler ve azalan stok seviyeleri, 2009'un başlarında başlayan fiyat artışlarına yol açtı. Avustralya zirkon prim fiyatları, 2009'un başından bu yana %50 arttıktan sonra Ocak 2011 itibarıyla rekor seviyelere ulaştı ve 2011-2012'de daha da yükselmeye devam etti.
2008 yılında metal üretiminin hammaddesi olan zirkon kumunun fiyatlarındaki artış nedeniyle zirkonyum sünger fiyatları da artış göstermiştir. Endüstriyel zirkonyum fiyatları %7-8 artarak 100 $/kg'a, nükleer reaktörler için metal fiyatları ise %10 artarak 70-80 $'a yükseldi. Fiyatlarda hafif bir düşüş olsa da, 2009 yılının ikinci yarısından itibaren zirkonyum fiyatları yeniden büyümeye başladı ve öyle ki 2009 yılında ortalama zirkonyum fiyatları 2008 yılına göre daha yüksek oldu. 2012 yılında zirkonyum fiyatları 110$/kg'a yükseldi.
2009 yılında tüketimin azalmasına rağmen, büyük üreticilerin üretimi kısması ve stokları düşürmesi nedeniyle zirkon fiyatları keskin bir düşüş yaşamadı. 2010 yılında üretim talebi karşılayamadı; bunun başlıca nedeni, Çin'in zirkon ithalatının 2010 yılında %50'den fazla artarak 0,7 milyon tona çıkmasıydı. Zirkon talebinin 2015 yılına kadar yıllık %5,4 oranında artacağı öngörülüyor ancak üretim kapasitesinin yılda yalnızca %2,3 oranında artabileceği öngörülüyor. Bu nedenle ek arz sınırlı olmaya devam edecek ve yeni projeler devreye girene kadar fiyatlar artmaya devam edebilir.
Global Industry Analysts (GIA) tarafından yayınlanan araştırma raporuna göre küresel zirkonyum pazarının 2017 yılına kadar 2,6 milyon mt'a ulaşması bekleniyor. Raporda, Asya Pasifik, Avrupa, Japonya, Kanada ve Amerika Birleşik Devletleri dahil olmak üzere çeşitli coğrafi pazarlarda 2009'dan 2017'ye kadar satış tahminleri ve tahminleri sunuluyor.
Uluslararası nükleer enerji endüstrisindeki büyüme, zirkonyuma olan talebi artıracağı gibi zirkonyumun küresel üretim kapasitesini de artıracaktır. Diğer büyüme faktörleri arasında Asya-Pasifik bölgesinin yanı sıra dünya çapında seramik karo endüstrisindeki talebin artması yer alıyor.
Elemental formundaki zirkonyum, korozyon direnci ve süneklik gibi karakteristik özelliklere sahip gümüşi beyaz bir metaldir. Doğada oldukça yaygındır ama aynı zamanda çok dağınıktır. Büyük yatakları henüz bulunamadı. İnsanlar bu metalin var olma olasılığını ilk kez 1789'da öğrendiler. Daha sonra kimyager M. Klaproth, zirkon mineralini incelerken tesadüfen onun oksidini keşfetti. Bu metal yalnızca 1925'te saf haliyle elde edildi. modern dünyaÜretimi yaygın olan zirkonyum en çok kullanılmaktadır. farklı bölgeler endüstri. Elbette birçok yerli işletme de üretiyor.
Genel açıklama
Zirkonyum gibi nispeten nadir bir metalin endüstriyel değerini öncelikle olağandışı özellikler belirler. Üretimi aşağıdaki nedenlerden dolayı ülke ekonomisine faydalıdır:
Yüksek derecede kimyasal direnç. Hidroklorik asidin bu metal üzerinde kesinlikle hiçbir etkisi yoktur ve sülfürik asit ile yalnızca konsantrasyonu en az% 50 olduğunda ve +100 derecenin üzerindeki bir sıcaklıkta reaksiyona girer.
Neredeyse hiç duman olmadan havada yanabilme yeteneği. Zirkonyum (ince dağılmış) 250 C sıcaklıkta kendiliğinden tutuşabilir.
Biyolojik atalet. Zirkonyumun insan ve hayvan vücuduna kesinlikle hiçbir zararlı etkisi yoktur. Ne yazık ki sanılanın aksine hiçbir fayda da sağlayamıyor.
Endüstride sadece bu metalin kendisi değil aynı zamanda bileşikleri de büyük talep görmektedir. Örneğin zirkon minerali çok yüksek sertlik ve hoş bir elmas parlaklığı ile karakterize edilir. Bu nedenle bazen elmasların yerine ucuz bir alternatif olarak kullanılır. Ancak son zamanlarda zirkon takılarda giderek daha az kullanılmaya başlandı. Günümüzde taklit elmaslar genellikle kübik zirkonyadan (yapay zirkonyum dioksit) yapılmaktadır.
Nerede kullanılır?
Zirkonyum üretimi günümüzde metalurji sektörünün en önemli alanlarından biridir. Ulusal ekonominin birçok alanında (örneğin tıbbi cihazların veya piroteknik cihazların imalatında) kullanılmasına rağmen, çoğunlukla nükleer santrallerdeki su soğutmalı güç reaktörlerinde kullanılır.
Üretim için hammaddeler
Dağılımından dolayı zirkonyumun yer kabuğundaki kütle oranı ne yazık ki henüz belirlenmemiştir. Bilim adamlarına göre ton başına 170-250 gram olabiliyor. Aslında doğada pek çok zirkon minerali bulunmaktadır. Açık şu an Bilim adamları yaklaşık 40 çeşidini biliyor. Bununla birlikte, zirkonyum üretimi için çoğu zaman yalnızca aşağıdaki hammaddeler kullanılır:
baddeleyit;
ödialit;
Daha önce de belirtildiği gibi, gezegende büyük zirkon yatakları yoktur. Rusya'da bu tür minerallerin yalnızca birkaç küçük yatağı var. Ayrıca ABD, Hindistan, Brezilya ve Avustralya gibi ülkelerde de çıkarılmaktadır. Zirkonyum üretmek için kullanılan en yaygın mineral elbette zirkondur (ZrSiO4). Çoğu durumda doğada hafniyum da bulunur.
Rusya'da zirkonyum üretimi: özellikler
Rusya Federasyonu'nda, bu metalin üretimi şu anda tek bir işletme tarafından gerçekleştirilmektedir - Glazov (Udmurtia) şehrinde bulunan Chepetsk Mekanik Fabrikası. İlk atölyeleri İkinci Dünya Savaşı'nın başında inşa edildi. 1942 yılına gelindiğinde tesis tam tasarım kapasitesine ulaştı. O zamanlar burada ağırlıklı olarak kartuşlar üretiliyordu. 1946'da işletme, uranyum metali üretimi için bir tesis olarak yeniden eğitildi. Daha sonra (1957'de) burada zirkonyum üretilmeye başlandı ve ardından süper iletken metaller, kalsiyum ve titanyum üretilmeye başlandı. Bugün bu işletme, üretimde dünya liderlerinden biri olan TVEL Corporation'ın bir parçasıdır.TVEL'in ChMP'de zirkonyum üretimine yönelik yatırımları yıllık milyarlarca ruble tutarındadır. Bugün bu şirket iç ve dünya pazarlarına zirkonyum tedarik etmektedir:
tel;
yakıt düzenekleri ve TVEL'ler için bileşenler.
Ayrıca Chepetsk Mekanik Fabrikası'nda bu metalden hediyelik eşyalar yapılıyor.
Hammaddelerin işlenmesi ve asidik çözeltilerin üretimi
Üretimi karmaşık bir teknolojik süreç olan zirkonyum oldukça pahalı bir metaldir. Üretimi yataklardan çıkan cevherin saflaştırılmasıyla başlar. Hammaddelerin işlenmesi genellikle aşağıdaki işlemleri içerir:
yerçekimi yöntemiyle zenginleştirme;
elde edilen konsantrenin elektrostatik ve manyetik ayırma yoluyla saflaştırılması;
konsantrenin klorlama, kostik soda veya potasyum florosilikat ile füzyon, kireç ile sinterleme yoluyla ayrıştırılması;
silikon bileşiklerini çıkarmak için su liçi;
artığın sülfürik veya hidroklorik asit ile ayrıştırılarak sülfat veya oksiklorürün elde edilmesi.
Florosilikat keki asitlendirilmiş su ve ısıtma ile muamele edilir. Ortaya çıkan çözeltinin soğutulmasından sonra potasyum florozirkonat açığa çıkar.
Bağlantılar
Zirkonyum üretiminde bir sonraki aşama, bileşiklerinin asidik çözeltilerden hazırlanmasıdır. Bunun için aşağıdaki teknolojiler kullanılabilir:
hidroklorik asit çözeltilerinin buharlaştırılmasıyla zirkonyum oksiklorürün kristalleştirilmesi;
sülfatların hidrolitik çökeltilmesi;
zirkonyum sülfatın kristalizasyonu.
Hafniyum giderimi
Rusya'da (aslında dünyanın her yerinde olduğu gibi) üretim teknolojisi oldukça karmaşık olan zirkonyumun bu kirlilikten ayrılması gerekir. Hafniyumdan metali temizlemek için aşağıdakiler kullanılabilir:
K2ZrF6'nın fraksiyonel kristalizasyonu;
solvent ekstraksiyonu;
tetraklorürlerin (HfCl4 ve ZrCl4) seçici indirgenmesi.
Metalin kendisi nasıl elde edilir?
Zirkonyum üretiminin farklı yöntemleri vardır. Metal endüstride kullanılabilir:
toz veya sünger formunda;
kompakt dövülebilir;
yüksek derece temizlik.
İşletmelerde ilk aşamada toz halinde zirkonyum üretimi yapılmaktadır. Üretimi teknolojik olarak nispeten basittir. Metalotermik indirgeme yöntemiyle üretilir. Klorürler için magnezyum veya sodyum kullanılır ve oksitler için kalsiyum hidrit kullanılır. Elektrolitik toz halindeki zirkonyum, alkali metal klorürlerden elde edilir. Bu şekilde üretilen malzeme genellikle sıkıştırılır. Daha sonra elektrik ark ocaklarında dövülebilir zirkonyum üretmek için kullanılır. İkincisi, son aşamada elektron ışınının erimesine tabi tutulur. Sonuç, yüksek saflıkta zirkonyumdur. Esas olarak nükleer reaktörlerde kullanılır.
üretim teknolojisi ve kullanım kapsamı
Bu endüstride ve ülke ekonomisinde en popüler zirkonyum bileşiklerinden biridir. Doğada baddeleyit minerali olarak bulunur. Gri veya sarımsı bir renk tonuna sahip beyaz kristal bir tozdur. Örneğin iyodür rafinasyon yöntemi kullanılarak üretilebilir. Bu durumda hammadde olarak sıradan metal zirkonyum talaşları kullanılır. Zirkonyum dioksit, seramik (protez alanı dahil), aydınlatma cihazları ve refrakter imalatında, fırın yapımında vb. kullanılır.
Rusya Federasyonu'ndaki zirkon rezervleri
Rusya'da zirkonyum üretimi elbette ancak ülkedeki yataklarının varlığı nedeniyle mümkündür. Bu grubun Rusya Federasyonu'ndaki cevher rezervleri (küresel olanlarla karşılaştırıldığında) oldukça büyüktür. Şu anda Rusya'da bu tür 11 mevduat var. En büyük alüvyon yatağı Tambov bölgesinde bulunan Merkez'dir. Şu anda en umut verici alanlar arasında Beshpagirskoye (Stavropol Bölgesi), Kirsanovskoye (Tambov Bölgesi) ve Ordynskoye (Novosibirsk) bulunmaktadır. Rusya'da mevcut zirkon rezervlerinin ülke sanayisinin ihtiyaçlarını karşılamaya oldukça yeterli olduğuna inanılıyor. Şu anda teknolojik açıdan en elverişli bölge Doğu Orta sahasıdır.
İstatistiksel veri
Bu nedenle, bu prosedür, zirkonyum üretimi olan Rusya da dahil olmak üzere herhangi bir devlet için çok önemlidir. Üretim teknolojisi karmaşıktır, ancak piyasaya sürülmesi her durumda fazlasıyla haklıdır. Şu anda zirkonyum, üretim ve tüketim hacmi yüzbinlerce tonu bulan tek nadir metaldir. Rusya rezervleri bakımından dünyada dördüncü sırada yer alıyor. Yapısal ve niteliksel olarak ülkemizdeki zirkonyum hammadde tabanı yurt dışındakilerden çok farklıdır. Rusya Federasyonu'ndaki bu grubun cevher rezervlerinin %50'den fazlası alkali granitlerle, %35'i zirkon-rutil-ilmenit plaserleriyle ve %14'ü baddeleyit kamaforitlerle ilişkilidir. Yurt dışında bu tür minerallerin neredeyse tüm rezervleri kıyı ve deniz bölgelerinde yoğunlaşmıştır.
Bir sonuç yerine
Böylece zirkonyumun Rusya'da nasıl üretildiğini öğrendik. Bugün küresel pazarda ne yazık ki oldukça akut kıtlık bu metal. Bu nedenle Rusya ithalatına güvenemez. Bu nedenle kendi mevduatımızın gelişimine azami dikkat göstermemiz gerekiyor. Aynı zamanda Rusya Federasyonu'ndaki zirkonyum hammadde tabanını güçlendirmek için, çıkarılan hammaddelerin kullanımına yönelik en etkili teknolojilerin geliştirilmesi de önemlidir.
Sayfa 2
1945'te Amerika Birleşik Devletleri'nde yalnızca 0,07 kg zirkonyum üretildi, ancak 1948'den başlayarak nükleer reaktörlerin oluşturulması çalışmaları nedeniyle zirkonyum üretimi keskin bir şekilde arttı ve birkaç yıl sonra birkaç on tona ulaştı.
Doğada örneğin berilyuma göre çok daha yaygın olan zirkonyum cevheri yatakları, yabancı basında çıkan haberlere göre ABD, Hindistan, Brezilya, Avustralya ve bazı Afrika ülkelerinde bulunmaktadır. ABD'de zirkonyum üretimi 1947'den 1958'e kadar 3 bin kat arttı.
Yüksek korozyon önleyici özellikleri nedeniyle zirkonyum, kimyasal ekipman parçalarının üretiminde kullanılabilir. Tıbbi alet ve teknolojinin diğer alanlarında. Bununla birlikte, termal nötronların emilmesi için küçük bir kesit gibi başka bir spesifik özelliği olmasaydı, zirkonyum üretiminin mevcut seviyeye bu kadar hızlı ulaşması pek olası değildir.
Kroll işlemini kullanarak hafniyum üretmek için kullanılan teknoloji ve ekipman esasen zirkonyum metali üretiminde kullanılanlarla aynıdır. Zirkonyum üretiminin teknolojik süreciyle karşılaştırıldığında modifikasyonlar, bireysel cihazların değiştirilmesi veya değiştirilmesi, teknolojik işlemler ve başlangıç malzemelerinin türüne göre belirlenir. Burada hafniyum tetraklorürün atmosferik neme karşı daha fazla duyarlılığı, hafnil klorürün daha fazla stabilitesi ve yeni elde edilen metal süngerin biraz daha fazla piroforik özellikleri akılda tutulmalıdır.
Hafniyum, reaktör zirkonyumunun üretimi sırasında bir yan ürün olarak ekstrakte edildiğinden, üretimi, ikincisinin çıktısıyla orantılı olarak ve 50 kg zirkonyum kadar artar; yaklaşık 1 kg hafniyum elde edilir. Bu hesaplamayı ve bireysel olarak zirkonyum üretimine ilişkin parçalı bilgileri kullanarak. ABD Maden Bürosu'nun 1975 yılında yayınlanan tahminine göre, ülkenin 20. - 21. yüzyılların başında hafniyuma olan ihtiyacı.
Zirkonyumun safsızlıklar için spektral analizi, zirkonyumun çok hatlı spektrumunun arka planına karşı, düşük safsızlık konsantrasyonlarının spektrumundaki zayıf çizgileri tanımlamanın zor olması nedeniyle büyük ölçüde zordur. Bu yöntem aynı zamanda elektrolitik zirkonyum üretiminin kontrolünde çok önemli olan metalik zirkonyumdaki düşük flor konsantrasyonlarının belirlenmesini de mümkün kılar.
Reaktör zirkonyum üretilirken yan ürün olarak hafniyum çıkarıldığı için üretimi, zirkonyumun verimiyle orantılı olarak artar ve 50 kg zirkonyum başına yaklaşık 1 kg hafniyum elde edilir. İçinde bulunduğumuz on yılda (1970 - 1980), dünyanın nükleer santral kapasitesi 5 - 8 kat artacak ve buna bağlı olarak zirkonyum ve hafniyum üretimi de artacaktır. Sonuçta, her megawatt nükleer santral gücü, boru ve diğer parçaların üretimi için 45 ila 79 kg zirkonyum gerektirir. Ayrıca çalışan reaktörlerdeki zirkonyum tüplerin yıllık %25 - 35'inin değiştirilmesi gerekmektedir. Sonuç olarak, 70'li yılların ortalarında, bu amaçlar için yeni reaktörlerle yaklaşık olarak aynı miktarda zirkonyum tüketilecektir.
Al, Ca, Cu, Fe, Mg florürlerden zirkonyum tetraflorürün saflaştırılması için florür süblimasyon teknolojisi, Dinyeper'de 80'lerde SSCB'de iyi bir şekilde ustalaştı. kimya tesisi nükleer saf zirkonyum üretimi için florür ekstraksiyon teknolojisinin geliştirilmesinde ve geliştirilmesinde.
Ca, Cu, Fe, Mg, Th), zirkonyumun süblimasyonla saflaştırılmasıyla elde edilen florür bileşimi formundadır. Zirkonyum ve silikonun büyük ölçekli plazma üretiminde, bu atıkların biriken kütlesi zamanla önemli hale gelebilir; bunların işlenmesi için, bu bileşenlerin dağılmış oksitler veya metaller halinde çıkarılması için plazma ve frekans teknolojileri kullanılabilir (bkz. Bölüm 1).
1 ton zirkon işlenirken ve ondan florür formunda zirkonyum ve silikon çıkarıldığında atıkta 4-6 kg A1 kalır; 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; onlar. Ana kısmı (A1, Ca, Cu, Fe, Mg, Th) zirkonyumun süblimasyonla saflaştırılmasıyla elde edilen florür bileşimi formunda olan 8 6 kg metal. Zirkonyum ve silikonun büyük ölçekli plazma üretiminde, bu atıkların biriken kütlesi zamanla önemli hale gelebilir; bunların işlenmesi için, bu bileşenlerin dağılmış oksitler veya metaller halinde çıkarılması için plazma ve frekans teknolojileri kullanılabilir (bkz. Bölüm 1).
1945'te Amerika Birleşik Devletleri'nde yalnızca 0,07 kg zirkonyum üretildi, ancak 1948'den başlayarak nükleer reaktörlerin oluşturulması çalışmaları nedeniyle zirkonyum üretimi keskin bir şekilde arttı ve birkaç yıl sonra birkaç on tona ulaştı. Sonuç olarak, birkaç yıl öncesine kadar nadir bulunan zirkonyum üretim teknolojisi, artık onlarca yıldır bilinen ve kullanılan birçok metalin üretim teknolojisinden çok daha gelişmiş durumda.
Isıtma prensibine göre vakum ark ocakları ark ocakları olarak sınıflandırılır. doğrudan eylem. Vakum ark fırınları yeni elektrotermal ekipman türlerinden biridir. Görünümleri zirkonyum, titanyum, molibden ve diğer bazı refrakter ve kimyasal olarak aktif malzemelerin üretimindeki artıştan kaynaklanmaktadır.
Ancak bu durumda bile doğada her zaman kendisine eşlik eden ve zirkonyuma benzer özelliklere sahip olan hafniyum elementinden ön kimyasal saflaştırma yapılmadan (bkz. bölüm 15.5) kullanılamaz. kimyasal özellikler. Reaktör sınıfı zirkonyumun üretiminde geri kazanılan hafniyum, reaktör kontrol çubuklarının yapımı için mükemmel bir malzemedir.
Hafniyum grup IV'tedir periyodik tablo D.I. Mendeleev'in elemanları ve titanyum alt grubuna dahil edilir. Kendi mineralleri olmayan eser elementlere aittir; doğada zirkonyuma eşlik eder. Günümüzde zirkonyum üretiminde yan ürün olarak elde edilmektedir. Kimyasal ve fiziki ozellikleri hafniyum zirkonyuma yakındır, ancak nükleer özellikleri bakımından zirkonyumdan önemli ölçüde farklıdır.
Kimya endüstrisinde molibden, sülfürik asitle çalışırken kullanılan cam karo kaplı kapların sıcak onarımı (doldurulması) için conta ve cıvata şeklinde kullanılır ve asidik ortamlar, burada hidrojen evrimi meydana gelir. Sülfürik asitle çalışan ürünlerde molibden termokuplları ve valfleri de kullanılır ve molibden alaşımları, 170 C'yi aşan sıcaklıklarda hidroklorik ve sülfürik asitleri içeren reaksiyonlarla n-bütil klorür üretimi için tasarlanan tesislerde reaktör astarı olarak hizmet eder. Molibdenin kullanıldığı süreçler aynı zamanda sıvı fazda hidroklorinasyon, zirkonyum ve ultra saf toryum üretimini de içermektedir.
Saf haliyle yer kabuğunda bulunmaz. Cevher konsantrelerinden elde edilir. Yıldan yıla zirkonyum metali metalurji, enerji, nükleer enerji, tıp, mücevher endüstrisi ve günlük yaşam gibi çeşitli endüstrilerde giderek daha fazla kullanılmaktadır.
Zirkonyumun tanımı ve özellikleri
Doğada bu metal, kırktan fazlası bilinen kimyasal doğal bileşikler - oksitler veya tuzlar şeklinde dağılır. 1789 yılında Alman kimyager Klaproth, değerli bir zirkon çeşidi olan sümbül taşından zirkonyum oksidi izole etti. Uzun bir süre bilim adamları saf metal elde edemediler ve deneyler ancak 20. yüzyılın 20'li yıllarında başarı ile taçlandırıldı.
Zirkonyum metali, saf formda bir tungsten sıcak filamanın üzerine biriktirildiği "biriktirme" yöntemiyle üretildi. Zirkonyum metali fiyatı, Bu şekilde elde edilenlerin oldukça yüksek olduğu ortaya çıktı. Daha ucuz bir endüstriyel yöntem geliştirildi - zirkonyum dioksitin önce klorlandığı ve ardından magnezyum metali ile indirgendiği Kroll yöntemi.
Elde edilen zirkonyum sünger çubuklar halinde eritilerek tüketiciye gönderilir. Klorür yöntemine ek olarak, zirkonyum - alkalin ve florürün çıkarılması için başka ana endüstriyel yöntemler de vardır. Görünüşe göre metal zirkonyum özellikleriçok ilginç. Nasıl tipik temsilci Kendi metal grubundan oldukça yüksek kimyasal aktiviteye sahiptir, ancak kendisini açık biçimde göstermez.
Dışarıdan kompakt metal zirkonyum çeliğe çok benzer. Normal şartlarda çok önemli bir özelliği vardır; paslanmaz. Buna ek olarak mükemmel şekilde işlenir Farklı yollar- haddeleme, dövme. Olumsuz gözle görülebilir yüzeydeki oksit filmi onu atmosferik gazlardan ve su buharından güvenilir bir şekilde korur. Ancak sıcaklık 300°'ye yükseldiğinde bu film yavaş yavaş çöker ve 700°'de metal tamamen oksitlenir.
Zirkonyum suya maruz kaldığında birçok metal gibi oksitlenmez, ancak onu korozyondan koruyan, çözünmeyen bir filmle kaplanır. Kompakt zirkonyum metal fotoğrafı Yüksek ısı direnci, amonyağa, asitlere, alkalilere karşı direnç ile karakterize edilir ve radyasyonu iyi tutar. Zirkonyum talaşı ve tozu havada tamamen farklı davranır. Bu maddeler oda sıcaklığında bile kolaylıkla kendiliğinden tutuşabilir ve sıklıkla patlayabilir.
Zirkonyum birçok metalle oluşur. Küçük miktarlarda eklenmesi, özelliklerini önemli ölçüde artırır - mukavemeti ve korozyon direncini artırır. Aynı zamanda, zirkonyuma başka metallerin eklenmesi, zirkonyumun özelliklerini yalnızca kötüleştirir ve bu nedenle çok nadiren kullanılır.
Zirkonyum yatakları ve madenciliği
Zirkonyum cevheri yatakları dağılmış durumdadır. farklı yerler gezegenler. Amorf oksitler, tuzlar ve bazen bir kilogramın üzerinde ağırlığa sahip büyük tek kristaller şeklinde bulunur. Zengin cevher rezervleri Avustralya'da bulunmaktadır. Kuzey Amerika, Batı Afrika, Hindistan, Güney Afrika, Brezilya. Rusya'da önemli zirkonyum hammadde rezervleri Urallar ve Sibirya'da yoğunlaşmıştır.
En önemli endüstriyel kullanımlar zirkon, zirkonyum silikat, zirkonyum dioksit ve baddeleyittir. Gezegendeki en yaygın zirkonyum minerali zirkondur. Antik çağlardan beri insanoğlu tarafından bilinmektedir. Orta Çağ'da kuyumcular genellikle "kusurlu elmaslardan", o zamanlar zirkon denilen şeyden takılar yapıyorlardı. Kesildikten sonra doğal elmaslardan daha farklı bir şekilde bulanıklaştılar, parladılar ve parıldadılar.
Takı takmanın sağlık üzerinde çok kötü etkisi olan tehlikeli radyoaktif zirkonlar vardır. Açık renkli ve nispeten şeffaf olan küçük taşlar daha güvenli kabul edilir. Zirkonlar farklı renklerde gelir. Yani sümbül bal sarısı, kırmızı, pembe, yıldız ışığı gök mavisi olabilir.
Büyük, yoğun renkli zirkonlar, özellikle yeşil ve opak, artan seviye radyasyon. Bu tür taşların evde koleksiyon halinde saklanması, sergilenmesi veya büyük miktarlarda taşınması yasaktır. Zirkonyum, metaller arasında doğadaki bolluk açısından 12. sırada yer almasına rağmen uzun zamandır nadir radyoaktif olanlarla karşılaştırıldığında bile daha az popülerdi. Bu, yataklarının son derece dağınık olması ve büyük yatakların bulunmaması ile açıklanmaktadır.
Çoğu zaman cevherde zirkonyum, özellikleri benzer olan hafniyuma bitişiktir. Bu metallerin her biri bireysel olarak çekici özelliklere sahiptir, ancak bir arada bulunmaları onları kullanıma uygun hale getirmez. Bunları ayırmak için çok aşamalı saflaştırma kullanılır ve bu da sünek zirkonyum üretim maliyetini önemli ölçüde artırır.
Zirkonyum uygulamaları
Bunun sayesinde önemli nitelikler Korozyona, alkalilere ve asitlere karşı dayanıklılığı nedeniyle zirkonyum çeşitli endüstrilerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu nedenle metalurjide çeliklerin alaşımlanmasında ve alaşımların kalitesinin arttırılmasında kullanılır. Toz halinde, piroteknikte ve mühimmat üretiminde (uzaktan bombalar, izli mermiler, işaret fişekleri) kullanılır.
Ortaya çıkan zirkonyum konsantresinin dörtte biri sır, ev ve elektrikli seramik üretiminde tüketilmektedir. Hafniyumdan alaşım halinde saflaştırılan zirkonyum, nükleer reaktörlerde yapısal malzeme olarak kullanılır. Bu metal tıpta ve günlük yaşamda yaygın olarak kullanılmaktadır. İnce bir zirkonyum plaka, röntgen bölümündeki radyasyonu kurşun önlüklerden çok daha fazla engeller.
Zirkonyum metalinin iyileştirici özellikleri
Kemik kırıklarını tedavi etmek için travmatoloji klinikleri zirkonyum alaşımlarından yapılmış implantlar kullanır. Titanyum ve paslanmaz çelikle karşılaştırıldığında önemli avantajlara sahiptirler: biyolojik uyumluluk (yok) alerjik reaksiyon ve reddetme), yüksek korozyon direnci, mukavemet, süneklik, hafiflik.
İÇİNDE Maksillofasiyal cerrahi zımba, plaka, matkap, vida, takma diş, hemostatik kelepçe, dikiş ipliği gibi zirkonyum aletler ve implantlar kullanın. Zirkonyum ve alaşımları kemik ve dokulara maruz kaldığında tahrişe neden olmaz.
Takılarda zirkonyum metaliüzerinde yararlı bir etkisi vardır genel durum insan vücudu. Kulağa piercing yaptırdıktan sonra zirkonyum takmanın yaranın hızlı iyileşmesini sağladığı ve hiçbir zaman çürümesine neden olmadığı tespit edilmiştir.
Düzenli olarak giyildiğinde zirkonyum ürünleri sağlık üzerinde olumlu etkisi vardır. Çocuklarda ve yetişkinlerde egzama, dermatit, sedef hastalığı gibi cilt hastalıklarında zirkonyum kemer takılarak iyi sonuçlar alınır. Kas-iskelet sistemi sorunları olan hastaların durumlarında önemli bir iyileşme görülür.
Zirkonyum fiyatı
Metal kilogram başına satılmaktadır. Boru, çubuk, şerit, tel, levha vb. şeklinde tedarik edilir. Maliyet, ürünün üreticisine ve markasına bağlıdır.
Sayfa 1
Zirkonyum ve bor içeren alaşımlarının üretimi dikkatli kontrol gerektirir. Metalik zirkonyum ve alaşımlarındaki borun belirlenmesine yönelik kimyasal yöntemler literatürde tanımlanmadığından, bu çalışmanın amacı metalik zirkonyum ve alaşımlarındaki, özellikle de alaşımlardaki bor içeriğini belirlemek için basit bir kimyasal yöntem geliştirmekti. küçük niyobyum içeriği.
Zirkonyum üretiminde iyodür yöntemi, titanyum üretiminden farklı olarak endüstriyel öneme sahiptir.
Zirkonyum üretimi ve organik sentez katalizörlerinden kaynaklanan emisyonlarda bulunur.
Hafniyum, yalnızca reaktör sınıfı zirkonyum üretiminin bir yan ürünü olarak üretilir. Ana uygulaması nükleer reaktörlerdeki kontrol çubuklarının imalatıdır. Toplam tüketim şu anda üretimin %75'ini geçmiyor. Bununla birlikte, yeni uygulama alanlarına yönelik araştırmalar: yüksek sıcaklık alaşımlarının, filamanların, ateşleyicilerin, flaş lambaları için tozların, ateşleyicilerin imalatı - metale olan talebi önemli ölçüde artırabilir. Hafniyumun zirkonyumdan ayrılması pahalı bir işlemdir ve ayırma maliyetleri genellikle her iki metalin maliyeti arasında eşit olarak bölünür.
Zirkonyum üretimi için plazma florür ve ekstraksiyon florür teknolojilerinin ürünlerinin özelliklerinde tam bir benzerlik yoktur, çünkü ekstraksiyon florür teknolojisinde zirkonyum ve hafniyum, ekstraksiyon kullanılarak hidrokimyasal aşamada ayrılır. Zirkonyumun süblimasyon sırasında işlenmesi için plazma florür teknolojisinin kullanılması durumunda, zirkonyumun tabloda belirtilen safsızlıklardan arındırılması. 3.4'te hafniyum genellikle zirkonyumdan sonra gelir.
Zirkonyum ve hafniyumun eriyiklerin elektrolizi yoluyla ayrılması yöntemi, zirkonyum üretimi için ilgi çekicidir, çünkü metalik zirkonyum üretimi ile eşzamanlı olarak hafniyumdan saflaştırılır.
Hafniyum üretimi için hammaddeler, zirkonyum konsantreleri veya ürünleri ve zirkonyum üretiminin ara maddeleridir.
Tüm bu zorluklar, zirkonyum ve hafniyum üretiminde kullanılan reaktiflerin özellikle oksijen, su ve nitrojenden dikkatli bir şekilde saflaştırılmasını gerektirmekte ve bu metallerin elde edilmesinde kullanılabilecek yöntemlerin seçimini sınırlamaktadır.
Hafniyum metali, zirkonyum üretiminde kullanılan yöntemlerle aynı yöntemlerle elde edilebilir. Hafniyum tetraklorür, hidrojen altında damıtma yoluyla saflaştırılır ve daha sonra magnezyum ile indirgenir. Hafniyum süngerinin magnezyum klorürden saflaştırılması, zirkonyum süngerin saflaştırılmasına yönelik tesislerde gerçekleştirilir, çünkü bu işlem sırasında hafniyumun zirkonyum ile kirlenmesi veya bunun tersi gibi ciddi bir tehlike yoktur. Süngerimsi hafniyum yay şeklinde eritilir ve bakır kalıplara dökülür.
Metalik hafniyum, zirkonyum üretiminde kullanılan yöntemlerle aynı yöntemlerle elde edilir: Kroll yöntemi, indirgeyici madde olarak sodyumun kullanıldığı değiştirilmiş bir Kroll yöntemi ve de Boer yöntemi veya iyodür işlemi.
Yumuşak, dövülebilir hafniyum üretmek için kullanılan iyodür işlemi, zirkonyum üretiminde kullanılana benzer, dolayısıyla iyodür hafniyum elde etmek için kullanılan ekipman, zirkonyum üretimi için kullanılan ekipmanla yaklaşık olarak aynıdır. Verilere göre hafniyumun tetraiyodürden depolanma sıcaklığı 1600 C, zirkonyumun ise 1400 C’dir.
Titanyuma uygulanan Kroll işleminin kapsamlı bir şekilde incelenmesi, bazı değişikliklerin yapılmasını mümkün kılabilir. teknolojik şema zirkonyum üretimi; bu özellikle ekipmanın basitleştirilmesi, operasyon sayısının azaltılması ve birimlerin boyutunun arttırılmasıyla ilgilidir.
Daha saf niyobyum ve tantal tozları elde etmek için, zirkonyum üretiminde olduğu gibi gaz halindeki klorürleri sıvı magnezyumla azaltmak daha iyidir.
Yükleniyor...