Цирконий цветной или черный металл

Обновлено: 19.05.2024

(Zr) - химический элемент IV группы периодической системы, атомный номер 40, атомная масса 91,22. Блестящий серебристо-серый тугоплавкий металл. Имеет плотность 6,506 г/см 3 , температуру плавления t_пл. = 1852 °С, температуру кипения t_кип. = 4377 °С. Устойчив к коррозии, обладает высокой пластичностью.

В минералах Zr всегда присутствует совместно с гафнием (Hf). Основные соединения - циркон (ZrSiO₄), бадделеит (ZrO₂).

История открытия

Немецкий химик М.Г. Клапрот в 1789 году впервые выделил диоксид циркония из минерала циркон. В свободном же виде данный металл был получен в 1824 году шведским химиком Берцелиусом. Спустя еще 100 лет в 1925 году А. ван Аркель смог получить чистый Zr.

Свойства циркония

Физические свойства

Свойство	Значение
Атомный номер	40
Атомная масса, а.е.м	91,22
Радиус атома, пм	160
Плотность, г/см³	6,51
Молярная теплоемкость, Дж/(K·моль)	25,3
Теплопроводность, Вт/(м·K)	22,7
Температура плавления, °С	1852
Температура кипения, °С	4377
Теплота плавления, кДж/моль	19,2
Теплота испарения, кДж/моль	567
Молярный объем, см³/моль	10,8
Группа металлов	Тугоплавкий металл

Химические свойства

Свойство	Значение
Ковалентный радиус, пм	145
Радиус иона, пм	(+4e) 79
Электроотрицательность (по Полингу)	1,33
Электродный потенциал	0
Степени окисления	0, +1, +2, +3, +4

Марки циркония и сплавов

Достоинства / недостатки

Достоинства

имеет очень малое сечение захвата тепловых нейтронов;
химически стоек во многих агрессивных средах;
имеет высокую температуру плавления;
нейтрален к биологическим тканям и жидкостям;
обладает хорошими технологическими и механическими свойствами - хорошая пластичность, прочность.

Недостатки

высокая стоимость.

Области применения циркония

ядерная энергетика;
металлургия;
медицина;
пиротехника;
легкая промышленность.

В металлургии Zr служит легирующим элементом сталей, являясь хорошим раскислителем и деазотатором (уменьшает количество азота (N) в стали). Его применение позволяет улучшить механические свойства и обрабатываемость сталей, а также повысить жаростойкость.

Стойкость циркония к воздействию биологических сред, а также его биосовместимость позволяют использовать данный металл и в медицине. Из него изготавливают костные, суставные, зубные протезы; хирургический инструмент.

Также стоит отметить применение Zr в сверхпроводниках. Он входит в состав сверхпроводящего сплава (ниобий - 75%, цирконий - 25%).

Более полное описание областей применения Zr представлено в статье Обзор областей применения циркония.

Продукция из циркония

Современное промышленное производство предлагает практически полный спектр стандартных заготовок, активно используемых в различных областях. Из круглого проката можно выделить циркониевый пруток, проволоку и трубу. Плоский прокат представляет циркониевая фольга и лента, листы, полосы, плиты. К исходному сырью можно отнести слитки, которые занимают основополагающее место в цепочке производства изделий из данного металла.

телефоны:
8 (800) 200-52-75
(495) 366-00-24
(495) 504-95-54
(495) 642-41-95

цирконий-это камень или метал

Цирконий (лат. Zirconium), Zr, химический элемент IV группы периодической системы Менделеева; атомный номер 40, атомная масса 91,22; серебристо-белый металл с характерным блеском. Известно пять природных изотопов Ц.: 90Zr (51,46%), 91Zr (11,23%), 92Zr (17,11%) 94Zr (17,4%), 96Zr (2,8%). Из искусственных радиоактивных изотопов важнейший 95Zr (T1/2 = 65 сут); используется в качестве изотопного индикатора. = Историческая справка. В 1789 немецкий химик М. Г. Клапрот в результате анализа минерала циркона выделил двуокись Ц. Порошкообразный Ц. впервые был получен в 1824 И. Берцелиусом, а пластичный - в 1925 нидерландскими учёными А. ван Аркелом и И. де Буром при термической диссоциации иодидов Ц. = Распространение в природе. Среднее содержание Ц. в земной коре (кларк) 1,7×10-2% по массе, в гранитах, песчаниках и глинах несколько больше (2×10-2%), чем в основных породах (1,3×10-2%). Максимальная концентрации Ц. - в щелочных породах (5×10-2%). Ц. слабо участвует в водной и биогенной миграции. В морской воде содержится 0,00005 мг/л Ц. Известно 27 минералов Ц.; промышленное значение имеют бадделеит ZrO2, циркон. Основные типы месторождений Ц.: щелочные породы с малаконом и цитролитом; магнетит-форстерит-апатитовые породы и карбонатиты с бадделеитом; прибрежно-морские и элювиально-делювиальные россыпи. = Физические и химические свойства. Ц. существует в двух кристаллических модификациях: a-формы с гексагональной плотноупакованной решёткой (а = 3,228 ; с = 5,120 ) и b-формы с кубической объёмноцентрированной решёткой (а = 3,61 ). Переход a - b происходит при 862 ¦C. Плотность a-Ц. (20 ¦C) 6,45 г/см3; tпл 1825 ¦ 10 ¦C; tкип 3580-3700 ¦C; удельная теплоёмкость (25-100 ¦С) 0,291 кдж/(кг×К) [0,0693 кал/(г×¦С)], коэффициент теплопроводности (50 ¦С) 20,96 вт/(м×К) [0,050 кал/(см×сек×¦С)]; температурный коэффициент линейного расширения (20-400 ¦С) 6,9×10-6; удельное электрическое сопротивление Ц. высокой степени чистоты (20¦С) 44,1 мком×см. температура перехода в состояние сверхпроводимости 0,7 К. Ц. парамагнитен; удельная магнитная восприимчивость увеличивается при нагревании и при -73 ¦С равна 1,28×10-6, а при 327 ¦С - 1,41×10-6. Сечение захвата тепловых нейтронов (0,18 ¦ 0,004)×10-28 м2, примесь гафния увеличивает это значение. Чистый Ц. пластичен, легко поддаётся холодной и горячей обработке (прокатке, ковке, штамповке). Наличие растворённых в металле малых количеств кислорода, азота, водорода и углерода (или соединений этих элементов с Ц.) вызывает хрупкость Ц. Модуль упругости (20 ¦С) 97 Гн/м2 (9700 кгс /мм2); предел прочности при растяжении 253 Мн/м2 (25,3 кгс/мм2); твёрдость по Бринеллю 640-670 Мн/м2 (64-67 кгс/мм2); на твёрдость очень сильное влияние оказывает содержание кислорода: при концентрации более 0,2% Ц. не поддаётся холодной обработке давлением. = Внешняя электронная конфигурация атома Zr 4d25s2. Для Ц. характерна степень окисления +4. Более низкие степени окисления +2 и +3 известны для Ц. только в его соединениях с хлором, бромом и йодом. Компактный Ц. медленно начинает окисляться в пределах 200-400 ¦С, покрываясь плёнкой циркония двуокиси ZrO2; выше 800 ¦С энергично взаимодействует с кислородом воздуха. Порошкообразный металл пирофорен - может воспламеняться на воздухе при обычной температуре. Ц. активно поглощает водород уже при 300 ¦С, образуя твёрдый раствор и гидриды ZrH и ZrH2; при 1200-1300 ¦С в вакууме гидриды диссоциируют и весь водород может быть удалён из металла. С азотом Ц. образует при 700-800 ¦С нитрид ZrN. Ц. взаимодействует с углеродом при температуре выше 900 ¦С с образованием карбида ZrC. Карбид и нитрид Ц. - твёрдые тугоплавкие соединения; карбид Ц. - полупродукт для получения ZrCl4. Ц. вступает в реакцию с фтором при обычной температуре, а с хлором, бромом и иодом при температуре выше 200 ¦С, образуя высшие галогениды ZrX4 (где Х - галоген). Ц. устойчив в воде и водяны

Обзор промышленного применения циркония

Цирконий (Zr) – цветной металл серебристо-серого цвета. В чистом виде цирконий химически неустойчив, поэтому в природе встречается только в составе минералов. Самые распространённые минералы, используемые для получения цирконий содержащего рудного концентрата – сырья для производства металлического циркония: циркон (ZrSiO₄), бадделеит (ZrO₂), эвдиалит (Na,Ca,Fe)₈ZrSi₆O₁₇(OHCl), эвколит, кальдасит и др.

Цирконий отличается высокой пластичностью, теплопроводностью, жаростойкостью, износоустойчивостью, исключительной коррозионной стойкостью в агрессивных средах. Наряду с этим, цирконий парамагнитен, способен удерживать рентгеновское излучение, нейтрален к воздействию биологических сред, превосходя по этому параметру титан, имеет низкую температуру самовоспламенения и ряд других уникальных характеристик.

Применение циркония

Чистый цирконий и его сплавы широко используют во многих отраслях промышленности, от ядерной энергетики и химического аппаратостроения, до производства медицинского инструмента и ювелирного дела. В качестве конструкционного материала применяются трубы, проволока, прутки, слитки, листы, фольга из циркониевых сплавов. Для специальных технологических покрытий и приготовления многокомпонентных смесей используют порошок циркония.

Ядерная энергетика

Циркониевые сплавы выступают основным материалом для оболочек ТВЭЛов (тепловыделяющих элементов), канальных и труб, являющихся чехлами водо-водяных и кипящих энергетических реакторов. Чтобы повысить сопротивление циркония к радиационной ползучести и коррозии, разработаны его сплавы с основной легирующей добавкой 1%–2,5% ниобия (Nb), а так же сплавы с комплексом легирующих элементов: оловом (Sn), ниобием (Nb), никелем (Ni), железом (Fe). По совокупности характеристик наибольшее распространение в российской ядерной энергетике получил цирконий марки Э110 (Zr-1%Nb).

В состав циркония Э110 по ТУ 95.166-83 входят ниобий (Nb) 0,9−1,1%, бериллий (Be) 0,003%, железо (Fe) 0,05%, никель (Ni) 0,02%, алюминий (Al) 0,008% и другие примеси в незначительном объёме. Для оболочек ТВЭЛов используют трубу марки Э110 и Э110К. Общий сортамент циркония Э110 включает в себя пруток, лист, полосу, пластины, проволоку, ленту, отводы, фланцы и другие элементы под заказ. Из листового циркония марок Э110, а так же Э100 (Nb отсутствует) и Э125 (Nb 2,4-2,7%) изготавливают крышки топливных кассет, обшивки и корпуса ядерных реакторов.

Медицина

В медицине цирконий используют для протезирования. Из диоксида циркония ZrO₂ изготавливают зубные вкладки, коронки, керамические имплантаты, превосходящие по ряду параметров титановые. Когда десна отходит от шейки зуба, оголяя её, белая керамика выглядит эстетичнее, чем тёмная из титана. Цирконием покрывают трущиеся поверхности искусственных коленных и бедренных суставов, из него делают пластины для челюстно-лицевой хирургии. Диоксид циркония ZrO₂ выпускается в виде сверхтонкого кристаллического порошка, жидкой дисперсии, таблеток, гранул, брикетов.

Радиоактивный цирконий в виде меток применяется для отслеживания поведения лекарств, антител, белков в организме человека. Натрия циркония циклосиликат используют для лечения гиперкалиемии и гиперфосфатемии. Сейчас учёные работают над созданием металлоорганических соединений циркония – наномембран (каркасов), состоящих из металла и органики, с помощью которых можно подавлять рост бактерий, контролировать выделение лекарств, распределение газов и многое другое.

Металлургия

Когда цирконий присаживают в ковш с жидкой сталью, в результате его реакции с растворенным кислородом образуется нерастворимый оксид, который всплывает и удаляется как шлак. Избавляясь от газовых пузырей кислорода, сталь становится более прочной, но не теряет вязкости. Так же цирконий добавляют в металлы для повышения их коррозионной стойкости. Помимо этого, в литейном производстве применяют цирконистые огнеупоры (огнеупорные кирпичи и плиты) для футеровки ванн высокотемпературных печей для закалки сталей, для кладки печей для плавки алюминия.

Пиротехника

Низкая температура самовоспламенения порошкообразного металлического циркония (180-250°C), высокая температура горения в кислороде (до 3000°С) и большая скорость сгорания делают его идеальной основой воспламенительных составов для капсуль-детонаторов пиротехнических изделий, трассирующих патронов, осветительных ракет, салютов, фейерверков. В смеси с окислителями, такими как нитрат бария Ba(NO₃)₂ и хлорноватокислый калий (бертолетова соль) KClO_3`, цирконий образует бездымный порох.

Лёгкая промышленность

Цирконий очень широко используется в лёгкой промышленности, выпускающей предметы народного потребления. Значительную долю в этой сфере занимают керамика, фарфор, стекло, глазури, эмали. Добавление в их состав порошка двуокиси циркония ZrO₂ повышает прочность (за счёт образования кубической кристаллической решетки), щелоче- и кислотоустойчивость, препятствует растрескиванию изделий, а эмали придаёт белый цвет.

В контексте сказанного следует отметить популярные сегодня кухонные ножи из циркониевой керамики, а также керамическую глазурованную посуду, обладающую превосходными гигиеническими свойствами благодаря гладкой, непористой, химически стойкой поверхности. Особое место занимает жаропрочная керамика. Соли циркония применяют для производства типографских красок, разного рода лаков, которые не темнеют со временем, а также пластмасс.

Рисунок 2. Нож из циркониевой керамики

Другие области применения циркония

Цирконий применяют в ювелирной промышленности как заменитель благородных металлов. Знаменитый синтетический ювелирный камень фианит – кристаллы диоксида циркония ZrO₂, используют в украшениях в качестве имитации бриллиантов, а также для производства плоских оптических линз с большим коэффициентом преломления. Из карбида циркония делают жаропрочные сопла, реакторы, конструктивные элементы двигателей для аэрокосмической техники. Гидрид циркония является компонентом ракетного топлива.

Рисунок 3. Фианит

Из ковкого циркония делают химически стойкие центрифуги и насосы, лопасти турбин, поршни. Относительно недавно учёные обнаружили, что прочность борида циркония – керамики, полученной путем спекания порошка чистого бора и циркония, возрастает при нагреве. Это открывает большие перспективы для нового материала, например, для создания керамических двигателей внутреннего сгорания, и означает, что сферы использования металлического циркония ещё далеко не исчерпаны перечисленными выше областями.

Применение циркония в ядерной промышленности

Цирконий – стойкий к коррозии, пластичный и химически инертный металл, устойчив в воде и водяных парах до +300 °C. Цирконий широко используется в различных сферах промышленности, но особенно ценна его роль в атомной энергетике. На долю нашей страны приходится порядка 10 % мировых запасов циркония, а это третье место в мире. Он обнаружен в Мурманской, Тамбовской, Томской, Нижегородской областях. В ядерной промышленности применяется еще с середины 20 в.

Как цирконий был открыт для атомной энергетики

Хотя «бум» на цирконий начался в США, его изучение в СССР пошло по собственному и весьма плодотворному пути. Ученые ВНИИНМ (сейчас это один из ведущих институтов «Росатома») в 50 гг. прошлого века не только анализировали состав и свойства металла (об этом в мире было мало известно), но и разрабатывали способы получения, плавки, переплавки в слитки, обработки циркония для нужд атомной промышленности.

К слову, курировал работы по цирконию великий советский ученый-металловед Андрей Бочвар. Необходимо было получить кондиционный цирконий реакторной чистоты (значительно очищенный от гафния и прочих примесей), чем и занималась отдельная лаборатория. Здесь изучались и создавались циркониевые материалы для работы в реакторах различного типа с водой, гелием, пароводяной смесью и другими теплоносителями.

Цирконий реакторной чистоты получали магниетермическим, электролитическим, йодидным способом. Его сплавы шли на изделия для разных ядерных реакторов, узлы активных зон, твэлы – то есть на главные конструктивные элементы ядерного реактора. Чистый цирконий не может использоваться для твэлов, поскольку при температуре воды и пара 300-400 °С прочностные характеристики и коррозионная стойкость металла снижаются. Именно поэтому для оболочек твэлов нужны сплавы на базе циркония.

Почему цирконий начали применять в ядерной промышленности

Цирконий имеет высокую (2125 K) температуру плавления и малое сечение захвата медленных нейтронов. Чем медленнее двигаются нейтроны, тем легче возникают реакции превращения элементов. Поэтому из циркония и его сплавов изготавливают различные конструктивные элементы ядерных реакторов (тепловыделяющие элементы, сборки и пр.).

Чтобы уменьшить загрузку ядерного топлива в реакторах на тепловых (медленных) нейтронах, как раз в активной зоне и нужны конструкционные материалы с малым сечением радиационного захвата нейтронов. Это одно из главных условий их эффективной работы. Плюс следует выбрать металлы с радиационной, коррозионной стойкостью, нужными механическими свойствами.

Всем требуемым качествам и отвечает цирконий. Его сплавы также обладают высокой коррозионной стойкостью к воде и пару. А металлоподобный гидрид циркония (соединение Zr с водородом) применяется в качестве замедлителя нейтронов в тех же реакторах на тепловых нейтронах.

Какие сплавы с цирконием применяются в ядерной промышленности

Отечественные ученые после долгих и серьезных изысканий пришли к выводу, что добавки Nb (ниобия) оптимальны для ядерной сферы за счет его положительного воздействия на пластичность и прочность Zr. Ниобий имеет небольшое сечение захвата нейтронов, он упрочняет цирконий, снижает поглощение им водорода и улучшает коррозионную стойкость.

Ниобийсодержащие сплавы (Э110, 125) стали наиболее популярными для изделий в активной зоне реактора. Они используются для оболочек твэлов и иных деталей тепловыделяющих сборок в реакторах с водой под давлением при температуре до +350 °С.

Добавки - титана и алюминия, как показали дальнейшие исследования, негативно сказывались на стойкости к коррозии в высокотемпературной воде. Точно также из потенциальных легирующих компонентов были исключены кремний, германий, ванадий, никель и многие другие. Фактически оказалось, что для легирования в Zr можно добавлять лишь ниобий, олово, железо и хром.

Результаты научных исследований сплавов циркония со времен СССР до наших дней

Советские исследования были дополнены в современный период новейшими опытно-конструкторскими и научными работами, что свело фактически к нулю количество твэлов с дефектами. Усовершенствованный и доработанный советский сплав с 1% Nb применяется в водно-паровых реакторах (при температуре работы +300 °С) повсеместно.

Сплав 2,5 % с ниобием широко используется в тепловыделяющих сборках. Сейчас сплав Zr1% Nb идет в одном состоянии для оболочек твэлов — отожженном при температуре 580 °С (Э110) или при 620 градусах (110К) перед последней холодной прокаткой. Так обеспечивается структура циркония, которая максимально близка к полностью рекристаллизованной, и гарантируется должная пластичность и коррозионная стойкость металла. Также сплав с 1 % ниобием отличает и наибольшее сопротивление радиационным ползучести и росту коррозии под напряжением в атмосфере газовых продуктов деления топлива.

Рисунок 1. Тепловыделяющая сборка (ТВС)

Какие требования предъявляются к циркониевым сплавам и изделиям из них в ядерной энергетике

Коррозионная стойкость на весь срок эксплуатации твэлов.
Легирующие компоненты сплава также должны иметь небольшое сечение захвата тепловых нейтронов (принципиальное свойство), чтобы соответствовать в этом цирконию, а не ухудшить металл. По этому показателю для легирования не подходит тантал, вольфрам, кобальт.
Заданные механические параметры оболочек, которые бы гарантировали надежность работы твэлов при любых режимах эксплуатации реактора (включая скачки мощности, аварийные ситуации).

Из циркониевых сплавов для нужд атомной энергетики изготавливаются различные виды изделий

дистанцирующие решетки сотового типа – из труб, и из полос для тепловыделяющих сборок;
оболочечные трубы из цилиндрических, конических и литых заготовок;
каналы, кассеты.

Рисунок 2. Изделия из циркония для атомной промышленности

Постепенно лидирующей технологией изготовления стала прокатка, а не ковка тяжелых слитков (что облегчило работу). Плюс изделия, полученные прокаткой, отличало такое же качество, коррозионное поведение и механические свойства, а сплав Э110 показал себя более однородным. Сейчас циркониевые сплавы получают в электронно- лучевых и дуговых вакуумных печах с расходуемым электродом.

Что производят из циркония для ядерной промышленности

Циркониевые слитки из сплавов Э110, 125, 635 массой от 1 до 3,5 кг – это исходное сырье, из которого производится различная продукция под нужды атомной энергетики и тяжелой промышленности.
Коррозионностойкие трубы и трубки, бесшовные и оболочечные. Последние применяются как оболочки твэлов в ядерных реакторах.
Круги, прутки обычной и повышенной точности различного диаметра и длины (до 7400 мм). Прутки становятся заготовкой для производства разнообразных элементов и приспособлений в активной зоне реактора.
Стойкие к коррозии листы холоднокатаные для кожухов тепловыделяющих кассет атомных реакторов (длина до 3680 мм).
Проволока холоднотянутая, изготовленная методом холодного волочения, диаметром до 3 мм и длиной не менее 2000 мм.
Циркониевая губка.

Цирконий был и продолжает оставаться жизненно важным металлом для ядерной энергетики. Внедрение современных технологий ставит все более высокую планку в производстве изделий из циркония, а это позволяет гарантировать их надежность и эффективность в любых отраслях применения.

Цирконий – полезные свойства и опасность металла

Этот металл универсален: его свойства используют металлурги, ядерщики, ювелиры, стоматологи, ортопеды. Запасы циркония на планете внушительны, их хватит всем.

Что представляет собой

Цирконий – это пластичный серебристо-белый металл.

Благородно-приглушенный блеск, толика матовости позволяют отличить его от других металлов.

Элемент периодической системы Менделеева №40. Международное обозначение Zr (Zirconium).

По составу это пять природных изотопов.

Как был открыт

История открытия металла охватывает полтора столетия:

Диоксид вещества первым получил немецкий химик Мартин Клапрот (1789 год). Исходником послужил минерал циркон.
Почти через сорок лет его шведский коллега Иенс Берцелиус получил свободный, но загрязненный примесями цирконий.
Образцы циркония как чистого металла удалось выделить к 1925 году голландцу Антону ван Аркелю.

Происхождение термина «циркон» толкуют две версии: от созвучных арабского либо фарси. Они означают, соответственно, «киноварь» и «золотистый».

Как представлен в природе

Цирконий не относится к редким металлам. Но крупных месторождений не образует, рассеявшись по массиву земной коры.

Тонна земной коры содержит 170-250 г вещества, литр воды – 0,00005 мг.

Главная форма нахождения в природе – четыре десятка минералов. Самые известные и распространенные: циркон, бадделеит, эвдиалит. Формула последнего содержит два десятка символов.

Циркон Эвдиалит

В структуре всех минералов циркона присутствует гафний. Он же «сопровождает» цирконий на месторождениях.

Месторождения

Первая тройка стран по запасам сырья – Австралия, ЮАР, Россия. Крупными массивами породы располагают Бразилия, США, Индия.

На долю России приходится десятая часть глобальных запасов:

Большинство сосредоточено на Европейской части (Мурманская, Тамбовская, Нижегородская области).
За Уралом это Томская, Читинская области.
Неисчерпаемый резерв представляют сиениты Хибин на Кольском полуострове.

В США и на Мадагаскаре находят образцы циркона ювелирных либо коллекционных кондиций. В Хибинах – эвдиалиты.

Технология получения

Промышленное производство нацелено на получение металлического циркония.

Кристаллы Циркония

Для этого циркониевую руду обогащают до отметки 61-65% по диоксиду в составе. Концентрат преобразуют хлоридным, фторидным либо щелочным методами.

Способ получения технологически чистого вещества (ZrO2) основан на щелочном процессе. Концентрат спекают, выщелачивают, очищают, гидролизуют.

Физико-химические характеристики

Физические и химические свойства вещества зависят от состава:

Освобожденный от примесей цирконий пластичен, легко обрабатывается при любой температуре (ковка, штамповка, прокат).
Даже малые доли газов (азот, водород, кислород, углерод) в составе делают пластичный металл хрупким. Например, наличие более 0,2% кислорода исключает прессовку.
При 200°C покрывается оксидной пленкой. Цвет металла меняется.

Примеси в составе ухудшают характеристики циркония.

Свойства атома
Название, символ, номер	Цирко́ний / Zirconium (Zr), 40
Атомная масса (молярная масса)	91,224(2) а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация	[Kr] 4d2 5s2
Радиус атома	160 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус	145 пм
Радиус иона	(+4e) 79 пм
Электроотрицательность	1,33 (шкала Полинга)
Электродный потенциал	0
Степени окисления	0, +1, +2, +3, +4
Энергия ионизации (первый электрон)	659,7 (6,84) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.)	6,506 г/см³
Температура плавления	2125 K
Температура кипения	4650 K
Уд. теплота плавления	19,2 кДж/моль
Уд. теплота испарения	567 кДж/моль
Молярная теплоёмкость	25,3 Дж/(K·моль)
Молярный объём	14,1 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки	гексагональная
Параметры решётки	a = 3,231, c = 5,148 Å
Отношение c/a	1,593
Температура Дебая	291 K
Прочие характеристики
Теплопроводность	(300 K) 22,7 Вт/(м·К)
Номер CAS	7440-67-7

Мелкодисперсный порошковый цирконий воспламеняется при «средней» температуре. Это единственный недостаток металла.

Где используется

Цирконий применяют самостоятельно, в сплавах и соединениях. Для многих сфер его применение избавляет от закупки дорогих благородных металлов.

Промышленность

Здесь нашли применение металл и сплавы:

Металлургия. Материал огнеупоров для плавильных процессов. Легирующая присадка: 0,8% циркония в составе улучшает механические и утилитарные свойства сталей. Повышается порог прочности, термостойкости медных сплавов.
Ядерная энергетика. Начинка реакторов на АЭС (например, оболочка тепловыводящих элементов – ТВЭЛов).
Сверхпроводник. Сплав циркония с ниобием (1:3).
Конструкционный материал. Арматура, насосы, химическое оборудование, устойчивое к кислотам.

Его добавляют к керамико-металлическим покрытиям для повышения их химической стойкости.

Фианиты

Кубическая модификация диоксида циркония плюс микродозы редкоземельных металлов – основа при производстве фианитов.

Фианит

Материал создан в Советском Союзе (1960-е годы), назван по месту изобретения – Физический институт Академии наук СССР (ФИАН).

Фианит применяется для практических и эстетических целей:

Линзы, другая оптика специального назначения.
Хирургический инструментарий.
Синтетические волокна, проволока.

Это финансово доступный заменитель натуральных бриллиантов в ювелирных изделиях. Создают камешки нужного цвета, размера, формы. Ювелиры оправляют фианиты золотом, платиной, серебром.

Другие сферы

Кроме «серьезных» отраслей, достоинства металла оценены в других сферах:

Пиротехника. Бездымный, яркий фейерверк невозможен без этого металла. Его используют производители химических источников света (осветительные бомбы/ракеты, факелы). Еще больше света дает циркониево-цериевый сплав.
Медицина. Оценена «нейтральность» вещества к биологическому воздействию. Из диоксида циркония делают хирургический инструментарий, протезы взамен утраченных костей, разрушенных суставов, зубов.

В стоматологии керамику на основе циркония ставят выше титановой: она служит пожизненно.

Товары широкого потребления. Из циркония, сплавов изготавливают посуду. Химико-биологическая стойкость, другие свойства металла обеспечивают соответствие изделий санитарным стандартам.

Добавка вещества в эмаль делает ее матово-белой.

Влияние на человека

Цирконий не синтезируется биологическими организмами, но может поступать вовнутрь из воздуха либо с пищей.

Биологическое воздействие

Металл нашел применение медициной в следующих качествах:

Антисептик – стимуляция заживления ран, защита от проникновения инфекций, гноения.
Антиаллерген – сглаживает проявления аллергии.
Защита от радиации.

Целители утверждают: серьги из металла в составе исцеляют кожу, гипертонию, артрозы, артриты.

Недостаток/избыток

«Отравиться» цирконием из продуктов питания невозможно: он содержится в микродозах.

Опасным может быть воздействие пыли металла на работников металлургических и добывающих предприятий.

Раздражение кожных покровов.
Пневмония.
Болезни легких.

Металл аккумулируется мягкими тканями. Курс лечения предусматривает мероприятия по интоксикации организма.

Питание

Цирконием насыщены баранина, орехи (мускат, фисташки), бобовые. Он есть в перце чили, растительных маслах, крупах (овсяной, рисе, пшенной).

Ежесуточно человеку требуется 350 – 750 мкг элемента, в зависимости от возраста и массы тела.

Стоимость продукции из циркония определяется видом (руб./кг):

Порошок – 7 500.
Пруток – 7 760 – 9 750.
Концентрат – 108 – 880.
Фольга – 114 – 2 560.

Разброс цены объясняется характеристиками товара (марка изделия, степень обработки, величина партии).

Читайте также: