Vlastnosti, výskyt a použití
Zirkonium, do konce 40. let temný, se stal významným inženýrským materiálem pro aplikace jaderné energie, protože je vysoce transparentní pro neutrony . Prvek byl identifikován (1789) v zirkonu, ZrSiO4 (zirkoniumthosilikát), z jeho oxidu německým chemikem Martinem Heinrichem Klaprothem a kov byl izolován (1824) v nečisté formě švédským chemikem Jönsem Jacobem Berzeliem. Nečistý kov, i když je čistý na 99 procent, je tvrdý a křehký. Bílý, měkký, tvárný a tvárný kov vyšší čistoty byl nejprve vyroben v množství (1925) nizozemskými chemiky Antonem E. van Arkelem a J.H. de Boer tepelným rozkladem tetra jodidu zirkoničitého, ZrI4. Na počátku 40. let vyvinul lucemburský William Justin Kroll levnější postup výroby kovu na základě redukce chloridu zirkoničitého ZrCl4 hořčíkem. Na počátku 21. století patřili mezi přední výrobce zirkonia Austrálie, Jižní Afrika, Čína a Indonésie; Dalšími producenty byly Mosambik, Indie a Srí Lanka.
Dschwen
Zirkonium je v Zemi velmi hojné kůra, ale ne v koncentrovaných ložiskách, a je charakteristicky pozorována u hvězd typu S. Minerální zirkon, který se obvykle nachází v naplavených ložiskách na korytech potoků, na oceánských plážích nebo na starých korytech jezer, je jediným komerčním zdrojem zirkonia. Baddeleyit, což je v podstatě čistý oxid zirkoničitý, ZrO2, je jediným dalším důležitým minerálem zirkonia, ale komerční produkt je levněji získáván ze zirkonu. Zirkonium se vyrábí stejným způsobem jako u titanu. Tyto minerály zirkonia mají obecně obsah hafnia, který se pohybuje od několika desetin 1 procenta do několika procent. Pro některé účely není oddělení těchto dvou prvků důležité: zirkonium obsahující asi 1 procento hafnia je stejně přijatelné jako čistý zirkonium.
Nejdůležitější použití zirkonia je v jaderných reaktorech pro opláštění palivových tyčí, pro legování s uranem a pro struktury reaktoru a jádra díky své jedinečné kombinaci vlastností. Zirkon má dobrou pevnost při zvýšených teplotách, odolává korozi z rychle cirkulujících chladiv, netvoří vysoce radioaktivní izotopy a odolává mechanickému poškození při bombardování neutrony. Hafnium přítomné ve všech zirkonových rudách musí být pečlivě odstraněno z kovu určeného pro použití v reaktoru, protože hafnium silně absorbuje tepelné neutrony.
Oddělení hafnia a zirkonia se obvykle provádí postupem protiproudu kapalina-kapalina. Při postupu se surový chlorid zirkoničitý rozpustí ve vodném roztoku thiokyanátu amonného a methylisobutylketon se vede protiproudem k vodné směsi, čímž se přednostně extrahuje chlorid hafnia.
Atomové poloměry zirkonia a hafnia jsou 1,45, respektive 1,44 Á, zatímco poloměry iontů jsou Zr4 +, 0,74 Á, a Hf4 +, 0,75 Á. Virtuální identita atomových a iontových velikostí, která je výsledkem lanthanoidové kontrakce, má za následek, že chemické chování těchto dvou prvků je podobnější než u jakékoli jiné známé dvojice prvků. Ačkoliv chemie hafnia byla studována méně než chemie zirkonia, obě jsou si tak podobné, že v případech, které ve skutečnosti nebyly zkoumány, lze očekávat jen velmi malé kvantitativní rozdíly – například v rozpustnosti a těkavosti sloučenin.
Zirkonium absorbuje kyslík, dusík a vodík v úžasných množstvích. Při asi 800 ° C (1 500 ° F) se chemicky spojuje s kyslíkem za vzniku oxidu ZrO2. Zirkonium redukuje takové žáruvzdorné kelímkové materiály, jako jsou oxidy hořčíku, berylia a thoria. Tato silná afinita ke kyslíku a dalším plynům odpovídá za jeho použití jako getru pro odstraňování zbytkových plynů v elektronových trubicích. Při normálních teplotách na vzduchu je zirkonium pasivní kvůli tvorbě ochranného filmu z oxidu nebo nitridu. I bez tohoto filmu je kov odolný vůči působení slabých kyselin a kyselých solí. Nejlépe se rozpustí v kyselině fluorovodíkové, přičemž při stabilizaci roztoku je důležitý postup tvorby aniontových fluorovaných komplexů. Za normálních teplot není zvláště reaktivní, ale stává se docela reaktivní s různými nekovy při zvýšených teplotách. Díky své vysoké odolnosti proti korozi našlo zirkonium široké použití při výrobě čerpadel, ventilů a výměníků tepla.Zirkonium se také používá jako legující činidlo při výrobě některých slitin hořčíku a jako přísada při výrobě některých ocelí.