Tulajdonságok, előfordulás és felhasználás
A cirkónium, amely az 1940-es évek vége előtt homályos volt, jelentős nukleáris energiaipari mérnöki anyaggá vált, mert nagyon áttetsző a neutronok számára . Az elemet Martin Heinrich Klaproth német kémikus azonosította (1789) a cirkóniában, a ZrSiO4 (cirkónium-ortoszilikát) oxidjából, a fémet tisztátalan formában (1824) Jöns Jacob Berzelius svéd kémikus izolálta. A tisztátalan fém, még 99 százalékos tisztaság esetén is, kemény és törékeny. A nagyobb tisztaságú fehér, puha, alakítható és alakítható fémet először mennyiségben (1925) Anton E. van Arkel és J. H. holland vegyészek állították elő. de Boer a cirkónium-tetraiodid termikus bomlásával, ZrI4. Az 1940-es évek elején a luxemburgi William Justin Kroll kifejlesztette olcsóbb eljárását a fém előállítására a cirkónium-tetraklorid (ZrCl4) magnézium-redukciója alapján. A 21. század elején a cirkónium vezető gyártói között volt Ausztrália, Dél-Afrika, Kína és Indonézia; Mozambik, India és Srí Lanka további termelők voltak.
Dschwen
A cirkónium viszonylag bőséges a Föld kéreg, de nem koncentrált lerakódásokban, és jellemzően az S-típusú csillagokban figyelhető meg. Az ásványi cirkon, amely általában patakmedrekben, óceánpartokon vagy régi tómedrekben található hordalékkőzetben található, az egyetlen kereskedelmi forgalomban lévő cirkónium. A baddeleyit, amely lényegében tiszta cirkónium-dioxid, a ZrO2, az egyetlen fontos cirkónium-ásvány, de a kereskedelmi termék olcsóbban nyerhető ki a cirkonból. A cirkóniumot ugyanazzal az eljárással állítják elő, mint a titánhoz. Ezeknek a cirkónium-ásványoknak hafniumtartalma általában néhány tized 1 százaléktól több százalékig változik. Bizonyos célokból a két elem szétválasztása nem fontos: a cirkónium, amely körülbelül 1% hafniumot tartalmaz, ugyanolyan elfogadható, mint a tiszta cirkónium.
A cirkónium legfontosabb alkalmazása nukleáris reaktorokban tüzelőanyag-rudak burkolásához, ötvözéséhez. uránnal, valamint a reaktor-mag szerkezeteihez, tulajdonságainak egyedülálló kombinációja miatt. A cirkónium magas hőmérsékleten jó szilárdságú, ellenáll a gyorsan keringő hűtőfolyadékok korróziójának, nem képez erősen radioaktív izotópokat, és ellenáll a neutronbombázás mechanikai károsodásának. Az összes cirkóniumércben jelen lévő hafniumot gondosan el kell távolítani a reaktor céljára szolgáló fémből, mert a hafnium erősen elnyeli a termikus neutronokat.
A hafnium és a cirkónium elválasztása általában folyadék-folyadék ellenáramú extrakciós eljárással történik. Az eljárás során a nyers cirkónium-tetrakloridot feloldjuk ammónium-tiocianát vizes oldatában, és a metil-izobutil-ketont ellenáramban vezetjük át a vizes keverékhez, aminek eredményeként előnyösen a hafnium-tetrakloridot extraháljuk. A cirkónium és a hafnium értéke 1,45 és 1,44 Å, míg az ionok sugara Zr4 +, 0,74 Å és Hf4 +, 0,75 Å. A lantanoid összehúzódás eredményeként létrejövő atom- és ionméretek virtuális azonossága e két elem kémiai viselkedését hasonlóbbá teszi, mint bármely más ismert elempár esetében. Bár a hafnium kémiai jellemzőit kevésbé tanulmányozták, mint a cirkóniumét, a kettő annyira hasonlít egymásra, hogy csak nagyon kicsi mennyiségi különbségek várhatók – például a vegyületek oldhatóságában és illékonyságában – olyan esetekben, amelyeket még nem vizsgáltak.
A cirkónium elképesztő mennyiségben szívja fel az oxigént, a nitrogént és a hidrogént. Körülbelül 800 ° C-on kémiailag oxigénnel kombinálva ZrO2-oxidot kap. A cirkónium redukálja az olyan tűzálló tégelyeket, mint a magnézium, a berillium és a tórium oxidjai. Ez az oxigén és más gázok iránti erős affinitás az elektroncsövekben található maradék gázok eltávolítására szolgáló eszközként szolgál. Normál levegő hőmérsékleten a cirkónium passzív, mert oxid vagy nitrid védőfólia képződik. A film e film nélkül is ellenáll a gyenge savak és savas sók hatásának. Leginkább hidrogén-fluoridban oldható, ebben az eljárásban az anionos fluor-komplexek képződése fontos az oldat stabilizálásához. Normál hőmérsékleten nem különösebben reaktív, de emelt hőmérsékleten igen reakcióképessé válik a különféle nemfémekkel. Magas korrózióállósága miatt a cirkónium széles körben elterjedt a szivattyúk, szelepek és hőcserélők gyártásában.A cirkóniumot ötvöző anyagként használják egyes magnéziumötvözetek gyártásában és adalékanyagként egyes acélok gyártásában is.