特性、発生、および使用
1940年代後半以前は不明瞭だったジルコニウムは、中性子に対して非常に透過性が高いため、原子力エネルギー用途の重要なエンジニアリング材料になりました。 。この元素は、ドイツの化学者Martin Heinrich Klaprothによってその酸化物からジルコンZrSiO4（オルトケイ酸ジルコニウム）で同定され（1789）、スウェーデンの化学者JönsJacobBerzeliusによって不純な形で金属が分離されました（1824）。不純な金属は、99％純粋であっても、硬くて脆いです。より純度の高い、白く、柔らかく、展性があり、延性のある金属は、オランダの化学者であるアントンE.ファンアーケルとJ.H.によって最初に大量生産されました（1925年）。四ヨウ化ジルコニウムZrI4の熱分解によるdeBoer。 1940年代初頭、ルクセンブルグのウィリアムジャスティンクロールは、マグネシウムによる四塩化ジルコニウムZrCl4の還元に基づいて金属を製造する安価なプロセスを開発しました。 21世紀初頭、ジルコニウムの主要な生産者にはオーストラリア、南アフリカ、中国、インドネシアが含まれていました。モザンビーク、インド、スリランカが追加の生産者でした。
Dschwen
ジルコニウムは地球に比較的豊富に存在します。クラストですが、集中した堆積物ではなく、S型星で特徴的に観察されます。ミネラルジルコンは、一般に川床、海浜、または古い湖底の沖積堆積物に見られ、ジルコニウムの唯一の商業的供給源です。本質的に純粋な二酸化ジルコニウムであるバデライト、ZrO2は、他の唯一の重要なジルコニウム鉱物ですが、市販の製品はジルコンからより安価に回収されます。ジルコニウムはチタンと同じ工程で製造されています。これらのジルコニウム鉱物は一般に、1パーセントの数十分の一から数パーセントまで変化するハフニウム含有量を持っています。いくつかの目的では、2つの元素の分離は重要ではありません。約1％のハフニウムを含むジルコニウムは純粋なジルコニウムと同じくらい許容できます。
ジルコニウムの最も重要な用途は、原子炉で燃料棒を被覆するため、合金化するためです。ウランを使用し、その独特の特性の組み合わせにより、炉心構造に使用します。ジルコニウムは高温で優れた強度を持ち、急速に循環する冷却剤による腐食に抵抗し、高放射性同位体を形成せず、中性子衝撃による機械的損傷に耐えます。すべてのジルコニウム鉱石に存在するハフニウムは、熱中性子を強力に吸収するため、原子炉での使用を目的とした金属から綿密に除去する必要があります。
ハフニウムとジルコニウムの分離は、通常、液液向流抽出手順によって行われます。この手順では、粗製の四塩化ジルコニウムをチオシアン酸アンモニウムの水溶液に溶解し、メチルイソブチルケトンを水溶液に向流させます。その結果、四塩化ハフニウムが優先的に抽出されます。
原子半径ジルコニウムとハフニウムの原子半径はそれぞれ1.45Åと1.44Åですが、イオンの半径はZr4 +、0.74Å、Hf4 +、0.75Åです。ランタノイド収縮に起因する原子サイズとイオンサイズの仮想的な同一性は、これら2つの元素の化学的挙動を既知の他の元素のペアよりも類似させる効果があります。ハフニウムの化学はジルコニウムの化学よりも研究されていませんが、2つは非常に類似しているため、実際に調査されていない場合、たとえば化合物の溶解度や揮発性など、ごくわずかな量の違いしか期待できません。
ジルコニウムは、驚くべき量の酸素、窒素、水素を吸収します。約800°C（1,500°F）で、酸素と化学的に結合して酸化物ZrO2を生成します。ジルコニウムは、マグネシウム、ベリリウム、トリウムの酸化物などの耐火性るつぼ材料を還元します。酸素や他のガスに対するこの強い親和性は、電子管内の残留ガスを除去するためのゲッターとしての使用を説明しています。空気中の常温では、ジルコニウムは酸化物または窒化物の保護膜を形成するため受動的です。このフィルムがなくても、金属は弱酸や酸性塩の作用に耐性があります。フッ化水素酸に最もよく溶解します。この手順では、陰イオンフルオロ錯体の形成が溶液の安定化に重要です。常温では特に反応性はありませんが、高温ではさまざまな非金属と非常に反応性が高くなります。ジルコニウムは耐食性が高いため、ポンプ、バルブ、熱交換器の製造に広く使用されています。ジルコニウムは、一部のマグネシウム合金の製造における合金化剤として、また特定の鋼の製造における添加剤としても使用されます。