특성, 발생 및 용도
지르코늄은 1940 년대 후반 이전에 모호했으며 중성자에게 매우 투명하기 때문에 원자력 응용 분야에서 중요한 엔지니어링 재료가되었습니다. . 이 원소는 독일 화학자 Martin Heinrich Klaproth에 의해 산화 된 ZrSiO4 (zirconium orthosilicate)에서 확인되었고 (1789) 스웨덴 화학자 Jöns Jacob Berzelius에 의해 불순한 형태로 분리되었습니다 (1824). 순도가 99 % 인 경우에도 불순한 금속은 단단하고 부서지기 쉽습니다. 더 높은 순도의 흰색, 부드럽고 가단성 및 연성 금속은 네덜란드 화학자 Anton E. van Arkel과 J.H. zirconium tetraiodide, ZrI4의 열분해에 의한 de Boer. 1940 년대 초, 룩셈부르크의 William Justin Kroll은 마그네슘에 의한 지르코늄 4 염화물, ZrCl4의 환원을 기반으로보다 저렴한 금속 제조 공정을 개발했습니다. 21 세기 초, 지르코늄의 주요 생산자는 호주, 남아프리카, 중국, 인도네시아를 포함했습니다. 모잠비크, 인도 및 스리랑카가 추가 생산자였습니다.
Dschwen
지르코늄은 지구에서 비교적 풍부합니다. 지각이지만 집중된 퇴적물에는 없으며 S 형 별에서 특징적으로 관찰됩니다. 일반적으로 하천 층, 바다 해변 또는 오래된 호수 바닥의 충적 퇴적물에서 발견되는 광물 지르콘은 지르코늄의 유일한 상업적 공급원입니다. 본질적으로 순수한 이산화 지르코늄 인 ZrO2 인 Baddeleyite는 유일한 다른 중요한 지르코늄 광물이지만 상업용 제품은 지르콘에서 더 저렴하게 회수됩니다. 지르코늄은 티타늄에 사용되는 것과 동일한 공정으로 생산됩니다. 이러한 지르코늄 광물은 일반적으로 1 %에서 몇 %까지 다양한 하프늄 함량을 가지고 있습니다. 일부 목적에서 두 원소의 분리는 중요하지 않습니다. 약 1 %의 하프늄을 포함하는 지르코늄은 순수한 지르코늄만큼 허용됩니다.
지르코늄의 가장 중요한 용도는 합금을위한 연료봉 클래딩 원자로에서입니다. 고유 한 특성 조합으로 인해 우라늄과 원자로 코어 구조에 사용됩니다. 지르코늄은 고온에서 강도가 우수하고 빠르게 순환하는 냉각제에 의한 부식에 강하며 높은 방사성 동위 원소를 형성하지 않으며 중성자 충격으로 인한 기계적 손상을 견뎌냅니다. 하프늄은 열 중성자를 강하게 흡수하기 때문에 모든 지르코늄 광석에 존재하는 하프늄은 원자로 용 금속에서 꼼꼼하게 제거해야합니다.
하프늄과 지르코늄의 분리는 일반적으로 액체-액체 역류 추출 절차에 의해 수행됩니다. 이 과정에서 조 지르코늄 4 염화물을 암모늄 티오 시아 네이트 수용액에 용해시키고 메틸 이소 부틸 케톤을 수성 혼합물에 역류로 통과시켜 하프늄 4 염화물이 우선적으로 추출됩니다.
원자 반경 지르코늄과 하프늄은 각각 1.45, 1.44 Å이고, 이온 반경은 Zr4 +, 0.74 Å, Hf4 +, 0.75 Å입니다. 란타 노이드 수축으로 인한 원자 및 이온 크기의 가상 동일성은 알려진 다른 요소 쌍보다이 두 요소의 화학적 거동을 더 유사하게 만드는 효과가 있습니다. 하프늄의 화학은 지르코늄의 화학보다 덜 연구되었지만, 둘은 매우 유사하여 실제로 조사되지 않은 경우에는 화합물의 용해도와 휘발성 등 매우 작은 정량적 차이 만 예상됩니다.
지르코늄은 산소, 질소 및 수소를 놀라운 양으로 흡수합니다. 약 800 ° C (1,500 ° F)에서 화학적으로 산소와 결합하여 산화물 인 ZrO2를 생성합니다. 지르코늄은 마그네슘, 베릴륨 및 토륨의 산화물과 같은 내화 도가니 물질을 감소시킵니다. 산소 및 기타 가스에 대한 이러한 강한 친화 성은 전자 튜브에서 잔류 가스를 제거하기위한 게터로 사용되기 때문입니다. 공기 중의 상온에서 지르코늄은 산화물 또는 질화물의 보호막이 형성되기 때문에 수동적입니다. 이 필름이 없어도 금속은 약산 및 산성 염의 작용에 저항력이 있습니다. 이는 불화 수소산에 가장 잘 용해되며,이 과정에서 음이온 성 플루오로 복합체의 형성은 용액 안정화에 중요합니다. 상온에서는 특별히 반응하지 않지만 상승 된 온도에서 다양한 비금속과 상당히 반응합니다. 높은 내식성으로 인해 지르코늄은 펌프, 밸브 및 열교환 기 제조에 널리 사용되고 있습니다.지르코늄은 또한 일부 마그네슘 합금 생산시 합금 제로 사용되며 특정 강재 제조시 첨가제로도 사용됩니다.