Propriedades, ocorrência e usos
O zircônio, obscuro antes do final da década de 1940, tornou-se um material de engenharia significativo para aplicações de energia nuclear porque é altamente transparente aos nêutrons . O elemento foi identificado (1789) em zircão, ZrSiO4 (ortossilicato de zircônio), de seu óxido pelo químico alemão Martin Heinrich Klaproth, e o metal foi isolado (1824) em forma impura pelo químico sueco Jöns Jacob Berzelius. O metal impuro, mesmo quando 99% puro, é duro e quebradiço. O metal branco, macio, maleável e dúctil de maior pureza foi produzido pela primeira vez em quantidade (1925) pelos químicos holandeses Anton E. van Arkel e J.H. de Boer pela decomposição térmica do tetraiodeto de zircônio, ZrI4. No início dos anos 1940, William Justin Kroll, de Luxemburgo, desenvolveu seu processo mais barato de fazer o metal com base na redução do tetracloreto de zircônio, ZrCl4, pelo magnésio. No início do século 21, os principais produtores de zircônio incluíam Austrália, África do Sul, China e Indonésia; Moçambique, Índia e Sri Lanka foram produtores adicionais.
Dschwen
O zircônio é relativamente abundante na Terra crosta, mas não em depósitos concentrados, e é caracteristicamente observada em estrelas do tipo S. O mineral zircão, que geralmente é encontrado em depósitos aluviais em leitos de rios, praias oceânicas ou antigos leitos de lagos, é a única fonte comercial de zircônio. A badeleita, que é essencialmente dióxido de zircônio puro, ZrO2, é o único outro mineral de zircônio importante, mas o produto comercial é recuperado a partir do zircão de forma mais barata. O zircônio é produzido pelo mesmo processo usado para o titânio. Esses minerais de zircônio geralmente têm um conteúdo de háfnio que varia de alguns décimos de 1 por cento a vários por cento. Para alguns fins, a separação dos dois elementos não é importante: o zircônio contendo cerca de 1 por cento de háfnio é tão aceitável quanto o zircônio puro.
O uso mais importante do zircônio é em reatores nucleares para revestimento de barras de combustível, para ligas com urânio e para estruturas do núcleo do reator devido à sua combinação única de propriedades. O zircônio tem boa resistência em temperaturas elevadas, resiste à corrosão de refrigerantes de circulação rápida, não forma isótopos altamente radioativos e resiste a danos mecânicos de bombardeio de nêutrons. O háfnio, presente em todos os minérios de zircônio, deve ser escrupulosamente removido do metal destinado ao uso em reatores porque o háfnio absorve fortemente nêutrons térmicos.
A separação de háfnio e zircônio geralmente é realizada por um procedimento de extração em contracorrente líquido-líquido. No procedimento, o tetracloreto de zircônio bruto é dissolvido em uma solução aquosa de tiocianato de amônio e a metil isobutil cetona é passada em contracorrente à mistura aquosa, com o resultado de que o tetracloreto de háfnio é preferencialmente extraído.
Os raios atômicos de zircônio e háfnio são 1,45 e 1,44 Å, respectivamente, enquanto os raios dos íons são Zr4 +, 0,74 Å, e Hf4 +, 0,75 Å. A identidade virtual dos tamanhos atômicos e iônicos, resultante da contração lantanóide, tem o efeito de tornar o comportamento químico desses dois elementos mais semelhante do que para qualquer outro par de elementos conhecido. Embora a química do háfnio tenha sido estudada menos do que a do zircônio, os dois são tão semelhantes que apenas diferenças quantitativas muito pequenas – por exemplo, nas solubilidades e volatilidades dos compostos – seriam esperadas em casos que não foram realmente investigados.
O zircônio absorve oxigênio, nitrogênio e hidrogênio em quantidades surpreendentes. A cerca de 800 ° C (1.500 ° F), ele se combina quimicamente com o oxigênio para produzir o óxido, ZrO2. O zircônio reduz tais materiais refratários do cadinho, como os óxidos de magnésio, berílio e tório. Essa forte afinidade por oxigênio e outros gases é responsável por seu uso como um getter para a remoção de gases residuais em tubos de elétrons. Em temperaturas normais do ar, o zircônio é passivo devido à formação de uma película protetora de óxido ou nitreto. Mesmo sem esse filme, o metal é resistente à ação de ácidos fracos e sais ácidos. É melhor dissolvido em ácido fluorídrico, procedimento em que a formação de complexos de fluoro aniônicos é importante na estabilização da solução. Em temperaturas normais, não é particularmente reativo, mas torna-se bastante reativo com uma variedade de não metais em temperaturas elevadas. Por causa de sua alta resistência à corrosão, o zircônio encontrou amplo uso na fabricação de bombas, válvulas e trocadores de calor.O zircônio também é usado como agente de liga na produção de algumas ligas de magnésio e como aditivo na fabricação de certos aços.