Цирконий это металл или неметалл

Обновлено: 08.01.2025

ЦИРКО́НИЙ -я; м. Химический элемент (Zr), твёрдый серебристо-белый металл (используется обычно при производстве тугоплавких, химически стойких сплавов).

(лат. Zirconium), химический элемент IV группы периодической системы. Название по минералу циркону. Серебристо-белый металл, твёрдый, тугоплавкий; плотность 6,51 г/см 3 , t_пл 1855°C. Химически очень стоек (на воздухе покрывается защитной плёнкой ZrO₂). Промышленные источники — минералы циркон и бадделеит. Сплавы на основе циркония — конструкционные материалы в ядерной энергетике. Цирконий входит также в состав сплавов для изготовления химической аппаратуры, хирургических инструментов и пр. Некоторые сплавы циркония — сверхпроводники. Сверхтугоплавкие карбид (t_пл 3800°C), борид и нитрид циркония — материалы для жаростойкой керамики.

Энциклопедический словарь . 2009 .

Полезное

Смотреть что такое "цирконий" в других словарях:

ЦИРКОНИЙ — (ново лат. zirconium). Металл, имеющий вид черного порошка, получаемого разложением фтористого циркона помощью поташа. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. ЦИРКОНИЙ металл, в виде кристаллического… … Словарь иностранных слов русского языка

Цирконий — (Zirconium), Zr, химический элемент IV группы периодической системы, атомный номер 40, атомная масса 91,224; металл, tпл 1855°C. Цирконий и его сплавы конструкционные материалы ядерных реакторов и в химическом машиностроении. Из циркония… … Иллюстрированный энциклопедический словарь

ЦИРКОНИЙ — (лат. Zirconium) Zr, химический элемент IV группы периодической системы Менделеева, атомный номер 40, атомная масса 91,224. Назван по минералу циркону. Серебристо белый металл, твердый, тугоплавкий; плотность 6,50 г/см³, tпл 1855 .С.… … Большой Энциклопедический словарь

ЦИРКОНИЙ — (символ Zr), серебристо белый ПЕРЕХОДНОЙ ЭЛЕМЕНТ, впервые открытый в 1789 г. Его главный источник минерал ЦИРКОН (силикат циркония). В образцах лунных пород, собранных «Аполлонами», оказалось более высокое содержание циркония, чем в земных… … Научно-технический энциклопедический словарь

ЦИРКОНИЙ — хим. элемент, символ Zr (лат. Zirconium), ат. н. 40, ат. м. 91,22. Чистый цирконий химически стойкий металл серебристобелого цвета, со степенью окисления +4; плотность 6500 кг/м3, tпл =1855°С; ковок и пластичен. Основное сырьё минерал (см.). В… … Большая политехническая энциклопедия

Цирконий — Zr (лат. Zirconium * a. zirconium; н. Zirkonium; ф. zirconium; и. circonio), хим. элемент IV группы периодич. системы Mенделеева, ат. н. 40, ат. м. 91,22. B природе 5 стабильных изотопов: 90Zr (51,45%), 91Zr (11,22%), 92Zr (17,15%), 94Zr… … Геологическая энциклопедия

ЦИРКОНИЙ — (лат. Zirconium), Zr, хим. элемент IV группы периодич. системы элементов, ат. номер 40, ат. масса 91,224, переходный металл. В природе представлен 5 стабильными изотопами: 90Zr 92Zr, 94Zr и 96Zr, наиб. распространён 90Zr (51,47%), наименее 96Zr… … Физическая энциклопедия

цирконий — сущ., кол во синонимов: 2 • металл (86) • элемент (159) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов

Цирконий — (Zirconium, нем. Zircon; Zr=90,7 при O=16) и торий (Thoriumнем. Thor; Th=232,5) принадлежат к числу довольно редких металлическихэлементов. По своей химической натуре они аналогичны с титаном. Ц. естьчетвертый член второго большого периода… … Энциклопедия Брокгауза и Ефрона

Цирконий — Zirconium химический элемент (металл), слабо поглощающий тепловые нейтроны. Является основой сплавов, применяемых в ядерном реакторостроении в качестве конструкционных материалов активной зоны. Термины атомной энергетики. Концерн Росэнергоатом,… … Термины атомной энергетики

ЦИРКОНИЙ — ЦИРКОНИЙ, хим. элемент, символ Zr, ат. вес 91,22. Точка плавления 1860°, уд. в. 6,5. По хим. свойствам близок к кремнию. В СССР он имеется в отвалах руд на Южном Урале и на Кольском полуострове. В технике Ц. применяется при изготовлении нитей … Большая медицинская энциклопедия

Что такое цирконий, это камень или металл — простое пояснение путаницы в названиях

Цирконий – это металл, элемент в таблице Менделеева и вещество, из которого делают фианиты. Применяют в медицине, ювелирном деле, промышленности. Его часто путают с цирконом из-за созвучности названий, но это совершенно разные материалы.

Что такое цирконий

Соединение циркония с кислородом – это металл серебристо-серого цвета. Напоминает нержавеющую сталь, белое золото. До очистки нередко содержит радиоактивные примеси. После удаления должен соответствовать ГОСТу 21907-76. Он непрозрачный, ковкий, вязкий, устойчив к коррозии, не намагничивается, но притягивается сильным полем.

Цирконий в украшениях используется в виде металлических вставок и оправ, для изготовления сережек.

Его также применяют для синтеза фианитов. Это прозрачные камни с бриллиантовой чистотой и сиянием. Темно-серые, графитовые или черные искусственные самоцветы называют черным цирконием.

Фианиты также бывают:

желтыми;
оранжевыми;
голубыми;
красными;
синими;
зелеными;
розовыми;
пурпурными;
золотистыми с коричневым оттенком.

Циркон отличается от металла тем, что это природный драгоценный камень группы силикатов. В его составе есть элемент Zr, отчего минерал используется для извлечения циркония. По окрасу бывает бесцветным (матарский алмаз), золотистым (сиамский), голубым (старлит) и бурым (малакон).

В дополнение смотрите видеообзор в продолжение описания металла:

История происхождения циркония

Похожие на название циркония натуральные самоцветы цирконы используются давно. Их называли несовершенными алмазами, а темно-красные – гиацинтами. По легенде, это отвердевшие капли крови Гиацинта, убитого богом Зефиром. В русской сказке аленьким цветочком назван цветок, выточенный из бордового циркона.

В Средневековье их называли самоцветами-убийцами. Было подмечено: владелец начинал болеть при носке темно окрашенных крупных камней, затем умирал. Это случалось из-за использования радиоактивных минералов. Такие цирконы и сейчас нельзя применять.

История синтеза циркониевого металла:

1789 г. – М. Клапрот впервые выделил окисел циркона из порошка минерала;
1824 г. – Й. Берцелиус образовал свободный цирконий;
1925 г. – А. Аркель очистил элемент от радиоактивных примесей.

Исследователи причисляют диоксид циркония к металлу с усовершенствованными свойствами. Он подходит для изготовления пластин для костей, коронок, других медицинских конструкций. Изделия безопасны, не противопоказаны для прохождения МРТ.

Смотрите видео о циркониевом металле:

Свойства и применение циркония

Циркониевые сплавы используются в химическом, машиностроительном и других производствах, в медицине. Порошок применяют для пиротехники, снарядов. Соединение с сульфатом используют для дубления кожи.

В ювелирном деле из циркониевого сплава или окиси делают оправы, вставки и самоцветы. Но это – не драгоценные камни или металл, а их имитация.

Физико-химические свойства

Чистый металл тверже стали, гибкий. Выдерживает давление в 65 кгс на 1 мм2. Чем больше газовых примесей, тем ниже прочность.

Формула записывается как ZrO2 (диоксид циркония). Он выдерживает до 750 °С, затем начинает рекристаллизовываться. Плавиться будет при + 1855 °С, а кипеть – при температуре более 4000 °С.

В основе циркона лежит силикат циркония (ZrSiO4). Поэтому различаются химико-физические характеристики минерала и металла.

При естественной температуре циркониевый металл устойчив к коррозии:

У металла структура решетки похожа на шестиугольник с равными сторонами (гексагональная). Радиус атома равен 160 пикометра (10-12 м). В центре есть ядро с 51 нейтроном и 40 протонами. Вокруг него расположены пять орбит с 40 электронами.

У фианитов строение решетки напоминает равносторонний куб. Окрас зависит от примесей. Желтую и красную гамму дает соединение с церием. Благодаря титану получается золотистый самородок. В розовый окрашивает эрбий, а в пурпурный – неодим. Добавление хрома дает зеленый колер.

Лечебные свойства циркония

В медицине используют только циркониевые сплавы:

в стоматологии – штифты, коронки, импланты зуба;
в реконструктивной хирургии – стержни, фиксаторы, пластины, другие изделия для скрепления костей;
в хирургии – эндоскопические или обычные хирургические инструменты.

Циркониевые изделия биологически совместимы с тканями, не отторгаются, не окисляются, не вызывают нагноения или аллергии. Они ускоряют регенерацию поврежденных структур.

Циркониевые сережки рекомендуют носить после прокола ушей. Они быстрее заживут, не будут гноиться.

Подмечено, что браслет или пояс с металлическими вставками ускоряет выздоровление у пациентов с патологиями опорно-двигательного аппарата. Около 10 % людей отзываются об улучшении кожи при псориазе или других дерматологических болезнях.

Украшения из циркония

Для изготовления бижутерии используют диоксид циркония и кубический цирконий. Первый – это серебристо-стальной металл, а второй – синтезированный камень фианит. С ними делают кольца или перстни, кулоны, ожерелья, браслеты, серьги, колье, броши и диадемы.

Бывают циркониевые украшения:

без покрытия;
окрашенные;
анодированные;
цельные литые;
модели с элементами, скрепленными кожей, металлом, нитями;
изделия с фианитами;
изделия с поделочными самоцветами.

Украшения с цирконием носят с повседневной одеждой и вечерними нарядами. Дизайн подбирают под стиль образа. Изделия не подходят только к спортивной одежде.

Хранят украшения в отдельных тканевых мешочках. Циркониевые элементы чистят тканью в мыльной воде, промывают под краном, вытирают салфеткой. После сушки до блеска полируют фланелью.

В медицине и для украшений используют циркониевый металл, очищенный от радиации. Из вещества синтезируют недрагоценные камни фианиты. Имитаторы самоцветов также безопасны для здоровья.

Как вы относитесь к украшениям из циркония? С чем надеваете? Комментируйте статью, пишите интересные факты и сферы применения, делитесь с друзьями в социальных сетях. Всего хорошего.

Цирконий металл: цена, свойства, применение

Сороковой элемент таблицы Менделеева был открыт в 1783 году химиком немецкого происхождения М.Г. Клапротом. Очищенный от примесей металл цирконий удалось получить только в начале 20 века. И хотя с этого момента прошло уже почти 100 лет, металл до сих пор имеет ряд неясностей, начиная с происхождения его названия и заканчивая влиянием на здоровье человека. Почему цена за 1 грамм на него уже на протяжении нескольких десятилетий продолжают расти вверх.

Нахождение в природе

Цирконий в естественных условиях встречается только в виде оксидов и силикатов. Среди них главным образом выделяют циркон, эвдиалит, бадделеит. Стоит отметить, что металл в месторождениях всегда сопровождается гафнием. Происходит это по причине схожей кристаллической решетки металлов.

Основная доля циркониевых минералов расположена в литосфере. На одну тонну земной коры приходится в среднем 210 грамм циркона. Также соединения циркония встречаются и в составе морской воды. Но концентрация его здесь намного ниже и составляет 0,05 мг на 1000 литров.

Лидерами по количеству месторождений циркония являются Австралия (циркон), ЮАР (бадделеит), чуть меньше США, Бразилия и Индия. На Россию приходится 10% от мировых запасов.

Получение

Первоначально из окислов цирконий выделяли способом «наращивания». Циркониевую полоску устанавливали на раскалённые нити вольфрама. Под воздействием температур свыше 2000 ºС металл цирконий прилипал к поверхности нагревателя, а остальные компоненты соединения сгорали.

Такой способ требовал большого количества электроэнергии и вскоре был разработан более экономичный метод Кролля. Суть его заключается в предварительном хлорировании диоксида циркония с последующим восстановлением магнием. Но развитие способов получения циркония на этом не остановилось. Спустя некоторое время в промышленности стали применять еще более дешевое щелочное и фторидное восстановление циркония из оксидов.

Цирконий э110 состав

Основа, %	Др., %	Среднее содержание примесей и присадок, не более, %
C-0,02. Hf-0,05. Cd-0,00003. Ni-0,02. В-0,00005. Mo-0,005. Cr-0,02. Li-0,0002. К-0,004.
	F-0,003. Cl-0,003.

Йодидный цирконий

Высокопластичный и с низкими характеристиками прочности. Его получают йодидным методом основанном на способности металла образовывать соединения с йодом. При этом вредные примеси легко отделяются и получается чистый металл. Из йодидного циркония делают прутки.

Основа, %	Среднее содержание примесей и присадок, не более, %
Zr	Fe 0,0032 C 0,004 O2 0,04 Cr 0,0031 B 0,00004 Cu 0,001 Si 0,004 Al 0,003 Hf 0,034 Ti 0,003 Ni 0,0079 N 0,001

Основными поставщиками циркония на мировой рынок является Австралия и ЮАР. В последнее время перевес по экспорту циркона и циркониевых минералов все больше склоняется в сторону Южно-африканской республики. Главными потребителями является Евросоюз (Италия, Франция, Германия), Китай и Япония. Торговля цирконом ведется в основном в виде ферросплавов.

За последние 10 лет спрос на металл цирконий в среднем увеличивался на 5,2% в год. Производственные мощности за это время успевали подняться на чуть больше 2%. В результате, на мировом рынке сформировался постоянный дефицит циркония, что являлось предпосылом для повышения его стоимости.

Существуют 2 основные причины роста спроса на данный металл:

Глобальное увеличение масштабов ядерной промышленности.
Активное применение циркония в производстве керамики.

Также, некоторые специалисты считают, что частично на рост котировок циркония повлияло прекращение добычи бадделеита в Австралии.

На Российском рынке вторичного металла стоимость циркония составляет от 450 до 7500 рублей за килограмм. Чем чище металл, тем цена, соответственно, дороже.

Применение

Вышеперечисленные свойства обеспечивают цирконию обширное использование в разного рода отраслей производства. Здесь выделяются следующие сферы:

В электротехнике циркониевый сплав с ниобием применяется в качестве сверхпроводника. Выдерживает нагрузку до 100 кА\см2. Точка перехода в сверхпроводящий режим составляет 4,2 К. Также в радиотехнической аппаратуре цирконием покрывают электронные платы с целью поглощения выделяющихся газов. Циркониевые фильтры излучения рентгеновских трубок отличаются высоким значением монохромности.
В ядерной энергетике используется как материал оболочек ТВЭЛов (зоны, где непосредственно осуществляется деление ядер и производство теплоэнергии) и других узлов термоядерного реактора.
Металлургия применяет цирконий как легирующий элемент. Данный металл является сильным раскислителем, превосходящим по этому показателю как марганец, так и кремний. Добавление в конструкционные металлы (сталь 45, 30ХГСА) всего 0,5% циркония увеличивает их прочность в 1,5-1,8 раза. При этом дополнительно происходит улучшение протекание процесса обработки резанием. Циркон является основным компонентом корундовой керамики. По сравнению с шамотом, срок ее эксплуатации выше в 3-4 раза. Данный огнеупорный материал применяется в изготовлении тиглей и желобов сталелитейных печей.
В машиностроении металл служит материалом для таких изделий как насос и трубозапорная арматура, работающих в условиях воздействия агрессивных сред.
В пиротехнике металлы циркония используются для изготовления салютов и фейерверков. Происходит это по причине отсутствия дыма при горении, а также выделение значительного количества световой энергии.
В химической промышленности циркон служит сырьем для кермета – металлокерамическое покрытие, обладающее повышенной износостойкостью и невосприимчивостью к кислотам.
В оптике активно используют фианит – обработанный циркон с добавками скандия и других редкоземельных металлов. Фианиты имеют значительный угол преломления, что позволяет их применять в качестве материала для производства линз. В ювелирном деле фианит известен как синтетический заменитель бриллианта.
В военной промышленности цирконий служит наполнителем для трассирующих пуль и осветительных ракет.

Физические и химические свойства

Цирконий – на вид металл напоминающий серебро. Плотность его составляет 6506 кг\м3. Температура плавления – 1855,3 ºС. Удельная теплоемкость колеблется в пределах 0,3 Кдж\кг С. Данный металл не отличается высокой теплопроводностью. Ее значение находится на уровне 21 Вт\м С, что ниже аналогичного показателя титана в 1,9 раза. Электросопротивление циркония составляет 41-60 мкОм см и находится в прямой зависимости от количества кислорода и азота в металле.

Цирконий имеет один из самых низких показателей поперечного захвата тепловых нейтронов (0,181 барн). По этому параметру из ныне известных металлов его обходит разве что магний (0, 060 барн).

Цирконий, как и железо, парамагнитен. Его восприимчивость к магнитному полю возрастает с увеличением температуры.

Чистый цирконий не отличается высокими механическими характеристиками. Твердость его порядка 70 единиц по шкале Виккерса. Предел прочности составляет 175 МПа, что почти в 2,5 раза ниже по сравнению с углеродистой сталью обычного качества. Предел текучести 55 МПа. Цирконий относится к числу пластичных металлов с модулем упругости 96 МПа.

Все вышеперечисленные механические свойства являются условными, т.к. их значение сильно изменяется при увеличении примесей в составе циркония.

Так, повышение содержания кислорода (до 0,4%) снижает пластичность циркония до такого состояния, что проведение ковки и штамповки становится полностью невозможным. Увеличение в составе водорода до 0,001% повышает хрупкость циркония почти в 2 раза.

Цирконий устойчив к воде и большинству щелочей и кислот. Но, как и механические характеристики, коррозионностойкость находится в прямой зависимости от засорения металла такими элементами как углерод, титан и алюминий. Металл не вступает в химическую реакцию с 50% - ми растворами серной и соляной кислоты. С азотной кислотой реагирует только при температуре свыше 95 ºС. Является единственным металлом, устойчивым к щелочам, имеющим в своем составе аммиак. При переходе отметки в 780 ºС начинается активное поглощение кислорода цирконием. С азотом данные процессы протекают медленнее, но и температура при этом тоже ниже. Всего 600 ºС.

Самым активным газом в этом отношении является водород. Его проникновение вглубь металла начинается уже при 145 ºС и сопровождается настолько обильным выделением тепла, что происходит увеличение циркония в объеме. Циркониевая пыль особенно пожароопасна из-за возможности самовоспламеняться на воздухе. Стоит отметить, что данный процесс является обратимым. Полное удаление водорода осуществляется на специальном оборудовании при температуре 800 ºС.

Лечебные свойства

Как химический элемент, не оказывает какого-либо воздействия на организм человека. Наоборот, он является одним из самых биологически инертных материалов. По этому показателю цирконий опережает такие металлы как титан и нержавеющая сталь. Всем известные циркониевые браслеты, активно рекламируемые в конце 90-х годов, в реальной практике себя не проявили. Медэкстперты доказали, что самочувствие от их использования является следствием эффекта Плацебо.

Хотя с другой стороны, известно, что ношение циркониевых сережек способствует более быстрому заживлению ранки после прокалывания уха.

Цирконий

Zr, химический элемент IV группы периодической системы Менделеева; атомный номер 40, атомная масса 91,22; серебристо-белый металл с характерным блеском. Известно пять природных изотопов Ц.: 90 Zr (51,46%), 91 Zr (11,23%), 92 Zr (17,11%) 94 Zr (17,4%), 96 Zr (2,8%). Из искусственных радиоактивных изотопов важнейший 95 Zr (T_1/2 = 65 сут); используется в качестве изотопного индикатора (См. Изотопные индикаторы).

Историческая справка. В 1789 немецкий химик М. Г. Клапрот в результате анализа минерала Циркона выделил двуокись Ц. Порошкообразный Ц. впервые был получен в 1824 И. Берцелиусом, а пластичный — в 1925 нидерландскими учёными А. ван Аркелом и И. де Буром при термической диссоциации иодидов Ц.

Распространение в природе. Среднее содержание Ц. в земной коре (кларк) 1,7․10 -2 % по массе, в гранитах, песчаниках и глинах несколько больше (2․10 -2 %), чем в основных породах (1,3․10 -2 %). Максимальная концентрации Ц. — в щелочных породах (5․10 -2 %). Ц. слабо участвует в водной и биогенной миграции. В морской воде содержится 0,00005 мг/л Ц. Известно 27 минералов Ц.; промышленное значение имеют бадделеит ZrO₂, циркон. Основные типы месторождений Ц.: щелочные породы с малаконом и цитролитом; магнетит-форстерит-апатитовые породы и карбонатиты с бадделеитом; прибрежно-морские и элювиально-делювиальные россыпи.

Физические и химические свойства. Ц. существует в двух кристаллических модификациях: α-формы с гексагональной плотноупакованной решёткой (а = 3,228 Å; с = 5,120 Å) и β-формы с кубической объёмноцентрированной решёткой (а = 3,61 Å). Переход α → β происходит при 862 °C. Плотность α-Ц. (20 °C) 6,45 г/см 3 ; t_пл 1825 ± 10 °C; t_кип 3580—3700 °C; удельная теплоёмкость (25—100 °С) 0,291 кдж/(кг․К) [0,0693 кал/(г․°С)], коэффициент теплопроводности (50 °С) 20,96 вт/(м․К) [0,050 кал/(см․сек․°С)]; температурный коэффициент линейного расширения (20—400 °С) 6,9․10 -6 ; удельное электрическое сопротивление Ц. высокой степени чистоты (20°С) 44,1 мком․см. температура перехода в состояние сверхпроводимости 0,7 К. Ц. парамагнитен; удельная магнитная восприимчивость увеличивается при нагревании и при —73 °С равна 1,28․10 -6 , а при 327 °С — 1,41․10 -6 . Сечение захвата тепловых нейтронов (0,18 ± 0,004)․10 -28 м 2 , примесь гафния увеличивает это значение. Чистый Ц. пластичен, легко поддаётся холодной и горячей обработке (прокатке, ковке, штамповке). Наличие растворённых в металле малых количеств кислорода, азота, водорода и углерода (или соединений этих элементов с Ц.) вызывает хрупкость Ц. Модуль упругости (20 °С) 97 Гн/м 2 (9700 кгс /мм 2 ); предел прочности при растяжении 253 Мн/м 2 (25,3 кгс/мм 2 ); твёрдость по Бринеллю 640—670 Мн/м 2 (64—67 кгс/мм 2 ); на твёрдость очень сильное влияние оказывает содержание кислорода: при концентрации более 0,2% Ц. не поддаётся холодной обработке давлением.

Внешняя электронная конфигурация атома Zr 4d 2 5s 2 . Для Ц. характерна степень окисления +4. Более низкие степени окисления +2 и +3 известны для Ц. только в его соединениях с хлором, бромом и йодом. Компактный Ц. медленно начинает окисляться в пределах 200—400 °С, покрываясь плёнкой циркония двуокиси (См. Циркония двуокись) ZrO₂; выше 800 °С энергично взаимодействует с кислородом воздуха. Порошкообразный металл пирофорен — может воспламеняться на воздухе при обычной температуре. Ц. активно поглощает водород уже при 300 °С, образуя твёрдый раствор и гидриды ZrH и ZrH₂; при 1200—1300 °С в вакууме гидриды диссоциируют и весь водород может быть удалён из металла. С азотом Ц. образует при 700—800 °С нитрид ZrN. Ц. взаимодействует с углеродом при температуре выше 900 °С с образованием карбида ZrC. Карбид и нитрид Ц. — твёрдые тугоплавкие соединения; карбид Ц. — полупродукт для получения ZrCl₄. Ц. вступает в реакцию с фтором при обычной температуре, а с хлором, бромом и иодом при температуре выше 200 °С, образуя высшие галогениды ZrX₄ (где Х — галоген). Ц. устойчив в воде и водяных парах до 300 °С, не реагирует с соляной и серной (до 50%) кислотами, а также с растворами щелочей (Ц. — единственный металл, стойкий в щелочах, содержащих аммиак). С азотной кислотой и царской водкой взаимодействует при температуре выше 100 °С. Растворяется в плавиковой и горячей концентрированной (выше 50%) серной кислотах. Из кислых растворов могут быть выделены соли соответствующих кислот разного состава, зависящего от концентрации кислоты. Так, из концентрированных сернокислых растворов Ц. осаждается кристаллогидрат Zr (SO₄)₂․4H₂O; из разбавленных растворов — основные сульфаты общей формулы xZrO₂․ySO₃․zH₂O (где х: y > 1). Сульфаты Ц. при 800—900 °С полностью разлагаются с образованием двуокиси Ц. Из азотнокислых растворов кристаллизуется Zr (NO₃)₄․5H₂O или ZrO (NO₃)₂․xH₂O (где х = 2—6), из солянокислых растворов — ZrOCl₂․8H₂O, который обезвоживается при 180—200 °С.

Получение. В СССР основным промышленным источником получения Ц. является минерал циркон ZrSiO₄. Циркониевые руды обогащаются гравитационными методами с очисткой концентратов магнитной и электростатической сепарацией. Металл получают из его соединений, для производства которых концентрат вначале разлагают. Для этого применяют: 1) хлорирование в присутствии угля при 900—1000 °С (иногда с предварительной карбидизацией при 1700—1800 °С для удаления основной части кремния в виде легколетучего SiO); при этом получается ZrCl₄, который возгоняется и улавливается; 2) сплавление с едким натром при 500—600 °С или с содой при 1100 °С: ZrSiO₄ + 2Na₂CO₃ = Na₂ZrO₃ + Na₂SiO₃ + 2CO₂; 3) спекание с. известью или карбонатом кальция (с добавкой CaCl₂) при 1100—1200 °С: ZrSiO₄ + 3CaO = CaZrO₃ + Ca₂SiO₄; 4) сплавление с фторосиликатом калия при 900 °С: ZrSiO₄ + K₂SiF₆ = K₂ZrF₆ + 2SiO₂. Из спёка или плава, полученного в случаях щелочного вскрытия (2,3), вначале удаляют соединения кремния выщелачиванием водой или разбавленной соляной к той, а затем остаток разлагают соляной или серной; при этом образуются соответственно оксихлорид и сульфаты. Фтороцирконатный спек (4) обрабатывают подкисленной водой при нагревании; при этом в раствор переходит фтороцирконат калия, 75—90% которого выделяется при охлаждении раствора.

Для выделения соединений Ц. из кислых растворов применяют следующие способы: 1) кристаллизацию оксихлорида Ц. ZrOCl₂․8H₂O при выпаривании солянокислых растворов; 2) гидролитическое осаждение основных сульфатов Ц. xZrO₂․ySO₃(zH₂O из сернокислых или солянокислых растворов; 3) кристаллизацию сульфата Ц. Zr (SO₄)₂ при добавлении концентрированной серной кислоты или при выпаривании сернокислых растворов. В результате прокаливания сульфатов и хлоридов получают ZrO₂.

Соединения Ц., полученные из рудного сырья, всегда содержат примесь гафния. Ц. отделяют от этой примеси фракционной кристаллизацией K₂ZrF₆, экстракцией из кислых растворов органическими растворителями (например, трибутилфосфатом), ионообменными методами, избирательным восстановлением тетрахлоридов (ZrCl₄ и HfCl₄).

Ц. в виде порошка или губки получают металлотермическим восстановлением ZrCl₄, K₂ZrF₆ и ZrO₂. Хлорид восстанавливают магнием или натрием, фтороцирконат калия — натрием, а двуокись Ц. — кальцием или его гидридом. Электролитический порошкообразный Ц. получают из расплава смеси солей галогенидов Ц. и хлоридов щелочных металлов. Компактный ковкий Ц. получают плавлением в вакуумных дуговых печах спрессованных губки или порошка, обычно служащих расходуемым электродом. Ц. высокой степени чистоты производят электроннолучевой плавкой слитков, полученных в дуговых печах, или прутков после иодидного рафинирования.

Применение. Сплавы на основе Ц., очищенного от гафния, применяют преимущественно в качестве конструкционных материалов в ядерных реакторах, что обусловлено малым сечением захвата тепловых нейтронов (см. Циркониевые сплавы). Ц. входит в состав ряда сплавов (на основе магния, титана, никеля, молибдена, ниобия и др. металлов), используемых как конструкционные материалы, например, для ракет и др. летательных аппаратов. Из сплавов Ц. с ниобием делают обмотки магнитов сверхпроводящих (См. Магнит сверхпроводящий). В литейном производстве применяют Цирконистые огнеупоры. К числу наиболее распространённых пьезокерамических материалов (пьезокерамики) относится группа цирконата — титаната свинца (например, ЦТС-23). В металлокерамических материалах (керметах) металлическим составляющим является Ц., а керамическим — его двуокись ZrO₂. При производстве генераторных ламп проволока из Ц. служит геттером (См. Геттеры).

Ц. используют в качестве коррозионно-стойкого материала в химическом машиностроении. Присадки Ц. служат для раскисления стали и удаления из неё азота и серы. Порошкообразный Ц. применяют в пиротехнике и в производстве боеприпасов. Сульфат Ц. — дубитель в кожевенной промышленности.

Лит.: Справочник по редким металлам, ред. К. А. Гемпел, пер. с англ., М., 1965; Основы металлургии, т. 4, М., 1967; Зеликман А. Н., Меерсон Г. А., Металлургия редких металлов, М., 1973.

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия . 1969—1978 .

Характеристики циркония, применение камня, лечебные свойства

Цирконий представляет собой металл серо-серебристого цвета. Этот химический элемент занимает сороковое место в таблице Менделеева (Zirconium). В чистом виде он не встречается в природе, его получают из различных концентратов руд. Популярность металла увеличивается с каждым годом, он широко востребован в металлургии, ядерной энергетике, ювелирном деле, медицине и т. д.

Общие сведения

Цирконий представлен в виде различных химических соединений — окислов или солей, которых ученым известно более сорока единиц. Еще в 1789 году химик Клапрот из камня гиацинта выделил циркониевый окисел. Долгое время получить металл в чистом виде не удавалось. И только в начале XX века это стало возможным.

Опытным путем цирконий получили способом «наращивания». При проведении этих манипуляций он откладывается на нить из вольфрама, которую предварительно раскаляют. Стоимость металла, полученного таким образом, была очень высокой. Вскоре ученые разработали бюджетный промышленный вариант, именуемый методом Кроля. Суть его состоит в том, что сначала осуществляется процедура хлорирования двуокиси циркония, а после этого вещество восстанавливают металлическим магнием.

Полученный металл переплавляют в прутья и отправляют конечному потребителю. Кроме этого метода, существуют и другие промышленные способы получения — щелочной и фторидный. Оказывается, цирконий обладает специфическими свойствами: имеет высокую активность, присущую металлам (представителем которых он и является), но ее проявления осуществляются не в открытой форме.

По внешнему виду цирконий очень напоминает сталь. Его важнейшим свойством в обычных условиях является устойчивость к коррозии. Кроме того, он хорошо поддается обработке путем прокатки, вальцовки, ковки. Специальная окисная пленка, которую невозможно увидеть человеческим глазом, надежно защищает металл от воздействия водяных паров. При увеличении температуры до 300ºС происходит ее медленное разрушение, а при 700ºС происходит полное окисление.

Помимо вышеописанных свойств, металлический цирконий имеет высокую жаростойкость, устойчив к воздействию щелочей, аммиака или кислот, хорошо удерживает радиацию. Совсем иными качествами обладает на воздухе циркониевый порошок, а также стружка — эти элементы и при комнатной температуре могут взрываться и самовозгораться.

Цирконий при взаимодействии с большим количеством металлов образует сплавы. Добавление его в малых дозах значительно повышает характеристики последних, увеличивая показатели прочности и устойчивости к появлению коррозии. Однако если добавлять другие металлы к цирконию, это только ухудшит его характеристики, поэтому такой способ не востребован.

Нахождение металла в природе

Залежи циркониевых руд есть по всей планете. Их можно встретить в виде различных солей, а также монокристаллов, масса которых нередко бывает более 1 кг. Богатые месторождения находятся в Индии, Бразилии, Западной Африке, ЮАР и пр. На территории Российской Федерации внушительные запасы металла располагаются в Сибири и на Урале.

В масштабах промышленности востребованы двуокись и силикат циркония, бадделеит, циркон. Последний является наиболее распространенным минералом на нашей планете. Люди знакомы с ним еще с давних времен. В Средние века многие ювелиры производили изделия из «несовершенных алмазов», которые в то время именовались цирконами. После проведения огранки они становились мутными и переливались совсем не так, как натуральные алмазы.

Встречаются радиоактивные цирконы. Ношение изделий из них оказывает негативное влияние на здоровье человека. Безопасными принято считать камни небольших размеров, имеющие относительную прозрачность или слабый окрас.

Крупные, интенсивно окрашенные материалы, особенно непрозрачные или темно-зеленые, могут иметь высокий радиационный уровень. Такие камни запрещается хранить в домашних коллекциях, проводить их огранку, транспортировать в больших количествах. Несмотря на высокую распространенность в природе, длительное время его популярность была значительно ниже по сравнению с редкими радиоактивными металлами. Это объясняется тем, что рудные залежи рассеянны и отсутствуют крупные месторождения.

Нередко в рудах соседом циркония является гафний, их свойства очень похожи. По отдельности каждый из металлов обладает хорошими свойствами, но в комплексе они непригодны для применения. Для разделения требуется многоуровневая очистка, которая значительно повышает стоимость производства циркония.

Физические и химические характеристики

Плотность циркония составляет 6506 кг/м 3 . Металл имеет температуру плавления 1855,3ºС, не обладает высокими показателями теплопроводности, всего 21 Вт/м*ºС, например, для титана это значение почти в два раза больше. Электросопротивление прямо пропорционально показателям азота и кислорода в составе.

Для чистого металла не характерны высокие механические свойства. Твердость циркония по шкале Виккерса составляет 70 единиц, прочность 175 МПа, что в 3 раза меньше показателей углеродистой стали. Элемент относится к пластичным металлам, модуль упругости — 96 МПа.

Все описанные свойства условны ввиду того, что их значения варьируются при увеличении количества примесей в составе. Например, при повышении содержания кислорода уменьшается пластичность металла до таких показателей, что проводить штамповку или ковку невозможно. При повышении количества водорода возрастает хрупкость.

Металл устойчив к воздействию воды, а также многих кислот и щелочей. Однако как и с механическими свойствами, устойчивость к коррозии зависит от присутствия алюминия и титана. Металл не реагирует с 50% раствором соляной и серной кислот. При температуре 780ºС и более цирконий начинает активно поглощать кислород. Медленнее происходят аналогичные процессы с азотом, но они протекают при температуре 600ºС.

В этом смысле наиболее активным газом является водород. Он проникает в металл уже при 145 градусах. Этот процесс сопровождается интенсивным выделением тепла настолько, что металл даже увеличивается в объеме. Циркониевый порошок настолько опасен, что может воспламеняться под действием воздуха. Однако, это обратимый процесс, полностью удалить водород можно на специализированном оборудовании при температуре не менее 800ºС.

Область применения

Ввиду своих свойств есть многие отрасли промышленности, где применяется цирконий. Некоторые из них:

В электротехнике сплав циркония и ниобия используется как сверхпроводник, он выдерживает высокие нагрузки. Кроме того, металлом покрываются электронные платы в радиоаппаратуре для поглощения выделяемых газов. Фильтры на рентгеновских трубках имеют высокие показатели монохромности.
Цирконий востребован в ядерной энергетике в качестве оболочек узлов термоядерных реакторов.
Металлургическая промышленность использует циркон в качестве легирующего вещества. Металл считается сильным окислителем, по своим характеристикам превосходит марганец и кремний. Увеличивает прочность материалов, при этом улучшается процесс резки. В изготовлении корундовой керамики используется в качестве основного компонента.
В машиностроении служит материалом для производства насосов, запорной арматуры, функционирующей под действием различных агрессивных сред.
Производство фейерверков и салютов. Это объясняется тем, что при горении отсутствует выделение дыма.
Применяется цирконий и химической промышленности, являясь материалом для кермета — специального металлокерамического покрытия, имеющего высокие показатели устойчивости к износу и действию кислот.
В оптике широко применяется фианит — обработанный цирконий с примесями скандия и прочих редкоземельных металлов. У фианитов большой угол преломления, что способствует их использованию в производстве линз. В ювелирном деле он является синтетическим аналогом бриллианта.
Цирконием наполняют трассирующие пули и осветительные ракеты в военном производстве.

Лечебные свойства и стоимость

В стоматологических клиниках при лечении различных переломов используют импланты на основе циркониевых сплавов. Если сравнивать их с титановыми или нержавеющими аналогами, они имеют ряд преимуществ:

биологическая совместимость — обусловлена отсутствием аллергии и отторжения;
прочность;
легкость;
устойчивость к коррозии;
пластичность.

Кроме того, в челюстно-лицевой хирургии применяются импланты и инструменты из циркония — сверла, зубные протезы, шовные нити, скобы, винты, зажимы для остановки крови, пластины. Металл и его сплавы не оказывают раздражающего эффекта при контакте с костями и тканями.

Используемый в ювелирных изделиях цирконий оказывает положительное воздействие на состояние организма. Учеными доказано, что при ношении металлических сережек после прокола ушей раны заживают гораздо быстрее. Кроме того, цирконий не вызывает загнивания.

Отмечено положительное действие на здоровье человека при регулярной носке циркониевых изделий, улучшение состояния у пациентов, страдающих проблемами опорно-двигательного аппарата. Кроме того, неплохие результаты дает ношение браслетов и поясов при заболеваниях кожных покровов. Среди них:

Основным мировым поставщиком циркония является ЮАР и Австралия. Последнее время лидирующие позиции занимает именно Южно-Африканская Республика. Наибольшими потребителями являются страны Евросоюза, а также Китай и Япония. Основная масса металла представлена в виде ферросплавов.

В последние 10 лет спрос на цирконий увеличился на 5% в год, но производственные мощности за этот период возросли всего на 2%. В силу этого имеется постоянный дефицит металла, что является причиной роста цены на него. На рынке металлов РФ стоимость циркония варьируется в зависимости от чистоты металла и составляет от 450 до 7000 руб/кг.

Благодаря свойствам циркония его востребованность возрастает с каждым годом. Он имеет широкую сферу применения в промышленности, обладает лечебными свойствами, оказывая благотворное влияние на организм человека.

Читайте также: