Zirkonium on hopeanhohtoisen-valkoinen passivoiva metalli, jonka pintakalvo on riittävän tiheä kestämään useimpia orgaanisia ja epäorgaanisia happoja, vahvoja emäksiä, sulaneita suoloja ja korkean lämpötilan vettä. Tämä kalvo on syy, miksi zirkoniumlejeeringit valitaan kemiantehtaille, ja metallin erittäin alhainen neutroniabsorptio--poikkileikkaus on syy, miksi ne valitaan ydinpolttoaineen päällysteeksi. Sama elementti tukee myös suurta zirkonihiekasta ja zirkoniumoksidista johdettua tulenkestäviä ja kemiallisia tuotteita.
Fyysiset ja metallurgiset ominaisuudet
| Omaisuus | Tyypillinen arvo tai käyttäytyminen |
|---|---|
| Ulkonäkö | hopeanvalkoinen metalli |
| Tiheys | noin 6,5 g/cm3 |
| Sulamispiste | noin 1855 astetta |
| Pintakalvo | tiheä passiivinen oksidi, itse{0}}korjautuva ilmassa ja vedessä |
| Taipuisuus | vahva plastisuus; helposti muotoiltu levyksi, putkeksi ja langaksi |
| Kaasuaffiniteetti | imee happea, vetyä ja typpeä korotetussa lämpötilassa |
| Runsaus | Maankuoren 19. yleisin alkuaine, lähellä kromia |
Erittäin korkeassa lämpötilassa zirkonium reagoi monien metallisten ja ei-{0}}metallisten alkuaineiden kanssa muodostaen kiinteitä liuoksia ja yhdisteitä. Tämä imeytymiskäyttäytyminen on hyödyllinen tyhjiöteknologiassa ja tekee zirkoniumista ehdokas vedyn varastointimateriaaliksi, koska se imee vetyä helposti ja vapauttaa sen uudelleen kuumennettaessa tai kun vedyn paine laskee. Sama affiniteetti tarkoittaa, että sulatus ja hitsaus on suoritettava tyhjiössä tai inertissä kaasussa hapen ja typen talteenoton välttämiseksi.
Korroosionkestävyys ja sen rajat
Zirkonium on korroosionkestävämpi kuin titaani monissa ympäristöissä, minkä vuoksi se esiintyy aggressiivisessa kemiallisessa käytössä. Sitä ei kuitenkaan tule valita medialle, joka hyökkää passiivifilmiä vastaan:
fluorivetyhappo- ja fluoridi{0}}laakeriliuokset;
väkevä rikkihappo ja väkevä fosforihappo;
aqua regia ja bromivesi;
märkä kloori ja hapettavat kloridit, kuten kuparikloridi ja rautakloridiliuokset.
Näitä poikkeuksia lukuun ottamatta zirkoniumlaitteet käsittelevät useimpia orgaanisia happoja, mineraalihappoja kohtuullisessa pitoisuudessa ja lämpötilassa, emäksiä, sulaneita suoloja ja korkean lämpötilan vettä, ja se on yleistä lämmönvaihtimissa, reaktoreissa, kolonneissa, pumpuissa ja putkissa, joissa korroosiotuotteiden saastumista on vältettävä.
Seoslaadut ja tuotemuodot
Kaupallisesti puhdasta zirkoniumia käytetään kemiallisissa prosessilaitteissa, kun taas zirkonium-tinaseoksia, kuten Zr-2 ja Zr-4, jotka kuuluvat tehtaiden tuotemäärittelyihin, kuten ASTM B352 levyille, levyille ja nauhoille, ASTM B353 saumattomille ja hitsatuille putkille ja ASTM B550 tankoille ja muulle langalle. Niobiumia sisältävät seokset valitaan silloin, kun vaaditaan parempaa korroosiokykyä tai lujuutta. Saatavilla oleviin muotoihin kuuluvat levyt, levyt, nauhat, saumattomat ja hitsatut putket, tankot, langat ja takeet, jotka on valmistettu sieni-zirkoniumista tyhjiösulattamalla ja sen jälkeen kuuma- ja kylmätyöstyksellä kontrolloidulla välihehkutuksella. Happipitoisuus on tärkein määrittelypiste, koska se säätelee lujuutta ja taipuisuutta.
Pääsovelluskentät
Ydinenergia.Zirkoniumlejeeringit, joilla on erittäin alhainen neutronien absorptiopoikkileikkaus-, ovat polttoainesauvojen vakiopäällyste- ja rakennemateriaali, jossa niiden on sisällettävä polttoainetta, siirrettävä lämpöä tehokkaasti ja pysyttävä mittavakaina säteilytyksen aikana.
Kemialliset ja metallurgiset laitteet.Zirkoniumlevystä, -putkesta ja -langasta valmistetaan lämmönvaihtimia, astioita, vuorauksia ja sisäosia syövyttävää käyttöä varten, ja zirkoniumia lisätään tiettyihin seoksiin parantamaan korroosiokäyttäytymistä ja toimimaan viljan jauhijana.
Tulenkestävät aineet, valimo ja keramiikka.Zirkonia ja zirkonia käytetään suuria määriä zirkoniumoksidipohjaisina palotiilinä, tarkkuusvaluhiekka- ja muottipinnoitteina sekä keramiikassa, emaleissa ja lasissa, missä ne lisäävät tulenkestävyyttä ja kemiallista kestävyyttä.
Zirkoniumkemikaalit.Zirkoniumdioksidia, zirkoniumoksikloridia, zirkoniumsulfaattia, natriumzirkonaattia ja kaliumfluoricirkonaattia valmistetaan zirkonihiekasta ja niitä käytetään katalyyteissä, pintakäsittelyssä, pigmenteissä, tekstiili- ja paperinkäsittelyssä sekä muussa erikoiskemiassa.
Usein kysytyt kysymykset
K: Mihin zirkoniumseosta käytetään?
Tärkeimmät käyttötarkoitukset ovat ydinpolttoaineen päällysteet ja rakenneosat, korroosiota{0}}kestävät kemialliset prosessilaitteet, kuten lämmönvaihtimet ja reaktorit, seosainelisäaineet ja laaja valikoima tulenkestäviä aineita, valimohiekkoja ja zirkoniumkemikaaleja.
K: Mikä on zirkoniumin sulamispiste ja tiheys?
Zirkonium sulaa noin 1855 asteessa ja sen tiheys on noin 6,5 g/cm3, ja sen ulkonäkö on hopeanvalkoinen.
K: Mitkä kemikaalit hyökkäävät zirkoniumiin?
Fluorivetyhappo, väkevä rikki- ja fosforihappo, aqua regia, bromivesi, märkä kloori ja hapettavat kloridit, kuten kupri- ja rautakloridiliuokset, hyökkäävät kaikki passiivikalvoa vastaan, joten zirkoniumia ei valita näihin tehtäviin.
K: Onko zirkonium korroosionkestävämpi kuin titaani?
Monissa happamissa ja emäksissä ympäristöissä zirkonium kestää korroosiota paremmin kuin titaani, minkä vuoksi se valitaan kovaan kemialliseen käyttöön korkeammista kustannuksistaan huolimatta.
K: Miksi zirkoniumia käytetään ydinreaktoreissa?
Siinä yhdistyy erittäin alhainen lämpöabsorptio-poikkileikkaus sekä hyvä lujuus, sitkeys ja korroosionkestävyys korkean-lämpöisessä vedessä, mikä tekee siitä vakiomateriaalin polttoaineen päällysteissä.
K: Mitä eroa on Zr-2:n ja Zr-4:n välillä?
Molemmat ovat zirkonium{0}}tinaseoksia, joita käytetään ydinvoimalaitoksissa. ne eroavat seosainelisäyksissä, ja Zr-4 kehitettiin vähentämään vedyn ottoa painevesireaktorin olosuhteissa.
