Zirkonyum fiyatı, oluşumu, çıkartılması ve kullanılması

Zirkonyum, sembolü Zr ve atom numarası 40 olan kimyasal bir elementtir. Adını, en yaygın zirkonyum minerali olan zirkondan alır. Periyodik tabloda 5. periyotta yer alır; 4. grubun (eskiden 4. alt grup) veya titanyum grubunun ikinci elementidir. Zirkonyum, korozyona karşı oldukça dayanıklı bir ağır metaldir. Bilinen biyolojik bir işlevi yoktur; insan vücudunda az miktarda (4 mg/kg) bulunur ve toksik değildir.

Önemli bir zirkonyum içeren mineral olan zirkon (Zr[SiO₄ _] ), antik çağlardan beri değerli bir taş olarak bilinmektedir. Zirkonyum elementi, 1789 yılında Martin Heinrich Klaproth tarafından Seylan'dan alınan bir zirkon mineral örneğinde keşfedilmiş ve onun adıyla anılmıştır. Metal ilk olarak 1824 yılında Jöns Jakob Berzelius tarafından K₂ZrF₆'nin _{potasyum ile indirgenmesi yoluyla izole edilmiştir. Berzelius} , "zirkonyumdan elde edilen potasyum hidroflorür karışımını bir demir tüpte potasyum ile ısıtmıştır ." Su ile işlemden geçirdikten, kuruttuktan ve seyreltik hidroklorik asit ile uzun süre ısıttıktan sonra, Berzelius " kömür gibi siyah , topaklı bir toz " elde etmiş ve bu toz ancak "parlatma çeliğiyle sıkıştırıldığında koyu gri bir renk ve parlaklık " kazanmıştır. Ancak, deneylerin yürütülmesindeki hatalara ek olarak, zirkonyumun her zaman az miktarda hafniyum içerdiği bilinmediğinden, doğru atom kütlesi 1924 yılına kadar belirlenemedi. Bu bilgi olmadan, ölçümler her zaman biraz fazla yüksek bir atom kütlesi veriyordu. Zirkonyumun ilk pratik uygulaması, dumansız bir flaş barutu olarak kullanılmasıydı.

 

Bulunduğu 

Zirkonyum, Dünya kabuğunda yaklaşık %0,016 oranında bulunur. Bolluk sırasına göre sıralanmış elementler listesinde zirkonyum 18. sırada yer alır ve daha iyi bilinen klor ve bakır elementlerinden daha yaygındır. Çok yaygın olmasına rağmen, genellikle çok küçük miktarlarda ve çok küçük kristaller halinde (tipik olarak yaklaşık 0,1 mm) bulunur. Bu nedenle, zirkonyum eski zamanlarda nadir kabul edilmiştir. Zirkonyum öncelikle granit gibi silikat intrüzif kayaçlarda bulunur. Doğal formunda bulunmaz, sadece belirli minerallerde, özellikle zirkon (ZrSiO₄ ₎ ve baddeleyit (ZrO₂ ₎ ile daha nadir kırmızı eudialit (Na₄ ₍ CaCeFeMn)₂ZrSi₆O₁₇ ₍ OHCl ₎ ₂ ₎ şeklinde bulunur . Neredeyse her zaman hafniyum ile ilişkilidir _. Zirkon, 2550 °C'lik yüksek erime noktası, yüksek sertliği ve düşük reaktivitesi nedeniyle Dünya'da bulunan en eski mineraldir ve içerdiği uranyum ve toryum izotopları sayesinde radyometrik yaş tayinlerinde kullanılabilir.

Sabun yatakları adı verilen ikincil birikintiler genellikle ham madde olarak kullanılır. Bunlar, çevredeki kaya yıprandığında ve yalnızca özellikle hava koşullarına dayanıklı zirkon kaldığında meydana gelir. Bu tür diğer tortular, zirkonyum kristallerini yıkayan ve başka yerlerde yıkayan su akımlarından kaynaklanabilir. Öte yandan birincil yataklar, genellikle karlı madencilik için çok düşük olan bir zirkonyum içeriğine sahiptir.

En önemli zirkonyum yatakları Avustralya, ABD ve Brezilya'dadır. 38 milyon ton geri kazanılabilir rezerviyle, dünyadaki yıllık zirkonyum mineralleri üretimi 2006, 920.000 tonlarındaydı (zirkonyum olarak hesaplandı). Bunlardan sadece% 5 kadarı metal ve alaşımlara işlenir. Başlıca üretici ülkeler, Avustralya ve Güney Afrika'ya kadar 2006 idi.

Çıkarma ve sunum

En yaygın zirkonyum hammaddesi olan Zirkonyum, daha sonraki işlemlerden önce ilk önce zirkonyum dioksite dönüştürülmelidir. Bunun için zirkon bir sodyum hidroksit eriyiğinde kaynatılır (alkali sindirim). Zirkonyum daha sonra zirkonyum karbonitrid (karbon ve azot içeren zirkonyum) oluşturmak için arkdaki kok ile reaksiyona sokulur ve daha sonra zirkonyum tetraklorür oluşturmak için klorin ile reaksiyona sokulur.

Zirkonyum dioksitin karbon ile doğrudan indirgenmesi (yüksek fırın işleminde olduğu gibi) mümkün değildir, çünkü oluşan karbürlerin metalden ayrılması çok zordur. Bunun yerine, zirkonyum tetraklorür, bir helyum atmosferinde magnezyum ile Kroll işleminde zirkonyum metaline indirgenir.

Van Arkel de Boer işlemi, daha saf zirkonyum elde etmek için kullanılır. Vakum altında ısıtma sırasında, zirkonyum başlangıçta iyotla reaksiyona girerek zirkonyum (IV) iyodür oluşturur. Bu, sıcak bir tel üzerinde tekrar zirkonyum ve iyot olarak parçalanır:

Zirkonyum tetraiodide, 200 ° C'de zirkonyum ve iyottan oluşur; 1300 ° C'de tekrar parçalanır

Zirkonyum ve hafniyum basit bir kimyasal şekilde ayrılamaz. Bu nedenle, bu yüksek saflıktaki zirkonyum bile hala hafniyum içermektedir. Zirkonyumun artık hafniyum içermemesi reaktör teknolojisindeki birçok uygulama için önemli olduğundan, bu iki metal için ayırma işlemleri önemli bir rol oynar. Bir olasılık, zirkonyum ve hafniyum bileşiklerinin özel çözücülerde farklı çözünürlüklerinden yararlanıldığı ekstraksiyon yöntemleridir. Sıklıkla, tiyosiyanatlar ve bunların metil izobütil keton içindeki farklı çözünürlükleri kullanılır. Diğer olasılıklar iyon değiştiriciler veya uygun bileşiklerin fraksiyonel distilasyonudur.

 

özellikleri 

Fiziksel özellikleri 

Zirkonyum gümüş renkli parlak bir ağır metaldir (yoğunluk 6,501 g / cm³ 25 ° C) 'de dıştan çeliğe benzer. Metal, sıcaklık değişikliği ile dönüştürülebileceği iki farklı modifikasyonda kristalleşir. 870 ° C'nin altında, uzay grubundaki altıgen kristal sistemdeki (altıgen yoğun küre paketlemesi, magnezyum tipi) α-zirkonyum kristallenir 6/ mmm grid parametrelerinde a = 323 pm ve c = 514 pm ile birim hücre başına iki formül birimi bulunur. 870 ° C'de, kristal yapı, boşluk grubu ile kübik merkezli β yapısına (tungsten tipi) dönüşür.  ve kafes parametresi a = 361 pm.

Zirkonyum nispeten yumuşak ve esnektir. Haddeleme, dövme ve çekiçleme ile kolayca işlenebilir. Bununla birlikte, metaldeki düşük hidrojen, karbon veya azot kontaminasyon seviyeleri nedeniyle işlenmesi kırılgan hale gelir ve zorlaşır. Elektriksel iletkenlik, diğer metallerinki kadar iyi değildir. Bakırın sadece% 4'idir. Buna karşılık, zirkonyum iyi bir ısı iletkenidir. Erime noktası ve kaynama noktası, daha hafif homolog titanyumla karşılaştırıldığında biraz daha yüksektir (erime noktası: titanyum: 1667 ° C, zirkonyum: 1857 ° C). Ayrıca, elektriksel ve termal iletkenlik daha iyidir. 0,55 K'nin altında, zirkonyum süper iletken olur.

Zirkonyum ve daha ağır homologu hafniyumun özellikleri, lantanit büzülmesi nedeniyle çok benzerdir. Bu durum, benzer atom yarıçaplarına (Zr: 159 pm, Hf: 156 pm) ve dolayısıyla benzer özelliklere yol açar. Bununla birlikte, iki metal yoğunluk bakımından önemli ölçüde farklılık gösterir (Zr: 6,5 g/cm³ ^, Hf: 13,3 g/cm³ ⁾.

Reaktör yapımında zirkonyumun büyük önem kazandığı için önemli bir özellik, nötronlar için küçük yakalama kesitidir. Bu kapasitede zirkonyum da hafniyumdan çok farklıdır. Bu, bu uygulamalar için karmaşık ayırma sürecini gerekli kılar.

 

Kimyasal özellikleri

Zirkonyum, özellikle yüksek sıcaklıklarda pek çok metal olmayan ile reaksiyona giren bir baz metaldir. Esas olarak bir toz olarak, azot varlığında ayrıca zirkonyum nitrür ve zirkonyum oksinitrür ile zirkonyum dioksit oluşturmak için beyaz bir alevle yanar. Kompakt metal sadece beyaz ısı olduğunda oksijen ve nitrojen ile reaksiyona girer. Artan basınçta, zirkonyum oda sıcaklığında bile oksijenle reaksiyona girer, çünkü oluşan zirkonyum oksit erimiş metalde çözünür.

Zirkonyum ince, çok yoğun bir zirkonyum oksit tabakası ile havada pasifleştirilir ve bu nedenle inerttir. Bu nedenle hemen hemen tüm asitlerde çözünmez, sadece su regia ve hidroflorik asit oda sıcaklığında zirkonyuma saldırır. Sulu bazlar zirkonyum ile reaksiyona girmez.

 

izotop 

^{Zirkonyumun 78Zr} ile ^110Zr arasında birçok izotopu vardır . Doğal zirkonyum, beş izotoptan oluşan karışık bir elementtir. Bunlar , doğal zirkonyumun %51,45'ini oluşturan en bol izotop olan ^{90Zr ve daha ağır izotoplar olan 91Zr} (%11,32), ^92Zr (%17,19), ^94Zr (%17,28) ve ^96Zr (%2,76)'dır. ^{96Zr, zayıf radyoaktif olan tek doğal olarak bulunan izotoptur; 24 × 10¹⁸} yıllık yarı ömürle çift beta bozunması yoluyla ^96Mo'ya bozunur . 91Zr izotopu, NMR spektroskopisi kullanılarak tespit ^edilebilir.

 

Kullanım

Zirkonyum için önemli bir kullanım Zircaloy'un nükleer santrallerdeki uranyum yakıt hücresi kabuklarıdır. Bu alaşım yaklaşık olarak% 90 zirkonyum ve az miktarda kalay, demir, krom veya nikel içerir, ancak hafniyum içermemelidir. Bu elementin seçilmesinin nedeni, aynı zamanda yüksek korozyon direncine sahip termal nötronlar için halihazırda tarif edilmiş düşük yakalama kesitidir; bu, aynı zamanda kimyasal tesisler için, özellikle valfler, pompalar, borular ve ısı eşanjörleri gibi özel aparat parçaları için bir yapı malzemesi olarak uygun olmasını sağlar. Çeliğe alaşım ilavesi olarak korozyon direncini de arttırır. Cerrahi aletler uygun alaşımlardan üretilmiştir.

Zirkonyum, az miktarda oksijen ve nitrojen ile reaksiyona girdiğinden, vakumu korumak için akkor lambalarda ve vakum sistemlerinde alıcı malzeme olarak kullanılabilir. Bu özellik ayrıca metalurjide çelikten oksijen, nitrojen ve kükürdü gidermek için kullanılır.

Yandığında çok parlak bir ışık yayabilmesi nedeniyle, flaş toz olarak magnezyumun yanı sıra kullanılmıştır. Magnezyumun aksine, zirkonyum dumansız olma avantajına sahiptir. Bu özellik havai fişek ve sinyal ışıklarında da kullanılır.

Zirkonyum, metal yüzeylere çarptığında bir kıvılcım dalgası yayar ve yanıcıdır. Ordu bunu, özel av tüfeği mühimmatı Dragon's Breath ve ABD-Amerikan çok amaçlı kayma bombası AGM-154 JSOW gibi bazı mühimmat türlerinde kullanıyor. Film teknolojisinde bu efekt, örneğin metal yüzeyler üzerindeki mermilerin piroteknik olmayan etki etkileri için kullanılır.

Zirkonyum-niyobyum alaşımları süper iletkendir ve güçlü manyetik alanlar uygulandığında bile öyle kalır. Bu nedenle süper iletken mıknatıslar için kullanılırlar.

Alüminyum içeren şapların yanı sıra derilerin "beyaz tabaklanmasında" zirkonyum tuzları kullanılır.

 

emniyet

Zirkonyum ve bileşiklerinin bilinen toksik etkileri yoktur. Yoğun oksit tabakası nedeniyle, kompakt zirkonyum yanıcı değildir. Öte yandan, toz formunda, havada ısıtıldığında yanmaya başlayabilir. Zirkonyum yangınları, suyu söndürmek için kullanılamadığından (hidrojen oluşumu ile şiddetli reaksiyon) ne de karbon dioksit veya halonun kullanılmaması nedeniyle çok tehlikelidir. Zirkonyum yangınları metal yangın söndürücüler (D sınıfı) veya kuru kum ile söndürülmelidir.

 

kanıt 

Alizarin Red-S ile zirkonyum asit, zirkonyum floro kompleksini oluşturmak için florür iyonları eklendiğinde kaybolan karakteristik bir kırmızı-mor bileşik (renkli göl) oluşturur. Bu reaksiyon hem zirkonyum hem de flüorun kalitatif tespiti olarak işlev görebilir. Küçük miktarlarda florür (ve diğer anyonlar) bile etkileşime girdiğinden, bu tespit mineral analizi için uygun değildir. Ek olarak, tanen, Kupferron, fenilarsonik asit, oksin veya ksilenol portakalı gibi bazı başka organik bileşikler, bir belirleme reaktifi olarak uygundur. Diğer bir karakteristik bileşik ise zirkonyum klorür ZrOCl'dir.₂ · 8 H₂Tipik iğnelerde kristalize olan O. Modern analizde, zirkonyum atomik absorpsiyon spektrometresi (AAS) veya kütle spektrometresi (ayrıca izotop modeli ile) ile tespit edilebilir.
Kantitatif analiz için bir olasılık, az çözünür olan zirkonyum hidroksitin amonyakla çökeltilmesi ve ardından zirkonyaya kalsine edilmesidir.

Hidroksitin çöktürülmesi

Tartım kalıbına transfer

Bağlantıları

Bir baz metal olarak zirkonyum çok sayıda bileşik oluşturur. Çoğu zirkonyum bileşiği tuzdur. Genellikle çok kararlıdırlar ve yüksek bir erime noktasına sahiptirler. + IV oksidasyon durumu tercih edilir ve en kararlı olanıdır. Ancak + III ila + I oksidasyon durumlarında ve 0, −I ve −II durumlarında bile komplekslerde bileşikler de vardır.

 

zirkon

En önemli zirkonyum bileşiği zirkonyum dioksit ZrO'dur.₂, çok kararlı ve refrakter bir oksit. Zirkonyum dioksit potalarda ve fırınlarda refrakter kaplamalar üretmek için kullanılır. Bununla birlikte, onu kullanmak için, kübik yüksek sıcaklık fazını stabilize etmek için kalsiyum, itriya veya magnezya ile dengelenmelidir. Ayrıca, aşındırıcı olarak ve beyaz renk nedeniyle porselen için beyaz bir pigment olarak kullanılır.

Zirkonyum dioksit kristalleri renksizdir ve yüksek bir kırılma indisine sahiptir. Bu nedenle zirkonya adı altında yapay bir değerli taş ve elmas yerine kullanılmaktadır.

Zirkonyum oksit, itriyum oksit ile karıştırıldığında daha fazla uygulama alanı ortaya çıkar. Yüzde üç itriyum oksit içeriğinde, ZrO₂ bozulmuş bir florit yapısında _stabilize olur . Bu, 300 °C'nin üzerindeki sıcaklıklarda oksijen iyonları için iletken görevi görmesini sağlar. Bunun önemli bir uygulaması, katalitik konvertör için egzoz gazlarındaki oksijen içeriğini ölçen otomobillerdeki lambda sensörüdür. Yüzde 15 itriyum oksit içeriğinde, zirkonyum oksit 1000 °C'de çok parlak, beyaz bir ışık yayar. Bu, Nernst lambası olarak adlandırılan lambada kullanılır. İtriyum zirkonyum seramikleri son derece yüksek kırılma tokluğuna sahip olduklarından, örneğin diş teknolojisinde son derece kararlı kron ve köprü iskeletlerinde, yapay kalça eklemlerinde ve diş implantlarında veya teleskopik kronlarda bağlantı elemanları olarak kullanılırlar. Bu uygulamalarda, altın ve diğer metallerin yerini giderek daha fazla almaktadırlar.

_{Zirkonyum oksit, bilyalı rulmanlarda da sıklıkla kullanılır. ZrO₂} , özellikle rulman yatakları için önemli bir avantaja sahiptir , çünkü termal genleşme katsayısı çeliğinkine yakındır. Silisyum nitrür gibi diğer teknik seramiklerin termal genleşme katsayısı ise genellikle önemli ölçüde daha düşüktür.

 

halidler 

Zirkonyum, flor, klor, brom ve iyot halojenleriyle çeşitli bileşik serileri oluşturur. Tüm halojenlerin ZrX₄, ZrX₃ ve ZrX₂ formlarındaki bileşikleri bilinmektedir _. Ayrıca _{, ZrX₄} formunda klorürler, bromürler ve iyodürler de mevcuttur. ZrX₄ formundaki tetrahalojenürler en kararlı olanlardır _. Zirkonyum klorürler saf zirkonyum üretiminde ara madde olarak oluşmasına rağmen, zirkonyum halojenürlerinin hiçbirinin önemli bir uygulaması bilinmemektedir.

 

Diğer zirkonyum bileşikleri

Zirkonyum silikat (ZrSiO₄) _, mineral adıyla daha iyi bilinen zirkon, doğada en bol bulunan zirkonyum bileşiğidir. Zirkonyum ve bileşiklerinin en önemli kaynağını temsil eder. Zirkon aynı zamanda değerli taş olarak da kullanılır.

Organik zirkonyum bileşikleri genellikle kararsızdır. Özellikle siklopentadienil gibi gruplar içeren organik zirkonyum kompleksleri, yani zirkonosenler , büyük önem taşır. Bunlar, özellikle polipropilen üretimi için alkenlerin polimerizasyonunda katalizör olarak teknik açıdan önemlidir. Organik zirkonyum bileşiklerinin bir diğer uygulaması ise hidrozirkonasyondur . Bu işlemde, alkenler Schwartz reaktifi _Cp₂ZrHCl (Cp = siklopentadienil) kullanılarak alkollere veya halojenli hidrokarbonlara dönüştürülür . Hidrozirkonasyonda terminal alkinlerin Schwartz reaktifi ile reaksiyonu, üçlü ikame edilmiş çift bağlar verir; elektrofilik bir reaktif ile daha ileri reaksiyon, yüksek stereokimyasal saflıkta trans-fonksiyonelleştirilmiş alkenlere yol açar.

Alüminyum-zirkonyum kompleksleri terlemeyi önleyici olarak kullanılabilir.

Potasyum heksaflorozirkonat(IV) K ₂ ZrF ₆ (CAS: 16923-95-8), zirkonyumu hafniyumdan ayırmak için kullanılabilir.

Zirkonyum karbonat, temel bir kompleks olarak mevcuttur. Diğer şeylerin yanı sıra kağıt endüstrisinde kullanılır.

Allgemein
İsim, sembol, atom numarası	Zirkonyum, Zr, 40
Series	Geçiş metalleri
Grup, dönem, blok	4, 5, d
Görünüş	gümüşi beyaz
CAS numarası	7440-67-7
Yer kabuğunun kütle kesri	% 0,021
nükleer
atomik kütle	91,224 u
Atom yarıçapı (hesaplanmış)	155 (206) pm
Kovalent yarıçapı	148 pm
elektron konfigürasyonu	[Kr] 4d2 5s2
1. iyonlaşma	640,1 kJ / mol
2. iyonlaşma	1270 kJ / mol
3. iyonlaşma	2218 kJ / mol
4. iyonlaşma	3313 kJ / mol
fiziksel olarak
Fiziksel durum	fest
modifikasyonlar	iki (α- / β-Zr)
kristal yapı	altıgen; kübik> 1140 K (867 ° C)
yoğunluk	6,501 g / cm3 (25 ° C)
Mohs sertliği	5
manyetizma	paramanyetik ( = 1,1 10-4)
ergime noktası	2130 K (1857 ° C)
kaynama noktası	4682 K (4409 ° C)
Molar hacmi	14,02 · 10-6 m3/ mol
buharlaşma ısısı	590,5 kJ / mol
kaynaşma ısısı	16,9 kJ / mol
buhar basıncı	0,00168 K'da 2125 Pa
sesin hızı	4650 K'de 2250 (uzun), 293,15 (trans.) M / s
Özgül ısı kapasitesi	270,0 J / (kg · K)
Elektriksel iletkenlik	2,36 · 106 A / (V · m)
ısı iletkenliği	22,7 W / (m K)
kimyasal
oksidasyon durumları	4, 2
Normal potansiyel	−1,553 V (ZrO2 + 4 H.+ + 4 e- → Zr + 2 H2O)
elektronegatiflik	1,33 (Pauling ölçeği)
izotop
izotop NH t1/2 ZA ZE (MeV) ZP 89Zr {Syn.} 78,41 saat ε 2,832 89Y 90Zr 51,45 % kararlı 91Zr % 11,22 kararlı 92Zr % 17,15 kararlı 93Zr {Syn.} 1,53 · 106 a β- 0,091 93Nb 94Zr % 17,38 kararlı 95Zr {Syn.} 64,02 g β- 1,125 95Nb 96Zr % 2,8 24 · 1018 a β-β- 3,350 96Mo
NMR özellikleri
Dönme γ içinde rad * T-1· s-1 Er(1H) fL at W = 4,7 T MHz cinsinden 91Zr -5 / 2 2,496 · 107 0,00948 18,7
emniyet
AB düzenlemesinden (EG) 1272/2008 (CLP) GHS tehlike etiketi Risk H ve P cümleleri H: 250-260 EUH: EUH oranı yok P: 222-​223-​231+232-​370+378-​422 AB yönetmeliğine (EG) 1272/2008 (CLP) göre tehlikeli madde etiketlemesiToz hafif yanıcı (F) R ve S cümleleri R: 15-17 (stabilize değil) R: 15 (pasifleştirilmiş) S: (2) -7 / 8-43

 

Zirkonyum fiyatları

Zirkonyum fiyatı -> stratejik metal fiyatları