Както получава и получава цирконий
Собствен Klaproth вещество не е нов елемент, но е нов елемент оксид, който по-късно се в таблица Г. Менделеев четиресетото клетка. Използването на съвременни символи формула вещество, получено Klaproth, изписва така: ZrO2.
35 години след тестовете Klaproth известния шведски химик Йенс Якоб Берцелиус успя да се металната циркония. Берцелиус възстановен калиев флуорцирконат метален натрий:
К2 [ZrF6] + 4Na → Zr + 2KF + 2NaF
и едно сребърно-сив метал.
Цирконий образуван в резултат на тази реакция е крехък поради значително съдържание на примес. Метални не се поддаде на лечение и не може да намери практическо приложение. Но това би могло да се предположи, че пречистен циркония, подобно на много други метали, пластмаса ще бъде достатъчно.
За да бъде в състояние да получи метал чрез електролиза от солен разтвор, металът трябва да образуват моноатомни йони. Циркониев йони като не образуват. Циркониев сулфат Zr (SO4) 2. например, има само в концентрирана сярна киселина, и като се излиза при разреждане на реакцията на хидролиза и комплексообразуването. В крайна сметка получава:
Водният разтвор се хидролизира и циркониев хлорид:
Някои изследователи смятат, че те все още може да получи електролиза решения циркониеви, но те са били подведени Преглед на продукти, поставени на електродите. В някои случаи те са всъщност метали, но не цирконий и никел или мед, които примеси, съдържащи се в източника на цирконий; в други - подобни по вид на цирконий метален хидроксид.
Само в 20-те години на нашия век (100 години след Берцелиус получи първите проби от цирконий!), Първата индустриална метода на производство на този метал е разработен.
Този метод на "сграда", разработен от Холандски учени ван Arkel и де Бур. Същността се състои в това, че летливата съединение (в този случай цирконий тетрайодид ZrI4) се подлага на термично разпадане под вакуум на горещо волфрамова спирала депозиран метална мрежа на.
По този начин се получава метален цирконий лечими - коване, подвижен, подвижен - приблизително толкова лесно, колкото мед.
Късните металурзи установили, че пластмасовите свойства на цирконий зависят главно от съдържанието в него на кислород. Ако стопената циркония проникне повече от 0,7% кислород, след това металът ще бъде крехък поради образуването на твърди разтвори на кислород в цирконий, чиито свойства се различават от свойствата на чист метал.
първият метод сграда се е разпространил до известна степен, но високата цена на цирконий, получени по този метод, е силно ограничено използването му. И свойствата на цирконий бяха интересни. (За тях по-долу.) Налице е необходимост да се разработи нова, по-евтин метод за производство на цирконий. Този метод е станал подобрен метод за Крол.
метод Kroll позволява цирконий двойно повече, отколкото на база текущо начисляване. Управление това производство включва две основни стъпки: цирконий е хлориран и получената циркониев тетрахлорид се намалява с магнезиев метален слой на разтопения метал. крайния продукт - цирконий гъбата се стопява в пръчките и в такава форма, се изпраща на потребителя.
цирконий
Досега учените са търсили метод за производство на метал цирконий, практиката вече е започнала да прилага някои от неговите съединения, особено циркониев диоксид. Свойствата на циркониев диоксид до голяма степен зависят от начина, по който се получава. ZrO2. формира на запалване на някои термично нестабилни циркониеви соли неразтворими във вода. Слабо калцинира диоксид се разтваря добре в киселини, но силно калциниран, става неразтворим в минерални киселини, с изключение на флуороводородна.
Друг интересен имот: прегрял циркониев диоксид излъчва светлина толкова силна, че тя може да се използва в осветителната техника. Този имот е взела на известния немски учен Уолтър Херман Нернст. Барове нажежаема лампа Нернст бяха направени от ZrO2. Източникът на нажежаема жичка от циркониев диоксид и сега понякога се използва в лабораторни експерименти.
В промишлеността, първата, която използва производство цирконий силикат и металургия. Още в началото на този век са направени циркониеви огнеупорни материали, които са три пъти по-дълго от обикновено. Огнеупорни материали, съдържащи добавка ZrO2. Тя дава възможност за до 1200 серии от стомана пещ без ремонт. Това са много.
Цирконови натиснат шамотни тухли (широко огнеупорен материал на базата на глина или каолин) в топене на алуминий и защо. Шамотен е легирана с алуминий и натрупване на шлака оформен върху повърхност, която трябва да се почиства периодично. А циркониеви тухли разтопен алуминий не се омокря. Това позволява на пещите облицовани с цирконий, непрекъснато работи в продължение на десет месеца.
Значителни количества цирконий консумират керамика, порцелан и стъкло.
Списък на отрасли, нуждаещи се от циркониев диоксид, може да бъде удължен повече и повече. Но нека да видим какво полезно метал цирконий, които за толкова дълго време не е било възможно да се получи.
Цирконий и металургичен университет
Стомани, легирани с циркония не е необходимо губят вискозитет в широк диапазон от температури, те са добре, устойчиви на удар товари. Следователно, циркония се добавя към стоманата, за удължаване на производството на броня плочи. Това е вероятно да бъдат взети под внимание и факта, че добавките с циркония имат положително въздействие върху здравината на стоманата. Ако пробата не стана легирана цирконий е унищожена при тегло около 900 кг, стоманата на една и съща формула, но с добавянето на само 0.1% цирконий има якост на скъсване 1600 кг.
Значителни количества от циркониеви употреби и цветната металургия. Ето неговото действие е много гъвкава. Незначителни добавки от цирконий подобряване на устойчивост на топлина от алуминиеви сплави, и многокомпонентни магнезиеви сплави с добавянето на цирконий са по-устойчиви на корозия. Цирконий Титанов подобрява киселина резистентност. Корозионната устойчивост на титанова сплав с 14% Zr 5% солна киселина при 100 ° С при 70 (!) пъти по-голяма от тази на търговски чист титан. В противен случай се отрази цирконий молибден. Добавянето на 5% цирконий удвоява твърдостта на огнеупорния материал, а мек метал.
Има и други приложения на метален цирконий. Висока устойчивост на корозия и относителна рефрактерността позволи използването му в много индустрии. Почина за производство на синтетични влакна, части фитинги горещи, лабораторно и медицинско оборудване, катализатори - това не е пълен списък на продукти от метал цирконий.
Въпреки металургията и машиностроенето са станали основни консуматори на този метал. Огромно количество цирконий изисква ядрена енергия.
Проблем цирконий "чистота реактор"
В ядрената техника цирконий не дойде веднага. С цел да бъдат полезни в тази индустрия, металът трябва да има определен набор от качества. (По-специално, ако се иска да бъде структурния материал в конструкцията на реактора). Най-важните от тези свойства - ниско улавяне напречно сечение за термичните неутрони. По принцип тази характеристика може да бъде определен като способността на материала да се забави, да абсорбира неутрони и така да се предотврати разпространението на верижната реакция.
Големината на неутронно улавяне напречното сечение се измерва в обори. Колкото по-висока е стойността, толкова по-голяма неутронния абсорбиращ материал и предотвратява развитието на по-голямата верижна реакция. Естествено, за реакционната зона на реактора с минимално материал, избран улавяне напречно сечение.
А чист метал цирконий, тази стойност е 0.18 обори. Много метали имат евтино улавяне напречен разрез на същия ред: у калай, например, е равно на 0,65 хамбари, за алуминий - 0.22 обор, като магнезиев - само 0.06 обори. Но калай и магнезий и алуминий, и nezharoprochny ниска точка на топене; цирконий се топи само при 1860 ° С
Струваше ми се, че единственото ограничение - доста висока цена елемент №40 (въпреки че не е нужно да съжалявам за този клон на пари), но нямаше друг усложнение.
Преди технологията е проблем - напълно самостоятелни цирконий и хафний. Ако индивидуалните качества на двата метала са много атрактивни, съчетано присъствието им прави материала напълно неизползваеми за ядрени технологии.
Проблемът за разделяне хафний и цирконий е много трудно - техните химични свойства са почти идентични поради изключителната сходството в атомната структура. За разделяне ги използва комплекс многоетапно пречистване: йонообменна, многократно утаяване, екстракция.
Всички тези операции значително се увеличи цената на цирконий, и той вече пътища: коване на метал (99,7% Zr) е много пъти по-скъпи от концентрати. Проблемът с икономично разделяне на цирконий и хафний са все още чака да бъде решен.
И все пак, циркония стана "атомен" метал.
Това по-специално от следните факти. На първия ядрена подводница на САЩ "Nautilus" е инсталиран цирконий реактор. По-късно се оказа, че е по-евтино да се направи цирконий облицовка на горивната клетка, отколкото стационарните части на активната зона на реактора.
Въпреки това, производството на този метал се увеличава от година на година, а темпът на растеж на необичайно висока. Достатъчно е да се каже, че през десетилетието 1949-1959, световното производство на цирконий увеличи 100 пъти! По данни на САЩ, през 1975 г. световното производство на цирконий е около 3000 тона.
Цирконий, въздух и вода
В предишните глави, почти нищо не е казал за химичните свойства на елемента №40. Основната причина за това - нежеланието да се повтаря много от статиите и монографии по металния елемент. Цирконий - типичен метал, типичен представител на групата (и подгрупите) и период. Тя се характеризира с относително висока реактивност, която съществува, обаче, в латентна форма.
Причините за това тайна и по отношение на цирконий във водата и въздуха компоненти на стойност обсъждат по-подробно.
Компактен метален цирконий изглежда много подобен на стомана. Той не показва неговата химическа активност и при нормални обстоятелства по отношение на атмосферните газове са се държали много инертен. Привидната пасивността на цирконий химически обясни доста традиционен: на повърхността си, винаги има една невидима оксид филм, който предпазва метала от по-нататъшно окисление. За да се окисли напълно циркония, е необходимо да се повиши температурата до 700 ° С Само ако филм оксид е частично разрушена и частично разтворен в метала.
Така, 700 ° С - граница на температурата над която завършва химическа устойчивост на цирконий. За съжаление, и тази цифра е твърде оптимистично. Още при 300 ° С цирконий започва да взаимодействат с повече кислород и други атмосферни компоненти: водна пара (и хидрид диоксид образуващ), въглероден диоксид (образуващи карбид и диоксид), азот (реакционен продукт - циркониев нитрид). Въпреки това, при температури под 300 ° С филм оксид - надежден щит, гарантира висока химическа устойчивост на цирконий.
В противен случай от компактен метален цирконий, се държи във въздуха, си прах и чиповете. Че пирофорни вещества, които лесно се самозапалват в въздух дори при стайна температура. В този случай, много топлина. Циркониев прах се смесва с въздух е в състояние дори взривят.
Интересното съотношение на цирконий до вода. Ясни признаци на взаимодействие на метала с вода в продължение на дълъг период от време не може да се види. Но на повърхността на цирконий, намокрена с вода не е много често за метал процес. Както е известно, много метали са подложени на действието на вода галванична корозия, която е да се движат техните катиони във вода. Цирконий и окислен с вода и се покрива със защитен филм, който е неразтворим и предотвратява по-нататъшното окисляване на метала във вода.
Превод циркониеви йони вол лесното разтваряне на някои от неговите соли. химически поведението на четиривалентен цирконий йон е много трудно във водни разтвори. Това зависи от много фактори и химически процеси, протичащи във водни разтвори.
Съществуването на йона Zr 4 «чисто» малко вероятно. За дълго време смята, че Zr съществува под формата на водни разтвори на циркониев йони ZrO 2. По-скорошни изследвания са показали, че в действителност, в допълнение към разтвори на цирконил йони са голям брой различни комплекс - хидратирана и указания-rolizovannyh - циркониеви йони. Тяхната съкращение общата формула [ZRP (Н2 О) (ОН) - т] (4P -m) +.
Такава сложно поведение на цирконий в разтвора поради високата реактивност на този елемент. Препаративен цирконий (пречистен от ZrO2) се предлага в различни реакции за образуване на прости и сложни съединения. "The Secret" засилено химическа реактивност на цирконий се крие в структурата на своите електронен слой. Циркониеви атоми са конструирани по такъв начин, че те са склонни да желае да приложи колкото е възможно на други йони; Ако такива йони в разтвора е достатъчно, йони циркониеви са свързани помежду си и полимеризацията се появява. Така цирконий химическа активност се губи; реактивност на полимеризирани циркониеви йони е много по-ниска от неполимеризиран. Когато полимеризацията се намалява и активност на разтвора като цяло.
Такава, в общи линии, "визитната картичка" на един от най-важните метала на нашето време - елемент №40, цирконий.
"несъвършен диаманти"
През Средновековието са били добре позната бижута от така наречените несъвършени диамантите. Несъвършенства от тях се състои от по-малко в сравнение с конвенционалните диамант в твърдост и малко по-бедните мач цветове след рязане. А те имаха друго име - matarskie (на мястото на производство - Матара Област Цейлон). Средновековните бижутери не знаеха какво те използват скъпоценен минерал - единични кристали от циркон, циркониев основен минерал. Цирконът е най-различни цветове - от безцветен до кървавочервено. Red циркониеви скъпоценен камък бижутери наричат зюмбюл. Зюмбюли са известни от дълго време. Според библейската традиция, древните жреци носеха на гърдите му 12 скъпоценни камъни сред тях зюмбюл.
Редки него?
Natural цирконий съединение
Те са известни повече от четиридесет. Цирконий присъства там под формата на оксиди или соли. Цирконий, baddeleyite ZrO2. и циркониев силикат, циркон, ZrSiO4 имат най-голямо промишлено значение. Най-мощният от изследваните находища на циркон и baddeleyite се намират в САЩ, Австралия, Бразилия. Индия, Западна Африка.
СССР има значителни запаси от циркон суровини, които са в различни региони на Украйна, Урал и Сибир.
PbZrO3 - пиезоелектричен
Необходими са Кристалите за много радио устройства: честотни стабилизатори, ултразвукови вибрации генератори и други. Понякога се налага да работят при повишени температури. Кристалите на оловен цирконат практически не се променят техните пиезоелектрични свойства при температури до 300 ° С
Цирконий и мозъка
висока устойчивост на корозия на цирконий позволено да я използвате в неврохирургия. Цирконий сплави правят хемостатици, хирургически инструмент, а понякога дори нишката за зашиване при мозъчни операции.
Свързани статии