Zirconium: mga haluang metal batay dito. Mga katangian, aplikasyon

2024 May -akda: Howard Calhoun | [email protected]. Huling binago: 2024-01-02 14:03

Bihira, ngunit sa parehong oras ay napakahalaga sa maraming industriya, ang metal - zirconium - ay unang nahiwalay lamang noong 1824. Gayunpaman, naglalaman pa rin ito ng isang tiyak na porsyento ng iba pang mga elemento. Sa ika-20 siglo lamang posible na makakuha ng purong zirconium, libre mula sa iba't ibang mga impurities. Ang mga haluang metal batay dito ay matagumpay na ginagamit para sa paggawa ng mga refractory, abrasive, ceramic paint, papel de liha, tela, deodorant at artipisyal na mga bato. Siyempre, hindi dapat kalimutan ng isa ang tungkol sa mataas na kahalagahan ng metal na ito sa gamot. Matuto pa tungkol sa kanya.

Pagpapaunlad ng metalurhiya

Ang Zirconium ay ang pangunahing bahagi ng mga haluang metal para sa nuclear power engineering. Ngunit para dito kinakailangan na ito ay kasing dalisay hangga't maaari mula sa iba't ibang mga impurities. Ang katotohanan ay na sa zirconium ores mayroong hindi lamang isang bihirang elemento ng lupa bilang hafnium, kundi pati na rin ang nitrogen, carbon at oxygen. At ang gayong mga di-metal na impurities ay medyo mapanganib at maaaring isama sa komposisyon ng mga materyales sa istruktura para sa mga nuclear reactor sa halagang hindi hihigit sa ika-milyong bahagi ng isang porsyento. Samakatuwid, ang pagkuha ng purong zirconium at mga haluang metal saang batayan nito ay medyo mahaba at matrabahong proseso. Una, ang concentrate ay binuksan, pagkatapos ito ay pinayaman, ang mga hindi gustong impurities at hafnium ay pinaghihiwalay.

Ang purong zirconium ay mukhang isang tipikal na metal. Sa hitsura, ito ay halos kapareho sa bakal, ngunit sa parehong oras ay mas matibay at malagkit. Siyempre, sa mga haluang metal batay dito, ang mga katangian nito ay maaaring mag-iba nang malaki depende sa dami ng iba pang mga elemento. Halimbawa, ang oxygen (higit sa 0.6%) ay gagawing mas malutong ang zirconium. Ngunit mayroon ding downside: ang dioxide ng metal na ito (ZrO_{2) ay may melting point na 2680 °C.}

Pangunahing materyales sa pagtatayo

Tulad ng nabanggit kanina, ang pinakamalawak na lugar kung saan ginagamit ang zirconium at ang mga haluang metal nito ay ang industriya ng nukleyar. Ang kanilang pangunahing bentahe ay mayroon silang isang maliit na thermal neutron capture cross section (0.18 barn lamang), mahusay na mga katangian ng kaagnasan at isang mataas na punto ng pagkatunaw. Kaya, ang TVEL ay ang pangunahing constructive fuel element ng aktibong zone ng isang nuclear reactor, kung saan inilalagay ang nuclear fuel. Dito nangyayari ang fission ng mabibigat na nuclei, na nangangahulugan na ang elemento ng panggatong ay dapat gawa sa pinakamatibay at matigas na metal, at hindi nito dapat baguhin ang katangian ng pagsipsip ng neutron sa reaktor.

Kaya, ang mga zirconium alloy ay ginagamit upang gawin ang shell nito. Ang mga kinakailangan para sa kanila ay medyo mahigpit. Kaya, ang mga elemento ng alloying ay hindi dapat lumala ang mga katangian nito. Sa partikular, ito ay may kinalaman sa maliit na cross section para sa pagkuha ng mga thermal neutron. Ang zirconium ay pinaghalo upangsugpuin ang mga nakakapinsalang epekto ng nitrogen at pagbutihin ang mga katangian ng kaagnasan nito. Maraming elemento ng periodic system ng Mendeleev ang hindi angkop, dahil binabawasan ng mga ito ang ilang partikular na katangian.

Ang pinakatanyag na haluang metal na ginamit sa paggawa ng mga baras ng panggatong ay zircaloy. Ang pangunahing elemento ng haluang metal nito ay lata, at ang mga pantulong na elemento ay iron, chromium at nickel. Sa Russia, ang niobium ay kadalasang ginagamit para sa alloying zirconium. Mayroon din itong mababang thermal neutron capture cross section, binabawasan ang hydrogen uptake, at bumubuo lamang ng mga solidong solusyon. At ito naman ay nagbibigay ng mga haluang metal na may mataas na ductility.

Zirconium alloying

Ang mataas na corrosion resistance ng metal na ito ay nagpapaliwanag kung bakit madalas itong ginagamit bilang isang alloying element sa ferrous at non-ferrous metalurgy. Bilang karagdagan, ito ay hindi matutunaw sa hydrochloric at nitric acids at alkalis. Kaya, ang mga multicomponent na haluang metal ng zirconium na may magnesium ay napakapopular. Bilang karagdagan, ang paghahalo sa metal na ito ay nagpapataas ng acid resistance ng titanium. Ang mga haluang metal ng zirconium na may tanso ay may mataas na lakas at electrical conductivity. Kadalasan ginagamit din ito bilang isang additive sa paggawa ng iba't ibang grado ng bakal. Nagbibigay-daan ito sa iyong alisin ang sulfur, nitrogen, at oxygen mula sa kanila.

Industriyang medikal

Kung isasaalang-alang ang zirconium at ang mga haluang metal nito, hindi mabibigo ang isa na banggitin ang isa pang bahagi ng kanilang paggamit. Sa industriya ng medikal, sinasakop nila ang malayo sa huling lugar. Higit pang mga kamakailan, bakal atmga haluang metal ng titan. Gayunpaman, sa ilang mga kaso, tinanggihan ng katawan ang mga metal na ito, kung saan lumitaw ang isang reaksiyong alerdyi. Gumagamit ang modernong medisina ng zirconium at titanium alloys para sa paggawa ng mga staples, plates, implants, pustiso at mga mekanismo ng pag-aayos ng mga ito.

Dahil ang metal na ito at ang mga compound nito ay hindi nakakairita sa mga buto at nakapalibot na malambot na tisyu, matagumpay itong nagamit sa paggawa ng alahas. Halimbawa, ang mga hikaw na zirconium ay hindi nagiging sanhi ng reaksiyong alerdyi at nagpapagaling ng sugat sa earlobe na hindi mas malala kaysa sa ginto.

Pagkonsumo ng kuryente

Alloy ng aluminyo at zirconium ay may maraming positibong katangian at samakatuwid ay matagumpay na ginagamit sa industriya ng enerhiya. Ang katotohanan ay ang mga wire ng bakal at tanso ay tumitimbang ng marami, at kadalasan ang mga lumang suporta ay hindi makatiis ng gayong pagkarga. Noong 1960, sa Japan, isang grupo ng mga siyentipiko ang gumawa ng serye ng mga haluang metal ng aluminyo at zirconium. Natukoy nila na ang naturang materyal ay maaaring magamit nang mahabang panahon sa mataas na temperatura (150-230 ° C) at sa parehong oras ito ay magiging medyo magaan. Pinapayagan nitong magamit ito para sa paggawa ng mga wire na may mataas na temperatura. Pinapataas nito ang pagiging maaasahan at kahusayan ng mga de-koryenteng network.

Iba pang mga aplikasyon para sa mga zirconium compound at alloy

Sa maraming antiperspirant, mahahanap mo ang isang bahagi gaya ng Aluminum Zirconium Tetrachlorohydrex. Ito ay isang kemikal na tambalan na sumisipsip ng pawis at ang amoy nito. Natuklasan ng mga siyentipiko na hindihinihigop sa balat, at samakatuwid, ay hindi maaaring maging sanhi ng malubhang pinsala sa kalusugan. Sa kabila nito, ipinagbabawal ang aluminum-zirconium-tetrachlorohydrexglycine sa EU at US.

Zirconium oxide ay ginagamit sa paggawa ng electrocorundum. Ito ay nakuha sa pamamagitan ng smelting sa tilting electric furnaces. Ang zirconium electrocorundum ay lumalabas na medyo malakas at nagbibigay-daan sa pagproseso ng mga materyales na may malaking puwersa ng pag-clamping. Kadalasan ito ay ginagamit para sa magaspang at magaspang na paggiling.

Sa pangkalahatan, dapat tandaan na ang zirconium at ang mga haluang metal nito ay may mataas na punto ng pagkatunaw, paglaban sa kemikal, at mababang koepisyent ng thermal expansion. Ito ay para sa kadahilanang ito na ito ay aktibong ginagamit sa isang malawak na iba't ibang mga field.