Атомные материалы

Прочие области  применения. Среди других областей следует упомянуть применение ZrО2 в синтезе пьезокерамических материалов (цирконотитанаты свинца и др.) и для полировки оптического стекла; применение ZrO2 или смеси ZrО2-Y2О3 в качестве твердого электролита в высокотемпературных топливных элементах (1000°С и выше); использование двойных сульфатов циркония в качестве дубителя в кожевенной промышленности; тетрахлорида и оксихлорида циркония для приготовления катализаторов, используемых в синтезе органических соединений.

Примерное распределение  циркония по областям потребления следующее, %: литейное производство 42, огнеупоры 30, керамика 12, абразивы 4, металл, сплавы и другое применение 12.

В 1985г. в капиталистичческих странах в ядерной энергетике израсходовано ~3900т циркония, в других областях (главным образом коррозионностокие сплавы) - 860т.

цирконий  спекание известь концентрат

 

4 Цирконий –  основной конструкционный материал  атомной энергетики.

 

В ядерную технику  цирконий пришел не сразу. Для того чтобы стать полезным в этой отрасли, металл должен обладать определенным комплексом свойств. (Особенно, если он претендует на роль конструкционного материала при строительстве реакторов.) Главное из этих свойств – малое сечение захвата тепловых нейтронов. В принципе эту характеристику можно определить как способность материала задерживать, поглощать нейтроны и тем самым препятствовать распространению цепной реакции.

Величина сечения  захвата нейтронов измеряется в  барнах. Чем больше эта величина, тем больше нейтронов поглощает материал и тем сильнее препятствует развитию цепной реакции. Естественно, что для реакционной зоны реакторов выбираются материалы с минимальным сечением захвата.

У чистого металлического циркония эта величина равна 0,18 барна. Многие более дешевые металлы имеют сечениа захвата такого же порядка: у олова, например, оно равно 0,65 барна, у алюминия – 0,22 барна, а у магния – всего 0,06 барна. Но и олово, и магний, и алюминий легкоплавки и нежаропрочны; цирконий же плавится лишь при 1860°C.

Казалось, единственное ограничение – довольно высокая цена элемента №40 (хотя для этой отрасли денег жалеть не приходится), но возникло другое осложнение.

В земной коре цирконию всегда сопутствует гафний. В циркониевых  рудах, например, его содержание обычно составляет от 0,5 до 2,0%. Химический аналог циркония (в менделеевской таблице гафний стоит непосредственно под цирконием) захватывает тепловые нейтроны в 500 раз интенсивнее циркония. Даже незначительные примеси гафния сильно сказываются на ходе реакции. Например, 1,5%-ная примесь гафния в 20 раз повышает сечение захвата циркония.

Перед техникой встала проблема – полностью разделить  цирконий и гафний. Если индивидуальные свойства обоих металлов весьма привлекательны, то их совместное присутствие делает материал абсолютно непригодным для атомной техники.

Проблема разделения гафния и циркония оказалась очень  сложной – химические свойства их почти одинаковы из-за чрезвычайного  сходства в строении атомов. Для  их разделения применяют сложную  многоступенчатую очистку: ионный обмен, многократное осаждение, экстракцию.

Все эти операции значительно удорожают цирконий, а он и без того дорог: пластичный металл (99,7% Zr) во много раз дороже концентрата. Проблема экономичного разделения циркония и гафния еще ждет своего решения.

И все-таки цирконий стал «атомным» металлом об этом, в частности, свидетельствуют такие факты. На первой американской атомной подводной лодке «Наутилус» был установлен реактор из циркония. Позже выяснилось, что выгоднее делать из циркония оболочки топливных элементов, а не стационарные детали активной зоны реактора.

Тем не менее  производство этого металла увеличивается  из года в год, и темпы этого  роста необыкновенно высоки. Достаточно сказать, что за десятилетие, с 1949 по 1959 г., мировое производство циркония выросло в 100 раз! По американским данным, в 1975 г. мировое производство циркония составило около 3000 т.

 

 

 

 

 

Заключение

 

Цирконовые  концентраты служат исходным сырьем для получения металлического циркония, а также для выплавки ферросплавов и производства химических соединений (сульфатоцирконаты, основной хлорид, основной карбонат).

Циркон практически  не разлагается соляной, серной и  азотной кислотами. Для его разложения с целью перевода циркония в раствор  используют большей частью спекание (или сплавление) с содой или спекание с карбонатом кальция (мелом).

При нейтрализации  сернокислого раствора, содержащего  значительный избыток кислоты, содой  или аммиаком, гидролитическое выделение  основного сульфата циркония не происходит.

Это объясняется  тем, что в таких растворах цирконий находится в составе прочных анионов [ZrO(SО4)2]2-, образующих с катионами натрия и аммония хорошо растворимые соли.

Суточная производительность равна 200:340=0,59 т/сут.

 

 

список  использованной литературы

 

1. Зеликман А.Н., Меерсон Г.А. Металлургия редких металлов. М.,«Металлургия», 1973. 607 с. с ил.

. Зеликман А.Н.  М., Металлургия редких металлов  «Металлургия», 1980. 328 с.

. Старк С.Б.  Газоочистные аппараты в металлургическом  производстве «Металлургия» 1977.

. Варенков А.Н., Костюков В.И. Химическая экология и инженерная безопасность «Металлургия» 2000.