Zirconi: aliatges a base d'ell. Propietats, aplicació

2024 Autora: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificació: 2024-01-02 13:51

Rar, però alhora molt important en moltes indústries, el metall - el zirconi - va ser aïllat per primera vegada només l'any 1824. Tanmateix, encara contenia un cert percentatge d' altres elements. Només al segle XX es va poder obtenir zirconi pur, lliure de diverses impureses. Els aliatges a base d'ell s'utilitzen amb èxit per a la fabricació de refractaris, abrasius, pintures ceràmiques, paper de vidre, tèxtils, desodorants i pedres artificials. Per descomptat, no s'ha d'oblidar l'elevada importància d'aquest metall en medicina. Més informació sobre ell.

Desenvolupament de la metal·lúrgia

El zirconi és el component principal dels aliatges per a l'enginyeria nuclear. Però per a això és necessari que sigui el més pur possible de diverses impureses. El fet és que als minerals de zirconi no només hi ha un element de terres rares com l'hafni, sinó també nitrogen, carboni i oxigen. I aquestes impureses no metàl·liques són bastant perilloses i es poden incloure en la composició dels materials estructurals dels reactors nuclears en una quantitat no superior a les milionèsimes d'un percentatge. Per tant, obtenint zirconi pur i aliatgesla seva base és un procés força llarg i laboriós. Primer, s'obre el concentrat, després s'enriqueix, se separen les impureses no desitjades i l'hafni.

El zirconi pur sembla un metall típic. En aparença, és molt semblant a l'acer, però alhora més durador i dúctil. Per descomptat, en aliatges basats en ell, les seves característiques poden variar significativament en funció de la quantitat d' altres elements. Per exemple, l'oxigen (més del 0,6%) farà que el zirconi sigui més trencadís. Però també hi ha un inconvenient: el diòxid d'aquest metall (ZrO_{2) té un punt de fusió de 2680 °C.}

Material de construcció principal

Com s'ha esmentat anteriorment, l'àrea més àmplia on s'utilitza el zirconi i els seus aliatges és la indústria nuclear. El seu principal avantatge és que tenen una petita secció transversal de captura de neutrons tèrmics (només 0,18 graner), bones propietats de corrosió i un alt punt de fusió. Així doncs, TVEL és el principal element de combustible constructiu de la zona activa d'un reactor nuclear, on es col·loca el combustible nuclear. És en ell on es produeix la fissió dels nuclis pesats, la qual cosa significa que l'element combustible ha d'estar fet del metall més durador i refractari, i no ha de canviar el caràcter de l'absorció de neutrons al reactor.

Per tant, s'utilitzen aliatges de zirconi per fer la seva closca. Els requisits per a ells són força estrictes. Per tant, els elements d'aliatge no haurien d'empitjorar les seves característiques. En particular, es refereix a la petita secció transversal per a la captura de neutrons tèrmics. El zirconi està aliat per tal desuprimir els efectes nocius del nitrogen i millorar les seves propietats de corrosió. Molts elements del sistema periòdic de Mendeleiev no són adequats, ja que redueixen determinades característiques.

L'aliatge més famós utilitzat per fer barres de combustible és el zircaloi. El seu principal element d'aliatge és l'estany, i els elements auxiliars són el ferro, el crom i el níquel. A Rússia, el niobi s'utilitza més sovint per aliar zirconi. També té una baixa secció transversal de captura de neutrons tèrmics, redueix l'absorció d'hidrogen i només forma solucions sòlides. I això, al seu torn, proporciona aliatges d' alta ductilitat.

Aliació de zirconi

L' alta resistència a la corrosió d'aquest metall explica per què s'utilitza tan sovint com a element d'aliatge en la metal·lúrgia ferrosa i no ferrosa. A més, és insoluble en àcids clorhídrics i nítrics i àlcalis. Així, els aliatges multicomponent de zirconi amb magnesi són molt populars. A més, l'aliatge amb aquest metall augmenta la resistència a l'àcid del titani. Els aliatges de zirconi amb coure tenen una alta resistència i conductivitat elèctrica. Molt sovint també s'utilitza com a additiu en la producció de diferents graus d'acer. Això us permet eliminar el sofre, el nitrogen i l'oxigen.

Indústria mèdica

Tenint en compte el zirconi i els seus aliatges, no es pot deixar d'esmentar una àrea més del seu ús. A la indústria mèdica, ocupen lluny de l'últim lloc. Més recentment, l'acer ialiatges de titani. Tanmateix, en alguns casos, el cos va rebutjar aquests metalls, contra els quals va aparèixer una reacció al·lèrgica. La medicina moderna utilitza aliatges de zirconi i titani per a la fabricació de grapes, plaques, implants, pròtesis dentals i els seus mecanismes de fixació.

Com que aquest metall i els seus compostos no irritan els ossos i els teixits tous circumdants, s'ha utilitzat amb èxit en la fabricació de joieria. Per exemple, les arracades de zirconi no causen una reacció al·lèrgica i curen una ferida al lòbul de l'orella no pitjor que l'or.

Consum d'energia

L'aliatge d'alumini i zirconi té moltes característiques positives i, per tant, s'utilitza amb èxit a la indústria energètica. El fet és que els cables d'acer i coure pesen bastant, i sovint els suports antics no poden suportar aquesta càrrega. L'any 1960, al Japó, un grup de científics va produir una sèrie d'aliatges d'alumini i zirconi. Van determinar que aquest material es pot utilitzar durant molt de temps a altes temperatures (150-230 ° C) i al mateix temps serà bastant lleuger. Això permet que es pugui utilitzar per a la fabricació de cables d' alta temperatura. Això augmenta la fiabilitat i l'eficiència de les xarxes elèctriques.

Altres aplicacions per a compostos i aliatges de zirconi

En molts antitranspirants, podeu trobar un component com el tetraclorohidrex de zirconi d'alumini. És un compost químic que absorbeix la suor i la seva olor. Els científics han descobert que no és aixíabsorbit a la pell i, per tant, no pot causar danys greus a la salut. Malgrat això, l'alumini-zirconi-tetraclorohidrexglicina està prohibit a la UE i als EUA.

L'òxid de zirconi s'utilitza per fer electrocorindó. S'obté per fosa en forns elèctrics basculants. L'electrocorindó de zirconi resulta ser força fort i permet processar materials amb una gran força de subjecció. Molt sovint s'utilitza per a la mòlta en brut i en brut.

En general, cal tenir en compte que el zirconi i els seus aliatges tenen un alt punt de fusió, resistència química i un baix coeficient d'expansió tèrmica. És per aquest motiu que s'utilitza activament en una gran varietat de camps.