Zirconio: leghe a base di esso. Proprietà, applicazione

2024 Autore: Howard Calhoun | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-02 13:57

Raro, ma allo stesso tempo molto importante in molte industrie, il metallo - lo zirconio - fu isolato per la prima volta solo nel 1824. Tuttavia, conteneva ancora una certa percentuale di altri elementi. Solo nel 20° secolo è stato possibile ottenere zirconio puro, esente da impurità varie. Le leghe a base di esso vengono utilizzate con successo per la produzione di refrattari, abrasivi, vernici ceramiche, carta vetrata, tessuti, deodoranti e pietre artificiali. Naturalmente, non bisogna dimenticare l'elevata importanza di questo metallo in medicina. Scopri di più su di lui.

Sviluppo della metallurgia

Lo zirconio è il componente principale delle leghe per l'ingegneria nucleare. Ma per questo è necessario che sia il più puro possibile da varie impurità. Il fatto è che nei minerali di zirconio non c'è solo un elemento di terre rare come l'afnio, ma anche azoto, carbonio e ossigeno. E tali impurità non metalliche sono piuttosto pericolose e possono essere incluse nella composizione dei materiali strutturali per i reattori nucleari in una quantità non superiore a un milionesimo di percento. Pertanto, ottenendo zirconio puro e leghe sula sua base è un processo piuttosto lungo e laborioso. In primo luogo, il concentrato viene aperto, quindi viene arricchito, le impurità indesiderate e l'afnio vengono separati.

Lo zirconio puro sembra un metallo tipico. In apparenza è molto simile all'acciaio, ma allo stesso tempo più resistente e duttile. Naturalmente, nelle leghe a base di esso, le sue caratteristiche possono variare notevolmente a seconda della quantità di altri elementi. Ad esempio, l'ossigeno (maggiore dello 0,6%) renderà lo zirconio più fragile. Ma c'è anche un aspetto negativo: il biossido di questo metallo (ZrO_{2) ha un punto di fusione di 2680 °C.}

Materiale da costruzione principale

Come accennato in precedenza, l'area più ampia in cui vengono utilizzati lo zirconio e le sue leghe è l'industria nucleare. Il loro principale vantaggio è che hanno una piccola sezione d'urto di cattura dei neutroni termici (solo 0,18 barn), buone proprietà di corrosione e un alto punto di fusione. Quindi, TVEL è il principale elemento di combustibile costruttivo della zona attiva di un reattore nucleare, in cui è collocato il combustibile nucleare. È in esso che avviene la fissione dei nuclei pesanti, il che significa che l'elemento combustibile deve essere costituito dal metallo più durevole e refrattario e non deve modificare il carattere di assorbimento dei neutroni nel reattore.

Quindi, le leghe di zirconio sono usate per realizzare il suo guscio. I requisiti per loro sono piuttosto severi. Quindi, gli elementi di lega non dovrebbero peggiorare le sue caratteristiche. In particolare, ciò riguarda la piccola sezione d'urto per la cattura dei neutroni termici. Lo zirconio è legato persopprimere gli effetti nocivi dell'azoto e migliorarne le proprietà di corrosione. Molti elementi del sistema periodico di Mendeleev non sono adatti, in quanto riducono alcune caratteristiche.

La lega più famosa usata per fare le barre di combustibile è lo zircaloy. Il suo principale elemento di lega è lo stagno e gli elementi ausiliari sono ferro, cromo e nichel. In Russia, il niobio è più spesso usato per legare lo zirconio. Ha anche una bassa sezione d'urto di cattura dei neutroni termici, riduce l'assorbimento di idrogeno e forma solo soluzioni solide. E questo, a sua volta, fornisce alle leghe un'elevata duttilità.

Leghe di zirconio

L'elevata resistenza alla corrosione di questo metallo spiega perché è così spesso utilizzato come elemento di lega nella metallurgia ferrosa e non ferrosa. Inoltre, è insolubile in acido cloridrico, nitrico e alcali. Pertanto, le leghe multicomponenti di zirconio con magnesio sono molto popolari. Inoltre, la lega con questo metallo aumenta la resistenza agli acidi del titanio. Le leghe di zirconio con rame hanno un'elevata resistenza e conduttività elettrica. Abbastanza spesso viene utilizzato anche come additivo nella produzione di vari gradi di acciaio. Ciò ti consente di rimuovere da loro zolfo, azoto e ossigeno.

Industria medica

Considerando lo zirconio e le sue leghe, non si può non citare un ulteriore ambito del loro utilizzo. Nell'industria medica, occupano tutt' altro che l'ultimo posto. Più recentemente, acciaio eleghe di titanio. Tuttavia, in alcuni casi, il corpo ha respinto questi metalli, contro i quali è apparsa una reazione allergica. La medicina moderna utilizza zirconio e leghe di titanio per la produzione di graffette, placche, impianti, protesi dentarie e relativi meccanismi di fissaggio.

Poiché questo metallo ei suoi composti non irritano le ossa e i tessuti molli circostanti, è stato utilizzato con successo nella creazione di gioielli. Ad esempio, gli orecchini in zirconio non provocano una reazione allergica e curano una ferita sul lobo non peggiore dell'oro.

Consumo energetico

La lega di alluminio e zirconio ha molte caratteristiche positive ed è quindi utilizzata con successo nell'industria energetica. Il fatto è che i fili di acciaio e rame pesano parecchio e spesso i vecchi supporti non possono sopportare un tale carico. Nel 1960, in Giappone, un gruppo di scienziati ha prodotto una serie di leghe di alluminio e zirconio. Hanno determinato che un tale materiale può essere utilizzato a lungo ad alte temperature (150-230 ° C) e allo stesso tempo sarà abbastanza leggero. Ciò consente di utilizzarlo per la produzione di cavi ad alta temperatura. Ciò aumenta l'affidabilità e l'efficienza delle reti elettriche.

Altre applicazioni per composti e leghe di zirconio

In molti antitraspiranti, puoi trovare un componente come alluminio e zirconio tetracloroidrex. È un composto chimico che assorbe il sudore e il suo odore. Gli scienziati hanno scoperto che non lo èassorbito nella pelle e, quindi, non può causare gravi danni alla salute. Nonostante ciò, l'alluminio-zirconio-tetracloroidrexglicina è vietato nell'UE e negli Stati Uniti.

L'ossido di zirconio viene utilizzato per produrre l'elettrocorindone. Si ottiene per fusione in forni elettrici basculanti. L'elettrocorindone allo zirconio risulta essere abbastanza resistente e consente la lavorazione di materiali con una grande forza di serraggio. Il più delle volte viene utilizzato per la sgrossatura e la sgrossatura.

In generale, va notato che lo zirconio e le sue leghe hanno un alto punto di fusione, resistenza chimica e un basso coefficiente di dilatazione termica. È per questo motivo che viene utilizzato attivamente in un'ampia varietà di campi.