زیرکونیوم عنصر چهلم جدول تناوبی است. نام این عنصر از سنگ معدنی زیرکُون Ziron، (مهمترین منبع زیرکونیوم). و واژه فارسی «زرگون» به معنی مانند طلا، گرفته شده است که با علامت Zr مشخص می شود.

زیرکونیوم

زیرکونیوم -فلز زیرکونیوم-Ziron-زیرکُون-ZrSiO4-کاربرد فلز زیرکونیوم در صنایع -Zr

از بلورهای دی اکسید زیرکونیم در جواهرسازی برای ایجاد شبه الماس های بدلی که بسیار ارزانتر از الماس های واقعی هستند استفاده می شود.

رصدخانه آرما در ایرلند ستاره ای به نام ال اس چهارم – 14 116 کشف کرد. که سطع این عنصر در این ستاره 10 هزار برابر بیشتر از سطح زیرکونیم موجود در خورشید است.

پیدایش

زیرکونیوم در طبیعت به صورت آزاد یافت نمی شود. اصلی ترین منبع اقتصادی زیرکونیوم، معدن سیلیکات زیرکونیوم است. زیرکون ZrSiO4 در کشورهای استرالیا، برزیل، هند، روسیه و ایالات متحده آمریکا وجود دارد. زیرکون به صورت پودر بی رنگ یا ماده بلوری و طوسی رنگ استخراج می شود. زیرکونیوم و Hafnium به نسبت 50 به 1 در زیرکون وجود دارند و جدا کردن آنها بسیار دشوار است.

زیرکونیوم، فرآورده فرعی معدن کاری و فرآیند تهیه شن های معادن سنگین برای معادن تیتانیوم، Ilmenite و Rutile با معادن قلع است. همچنین زیرکونیوم در 30 نوع از معادن دیگر که شامل Baddeleyite می شود، وجود دارد. این فلز با کم کردن کلرید به وسیلۀ منیزیم در فرآیند Kroll تولید می شود. البته روش های دیگری نیز برای تولید این فلز وجود دارد. زیرکونیوم با کیفیت اقتصادی و تجاری نیز حاوی 1 تا 3 درصد hafnium است.

این فلز همچنین در ستاره های S-Type بسیار فراوان است. و در خورشید و سنگ های آسمانی نیز مورد شناسایی است. نمونه سنگ های قمری که در چندین مأموریت آپولو جمع آوری شد، نشان می دهند. که این سنگ ها به نسبت صخره های زمینی از مقدار بسیار بیشتری اکسید زیرکونیوم برخوردارند.

تاریخچه کشف فلز زیرکونیوم

زیرکونیوم یک سنگ قیمتی است که در انواع آبی، زرد، سبز، قهوه ای، نارنجی، قرمز و گاهی بنفش وجود دارد. نام آن «زرگون» یا رنگ طلایی فارسی است. به بیان پیتر ون، مورخ هلندی قرن هاست. که از ان فلز در ساخت جواهرات و سایر تزئینات کاربرد دارد. زیرکونیوم شباهت بسیار زیادی به الماس نسبت به هر سنگ طبیعی دیگری دارد. در دوران قرون وسطی، از خواص سنگ زیرکونیوم برای بهبود خواب. افزایش ثروت، عزت و خرد و نابودی آفت ها و ارواح شیطانی بکار می رفت.

مارتین هاینریش کلاپروت شیمی دان آلمانی، زیرکُونیوم را در سال 1789 در نمونه زیرکون از سریلانکا کشف کرد. مشخص شد که ترکیب نمونه 25 درصد سیلیس، 0.5 درصد اکسید آهن و 70 درصد اکسید جدیدی است. که وی آن را زیرکونرد (یا “زیرکون زمین”) نامید. بعداً کلاپورت زیرکنرود را در یاسینت یافت، یک نوع زیرکون زرد کم رنگ که قادر به جدا کردن آن فلز نشد.

سر همفری دیوی یک شیمیدان انگلیسی، در سال 1808 با استفاده از الکترولیز تلاش کرد. تا زیرکونرد را برای استخراج زیرکُونیم خالص جدا کند اما ناموفق بود. با این حال او نام زیرکونیوم را برای فلز خود پیشنهاد داد. جونزجی، برزلیوس ، یک شیمیدان سوئدی بالآخره موفق به جدا کردن زیرکونیوم شد. ویی زیرکونیوم را به شکل یک پودر سیاه در نتیجه گرم شدن یه لوله آهنی. حاوی مخلوطی از پتاسیم و پتاسیم زیرکونیوم فلوراید تولید کرد (Kr 2+ ZrF6).

طبق سخن انجمن سلطنتی شیمی، آنتون ادوارد ون آرکل و یان هندریک دو بوئر، شیمیدان هلندی. در سال 1925 با گرم کردن تتراکلرید زیرکونیوم (ZrCl 4) با منیزیم، زیرکونیوم خالص را تولید کردند. در این روش یک میله کریستال زیرکُونیوم خالص تولید شد.

خصوصیات قابل توجه

زیرکونیوم، فلزی به رنگ سفید – طوسی و درخشان است که به طور استثنایی در برابر زنگ زدگی مقاوم است. زیرکونیوم سبک تر از فولاد بوده و سختی آن شبیه به مس است. این عنصر وقتی به ذرات ریز تقسیم شود، به سرعت در هوا مشتعل می شود. (مشتعل کردن این فلز در حالت جامد بسیار دشوار تر است). فلز Zirconium Zinc در دمای پایین تر از 35 کلوین خاصیت آهن ربایی پیدا می کند. حالت اکسیداسیون متداول برای زیرکونیوم +2+3+4 است.

کاربردها

مهمترین کاربردهای زیرکونیوم در صنعت سفال سازی به صورت جسم نسوز و ماسه ریخته گری می باشد.

به عنوان سنگ جواهر مورد استفاده در جواهرات به بازار عرضه شد. و اکسید آن برای تولید کردن محرک الماس و زیرکونیای مکعبی شکل تولید می شود.

زیرکونیوم قدرت جذب پایینی در جذب نوترون ها دارد که این ویژگی آن را برای استفاده از انرژی اتمی مطلوب می سازد. (مانند عناصر فلزی کاری سوختی). بیش از 90% محصولات فلز زیرکونیوم به مصرف تجاری نیروی اتمی می رسد. رآکتورهای جدید تجاری می توانند نیم میلیون فوت فلز زیرکونیوم را برای لوله سازی بکار ببرند.

زیرکُونیوم به طور گسترده، توسط صنایع شیمیایی برای لوله کشی در محیط خورنده استفاده می شود.

زیرکونیوم آتشزا است و در جنگل ها برای آتش زدن کاربرد داشت.

کربن آن به عنوان محلول ضد عفونی کننده مورد استفاده قرار می گیرد.

اکسید زیرکُونیوم ناخالص، زیرکونیا، برای ساختن ظرف مخصوص ذوب فلز در آزمایشگاه بکار میرود. که بتواند در برابر گرمای زیاد مقاوم باشد. همچنین برای پوشاندن کوره ذوب به کار می رود. به عنوان جسم نسوز در صنایع شیشه سازی و سفال سازی بکار می رود.

اسفنج زیرکونیوم همچنین در طیف گسترده ای از برنامه ها از جمله مبدل های حرارتی. برای جذب انرژی، انتشار جریان و اپتیک های سبک استفاده میشود.

بافت انسانی به راحتی می تواند این فلز را به صورت مفاصل و بازوهای مصنوعی تحمل کند.

در تهویه کننده های هوا به عنوان گیرند، در لوله جارو برقی، رشته لامپ و فلزات خاص دیگر به کار می رود. آلیاژ زیرکونیوم و Niobium، خاصیت ابررسانی در دماهای پایین را برای زیرکُونیوم دربر دارد. که برای ساختن آهن رباهای بسیار قوی توسط نیروی الکتریکی در مقیاس زیاد به کار می رود.

منابع فلز زیرکونیوم

زیرکُونیوم عمدتاً از دی اکسید زیرکونیوم (بدلایت) و زیرکون بدست می آید. این مواد معدنی نسبتاً سنگین در کانسارهای پلاسر و ماسه های بادی وجود دارد و در استرالیا، آفریقای جنوبی، ایالات متحده آمریکا ، روسیه و برزیل استخراج می شوند.

فلز زیرکونیوم در محیط زیست

زیرکونیوم عنصر کمیاب خاصی نیست اما از آنجا که متداول ترین ماده معدنی آن، زیرکون، در برابر گرمازدگی بسیار مقاوم است. در محیط فقط کمی متحرک است. زیرکونیوم بیش از دو برابر مس و روی و بیش از 10 برابر سرب در طبیعت وجود دارد.

سنگ معدن اصلی زیرکون که در استرالیا ، ایالات متحده آمریکا و سریلانکا استخراج می شود. و بدلایت (اکسید زیرکُونیوم Zr0) که در برزیل استخراج می شود. تولید جهانی زیرکون بیش از 900000 تن در سال است و 7000 تن فلز زیرکونیوم تولید می شود. ذخایر تخمینی در جهان بیش از یک میلیارد تن است. استرالیا، آفریقای جنوبی، هند، سریلانکا و ایلات متحده آمریکا ذخایر گسترده ای از ماسه های زیرکون و زیرکونیا دارند.

ایزوتوپها

زیرکُونیوم طبیعی از چهار ایزوتوپ پایدار و یک ایزوتوپ رادیواکتیو Zr-96 که طول عمر درازی دارد متشکل است. دومین ایزوتوپ رادیواکتیو و پایدار این عنصر، Zr-93 است که نیمه عمر آن 1.53 میلیون سال می باشد. برای این عنصر 18 ایزوتوپ رادیواکتیو دیگر شناسایی شدند. که بیشتر آنها نیمه عمری کمتر از یک روز دارند. به جز Zr-95 با نیمه عمر 64.02 روز Ze-88 با نیمه عمر 63.4 روز و Zr-89 با نیمه عمر 78.4 ساعت. حالت Decay اولیه قبل از Zr-92 الکترون گیری و حالت اولیه بعد از آن خوردگی بتا می باشد.

هشدار

انسان با ترکیباتی که حاوی زیرکونیوم است، کمتر روبرو می شود. با این حال این فلز زیاد سمی نیست. گرد این فلز در هوا آتش می گیرد و باید به آن بصورت عاملی برای آتش سوزی گسترده یا انفجار توجه کرد. زیرکُونیوم هیچگونه نقش بیولوژیکی ندارد.

شرکت خشکه و فولاد پایتخت (( مدیریت : جواد دلاکان )) صنعتگران عزیز، افتخار داریم. که سی سال تجربه گرانبهای خویش را در زمینه عرضه انواع ورق آلیاژی. و انواع فولاد آلیاژی برای خدمت رسانی به شما هموطنان کشور عزیزمان ایران ارائه می دهیم. پیشاپیش از اینکه شرکت خشکه و فولاد پایتخت را جهت خرید خود انتخاب می نمایید سپاسگزاریم.
ارتباط با ما:
۰۹۱۲۱۲۲۴۲۲۷
۰۹۳۷۱۹۰۱۸۰۷
تلفن: ۰۲۱۶۶۸۰۰۲۵۱
فکس: ۶۶۸۰۰۵۴۶