ცირკონიუმი: მასზე დაფუძნებული შენადნობები. თვისებები, აპლიკაცია

2025 ავტორი: Howard Calhoun | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2025-01-24 13:19

იშვიათი, მაგრამ ამავე დროს ძალიან მნიშვნელოვანი მრავალ ინდუსტრიაში, ლითონი - ცირკონიუმი - პირველად იზოლირებული იქნა მხოლოდ 1824 წელს. თუმცა, ის მაინც შეიცავდა სხვა ელემენტების გარკვეულ პროცენტს. მხოლოდ მე-20 საუკუნეში იყო შესაძლებელი სუფთა ცირკონიუმის მიღება, სხვადასხვა მინარევებისაგან თავისუფალი. მასზე დაფუძნებული შენადნობები წარმატებით გამოიყენება ცეცხლგამძლე, აბრაზიული, კერამიკული საღებავების, ქვიშის ქაღალდის, ტექსტილის, დეზოდორანტებისა და ხელოვნური ქვების დასამზადებლად. რა თქმა უნდა, არ უნდა დავივიწყოთ ამ ლითონის მაღალი მნიშვნელობა მედიცინაში. შეიტყვეთ მეტი მის შესახებ.

მეტალურგიის განვითარება

ცირკონიუმი არის შენადნობების მთავარი კომპონენტი ბირთვული ენერგეტიკის ინჟინერიისთვის. მაგრამ ამისათვის აუცილებელია, რომ ის იყოს მაქსიმალურად სუფთა სხვადასხვა მინარევებისაგან. ფაქტია, რომ ცირკონიუმის მადნებში არის არა მხოლოდ ისეთი იშვიათი დედამიწის ელემენტი, როგორიცაა ჰაფნიუმი, არამედ აზოტი, ნახშირბადი და ჟანგბადი. და ასეთი არალითონური მინარევები საკმაოდ საშიშია და შეიძლება შევიდეს ბირთვული რეაქტორების სტრუქტურული მასალების შემადგენლობაში არაუმეტეს პროცენტის მემილიონედი რაოდენობით. ამიტომ, სუფთა ცირკონიუმის და შენადნობების მიღებამისი საფუძველი საკმაოდ ხანგრძლივი და შრომატევადი პროცესია. ჯერ იხსნება კონცენტრატი, შემდეგ მდიდრდება, გამოიყოფა არასასურველი მინარევები და ჰაფნიუმი.

სუფთა ცირკონიუმი ტიპიურ ლითონს ჰგავს. გარეგნულად, ის ძალიან ჰგავს ფოლადს, მაგრამ ამავე დროს უფრო გამძლე და მოქნილი. რა თქმა უნდა, მასზე დაფუძნებულ შენადნობებში, მისი მახასიათებლები შეიძლება მნიშვნელოვნად განსხვავდებოდეს სხვა ელემენტების ოდენობიდან გამომდინარე. მაგალითად, ჟანგბადი (0,6%-ზე მეტი) ცირკონიუმს უფრო მყიფეს გახდის. მაგრამ არის ასევე უარყოფითი მხარე: ამ ლითონის დიოქსიდს (ZrO_{2) აქვს დნობის წერტილი 2680 °C..}

მთავარი სამშენებლო მასალა

როგორც უკვე აღვნიშნეთ, ყველაზე ფართო ტერიტორია, სადაც ცირკონიუმი და მისი შენადნობები გამოიყენება, არის ბირთვული ინდუსტრია. მათი მთავარი უპირატესობა ის არის, რომ მათ აქვთ მცირე თერმული ნეიტრონის დაჭერის ჯვარი (მხოლოდ 0,18 ბეღელი), კარგი კოროზიის თვისებები და მაღალი დნობის წერტილი. ასე რომ, TVEL არის ბირთვული რეაქტორის აქტიური ზონის მთავარი კონსტრუქციული საწვავის ელემენტი, რომელშიც მოთავსებულია ბირთვული საწვავი. სწორედ მასში ხდება მძიმე ბირთვების დაშლა, რაც ნიშნავს, რომ საწვავის ელემენტი უნდა იყოს დამზადებული ყველაზე გამძლე და ცეცხლგამძლე ლითონისგან და არ უნდა შეცვალოს რეაქტორში ნეიტრონების შთანთქმის ხასიათი..

ასე რომ, ცირკონიუმის შენადნობები გამოიყენება მისი გარსის დასამზადებლად. მათთვის მოთხოვნები საკმაოდ მკაცრია. ასე რომ, შენადნობმა ელემენტებმა არ უნდა გააუარესოს მისი მახასიათებლები. კერძოდ, ეს ეხება თერმული ნეიტრონების დაჭერის მცირე ჯვარს. ცირკონიუმი არის შენადნობის მიზნითთრგუნავს აზოტის მავნე ზემოქმედებას და აუმჯობესებს მის კოროზიულ თვისებებს. მენდელეევის პერიოდული სისტემის მრავალი ელემენტი არ არის შესაფერისი, რადგან ისინი ამცირებენ გარკვეულ მახასიათებლებს.

ყველაზე ცნობილი შენადნობი, რომელიც გამოიყენება საწვავის ღეროების დასამზადებლად არის ცირკალოი. მისი ძირითადი შენადნობის ელემენტია კალა, ხოლო დამხმარე ელემენტებია რკინა, ქრომი და ნიკელი. რუსეთში ნიობიუმი ყველაზე ხშირად გამოიყენება ცირკონიუმის შენადნობისთვის. მას ასევე აქვს დაბალი თერმული ნეიტრონის დაჭერის ჯვარი განყოფილება, ამცირებს წყალბადის ათვისებას და ქმნის მხოლოდ მყარ ხსნარებს. და ეს, თავის მხრივ, უზრუნველყოფს შენადნობების მაღალ ელასტიურობას.

ცირკონიუმის შენადნობი

ამ ლითონის მაღალი კოროზიის წინააღმდეგობა ხსნის, თუ რატომ გამოიყენება იგი ასე ხშირად, როგორც შენადნობი ელემენტი შავი და ფერადი მეტალურგიაში. გარდა ამისა, ის უხსნადია ჰიდროქლორინის და აზოტის მჟავებში და ტუტეებში. ამრიგად, ცირკონიუმის მრავალკომპონენტიანი შენადნობები მაგნიუმთან ერთად ძალიან პოპულარულია. გარდა ამისა, ამ ლითონთან შენადნობი ზრდის ტიტანის მჟავას წინააღმდეგობას. ცირკონიუმის შენადნობებს სპილენძთან აქვთ მაღალი სიმტკიცე და ელექტრული გამტარობა. ხშირად ის ასევე გამოიყენება როგორც დანამატი ფოლადის სხვადასხვა კლასის წარმოებაში. ეს საშუალებას გაძლევთ ამოიღოთ მათგან გოგირდი, აზოტი და ჟანგბადი.

სამედიცინო ინდუსტრია

ცირკონიუმის და მისი შენადნობების გათვალისწინებით, არ შეიძლება არ აღინიშნოს მათი გამოყენების კიდევ ერთი სფერო. სამედიცინო ინდუსტრიაში ისინი შორს იკავებენ ბოლო ადგილს. ცოტა ხნის წინ, ფოლადი დატიტანის შენადნობები. თუმცა ზოგიერთ შემთხვევაში ორგანიზმი უარყოფდა ამ ლითონებს, რის მიმართაც ალერგიული რეაქცია ჩნდებოდა. თანამედროვე მედიცინა იყენებს ცირკონიუმის და ტიტანის შენადნობებს კავები, ფირფიტები, იმპლანტები, პროთეზები და მათი ფიქსაციის მექანიზმები.

რადგან ეს ლითონი და მისი ნაერთები არ აღიზიანებს ძვლებს და მიმდებარე რბილ ქსოვილებს, იგი წარმატებით გამოიყენება სამკაულების წარმოებაში. მაგალითად, ცირკონიუმის საყურეები არ იწვევს ალერგიულ რეაქციას და კურნავს ჭრილობას ყურის ბიბილოზე ოქროზე უარესი.

ენერგომოხმარება

ალუმინის და ცირკონიუმის შენადნობას აქვს მრავალი დადებითი თვისება და ამიტომ წარმატებით გამოიყენება ენერგეტიკულ ინდუსტრიაში. ფაქტია, რომ ფოლადის და სპილენძის მავთულები საკმაოდ დიდს იწონის და ხშირად ძველი საყრდენები ვერ უძლებენ ასეთ დატვირთვას. 1960 წელს, იაპონიაში, მეცნიერთა ჯგუფმა დაამზადა ალუმინის და ცირკონიუმის შენადნობების სერია. მათ დაადგინეს, რომ ასეთი მასალის გამოყენება შეიძლება დიდი ხნის განმავლობაში მაღალ ტემპერატურაზე (150-230 ° C) და ამავე დროს ის საკმაოდ მსუბუქი იქნება. ეს საშუალებას აძლევს მას გამოიყენოს მაღალი ტემპერატურის მავთულის წარმოებისთვის. ეს ზრდის ელექტრო ქსელების საიმედოობასა და ეფექტურობას.

ცირკონიუმის ნაერთებისა და შენადნობების სხვა გამოყენება

ბევრ ანტიპერსპირანტში შეგიძლიათ იპოვოთ ისეთი კომპონენტი, როგორიცაა ალუმინის ცირკონიუმ ტეტრაქლოროჰიდრექსი. ეს არის ქიმიური ნაერთი, რომელიც შთანთქავს ოფლს და მის სუნს. მეცნიერებმა დაადგინეს, რომ ეს ასე არ არისშეიწოვება კანში და, შესაბამისად, არ შეიძლება ზიანი მიაყენოს ჯანმრთელობას. ამის მიუხედავად, ალუმინის ცირკონიუმ-ტეტრაქლოროჰიდრექსგლიცინი აკრძალულია ევროკავშირსა და აშშ-ში.

ცირკონიუმის ოქსიდი გამოიყენება ელექტროკორუნდის დასამზადებლად. იგი მიიღება დახრილ ელექტრო ღუმელებში დნობით. ცირკონიუმის ელექტროკორუნდი საკმაოდ ძლიერი გამოდის და იძლევა მასალების დამუშავების დიდი შეკვრის ძალით. ყველაზე ხშირად მას იყენებენ უხეში და უხეში დასაფქვავად.

ზოგადად, უნდა აღინიშნოს, რომ ცირკონიუმს და მის შენადნობებს აქვთ მაღალი დნობის წერტილი, ქიმიური წინააღმდეგობა და თერმული გაფართოების დაბალი კოეფიციენტი. სწორედ ამიტომ იგი აქტიურად გამოიყენება მრავალფეროვან სფეროებში.