Цирконий что за металл. Основные отличия циркона и циркония. Лечебные свойства циркония

Общие сведения и методы получения

Цирконий Zr - металл светло-серого цвета в компактном состояния и темно-серого в порошкообразном.

Открыт в 1789 г. немецким химиком Клапротом в минерале цирконе. Металлический цирконий впервые получен в 1824 г. шведским химиком Берцелиусом путем восстановления фторцирконата калия натрием. Чис­тый пластичный цирконий был получен лишь в 1925 г. термической дис­социацией иодида циркония по методу, предложенному голландскими учеными Ваи Аркелем и Де Буром. Начало промышленного производст­ва ковкого циркония относится к 50-м годам нашего столетия. Свое на­звание цирконий получил по минералу циркону.

Способы получения циркония подразделяются на две группы.

1. Металлотермическое восстановление:

а) восстановление фторцирконата калия KzZrFe натрием (калием) и фторида циркония кальцием;

б) восстановление четыреххлористого циркония магнием и натрием;

в) восстановление диоксида циркония кальцием или гидратом каль-
ция.

2. Электролиз расплавленных сред.

Ковкий цирконий получают восстановлением четыреххлористого цир­кония магнием и путем электролиза.

Цирконий, используемый в виде порошка, получают восстановлением фторцирконата калия натрием и восстановлением Zr 0 2 кальцием или его гидридом.

Цирконий высокой чистоты может быть получен термической диссо­циацией паров иодида циркония.

Подавляющую часть циркония для превращения его в пластичный компактный металл плавят в вакуумных дуговых печах с расходуемым электродом. При плавке происходят дегазация металла, в частности уда­ление водорода, и испарение некоторых элементов. Для повышения од­нородности состава проводят дуговой переплав.

Цирконий повыш-енной чистоты получают электронно-лучевой плав­кой. Относительно небольшие количества циркония и сплавов на его ос­нове превращают в компактный металл методом порошковой металлур­гии. Исходный порошок циркония высокой чистоты получают электро­лизом, а также измельчением циркониевой губки в атмосфере аргона.

Цирконий кальциетермический производят в виде порошка, который имеет серовато-черный цвет и предназначен в основном для электрова­куумной промышленности. Содержание циркония (общ.)-ие менее 98,0%, циркония (активн.)-не менее 92%; содержание примесей, %,

не более: 0,05 Fe ; 0,05 Са; 0,003 О. Влажность порошка >15 %. По­ставляется порошок в полиэтиленовых мешках массой до 3 кг, кото­рые помещаются в металлические банки.

Цирконий натриетермический - металлический порошок, получае­мый восстановлением фторцирконата калия натрием. Общее содержа­ние циркония 92-94 %, примесей, %, не более: 0,3 Fe , 0,15 Са, 0,15 Mg . Влажность порошка »14%. Поставляется в полиэтиленовых мешках или банках массой не более 3 кг, которые помещают в железные ко­робки.

Физические свойства

Атомные характеристики. Атомный номер 40, атомная масса 91,22 а. е. м., атомный объем 13,97*10 -6 м 3 /моль, атомный радиус 0,159 нм, ионный радиус 0,082 нм. Первый потенциал ионизации 6,84 эВ. Электроотрица-телыюсть 1,4.

Цирконий существует в двух аллотропических модификациях: до 860°С а-цирконий с гексагональной плотноупакованной кристаллической решеткой, имеющей периоды: а = 0,3223 нм; с = 0,5147 нм; координаци­онное число 6; 6; выше 862 °С - В-цирконий с о. ц. к. решеткой, имеющей период <з = 0,361 нм. Строение внешних электронных оболочек 4 p 2 4 d 2 .

Энергия кристаллической решетки 584 мкДж/кмоль. Эффективное поперечное сечение захвата тепловых нейтронов 0,18*10- 28 м 2 .

Химические свойства

Нормальный электродный потенциал реакции Zr -4 e =<= tZr 4 + ср 0 =-1,5 В. В соединениях проявляет степень окисления +4.

При комнатной температуре цирконий обладает высокой коррозион­ной стойкостью на воздухе и во многих агрессивных средах.

Компактный цирконий при нагреве до 400-600 °С покрывается плен­кой оксида. Цирконий в виде порошка при обычной температуре может воспламеняться на воздухе.

Электрохимический эквивалент 0,2363 мг/Кл.

При температуре выше 600-700 °С цирконий активно взаимодейст. вует с кислородом и азотом, образуя Zr 0 2 и ZrN , характеризующиеся тугоплавкостью и высокой твердостью. При 300-1000 "С цирконий быст­ро адсорбирует водород, при этом он становится хрупким, более твер­дым; магнитная восприимчивость при насыщении водородом снижается. При 1200-1300 "С в условиях высокого вакуума водород может быть удален. При реакции с углекислым газом образуются оксиды и карби­ды циркония, при реакции с парами воды при температуре около 300 °С - оксиды и гидриды.

Цирконий обладает высокой коррозионной стойкостью в серной, соля­ной и азотной кислотах до 100°С, а также в растворах щелочей (едко­го натра, едкого кали) и аммиака; хорошо растворяется в плавиковой и кипящей серной кислотах. При 200-400 °С цирконий взаимодействует с галогенами, образуя тетрагалогениды, при этом активность га а тогенов по отношению к цирконию уменьшается с возрастанием атомного номера галогена. Со фтором цирконий реагирует при комнатной температуре, при этом образуется фторид циркония (ZrF 4); взаимодействие с хлором начинается при 200-400 °С, в результате чего образуется хлорид цир­кония (ZrCl 4).

Изоморфные металлы, как правило, образуют с обеими модификация­ми циркония непрерывные или ограниченные ряды твердых растворов. Непрерывные ряды твердых растворов с обеими модификациями обра­зуются в системах Zr - Ti , Zr - Hf , Zr - Se и др., с высокотемпературной 6-модификацией - в системах Zr - Та, Zr - Nb . При взаимодействии цир­кония со многими переходными металлами - ванадием, хромом, молиб­деном, вольфрамом, рением, никелем, железом - образуются ограничен­ные твердые растворы и химические соединения. В соответствующих системах наблюдаются эвтектические и эвтектоидные превращения.

Растворимость бериллия, алюминия, индия в a - Zr при комнатной тем. пературе не превышает десятых долей процента.

Технологические свойства

Цирконий поддается горячей и холодной обработке всех видов. Примеси особенно кислород и азот, ухудшают способность к деформации. Поэтому обработку давлением ведут в защитной атмосфере, которая предохраня­ет от возможного окисления и азотирования. Максимальные обжатия при холодной обработке 70-80 %. Температура прокатки и ковки - до

Механическая обработка производится твердосплавным инструмен­том. Прн грубой обработке скорость резания 36,5 м/мин, подача за один оборот 0,25 мм. Во избежание воспламенения стружки при перегреве следует пользоваться острым, хорошо отполированным инструментом, применяя обильное охлаждение.

Температура начала рекристаллизации циркония, очищенного зоиной плавкой, составляет 270°С.

Сварку циркония осуществляют в инертной атмосфере (аргон, гелий) способом аргоно-дуговой сварки. Возможна стыковая сварка, а в ряде случаев сварка давлением. Крупные детали, а также детали сложной формы после сварки отжигают при 800 °С.

Пайку производят твердыми припоями в атмосфере инертных газов.

Области применения

Цирконий и его сплавы применяют в атомной энергетике, металлургия, машиностроении, электронике, производстве огнеупоров н т. д.

В атомной энергетике цирконий благодаря высоким коррозионным свойствам, малому поперечному сечению захвата тепловых нейтронов, хорошим механическим свойствам и высокой жаропрочности использу­ют для оболочек тепловыделяющих элементов (твэлов).

В металлургии этот элемент используют для раскисления стали, мо­дифицирования чугуна. Его вводят в качестве легирующей добавки в специальные стали (нержавеющие, жаропрочные) в виде ферросилико-циркоиия (40-45 % Zr ; 20-24 % Si , остальное железо). Кроме того, цирконий входит в состав цветных сплавов на основе магния, титана, меди, никеля, свинца н др., куда его добавляют для повышения механи­ческих и других специальных свойств.

В машиностроении перспективно использование циркония для изго­товления центрифуг, насосов, конденсаторов, испарителей, поршней, ша­тунов, тяг, лопастей турбин и др.

В электронике цирконий применяют для производства электровакум-ных приборов в целях поддержания высокого вакуума (этот элемент хорошо поглощает газы). В медицинской промышленности цирконий слу­жит для изготовления зажимов, штифтов и др.

Благодаря низкой температуре воспламенения и высокой скорости сгорания цирконий используют в пиротехнике, а также для фотовспы­шек.

Циркон, не содержащий железа, применяют в производстве огнеупо­ров, используемых для футеровки металлургических и стекловаренных печей, а также в производстве строительной керамики, эмалей, глазурей, абразивов, специальных стекол, хрусталя.

Диоксид и диборид циркония используют в качестве керамических по­крытий (керметы, обладающие высокой твердостью и стойкостью в ряде агрессивных сред и выдерживающие кратковременный нагрев до 2750 °С). Соединения циркония применяют в качестве защитных покры­тий сплавов, работающих при высоких температурах, для обработки тканей с целью придания им водоотталкивающих и огнезащитных свойств, в производстве красителей, а также в фармацевтической и парфюмерной отраслях промышленности. Сверхпроводящие сплавы с цирконием - перспективные материалы для магнитов в магнитогидродинамнческих генераторах и термоядерных установках.

В 1789 г. член Берлинской академии наук Мартин Генрих Клапрот опубликовал результаты анализа драгоценного камня, привезенного с берегов Цейлона. В ходе этого анализа было выделено вещество, которое Клапрот назвал цирконовой землей. Происхождение этого названия объясняют по-разному. Одни находят его истоки в арабском слове «заркун», что значит минерал, другие считают, что слово «цирконий» произошло от двух персидских слов «цар» – золото и «гун» – цвет (из-за золотистой окраски драгоценной разновидности циркона – гиацинта).

Как получали и получают цирконий

Выделенное Клапротом вещество не было новым элементом, но было окислом нового элемента, который впоследствии занял в таблице Д.И. Менделеева сороковую клетку. Пользуясь современными символами, формулу вещества, полученного Клапротом, записывают так: ZrO 2 .

Через 35 лет после опытов Клапрота известнейшему шведскому химику Йенсу Якобу Берцелиусу удалось получить металлический цирконий. Берцелиус восстановил фторцирконат калия металлическим натрием:

К 2 + 4Na → Zr + 2KF + 2NaF

и получил серебристо-серый металл.

Цирконий, образовавшийся в результате этой реакции, был хрупким из-за значительного содержания примесей. Металл не поддавался обработке и не смог найти практического применения. Но можно было предположить, что очищенный цирконий, подобно многим другим металлам, окажется достаточно пластичным.

В XIX и начале XX в. многие ученые пытались получить чистый цирконий, но все попытки долгое время заканчивались неудачей. Не помог испытанный алюмотермический метод, не привели к цели опыты, авторы которых стремились получить металлический цирконий из растворов его солей. Последнее объясняется в первую очередь высоким химическим сродством циркония к кислороду.

Для того чтобы можно было получить какой-либо металл электролизом из раствора его соли, этот металл должен образовывать одноатомные ионы. А цирконий таких ионов не образует. Сульфат циркония Zr(SO 4) 2 , например, существует только в концентрированной серной кислоте, а при разбавлении начинаются реакции гидролиза и комплексообразования. В конечном счете получается:

Zr(SO 4) 2 + Н 2 О → (ZrO)SO 4 + H 2 SO 4 .

В водном растворе гидролизуется и хлористый цирконий:

ZrCl 4 + Н 2 О → ZrOCl 2 + 2HCl.

Некоторые исследователи считали, что им удалось-таки получить цирконий электролизом растворов, но они были введены в заблуждение видом продуктов, осевших на электродах. В одних случаях это были действительно металлы, но не цирконий, а никель или медь, примеси которых содержались в циркониевом сырье; в других – внешне похожая на металл гидроокись циркония.

Лишь в 20-х годах нашего столетия (через 100 лет после того, как Берцелиус получил первые образцы циркония!) был разработан первый промышленный способ получения этого металла.

Это метод «наращивания», разработанный голландскими учеными ван Аркелем и де Буром. Суть его заключается в том, что летучее соединение (в данном случае тетрайодид циркония ZrI 4) подвергается термическому распаду в вакууме и на раскаленной нити вольфрама откладывается чистый металл.

Этим способом был получен металлический цирконий, поддающийся обработке – ковке, вальцовке, прокатке – примерно так же легко, как медь.

Позже металлурги обнаружили, что пластические свойства циркония зависят главным образом от содержания в нем кислорода. Если в расплавленный цирконий проникнет свыше 0,7% кислорода, то металл будет хрупким из-за образования твердых растворов кислорода в цирконии, свойства которых сильно отличаются от свойств чистого металла.

Метод наращивания получил сначала некоторое распространение, но высокая стоимость циркония, полученного этим методом, сильно ограничивала области его применения. А свойства циркония оказались интересными. (О них ниже.) Назрела необходимость в разработке нового, более дешевого способа получения циркония. Таким методом стал усовершенствованный метод Кролля.

Метод Кролля позволяет получать цирконий при вдвое меньших затратах, чем по методу наращивания. Схема этого производства предусматривает две основные стадии: двуокись циркония хлорируется, а полученный четыреххлористый цирконий восстанавливается металлическим магнием под слоем расплавленного металла. Конечный продукт – циркониевая губка переплавляется в прутки и в таком виде направляется потребителю.

Двуокись циркония

Пока ученые искали способ получения металлического циркония, практики уже начали применять некоторые из его соединений, в первую очередь двуокись циркония. Свойства двуокиси циркония в значительной мере зависят от того, каким способом она получена. ZrO 2 , образующаяся при прокаливании некоторых термически нестойких солей циркония, нерастворима в воде. Слабо прокаленная двуокись хорошо растворяется в кислотах, но, сильно прокаленная, она становится нерастворимой в минеральных кислотах, исключая плавиковую.

Еще одно интересное свойство: сильно нагретая двуокись циркония излучает свет настолько интенсивно, что ее можно применять в осветительной технике. Этим ее свойством воспользовался известный немецкий ученый Вальтер Герман Нернст . Стержни накаливания в лампе Нернста были изготовлены из ZrO 2 . В качестве источника света раскаленная двуокись циркония иногда и сейчас служит при лабораторных опытах.

В промышленности двуокись циркония первыми применили силикатные производства и металлургия. Еще в начале нашего века были изготовлены цирконовые огнеупоры, которые служат в три раза дольше обычных. Огнеупоры, содержащие добавку ZrO 2 , позволяют провести до 1200 плавок стали без ремонта печи. Это много.

Цирконовые кирпичи потеснили шамот (широко распространенный огнеупорный материал на основе глины или каолина) при выплавке металлического алюминия, и вот почему. Шамот сплавляется с алюминием, и на его поверхности образуются наросты шлака, которые надо периодически счищать. А цирконовые кирпичи расплавленным алюминием не смачиваются. Это позволяет печам, футерованным цирконом, непрерывно работать в течение десяти месяцев.

Значительные количества двуокиси циркония потребляют производства керамики, фарфора и стекла.

Список отраслей промышленности, нуждающихся в двуокиси циркония, можно было бы продолжить еще и еще. Но посмотрим, на что пригодился металлический цирконий, который так долго не удавалось получить.

Цирконий и металлургия

Самым первым потребителем металлического циркония была черная металлургия. Цирконий оказался хорошим раскислителем. По раскисляющему действию он превосходит даже марганец и титан. Одновременно цирконий уменьшает содержание в стали газов и серы, присутствие которых делает ее менее пластичной.

Стали, легированные цирконием, не теряют необходимой вязкости в широком интервале температур, они хорошо сопротивляются ударным нагрузкам. Поэтому цирконий добавляют в сталь, идущую на изготовление броневых плит. При этом, вероятно, учитывается и тот факт, что добавки циркония положительно сказываются и на прочности стали. Если образец стали, не легированной цирконием, разрушается при нагрузке около 900 кг, то сталь той же рецептуры, но с добавкой всего лишь 0,1% циркония выдерживает нагрузку уже в 1600 кг.

Значительные количества циркония потребляет и цветная металлургия. Здесь его действие весьма разнообразно. Незначительные добавки циркония повышают теплостойкость алюминиевых сплавов, а многокомпонентные магниевые сплавы с добавкой циркония становятся более коррозионно-устойчивыми. Цирконий повышает стойкость титана к действию кислот. Коррозионная стойкость сплава титана с 14% Zr в 5%-ной соляной кислоте при 100°C в 70 раз (!) больше, чем у технически чистого титана. Иначе влияет цирконий на молибден. Добавка 5% циркония удваивает твердость этого тугоплавкого, но довольно мягкого металла.

Есть и другие области применения металлического циркония. Высокая коррозийная стойкость и относительная тугоплавкость позволили использовать его во многих отраслях промышленности. Фильеры для производства искусственного волокна, детали горячей арматуры, лабораторное и медицинское оборудование, катализаторы – вот далеко не полный перечень изделий из металлического циркония.

Однако не металлургия и не машиностроение стали основными потребителями этого металла. Огромные количества циркония потребовались ядерной энергетике.

Проблема циркония «реакторной чистоты»

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.

Цирконий, воздух и вода

В предыдущих главах почти ничего не рассказано о химических свойствах элемента №40. Главная причина этого – нежелание повторять многие статьи и монографии об элементах-металлах. Цирконий – типичнейший металл, характерный представитель своей группы (и подгруппы) и своего периода. Ему свойственна довольно высокая химическая активность, которая существует, однако, в скрытой форме.

О причинах этой скрытности и отношении циркония к воде и компонентам воздуха стоит рассказать подробнее.

Компактный металлический цирконий внешне очень похож на сталь. Он ничем не проявляет своей химической активности и в обычных условиях по отношению к атмосферным газам ведет себя исключительно инертно. Кажущаяся химическая пассивность циркония объясняется довольно традиционно: на его поверхности всегда есть невидимая окисная пленка, предохраняющая металл от дальнейшего окисления. Чтобы полностью окислить цирконий, надо повысить температуру до 700°C. Только тогда окисная пленка частично разрушится, а частично растворится в металле.

Итак, 700°C – тот температурный предел, за которым кончается химическая стойкость циркония. К сожалению, и эта цифра слишком оптимистична. Уже при 300°C цирконий начинает более активно взаимодействовать с кислородом и другими компонентами атмосферы: водяными парами (образуя двуокись и гидрид), с углекислым газом (образуя карбид и двуокись), с азотом (продукт реакции – нитрид циркония). Но при температурах ниже 300°C окисная пленка – надежный щит, гарантирующий высокую химическую стойкость циркония.

Иначе, чем компактный металлический цирконий, ведут себя на воздухе его порошок и стружка. Это пирофорные вещества, которые легко самовозгораются на воздухе даже при комнатной температуре. При этом выделяется много тепла. Циркониевая пыль в смеси с воздухом способна даже взрываться.

Интересно отношение циркония к воде. Явные признаки взаимодействия металла с водой долгое время не видны. Но на поверхности смоченного водой циркония происходит не совсем обычный для металлов процесс. Как известно, многие металлы под действием воды подвергаются гальванической коррозии, которая заключается в переходе их катионов в воду. Цирконий же и под действием воды окисляется и покрывается защитной пленкой, которая в воде не растворяется и предотвращает дальнейшее окисление металла.

Перевести ионы циркония в волу проще всего растворением некоторых его солей. Химическое поведение четырехвалентного иона циркония в водных растворах очень сложно. Оно зависит от множества химических факторов и процессов, протекающих в водных растворах.

Существование иона Zr +4 «в чистом виде» маловероятно. Долгое время, считали, что в водных растворах цирконий существует в виде ионов цирконила ZrO +2 . Более поздние исследования показали, что в действительности в растворах кроме цирконил-ионов присутствует большое число различных комплексных – гидратированных и гид-ролизованных – ионов циркония. Их общая сокращенная формула (4p –m )+ .

Такое сложное поведение циркония в растворе объясняется большой химической активностью этого элемента. Препаративный цирконий (очищенный от ZrO 2) вступает во множество реакций, образуя простые и сложные соединения. «Секрет» повышенной химической активности циркония кроется в строении его электронных оболочек. Атомы циркония построены таким образом, что им свойственно стремление присоединить к себе как можно больше других ионов; если таких ионов в растворе недостаточно, то ионы циркония соединяются между собой и происходит полимеризация. При этом химическая активность циркония утрачивается; реакционная способность полимеризованных ионов циркония намного ниже, чем неполимеризованных. При полимеризации уменьшается и активность раствора в целом.

Такова в общих чертах «визитная карточка» одного из важных металлов нашего времени – элемента №40, циркония.

«Несовершенные алмазы»

В средние века были хорошо известны ювелирные украшения из так называемых несовершенных алмазов. Несовершенство их заключалось в меньшей, чем у обычного алмаза, твердости и несколько худшей игре цветов после огранки. Было у них и другое название – матарские (по месту добычи – Матаре, району острова Цейлон). Средневековые ювелиры не знали, что используемый ими драгоценный минерал – это монокристаллы циркона, основного минерала циркония. Циркон бывает самой различной окраски – от бесцветного до кроваво-красного. Красный драгоценный циркон ювелиры называют гиацинтом. Гиацинты известны очень давно. По библейскому преданию, древние первосвященники носили на груди 12 драгоценных камней и среди них гиацинт.

Редкий ли?

В виде различных химических соединений цирконий широко распространен в природе. Его содержание в земной коре довольно велико – 0,025%, по распространенности он занимает двенадцатое место среди металлов. Несмотря на это, цирконий пользуется меньшей популярностью, чем многие из действительно редких металлов. Это произошло из-за крайней рассеянности циркония в земной коре и отсутствия крупных залежей его природных соединений.

Природные соединения циркония

Их известно более сорока. Цирконий присутствует в них в виде окислов или солей. Двуокись циркония, бадделеит ZrO 2 , и силикат циркония, циркон ZrSiO 4 имеют наибольшее промышленное значение. Самые мощные из разведанных залежей циркона и бадделеита расположены в США, Австралии, Бразилии. Индии, Западной Африке.

СССР располагает значительными запасами цирконового сырья, находящимися в различных районах Украины, Урала и Сибири.

PbZrO 3 – пьезоэлектрик

Пьезокристаллы нужны для многих радиотехнических приборов: стабилизаторов частот, генераторов ультразвуковых колебаний и других. Иногда им приходится работать в условиях повышенных температур. Кристаллы цирконата свинца практически не изменяют своих пьезоэлектрических свойств при температуре до 300°C.

Цирконий и мозг

Высокая коррозийная стойкость циркония позволила применить его в нейрохирургии. Из сплавов циркония делают кровоостанавливающие зажимы, хирургический инструмент и иногда даже нити для наложения швов при операциях мозга.

Цирконий - редкий и нераспространенный металл
и опаснейший драгоценный камень в оксиде и соли
Токсические и ядовитые камни и минералы

Цирконий (Zr) - элемент с атомным номером 40 и атомным весом 91,22. Является элементом побочной подгруппы четвертой группы, пятого периода периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева. "Генератор" гладиаторских боев в "цирке" - амфитеатре.

Цирконий в свободном состоянии при нормальных условиях представляет собой блестящий серебристо-белый металл плотностью 6,45 г/см3. Чистый, не содержащий примесей цирконий очень пластичен и с легкостью поддается холодной и горячей обработке. Как и многие другие металлы, включая своего соседа по группе - титан, цирконий, содержащий примеси неметаллов (особенно кислорода – опаснейший совместно с радиацией как примесь к цирконию), резко ухудшает свои механические свойства.

Например, для работы ядерного ускорителя (синхрофазатрона) необходимо, чтобы в расщепляющихся материалах такие "опасные" примеси, как бор, кадмий и другие, содержались в количествах, не превышающих миллионных долей процента. Чистый цирконий - один из лучших конструкционных материалов для атомных реакторов - становится совершенно непригодным для этой цели, если в нем содержится даже незначительная примесь гафния, который не имеет собственных минералов и в природе обычно сопутствует цирконию.

Науке известно пять природных изотопов циркония: 90Zr (51,46%), 91Zr (11,23%), 92Zr (17,11%), 94Zr (17,4%), 96Zr (2,8%). Из искусственно полученных радиоактивных изотопов циркония важнейшим является 95Zr, период полураспада которого 65 суток. Он нашел применение в качестве изотопного индикатора.

Одно из свойств металлического циркония - его высокая стойкость против коррозии в различных средах. Например, он не растворяется в азотной и соляной кислотах и в щелочах. На этом свойстве циркония основано легирование сталей цирконием. Так многокомпонентные магниевые сплавы с добавкой циркония становятся более коррозионно-устойчивыми. Цирконий повышает стойкость титана к действию кислот.

Кроме того, стали, легированные цирконием, не теряют вязкости в широком интервале температур, они хорошо сопротивляются ударным нагрузкам. Повышается прочность легированных сталей. Добавка циркония к меди повышает ее прочность, почти не снижая электропроводность.

Сплав на основе магния с добавкой нескольких процентов цинка и всего нескольких десятых процента циркония вдвое прочнее чистого магния и не теряет прочности при 200 o C. Качество алюминиевых сплавов также значительно повышается при добавлении к ним циркония.

Цирконий почти не захватывает медленные (тепловые) нейтроны. Именно на этом его свойстве в сочетании с высокой стойкостью против коррозии и агрессивных сред, механической прочностью при повышенных температурах основано его и сплавов на его основе активное использование в конструировании энергетических атомных реакторов.

При производстве сталей присадки циркония служат для удаления из нее кислорода, азота, серы. Также цирконий используется в качестве легирующего компонента некоторых броневых, нержавеющих и жаропрочных сталей.

На таком известном свойстве циркония, как поглощение газов в нагретом состоянии, основано его применение при спекании порошков металлов, а также в электровакуумной технике. Так при температуре 300 o C цирконий поглощает водород, а при 400 o C и выше взаимодействует с кислородом и азотом.

Биологические свойства

Напрямую цирконий играет важные биологические роли в жизнедеятельности человеческого организма. Он является биоэлементом, входит в структурный материал клеток - является жизненно важным микроэлементом (это мало кто знает). Это связано со слабой изученностью всех свойств данного металла, ведь постепенно, год за годом, цирконий раскрывает все новые и новые качества, связанные с влиянием этого элемента на организм и здоровье людей.

В настоящее время в клиниках травматологии и челюстно-лицевой хирургии для лечения множественных переломов костей применяется метод фиксаторов (имплантантов), которые фиксируют обломки костей совершенно, исключая сдвиги, что способствует срастанию костных тканей и заживлению послеоперационной раны.

В практике производители имплантантов применяют для изготовления пластин и винтов нержавеющую сталь и титановые сплавы.

Использование медицинских имплантантов из циркониевых сплавов предоставляет ряд преимуществ: высокая коррозионная стойкость материала; отличная биологическая совместимость (отсутствие аллергических реакций и отторжения), благодаря которой, отпала необходимость в повторном хирургическом вмешательстве для извлечения имплантантов; высокие прочностные свойства циркониевых сплавов. Относительно невысокая плотность сплава позволяет облегчить конструкцию имплантанта; пластичность обеспечивает точную подгонку гибом имплантанта по контуру кости.

Перечень инструментов и имплантантов для челюстно-лицевой хирургии и нейрохирургии весьма широк: более двух десятков видов пластин и скоб, кортикальные винты для крепления, кровоостанавливающие зажимы, сверла и нити для наложения швов при операциях мозга!

Цирконий, как и его сплавы, не обладает раздражающим действием на окружающие мягкие ткани и кость, совместим с биологическими тканями, оказывает особое влияние на них. Медики установили, что ношение сережек из циркония заживление ранки мочки уха после прокалывания происходит на 2-3 дня раньше, чем при ношении сережек из золота (амальгамы золота – с ртутью, загнивание уха). Кроме того, люди, носящие бижутерию, изготовленную с применением циркония или цирконов, отмечали некоторое улучшение общего состояния в целом (в т.ч. плацебо).

Опыты дали незначительные положительные результаты при лечении циркониевыми браслетами, поясами и пластинами кожных заболеваний: дерматитах, нейродерматитах, детских экземах, при заболеваниях опорно-двигательного аппарата, отделов позвоночника, артритах и артрозах обменного генеза, переломах верхних и нижних конечностей и других заболеваниях. Положительный эффект наблюдается более чем у 90% пациентов.

Как говорилось ранее - не все свойства этого действительно ценного металла раскрыты полностью. Скептическое отношение проявляется к таким изделиям из циркония, как браслеты или пояса, широко разрекламированные. Положительные результаты были получены у больных, страдающих аллергическими дерматитами; нейродермитами; дерматитами, связанными с воздействием вредных и агрессивных веществ; экземами.

У больных псориазом улучшение проявилось у 6% исследуемых. У пациентов страдающих заболеваниями опорно-двигательного аппарата улучшение наступало в 98% случаев! У гипертоников иногда слегка снижалось артериальное давление, уменьшились дозы принимаемых ими медикаментов.

Здоровая половина испытуемых не почувствовала каких-либо отрицательных влияний от ношения браслетов, но отметила улучшение общего состояния здоровья.

Таким образом, можно утверждать, что циркониевые браслеты и прочая бижутерия из этого металла, его сплавов и минералов не является панацеей от всех болезней, однако некоторый оздоровительный эффект на человеческий организм имеет (нужно учитывать радиоактивность).

Интересные факты

Средневековые ювелиры в королевской Испании использовали при создании украшений в единственном экземпляре (Испания, Запад Европы) так называемые "несовершенные алмазы " (испанский термин, на изображении представитель Испании стоит справа на переговорах с Россией - испанская форма одежды, короткий плащ, облегающие штаны до щиколоток и спрятанные под плащем т.н. испанские "круглые прорезные" штаны, ведутся переговоры о драгоценностях в огранке фасетами Испанской Короны , не ключник) – есть опаснейшие радиоактивные природные цирконы, часто аморфные и с нарушенной кристаллической решеткой, непрозрачные. Время переговоров - 1582 г. (РФ). Внимание!! Сегодня Россия огранила горный хрусталь (XXI в.).

Немногим визуально отличались эти "алмазы" от других драгоценных камней (сильный блеск радиоактивного мутного циркона играет злую шутку с потребителями этих камней) - мягче и может быть мутнее, что не позволяло ограненному камню сиять и переливаться внутри, как алмаз.

Были у этих камней и названия: матарские алмазы – по месту их добычи – местности Матаре (Маттураи) на острове Шри-Ланка. Жаргон или цейлонский жаргон - желтые, соломенно-желтые и дымчатые цирконы. Их также называют сиамскими алмазами.

Старлит или старлайт - циркон с природной или полученной после термохимической обработки небесно-голубой окраской.

Гиацинт - прозрачный медово-желтого, красно-коричневого, красно-бурого, красного, розового цветов циркон. Окраска этого камня напоминает гиацинт - цветок, выращенный, по древнегреческому мифу, Аполлоном из тела (или крови) прекрасного юноши Гиацинта, любимца Аполлона, убитого богом ветра Зефиром. Показанные на гравюре средневековые мастера неграмотные - они не знали, что работают с минералом циркония – монокристаллами циркона (Плиний Старший, "Естественная история").

Иван Грозный показывает сокровища Джерому Горсейю (не Испания). Художник А. Литовченко.

В середине 1560-х гг. Москва (РФ) предпринимала безуспешные попытки наладить поставки краденной поваренной соли (вместо угля для производства ртути) или ворованных цирконов из Мариуполя (розовового цвета) из Украины (Донецкая обл., г. Артемовск, солевые рудники галита, и Мариуполь Азовского побережья Украины) в Испанию, Нидерланды, Швецию, в государства Персидского залива или возобновить торговлю в Англии (кражи чертежей на ВАКе в г. Альмаден, Испания - не криминальные цирконы под запрещенную огранку ювелирами, "камни-убийцы").

Голландские купцы посылали корабли на Кольский полуостров, где нет угля антрацита, поваренной соли галита и тем более ювелирных цирконов. Англичане препятствовали коммерции, вплоть до физической расправы и подкупа властей. По сообщению Симона ван Салингена, такой случай произошел в 1565 г., когда в Печенгской губе были убиты 13 человек, заключивших сделку. Голландцы добивались расследования убийства и посылали представителя в Москву, "но посадник новгородский был подкуплен английской и армянской ("жидовской") компанией и друзьями убийц не пропускать его, чтобы таким образом жалоба на это убийство не дошла до Великого Князя (РФ), и чтобы не возникло бы для англичан какого-либо препятствия их торговле у Св. Николая, начатой за несколько лет перед тем". Все закончилось Архангельско-Северодвинской и Азовской военной операцией Петра I в XVII-XVIII в., расправой с проворовавшимися опальными стрельцами РФ и всевозможными пытками и казнями, прославленными в истории (РФ).

Цирконий имеет малое сечение захвата тепловых нейтронов. Поэтому металлический цирконий, не содержащий гафния, и его сплавы применяются в атомной энергетике для изготовления тепловыделяющих элементов, тепловыделяющих сборок и других конструкций ядерных реакторов. Так на американской атомной подводной лодке "Наутилус" был установлен реактор, полностью изготовленный из циркония. Позже выяснилось, что выгоднее делать из циркония оболочки топливных элементов (ТВЭЛов), а не стационарные детали активной зоны реактора.

Добавки циркония при легировании сталей увеличивают прочностные характеристики сплава. Так образцы сталей, не легированных цирконием разрушаются при нагрузке менее тонны, сталь того же состава, но с добавкой всего 0,1% циркония выдерживает нагрузку выше полутора тонн!

Технические условия на цирконий так называемой "реакторной чистоты" допускают присутствие в нем не больше 0,02% гафния. Но и такие гомеопатические дозы вечного спутника циркония довольно существенно - в шесть с половиной раз - снижают нейтронную прозрачность циркония!

Двуокись циркония обладает интересным свойством: сильно нагретая, она излучает свет настолько интенсивно, что может быть использована в осветительной технике. На основе этого явления сконструировали лампу, в которой стержни накаливания были изготовлены из двуокиси циркония.

Весьма интересное применение нашел тетрахлорид циркония. Электропроводность пластинки из этого вещества меняется в зависимости от давления, которое на нее действует. На этом принципе основана работа универсального манометра - прибора, измеряющего давление. При самом малом изменении давления меняется и сила тока в цепи прибора, шкала которого отградуирована в единицах давления. Такие манометры крайне чувствительны к изменениям давления, поэтому с их помощью можно определять давление от стотысячных долей атмосферы до тысяч атмосфер!

Дождевые плащи обязаны влагоотталкивающим свойствам солям циркония, которые входят в состав особой эмульсии для пропитки тканей. Соли циркония применяют для изготовления цветных (в палитрах CMYK и Pantone) типографских красок, специальных лаков, пластических масс. В качестве катализатора соединения циркония используют при производстве высокооктанового моторного топлива. Сернокислые соединения этого элемента славятся отличными дубильными свойствами.

Физические особенности природных цирконов.

Этот минерал содержит радиоактивные компоненты . С точки зрения физики кристаллов, правильными и безопасными с точки зрения уровня радиации (до 19-24 миллирентген/час) являются природные цирконы небольшого размера, относительно прозрачные, не зеленые и слабо окрашенные - они окрашены незначительным количеством соединений радиоактивных элементов или содержат их в небольших количествах.

Если цирконы окрашены интенсивно, они зеленые, непрозрачные или имеют крупные размеры , высока вероятность того, что это вызывает повышенный естественный уровень радиационного излучения природных цирконов (от 29-32 миллирентген/час и выше) - их категорически запрещается хранить в домашних коллекциях, подвергать серийной и промышленной огранке (особенно в домашних условиях и производственных помещениях, где работает большое количество персонала). Их категорически запрещается облучать и облагораживать в ядерных реакторах и перевозить в больших количествах (суммарно от 29-32 миллирентген/час и выше). Запрещена перевозка радиоактивных камней без знака "радиация" и без дополнительного декларирования на таможне ("радиоактивно").

История

На самом деле история известности циркония человечеству давняя - еще во времена господства Рима в Иудее (Израиле) первосвященники носили в украшениях гиацинт - кристаллы циркона (радиоактивный от посторонних примесей) - основного минерала циркония.

Этими кристаллами украшали изделия и средневековые ювелиры-убийцы на территории Испании и Западной Европы (убийственный камень судий – особенно зеленый, поражает жертв радиацией, "камень судий") – с целью краж чертежей и научных разработок на ВАКе. Они перекочевали в Россию и далее – в Украину, США и др. страны (интеграция XXI в.). Особую популярность украшения с цирконами приобрели в Индии в XV - XVI веках и в тридцатые годы XIX века (подмена одних личностей другими – женщинами, Тадж Махал).

Добывался минерал циркон, содержащий цирконий, на острове Цейлон, с которого впоследствии заезжие купцы контрабандой вывозили его в изобилии во многие страны (знаменитый "цветочек аленький" для купеческой дочки XVII-XVIII из русских народных сказок – бордовый циркон гиацинт).

Такую популярность кристаллы получили благодаря разнообразной окраске, имитирующей другие камни: от прозрачно-бесцветного (имитатор горного хрусталя) и бледного желто-коричневого (имитатор цитрина), переходящего в серо-зеленый (имитатор демантоида) до кроваво-красного (имитатор рубина и красной испанской Альмаденской киновари, опаснейшего ядовитого наркотического камня Западной Европы). И

менно вишнево-красный (бордовый) циркон ювелиры называли гиацинтом (старинное название - перадоль), считая его одной из разновидностей топаза или рубина, сходных с ним по химическому составу. Лишь в конце XVIII века гиацинт получил свое современное название - циркон Zr(SiO4), которое дал ему минералог Вернер.

Именно один из таких цирконов с Цейлона попал в руки М.Г. Клапрота, который украл сочинения древнего ученого Плиния Старшего на ВАКе (Италия, Везувий). Клапрот украл вещество, которое назвал "цирконовой землей". Это результат сплавления порошка циркона с едкой щелочью в специальном серебряном тигле, затем растворяют сплав в серной кислоте. Далее выделиляют из раствора кремнекислоту и железо, после чего получают кристаллы соли, а из них - окисел ("землю"), названную "циркония" (Zirconerde) – "земля цирка".

Есть и другая трактовка: "zar" ("цар") - золото и "gun" ("гун") - цвет, то есть дословно - "золотисто окрашенный". Другое предположение о происхождения названия отталкивается от арабского слова "zarkun" - киноварь, минерал. Как видите, слова похожи, а это значит, что именно от их значений происходит название металла.

Металлический циркон (с очень большой долей примесей) получил Й.Я. Берцелиус в 1824 году путем восстановления фтор-цирконат калия металлическим натрием:

К2(ZrF6) + 4Na → Zr + 2KF + 2NaF

В результате был получен серебристо-серый металл, который был настолько хрупким, что не поддавался механической обработке (ковке на наковальне в кузне). Причиной всему было большое содержание примесей. Вследствие чего применение данный элемент не получил. Долго ученые разных стран пытались решить проблему чистоты металла. Лишь в 1914 году удалось получить относительно чистый цирконий, а металл, поддающийся обработке (ковке, вальцовке, прокатке) примерно так же, как медь, смогли выделить лишь в 1925 году. Они отошли от традиционного и всеми используемого метода электролиза, воспользовавшись новым методом "наращивания", который заключался в том, что летучее соединение (в их случае это был тетрайодид циркония ZrI4) подвергалось термическому распаду в вакууме, а на раскаленной нити вольфрама оседал чистый металл.

Нахождение в природе

Цирконий – малораспространенный элемент: содержание его в земной коре составляет 0,025% по массе. Среди металлов по распространенности он занимает двенадцатое место. Цирконий сильно распылен и сколько-нибудь значительные скопления его встречаются редко.

Чаще всего его можно встретить в виде химических соединений, которые в свою очередь залегают в литосфере, ведь цирконий - литофильный элемент. В природе известны его соединения с кислородом в виде окислов и силикатов. Несмотря на то, что цирконий, рассеянный элемент, - насчитывается около 40 природных минералов, в которых цирконий присутствует в виде окислов или солей. Из-за такой рассеянности по породам и отсутствия залежей цирконий используется меньше, чем более редкие радиоактивные металлы. Этот металл является слабым водным мигрантом - в морской воде содержание циркония не превышает 0,00005 мг/л. В биологической среде он не распространен.

Минерал циркон. Кристаллы (~2 см) в мариуполите (кристаллический щит Украины).
Октябрьский м-в, Приазовье, юго-восток Украины. Фото А. Евсеев.

В природе распространены главным образом циркон ZrSiO4, в котором 67,1% ZrO2, бадделеит ZrO2 и различные сложные минералы: эвдиалит (Na,Ca)6ZrOH(Si3O9)2(OH,Cl)2 и др. На фото выше в мариуполите - розовый циркон.

Циркон - самый распространенный циркониевый минерал на Земле, известный с древнейших времен, когда его именовали гиацинт, азорит, ауэрбахит, энгельгардит и другими именами. Циркон является островным силикатом, встречается во всех типах пород, но наиболее характерен для гранитов и сиенитов. Минерал представляет собой хорошо образованные кристаллы, вид которых изменяется в зависимости от условий формирования, так в гранитах и гранитных пегматитах встречаются кристаллы длиннопризматического характера, а в щелочных и метасоматических породах - дипирамидального типа. Так же можно обнаружить "двойников", "коленчатых двойников", радиально-лучистые и сноповидные срастания.

Зачастую кристаллы имеют небольшие размеры (всего несколько миллиметров), но бывают и исключения массой в десятки и даже сотни грамм. На Мадагаскаре нередки находки весом в несколько килограмм. В Соединенных Штатах Америки в Смитсоновском институте хранятся несколько цирконов, привезенных с острова Шри-Ланка. Они различаются по цвету и массе: самый большой циркон – коричневый весит 118,1 карата; желто-коричневый 97,6; желтый 23,5, бесцветный 23,9. Там же можно увидеть большие кристаллы из Бирмы и Тайланда.

Зачастую цирконы содержат множество примесей: железо, алюминий, редкоземельные металлы, гафний, бериллий, уран и прочие. В связи с этим ученые выделяют несколько разновидностей циркона: малакон, цитролит, альвит, аршиновит и многие другие.

Минерал бадделеит, в отличие от циркона, был обнаружен сравнительно недавно - в 1892 году в Бразилии. Там же расположено основное месторождение этого минерала - Посус-ди-Калдас. Некоторые находки этого месторождения просто поражают - одна из глыб бадделеита, извлеченная из породы весила 30 тонн! Вдоль берегов рек и ручьев встречается бадделеит в виде аллювиальной гальки диаметром до 7,5 мм, которая содержит свыше 90% двуокиси циркония. За внешний вид галька была прозвана старателями "фавас", что по-португальски значит "боб " (fava).

Применение

Области применения циркония и содержащих его минералов крайне разнообразны, они связаны с отраслями высоких технологий и в то же время с производством самых обычных потребительских товаров.

Первым потребителем циркония стала металлургия - сначала черная, затем цветная. Это связано с рядом свойств сорокового элемента. Благодаря большому сродству к кислороду, азоту, сере и фосфору сплав циркония с железом и кремнием или с алюминием и кремнием применяют в качестве раскислителя и очистителя стали.

Цирконий используется в качестве легирующего элемента, ведь добавка его к другим металлам придает им особые свойства - жаропрочность, кислотоупорность и многие другие. Кроме вновь приобретенных свойств сплавы с цирконием повышают свою механическую прочность, что способствует увеличению их рабочего ресурса и расширению возможностей использования в различных областях. Стоит привести несколько примеров таких сплавов и области их применения.

Ферроцирконий (сплав циркония с железом), содержащий до 20% Zr, применяется в металлургии как раскислитель и дегазатор для стали. Химики и металлурги выяснили, что добавка циркония к железным сплавам, оказывает такое же влияние, как и введение в них кремния: улучшается качество нержавеющих и жароупорных сталей, повышается механическая прочность и свариваемость сталей.

Еще один сплав циркония, широко применяемый в черной металлургии наряду с ферроцирконием - сплав с кремнием. Этот сплав используют для дегазации сталей, ведь цирконий является энергичным раскислителем и рафинирующей добавкой, его введение быстро восстанавливает металлические окислы и удаляет азот.

Медноциркониевые сплавы используются для изготовления токопроводящих деталей электротехнической аппаратуры, нагревающихся во время работы. Введение циркония практически не влияет на высокую электропроводимость меди, но значительно повышает прочность и термостойкость сплава.

Сплавы магния с цирконием обладают хорошими механическими и физическими свойствами - считаются наиболее пригодными для конструкционных целей.

Сплавы алюминия с цирконием (до 3% Zr) являются коррозионноустойчнвыми, они находят свое применение в сетках катодных электровакуумных ламп.

Наибольшее значение цирконий, очищенный от гафния, приобрел в качестве конструкционного материала в ядерных реакторах. Высокая коррозионная устойчивость в сочетании с механической прочностью, высокой температурой плавления и малым эффективным поперечным сечением поглощения тепловых нейтронов позволили в последнее время широко использовать цирконий для покрытия тепловыделительных элементов (ТВЭЛов).

Низкий и равномерный коэффициент термического расширения, высокая сопротивляемость коррозии, а также высокая механическая прочность и химическая стойкость обусловили применение циркония для изготовления высококачественной химической аппаратуры, медицинского оборудования, имплантантов и нитей для нейрохирургии.

Изоляторы в высокочастотном оборудовании, изготовленные из материалов, содержащих цирконий, значительно снижают потери энергии.

Порошкообразный цирконий используется преимущественно при изготовлении осветительных ракет, детонаторов, снарядных взрывателей и дистанционных бомб.

Но все же большая часть добываемого циркониевого сырья (около 90%) используется в минеральной форме в виде циркона, который содержит до 66% диоксида циркония (ZrO2). Благодаря своим свойствам - высокая температура плавления (более 2700 o С), малый коэффициент термического расширения и стойкость к химическим воздействиям - ZrO2 стал применяться в самых разнообразных областях.

Он используется при получении термозащитных покрытий, высокоогнеупорных изделий, твердых электролитов, жаростойких эмалей, тугоплавких стекол, различных видов керамики, керамических пигментов, катализаторов, режущих инструментов и абразивных материалов, искусственных драгоценных камней. С бурным развитием современной электроники и компьютерной техники, а также различных средств связи, диоксид циркония начал применяться в волоконной оптике и производстве керамики, используемой в электронике.

Карбид циркония ZrC ввиду его большой твердости применяют в качестве шлифовального материала, а также для замены алмазов при резке стекла.

Производство

Главным сырьевым источником промышленного производства металлического циркония является минерал циркон ZrSiO4.

Основные методы получения металлического циркония можно разделить на три группы: 1) методы восстановления; 2) методы термической диссоциации и 3) электролитические методы.

Прежде всего, циркониевые руды проходят этап обогащения, для чего применяется гравитационный способ с очисткой концентрата электростатической и магнитной сепарацией. Металлический цирконий производят из его соединений, которые получают разложением концентрата. При этом возможны следующие варианты:

а) спекание с известью или карбонатом кальция с добавлением CaCl2 при температурах свыше 1100 o С:

ZrSiO4 + ЗСаО = CaZrO3 + Ca2SiO4

б) спекание с содой при температуре более 1000 o С или сплавление с едким натром (температура должна быть выше 500 o С):

ZrSiO4 + 2Na2CO3 = Na2ZrO3 + Na2SiO3 + 2CO2

Из сплава или спека (укр. яз. - жара, жар), произведенных щелочным вскрытием, прежде всего, убирают соединения кремния выщелачиванием водой или разбавленной соляной кислотой, после чего остаток разлагают соляной или серной кислотами. В результате получаются оксихлорид и сульфаты соответственно.

в) спекание с фторосиликатом калия при температурах близких к 1000 o С:

ZrSiO4 + K2SiF6 = K2ZrF6 + 2SiO2

Получившийся фторцирконатный спек прогревают и омывают подкисленной водой, фторцирконат калия переходит в воду, при охлаждении раствора большая часть (75-90%) его выделяется.

г) хлорирование с углем при температуре около 1000 o С, при этом возможна предварительная карбидизация при температуре от 1700 до 1800 o С, предназначенная для удаления большей части кремния в виде легколетучего оксида (SiO). В результате получается хлорид циркония ZrCl4, который возгоняется и усиливается.

Из полученных кислых растворов выделяются соединения циркония по следующим методам:

а) гидролитическое осаждение основных сульфатов циркония хZrO2 * ySO3 * zH2O из сернокислых или солянокислых растворов;

б) кристаллизация оксихлорида циркония ZrOCl2 * 8H2O при выпаривании солянокислых растворов;

в) кристаллизация сульфата циркония Zr(SO4)2 при добавлении концентрированной серной кислоты или при выпаривании сернокислых растворов. В результате прокаливания сульфатов и хлоридов получают ZrO2.

Все соединения циркония, полученные из концентратов, содержат гафний. Очищение циркония от него - трудоемкий и дорогостоящий процесс. Цирконий отделяется от постоянного спутника фракционной кристаллизацией K2ZrF6, экстракцией из кислых растворов органических растворителями (например, трибутилфосфатом), ионообменными методами, избирательным восстановлением тетрахлоридов (ZrCl4 и HfCl4).

Существует метод "наращивания", разработанный голландскими учеными ван Аркелем и де Буром. Он заключается в том, что летучее соединение (тетрайодид циркония ZrI4) подвергается термическому распаду в вакууме и на раскаленной нити вольфрама откладывается чистый металл.

В двадцатых годах XX века этот метод был распространен, но высокая стоимость циркония, полученного этим методом, ограничивала области его применения. Поэтому появилась необходимость в разработке нового, более дешевого способа получения циркония. Таким способом стал усовершенствованный метод Кроля. Схема этого производства предусматривает две основные стадии: двуокись циркония хлорируется, а полученный четыреххлористый цирконий восстанавливается металлическим магнием под слоем расплавленного металла. Конечный продукт - циркониевая губка переплавляется в прутки и в таком виде направляется потребителю (на профессиональном жаргоне это назвыется "химический булат").

Физические свойства

В свободном металлическом виде цирконий был выделен в 1824 году шведским химиком Иенсом Берцелиусом. Получить элемент высокой степени чистоты не удавалось в течение долгих десятилетий, именно поэтому изучить физические свойства этого металла не представлялось возможным. Только в середине XX века ученым удалось получить цирконий свободный от примесей. Выяснилось, что в цирконии, порой в очень больших количествах, присутствует гафний - постоянный спутник этого металла, который ранее не был замечен из-за сходных с цирконием химических свойств.

Чистый цирконий имеет облик металла - блестящий серебристо-серый цвет, напоминающий сталь, но отличающийся от нее большей прочностью и пластичностью. Причем последнее качество, как заметили металлурги, напрямую зависит от количества содержащегося в цирконии кислорода. Так, если в расплавленный жидкий цирконий попадает более 0,7% кислорода, то металл будет хрупким из-за образования твердых растворов кислорода в цирконии, свойства которых сильно отличаются от свойств чистого металла. Такое же действие оказывают примеси азота, углерода и водорода. Плотность чистого циркония при 20 o C составляет 6,45 г/см3, твердость по Бринеллю 640-670 Мн/м2 или 64-67 кгс/мм2. На твердость большое влияние имеет присутствие примесей (особенно кислорода), которые повышают твердость циркония, снижая его хрупкость. Так при содержании кислорода более 0,2% цирконий не поддается холодной обработке давлением. Предел прочности циркония при растяжении 253 Мн/м2 или 25,3 кгс/мм2, модуль упругости при 20 o С = 97 Гн/м2 или 9700 кгс/мм2.

Цирконий - металл высоких температур: температура плавления (tпл) высокочистого циркония 1845 o C, температура кипения (tкип) 3580-3700 o C. Двуокись же циркония ZrO2 - одно из самых тугоплавких веществ природы. Она плавится при температуре 2680 o С! Такие свойства металла и его диоксида обусловили их применение в металлургии: легирование жаропрочных и жаростойких сталей цирконием, использование ZrO2 в изготовлении огнеупоров.

К выше приведенным тепловым характеристикам циркония стоит добавить следующие: удельная теплоемкость в температурном коридоре 25-100 o С = 0,291 кДж/(кг∙К) или 0,0693 кал/(г∙ o С); коэффициент теплопроводности при 50 o С = 20,96 вт/(м∙К) или 0,050 кал/(см∙сек∙ o С); температурный коэффициент линейного расширения при температурах 20-400 o С = 6,9∙10-6. Температура перехода в состояние сверхпроводимости 0,7К.

Для металлического циркония характерны две аллотропные модификации: α-модификация, имеющая гексагональное строение и устойчивая при температурах ниже 863 o C и β-модификация, имеющая решетку пространственно центрированного куба и устойчивая при температуре выше 863 o C. Таким образом переход α-модификации в β-модификацию происходит при этой пограничной температуре 863 o C. Причем добавки алюминия, свинца, олова и кадмия повышают температуру перехода из одного состояния в другое, а добавки железа, хрома, никеля, молибдена, меди, титана и некоторых других металлов - понижают.

Удельное электрическое сопротивление циркония высокой степени чистоты при температуре 20 o С = 44,1 мком∙см. Цирконий парамагнитен, его удельная магнитная восприимчивость увеличивается при нагревании металла. Так при температуре -73 o C удельная магнитная восприимчивость циркония равна 1,28 o C, а при 327 o C - 1,41 o C.

Наиболее ценное свойство чистого циркония - малое поперечное сечение захвата тепловых нейтронов (0,18 барна). Оно намного меньше, чем у других металлов - железо (2,53 барна), никель (4,60 барна) или медь (3,69 барна). Хотя многие более дешевые металлы имеют сечение захвата такого же порядка: у олова 0,65 барна, у алюминия – 0,22 барна, а у магния и того меньше – всего 0,06 барна. Однако все перечисленные металлы легкоплавки и нежаропрочны в отличие от циркония. Поэтому этот металл используется как конструкционный при строительстве реакторов.

Химические свойства

Одно из самых замечательных свойств циркония - это его высокая коррозионная стойкость по отношению ко многим агрессивным средам. По способности сопротивляться коррозии цирконий превосходит такие стойкие металлы, как ниобий и титан. При обычных условиях цирконий инертен по отношению к атмосферным газам и воде, не реагирует с соляной и серной (концентрацией до 50%) кислотами. При проведении опытов было установлено, что нержавеющая сталь теряет в пятипроцентной соляной кислоте при 60 o С примерно 2,6 миллиметра в год, титан - около 1 миллиметра, а цирконий - в 1000 раз меньше. Самое большое сопротивление цирконий оказывает щелочам, это единственный металл стойкий в щелочах, содержащих аммиак. По сопротивлению агрессивным средам цирконию уступает даже тантал - один из самых мощнейших борцов с коррозией.

Такая сопротивляемость объясняется химическими свойствами циркония, а точнее образованием защитной оксидной пленки на его поверхности, которая предохраняет металл от дальнейшего разрушения. Чтобы полностью окислить цирконий придется нагреть его до 700 o C, только тогда пленка частично разрушится, частично растворится в металле. Получается, что температура в 700 o C - граница, за которой заканчивается химическая стойкость элемента под номером 40. Но и до этой границы цирконий при нагреве уже до 300 o C и выше начинает активнее реагировать с кислородом и прочими составляющими атмосферы. В итоге, образуя с водяными парами двуокись и гидрид, с углекислым газом - карбид и двуокись, с азотом - нитрид циркония. До этой же температуры цирконий надежно защищен окисной пленкой, которая гарантирует высокую химическую стойкость циркония.

И все же цирконий взаимодействует с кислотами, это происходит, если возможно образование анионных комплексов. Так при температуре выше 100 o C он взаимодействует со смесью азотной и плавиковой кислот и царской водкой:

3Zr + 4HNO3 + 18HF = 3H2(ZrF6) + 4NO + 8H2O

3Zr + 4HNO3 + 18HCl = 3H2(ZrCl6) + 4NO + 8H2O

Растворяется в плавиковой и горячей концентрированной (выше 50%) серной кислотах:

Zr + 6HF = H2(ZrF6) + 2H2

Совершенно иначе на воздухе ведет себя цирконий в виде стружки или порошка. В отличие от компактного металлического циркония эти пироморфные вещества легко самовоспламеняются на воздухе уже при комнатных температурах. Такой процесс является экзотермическим и происходит с большим выделением теплоты. Пылевидный цирконий в смеси с воздухом способен взрываться. Это – опасные грузы, транспортируемые по системе ДОПОГ опасные грузы (2004 г.).

Необычно взаимодействие циркония и с водой. Большинство металлов при контакте с водой подвергаются гальванической коррозии, которая заключается в переходе их катионов в воду. Цирконий же, как и при реакции на кислород, взаимодействуя с водой, покрывается защитной пленкой, которая не растворима. Таким образом, благодаря свойствам своей защитной пленки цирконий защищен от водной коррозии.

При нагревании цирконий начинает взаимодействовать с газами. Так при температурах выше 800 o C компактный цирконий начинает активно поглощать кислород:

С азотом цирконий начинает взаимодействовать при температурах 700-800 o C с образованием нитрида: ZrN.

При температуре выше 300 o C цирконий начинает поглощать водород, образуя твердый раствор и гидриды ZrH и ZrH2. При 1200-1300 o С в вакууме гидриды диссоциируют и весь водород может быть удален из металла.

При нагреве цирконий также начинает реагировать с неметаллами. При температуре выше 900 o С происходит взаимодействие с углеродом с образованием карбида ZrC. С хлором, йодом и бромом цирконий реагирует уже при 200 o С, образуя высшие галогениды ZrX4 (где X - галоген). С фтором взаимодействие происходит при обычной температуре.

С использованием материалов веб-сайта http://i-Think.ru/

ДОПОГ 1
Бомба, которая взрывается
Могут характеризоваться рядом свойств и эффектов, таких как: критической массой; разбросом осколков; интенсивный пожар/тепловой поток; яркая вспышка; громкий шум или дым.
Чувствительность к толчкам и/или ударам и/или теплу
Использовать укрытие, при этом держаться на безопасном расстоянии от окон
Оранжевый знак, изображение бомбы при взрыве

ДОПОГ 4.1
Легковоспламеняющиеся твердые вещества , самореактивные вещества и твердые десенсибилизированные взрывчатые вещества
Риск пожара. Легковоспламеняющиеся или горючие вещества могут загораться от искр или пламени. Могут содержать самореактивные вещества, способные к экзотермическому разложению в случае нагревания, контакта с другими веществами (такими как: кислоты, соединения тяжелых металлов или амины), трению или удару.
Это может привести к выделению вредных или легковоспламеняющихся газов или пары или самовоспламенения. Емкости могут взрываться при нагревании (сверхопасны - практически не горят).
Риск взрыва десенсибилизированных взрывчатых веществ после потери десенсибилизатора
Семь вертикальных красных полос на белом фоне, равновеликие, номер ДОПОГ, черное пламя

ДОПОГ 4.2
Вещества, способные к самовоспламенению
Риск пожара в результате самовоспламенения в случае, если упаковки повреждены или произошел исток содержимого.
Могут бурно реагировать с водой
Белая верхняя половина ромба, красная - нижняя, равновеликие, номер ДОПОГ, черное пламя

ДОПОГ 3
Легковоспламеняющиеся жидкости
Риск пожара. Риск взрыва. Емкости могут взрываться при нагревании (сверхопасны – легко горят)
Использовать укрытие. Избегать низких участков поверхности (ям, низин, траншей)
Красный ромб, номер ДОПОГ, черное или белое пламя

ДОПОГ 5.1
Вещества, которые окисляются
Риск бурной реакции, воспламенения или взрыва при контакте с горючими или легковоспламеняющимися веществами
Не допускать образования смеси груза с легковоспламеняющимися или горючими веществами (например опилками)
Желтый ромб, номер ДОПОГ, черное пламя над кругом

ДОПОГ 7
Радиоактивные материалы (радиация, Украина)
Риск поглощения внешнего и внутреннего радиационного облучения
Ограничить время влияния, ожоги радиацией, радиационная засветка фото- и киноматериалов
Желтая верхняя половина ромба, белая - нижняя, равновеликие, номер ДОПОГ, черный знак радиации, надпись

ДОПОГ 8
Коррозийные (едкие) вещества
Риск ожогов в результате разъедания кожи. Могут бурно реагировать между собой (компоненты), с водой и другими веществами. Вещество, что разлилось / рассыпалось, может выделять коррозийную пару.
Составляют опасность для водной окружающей среды или канализационной системы
Белая верхняя половина ромба, черная - нижняя, равновеликие, номер ДОПОГ, пробирки, руки

Наша планета богата полезными ископаемыми,в том числе и металлами. Одним из наиболее распространенных, считается цирконий. Его можно отыскать в любых уголках Земли. Что представляет собой этот металл, каковы его свойства и где он находит применение?

Химические свойства

Простое вещество цирконий является элементом побочной подгруппы IV группы пятого периода периодической системы Д. И. Менделеева. Ему присвоен атомный номер 40, а его атомная масса составляет 91,224. Это серо-стальной металл с желтоватым оттенком и с характерным блеском. Его получают методом переплавки циркониевых отходов и с рудного концентрата, поскольку в чистом виде в земной коре не встречается.

В природе металлический цирконий распространен в виде химических природных соединений - более 40 солей или оксидов. В конце 18 века немецкий ученый Клапрот выделил окисел циркония из камня гиацинта. Он относится к драгоценной разновидности этого камня. До 20 века металл не удавалось получить в чистом виде, но в 20-х годах ученые все-таки добились успеха.

В очищенном виде он обладает многими свойствами, которыми отличается золото:

• пластичный;
• ковкий;
• антикоррозийный;
• жаростойкий;
• парамагнитный.

Металл не боится воздействия хлорированной и морской воды . Он не теряет своих высоких качеств при низких и высоких температурах. Устойчив к аммиаку, кислотам и щелочам. В основном его используют для добавления к сплавам других металлов, что повышает его технологичность и делает его свойства почти уникальными. Свое название он получил от персидского слова "царгун" (золотой камень).

Довольно часто цирконий путают с цирконом , который является силикатом циркония. Металл может менять свою окраску и по цвету бывает:

• зеленый;
• коричневый;
• черный;
• желтый;
• иногда красный.

Его цвет зависит от примесей, которые входят в состав. В число примесей, окрашивающих камень, часто входят - кальций, медь, железо, цинк, уран, стронций, титан. Также в составе присутствуют и редкоземельные элементы.

Нахождение в природе

Рудные залежи циркония широко распространены в недрах земли. Залежи можно увидеть в нескольких формах в виде:

• аморфных окислов;
• солей;
• монокристаллов.

В африканских месторождениях находят кристаллы весом до 1 кг. Больше всего циркония (металла) сосредоточенно на территории Австралии, Индии, ЮАР, Бразилии и Северной Америки. В этих государствах самые большие запасы этого металла. В России находится почти 10% мировых запасов циркония в Сибири и на Урале. Чаще всего в руде он встречается совместно с гафнием, поскольку тот близок к нему по своим свойствам. Каждый их них имеет свои привлекательные характеристики, но в совмещенном виде их использовать нельзя. Многоступенчатая очистка позволяет разделить эти два элемента, но такой производственный процесс делает цирконий значительно дороже.

В природе встречаются крупные зеленые и непрозрачные цирконии , но они могут вызывать повышенную радиацию. Такие экземпляры нельзя подвергать огранке, хранить в домах и перевозить в больших объемах. По распространению среди металлов во всем мире цирконий занимает 12 место. Несмотря на этот факт, он длительное время был непопулярным элементом, даже в сравнении с редкими радиоактивными элементами. Это объясняется тем, что его запасов рассеяно на земле много, но очень крупных запасов не так много.

Применение металлического циркония

Благодаря своим уникальным свойствам и качествам, этот элемент может применяться во многих отраслях. Его используют в виде сплавов в разных сферах современной промышленности:

• самолетостроение;
• ядерная энергетика;
• ракетостроение;
• приборостроение;
• литейное производство;
• военная промышленность;
• медицинское оборудование.

Из-за высокой устойчивости, которая даже превышает показатели титана, он стал пользоваться большой популярностью в медицинской отрасли. Его применяют для протезирования и производства хирургических инструментов.

Издавна металлический цирконий использовался для создания ювелирных украшений. Он способен приобретать многие оттенки, поскольку он анодированный металл. Это позволяет ювелирам воплощать самые разные художественные замыслы в создании украшений. Изделия смотрятся элегантно и красиво выглядят, поэтому ценятся на мировом рынке ювелирных украшений.

Благодаря высокой степени коррозийной защиты этот легирующий элемент помогает сделать многокомпонентные магниевые сплавы намного устойчивее к проявлениям коррозии. Он также улучшает вязкость сплавов, повышает их ударопрочность. В сплавах с медью, кроме, прочности сохраняет электропроводность. В сплавах с алюминием этот уникальный элемент значительно повышает их эксплуатационные качества.

Широко используется элемент в металлургической промышленности и проявляет себя как высокоэффективный раскислитель . Это качество в несколько раз превышает показатели марганац и титана. Цирконий улучшает вязкость марок сталей, тем самым помогает им быть более устойчивыми к ударным нагрузкам. Он способствует пластичности, выводя из сплавов серу и газ. В качестве легирующего элемента также применяется в цветной металлургии и для повышения теплоемкости алюминиевых сплавов.

Лечебные свойства

Из-за своих особых физических и химических свойств цирконий стал активно применяться в медицине. Благодаря своей нейтральности к воздействию щелочной, кислотной и водной среде, а также аммиака его добавляют в составы для изготовления медицинских инструментов. Он стимулирует скорейшее заживление ран и проявляет антимикробное действие . Благодаря таким свойствам в ранах не образуется гной и в них не проникают инфекции.

Элемент не является аллергеном, поэтому облегчает аллергические реакции. Не пропускает радиационное излучение и считается прекрасным антисептиком. В медицине его стали использовать для изготовления шовных нитей. Поскольку металл очень пластичный он дает возможность сохранить структуру костей при переломах. Благодаря этому кости быстрей срастаются.

Его также активно используют в стоматологии и ортопедическом протезировании. На ткани организма он не оказывает раздражающего воздействия и нейтрален по отношению к любой среде. Многие виды металлов вызывают аллергическую реакцию в ротовой полости, чего не скажешь о цирконии. Благодаря своим характеристикам и редким свойствам он стал незаменим в изготовлении медицинских инструментов и имплантатов.

Он содержится в некоторых продуктах питания, но в минимальных количествах. Например, в баранине, овсянке, рисе, фисташках, бобовых и других продуктах питания есть цирконий, но его там слишком мало, чтобы вызвать негативные последствия для здоровья.

Считается, что украшения с цирконием положительно влияют на организм . Если после прокалывания ушей сразу надеть серьги с цирконием, то ранки быстрей заживут. Металл хорошо влияет на состояние кожи, поэтому рекомендуется носить браслеты и другие изделия на теле. Он оказывает целебное воздействие при кожных заболеваниях, артрозах, артритах, гипертонической болезни. Несмотря на такие проявления, официальная медицина пока таких подтверждений не дает.

Мария Захарова

Женщина, лишённая хорошего вкуса, даже в стильном платье будет безвкусной.

Содержание

Каждая женщина любит носить украшения с камнями, которые делают ее привлекательной – с ними дама приобретает новые черты. Такие ювелирные украшения 100-500 тысяч, а порой и миллионов рублей, поэтому, позволить их себе может далеко не каждый человек. По этой причине широкое распространение приобрели синтетические заменители камней, одним из которых является цирконий. С ним украшение будет выглядеть изысканно, но по сравнению с оригиналом стоимость изделия уменьшится в разы.

Общие сведения о цирконии

Этот элемент относится к побочной подгруппе 4-й группы 5-го периода периодической системы Д. И. Менделеева – атомный номер 40. Цирконий (Zirconium) в обычном виде – блестящий металл, который отличается серебристо-серым цветом, пластичен и устойчив к коррозии. Соединения этого вещества широко распространены в литосфере. В природе известны соединения циркония исключительно с кислородом в виде силикатов, окислов.

Невзирая на то, что цирконий – это рассеянный элемент, известно до 40 минеров, в которых это вещество присутствует в виде солей, окислов. Это универсальный драгоценный камень, но это мнение ошибочно. Хотя, по внешним признакам он схож даже с алмазом. Несколько фактов об этом веществе:

• Zirconium изготавливают только в лабораторных условиях, а как основной компонент используется минерал циркон.
• Хоть цирконий является прозрачным камнем, но за счет применения дополнительных примесей получаются разнообразные оттенки.
• Его применяют в ювелирных украшениях как замену минералам и драгоценностям, благодаря чему цена на конечное изделие становится существенно меньше.

Многие люди путают и считают, что кубический цирконий, циркон, цирконий являются одним и тем же веществом. На деле они все разные, просто по составу схожи друг с другом:

• Цирконий – это металл, который по внешнему виду схож со сталью.
• Кубический цирконий является искусственным блестящим кристаллом. По внешним характеристикам он схож с бриллиантом. Для производства используется оксид циркония – процесс осуществляется под воздействием температуры свыше 2,5 тысяч градусов.
• Циркон (zircon) представляет собой камень, который схож с золотом. Имеет природное происхождение, выглядит дорогостоящим.

История камня цирконий

По своей привлекательности этот камень не уступает многим драгоценным аналогам. Используется он с давних времен. Во времена доминирования Древней Персии все типы камней были почти обесценены за исключением прозрачных и тех, что имели характерный для алмаза блеск. В странах Азии камень стал талисманом для местных жителей и приезжих русских купцов, которые увозили изделия из циркония (особенно бусы) к себе домой, чтобы пополнить приданное дочерей.

В Европе этому материалу не придавали особого значения до XIX-го века. Только мошенники и аферисты тех времен продавали ограненные прозрачные изделия из циркония под видом алмазов великосветским дамам, которые не разбирались в ювелирных украшениях. Кроме того, его путали с сапфиром, турмалином и топазом за обильную цветовую палитру, а бесцветные камни и вовсе стали называться «цейлонскими алмазами» - они стоили дешевле и считались второсортными.

В промышленной области этот тип камня стали использовать лишь с 30-х годов прошлого столетия – широкое применение было существенно ограничено высокой себестоимостью. На сегодня циркон и его различные соединения и сплавы применяются в строительстве, металлургии, медицине и даже ядерной энергетике. Из этого минерала изготавливают костные и зубные протезы, хирургические инструменты.

В прошлом столетии советским ученым, пытавшимся вырастить искусственный алмаз, удалось вырастить искусственный цирконий – его назвали «цирконом» или «фианитом». После сделанного открытия стоимость камня существенно снизилась, т.к. искусственное синтезирование всегда наносит серьезный урон по любой драгоценности. Zirconium по своим характеристикам не уступает многим драгоценным камням, но уже несколько десятилетий занимает нишу в средней ценовой категории.

Разновидности камня

Циркон справедливо считается одним из старейших драгоценных минералов Земли, т.к. ученые установили, что возраст этого элемента достигает 3-4 млрд лет. В настоящее время выделяется несколько видов циркония. Основным критерием такого разделения является разнообразие расцветок камня. Выделяют следующие разновидности:

• Старлит. Прозрачный камень, получается при помощи обжигания – имеет синеватый или голубой оттенок.
• Малакон. Отличается темно-коричневым окрасом, содержит небольшую дозу радиации.
• Гиацинт. Прозрачный минерал, для которого характерен коричневый, оранжевый, красный цвет.
• Матарский алмаз. Прозрачный, бесцветный, добывается из недр острова Матара – отсюда и название этой разновидности.
• Жаргон. Минерал, для которого характерен соломенный, желтый или слегка золотистый окрас.

Кроме того, цирконий бывает представлен в виде металла или порошка – сфера их применения нередко различается. Например, первый применяется для изготовления украшений, а второй – в медицинской, производственной области. Подробнее об этих разновидностях:

• Твердый металл. Имеет блестящий серебристо-серый оттенок, имеет высокую степень пластичности.
• Порошок. Характерной особенность является наличие мелких гранул. Имеет темно-синий оттенок.

При нагреве Zirconium способен изменять цвет, благодаря чему ювелирам удается придать готовым изделиям разнообразные оттенки. Данный минерал бывает:

• белым (прозрачным, самый распространенный);
• синим;
• голубым;
• черным (крайне редкий);
• оливковым;
• зеленым;
• розовым;
• красным;
• желтым (имеет самый выраженный радиоактивный фон);
• коричневым (слабовыраженная радиация);
• оранжевым;
• фиолетовым.

Физические и химические свойства циркония

В структуре минерала часто имеются примеси других элементов, к примеру, железа, меди, кальция, титана, цинка и др. Чаще циркон преобразуется в кристаллы пирамидальной или призматической формы. В минерале нередко присутствует уран, из-за чего попадаются экземпляры с высоким радиационным фоном. По твердости он уступает конкурентам своей группы – он непрочен на удары, разрыв. При небрежном хранении от камня будут отлетать сколы, что испортит изначальный эстетический вид. Физические и химические свойства:

• При интенсивном нагреве меняет цвет, благодаря чему конечное изделие может иметь темно-коричневый, ярко-бирюзовый и другие оттенки. Со временем, полученные путем термического воздействия оттенки тускнеют и исчезают окончательно.
• Не поддается холодной обработке под давлением.
• Мгновенно начинает окисляться при температуре 200-400℃.
• Большая химическая стойкость. Не растворяется в кислотах, щелочах, не подвергается коррозии. При попадании в человеческий организм не взаимодействует с органами, тканями.
• От минерала образуется пыль, которая становится угрозой для жизни человека. Связано это с тем, что она легко воспламеняется даже от взаимодействия с воздухом.
• Плавится при температуре 1825℃, а закипает – от 3500℃ и выше.
• При нормальных условиях хранения, когда температуре составляет около 20℃, плотность материала равна 6,45 г/см3.

Способы получения циркония

Камень с металлическим блеском и многообразием оттенков получают опытным путем в специализированных лабораториях. В основу его входит циркон, основные залежи которого находятся на территории Австралии, Бразилии, Вьетнама, Таиланда, Шри-Ланки и некоторых других стран мира. Синтетический камень получают одним из следующих способов:

• Сплавление с содой или натром. Процесс осуществляется при температуре от 500 до 600℃.
• Хлорирование углем. Выполняется при показателе температуры в 900-1000℃.
• Сплавление с калием. Осуществляется при 900℃.
• Спекание с известью или карбонатом кальция. Осуществляется при 1100-1200℃.

Лечебные свойства циркония

Компании, специализирующиеся на изготовлении браслетов, стали добавлять в свои изделия частички элемента Zirconium для того, чтобы придать своим товарам лечебные качества с целью увеличения их продаж. Браслеты якобы снижают артериальное давление. Считается, что камень может придавать силу и бодрость на протяжении дня и обеспечить крепкий и здоровый сон ночью. Он не изменяет своих свойств при воздействии с кислотами, поэтому часто используется при изготовлении медицинских инструментов, оборудования. Подробнее о лечебных свойствах:

• ускоряет заживление ран;
• препятствует образованию гноя;
• неплохой антисептик;
• имеет противомикробное свойство, за счет которого предотвращается проникновение в организм разных инфекций;
• препятствует проникновению радиационного излучения;
• помогает облегчить приступы аллергии.

Многие разновидности камня, по словам специалистов из области литотерапии, положительным образом влияют на работу щитовидной железы и эндокринной системы. При этом разным цветам приписывают разные свойства:

• Черный. Помогает побороть последствия переохлаждения, простуду.
• Желтый и красный. Повышают аппетит, выработку лейкоцитов.
• Коричневый. Способен избавить от накопившихся шлагов.
• Голубой и синий. Помогают убрать лишние килограммы, улучшить работу пищевого тракта, привести в норму стул и аппетит. Эти же свойства приписываются прозрачным минералам.

Где применяется цирконий

Основная область применения минерала – это ювелирное дело. Изделия, которые украшены им, отличаются эстетичным и привлекательным видом, ведь по красоте он не уступает алмазу. Особенной востребованностью пользуются серьги и ожерелья с кубическим цирконием. Кроме того, этот камень нередко применяется в качестве муляжа на ювелирных прилавках. Другие области применения:

• На основе названного элемента изготавливают разного рода сплавы. Их применяют в некоторых отраслях производства, например, при изготовлении конструкционных материалов, ядерных реакторов, частей летательных аппаратов и других деталей.
• Zirconium содержится в сверхпроводящих магнитах, нередко он используется для окисления сплавов.
• Порошок этого вещества применяется для производства пиротехники.
• Участвует в качестве одного из элементов состава огнеупорных покрытий для массивной и сложной техники. Применение Zirconium в таком случае оправдывает вложенные средства, благодаря чему это вещество становится все более популярным в области промышленности – в ювелирном деле его теснит фианит.
• Еще одной областью использования является оптика, необходимая в агрессивной среди и при высоких температурных показателях. К примеру, это отправление космического аппарата на другие объекты, где скачки температуры составляют более 100 градусов на солнце и в течение, чего стекло долго не выдержит.

Цирконий в ювелирных изделиях

Важной для ювелиров особенностью циркония является его более низкая по сравнению с алмазом твердость – 7,5 единиц по шкале Мосса. При огранке минерала, вставка его в изделие производится аккуратно, т.к. неосторожное обращение приведет к появлению сколов и царапин на поверхности. По этой причине изделия с этим камнем требуют бережного отношения и при носке. Соответствующая огранка позволяет сделать этот минерал ничем не хуже баснословно дорогих бриллиантов.

Циркониевая группа камне встречается практически во всех современных ювелирных изделиях. Эти самоцветы часто обрамляют в перстнях и кольцах. Они блистают в диадеме, серьгах, кольев, свадебных ансамблях. Нередко их используют для украшения подвесок, кулонов. Львиная доля золотых украшений с циркониевыми самоцветами производится в Шри-Ланке, недалеко от одного из мест наибольшей концентрации минерала. Покупая изделие с цирконием, важно отличать подлинный камень, который обладает следующими качествами:

• многогранное преломление света;
• наличие блеска схожего с металлическим или алмазным;
• при внимательном рассмотрении (лучше с лупой) в самоцвете будут видны вкрапления;
• фианит, который обходится дешевле, тяжелее циркония того же размера.

Магические свойства циркония

Широкое распространение приобрели амулеты, кулоны, талисманы и прочие украшения из камня Zirconium. Издавна он считался наделенным способностью приносить богатство и успех своему владельцу. В древние времена минерал был достоянием мудрецов, считалось, что он приносил им знание будущего, дар прозорливости и возможность проникать в мысли и внутренний мир других людей. Носимый как амулет циркон служил защитой от лжецов и недобрых людей, развивал наблюдательность и память.

Минерал Zirconium имеет множество магических свойств. В Древней Индии считалось, что он способен управлять солнцем и луной. Этот камень широко применяется в разных областях промышленного производства, к тому же, он считается идеальным талисманом для бизнесменов, работников умственного труда, путешественников. Он может служить даже защитным амулетом для влюбленных, укрепляя душевную и эмоциональную связь между людьми. Амулет из гиацинта поможет путешественникам и военным сохранить свое здоровье, жизнь.

Цирконий в астрологии

Всевозможные кулоны, украшения, талисманы с циркониевыми самоцветами подходят многим знакам зодиака. Он идеален для Овнов, Козерогов, Водолеев, а вот для Тельцов, Весов, Стрельцов, Раков он не подходит, подробнее:

• Особенно камень с металлическим блеском подходит водолеям. Он поможет развить им интуицию, эстетический вкус, способность к анализу. Водолеи могут носить украшения из разных видов минерала, но идеально подойдут желтые, золотые или голубые самоцветы.
• Овнам циркониевый минерал тоже поможет раскрыть свои магические свойства. Она поможет развить им внимательность, осторожность. Людям со знаком Овен рекомендуется носить кольца из самоцветов золотистого или красного оттенка.

10 признаков того, что вас не любят