Věděli jste, že Zirkonium hraje klíčovou roli jak při umožnění, tak při zastavení jaderné reakce v jaderné elektrárně? Než to vysvětlíme, nejprve představíme hlavní vlastnosti Zirkonia, porovnáme ho s Titanem a uvedeme několik různých použití.

Co je Zirkonium?

Zirkonium je přechodný kov pocházející z minerálu Zirkon, jeho atomové číslo je 40 a tento prvek označujeme symbolem Zr. Zirkonium bylo objeveno již v roce 1789, ale poprvé v čisté formě izolováno až v roce 1914.

Chemický prvek Zirkonium patří mezi nejběžnější prvky v zemské kůře, přesto se Zirkonium nevytěží přímo v čisté podobě. Minerál Zirkon, ze kterého Zirkonium izolujeme, se často získává jako vedlejší produkt při těžbě Titanu a Cínu. Při procesu přeměny minerálu Zirkon na kovové Zirkonium vzniká také malé množství Hafnia. Zirkon se vyskytuje především v Austrálii, Americe, Jižní Africe, Brazílii, Indii a Rusku.

Vlastnosti Zirkonia

Stříbřitě šedý přechodný kov Zirkonium je velmi všestranný. Některé charakteristické vlastnosti jsou:

  • Odolnost proti korozi
  • Vysoká biokompatibilita
  • Duktilní a tvárný
  • Velmi pevný, i při vysokých teplotách
  • Průhledný pro neutrony

Zirkonium ve srovnání s Titanem

Zirkonium a Titan vykazují několik podobných vlastností, což není překvapivé, když vezmeme v úvahu, že Zirkonium často získáváme jako vedlejší produkt Titanu. Jaké jsou tedy tyto podobnosti a jaké jsou rozdíly?

Podobnosti

Oba kovy mají vysoký bod tání a jsou velmi odolné vůči korozi díky své silné, stabilní oxidové vrstvě. Pokud porovnáme čisté Zirkonium s čistým Titanem, Zirkonium je z těchto dvou kovů pevnější, zejména při vysokých teplotách, a jeho odolnost vůči korozi je lepší i vůči silným chemickým látkám. Existují však titanové slitiny (například třída 5), které jsou mnohonásobně pevnější než všechny varianty Zirkonia. Titan i Zirkonium jsou velmi pevné, relativně lehké a oba jsou dobře svařitelné. Navíc oba kovy nejsou toxické a jsou biokompatibilní s lidským tělem, což je činí vhodnými pro lékařské aplikace, například v zubním lékařství a chirurgických nástrojích.

Rozdíly

Kovy se liší především ve struktuře, použití a investicích. Rozdíl ve struktuře – Zirkonium má hexagonální strukturu a Titan krystalickou strukturu – vyžaduje odlišné zpracovatelské techniky. Titan a Zirkonium se používají v různých aplikacích na různých trzích; Zirkonium se hojně využívá v jaderné energetice a velmi chemických procesech, zatímco Titan se častěji používá v letectví a kosmonautice, lékařských protézách a námořních aplikacích. Pokud Titan splňuje technické požadavky, je to velmi nákladově efektivní kov, a proto je Titan často preferován před Zirkoniem.

Použití Zirkonia

Díky svým jedinečným vlastnostem je Zirkonium velmi vhodné pro použití v různých odvětvích. Odhaduje se, že přibližně 90 procent produkce Zirkonia je určeno pro technologii jaderných reaktorů. Dále se Zirkonium používá mimo jiné v:

  • Chemickém průmyslu
  • Lékařských pomůckách
  • Letectví
  • Ukládání vodíku
  • Vojenském průmyslu

Zirkonium v jaderných reaktorech: Zircaloy

Zirkonium je nezbytné pro výrobu jaderné energie. Dvě výrazné vlastnosti činí tento kov zvlášť vhodným pro použití v jaderných reaktorech: Zirkonium je velmi odolné vůči teplu, téměř neabsorbuje neutrony a je do teploty 750 °C velmi odolné vůči korozi.

Výroba jaderné energie je proces, ve kterém jsou teplo a neutrony klíčové. Zirkonium si s oběma dobře poradí, jeho bod tání je 1855 °C a absorbuje málo neutronů. Volný pohyb neutronů je nezbytný pro štěpení atomů Uranu, protože kov absorbuje tak málo neutronů, že neutrony mohou volně proudit a jaderná energie může být efektivně vyráběna.

zirconium buis voor warmte wisselaar

Zirkonium je také nezbytné pro bezpečné zastavení jaderné reakce. K zastavení jaderné reakce se aktivují palivové tyče, které absorbují neutrony. Tyto tyče jsou chlazeny chladicí vodou. Teplý kovový povrch tyčí nesmí reagovat s chladicí vodou, protože by vznikl vysoce výbušný vodík. Proto jsou tyče opatřeny pláštěm z Zircaloy. Zircaloy je slitina dostupná v různých složeních, která obsahuje alespoň 90 procent (95 % pro použití v jaderné energetice) Zirkonia. Slitina dále obsahuje malé množství cínu, železa, Niklu, chromu nebo Niobia.

Zirkonium v chemických procesech

Zirkonium se hojně používá v chemických procesech, jak při výrobě například katalyzátorů a pigmentů, tak jako ochrana zařízení, skladovacích nádrží, potrubí apod. Zirkonium a různé slitiny zajišťují odolnost proti korozi a teplu, která je nezbytná pro bezpečné a efektivní chemické procesy, kde se používají kyseliny, zásady a další žíravé látky a/nebo vysoké teploty.

Zajímáte se o výhody spolupráce s Metel? Náš tým vám rád vše poví o našem programu nebo přístupu a s potěšením se podělí o příklady úspěšných spoluprací s odběrateli ve vašem konkrétním trhu. Domluvte si schůzku na 0416 – 724 800 nebo napište na n.kesteloo@metel.nl.