Tudtad, hogy a Zirkónium kulcsszerepet játszik mind a magreakció elindításában, mind annak megállításában egy atomerőműben? Mielőtt ezt elmagyaráznánk, először ismertetjük a Zirkónium legfontosabb tulajdonságait, összehasonlítjuk a Titánnal, és felsorolunk néhány különböző felhasználási területet.

Mi az a Zirkónium?

A Zirkónium egy átmeneti FÉM, amely a Zirkon nevű ásványból származik, az atomszáma 40, és a Zr szimbólummal jelöljük. A Zirkóniumot már 1789-ben felfedezték, de csak 1914-ben izolálták először tiszta formában.

A kémiai elem Zirkónium az egyik leggyakoribb elem a földkéregben, mégis a Zirkóniumot nem tisztán bányásszák. A Zirkon ásványt, amelyből a Zirkóniumot kinyerik, gyakran melléktermékként nyerik ki a Titán és Ón bányászatakor. A Zirkon ásványból fémes Zirkónium előállítása során kis mennyiségű Hafnium is keletkezik. A Zirkont főként Ausztráliában, Amerikában, Dél-Afrikában, Brazíliában, Indiában és Oroszországban találjuk.

A Zirkónium tulajdonságai

A ezüstszürke átmeneti FÉM, a Zirkónium rendkívül sokoldalú. Néhány jellemző tulajdonsága:

  • Korrózióálló
  • Magas biokompatibilitás
  • Húzható és alakítható
  • Nagyon erős, még magas hőmérsékleten is
  • Átlátszó neutronok számára

Zirkónium összehasonlítása Titánnal

A Zirkónium és a Titán számos hasonló tulajdonságot mutat, ami nem meglepő, ha figyelembe vesszük, hogy a Zirkóniumot gyakran a Titán melléktermékeként nyerik ki. De mik ezek a hasonlóságok, és mik a különbségek?

Hasonlóságok

Mindkét FÉM magas olvadásponttal rendelkezik, és nagyon korrózióálló a stabil, erős oxidrétegük miatt. Ha tiszta Zirkóniumot hasonlítunk össze tiszta Titánnal, a Zirkónium a két közül az erősebb, különösen magas hőmérsékleten és erős kémiai anyagok esetén a Zirkónium korrózióállósága jobb. Ugyanakkor léteznek Titánötvözetek (például az 5-ös fokozat), amelyek sokkal erősebbek, mint bármely Zirkónium változat. Mind a Titán, mind a Zirkónium nagyon erős, viszonylag könnyű és jól hegeszthető. Emellett mindkét FÉM nem mérgező és biokompatibilis az emberi testtel, ezért alkalmasak orvosi alkalmazásokra, például fogászati technikában és sebészeti eszközökben.

Különbségek

A FÉMEK elsősorban szerkezetükben, alkalmazásukban és beruházási költségeikben különböznek. A szerkezeti különbség, miszerint a Zirkóniumnak hatszögletű szerkezete van, míg a Titán kristályszerkezetű, eltérő feldolgozási technikákat igényel. A Titánt és a Zirkóniumot különböző piacokon különböző alkalmazásokra használják: a Zirkóniumot főként nukleáris energiában és nagyon kémiai folyamatokban alkalmazzák, míg a Titánt inkább a légi- és űriparban, orvosi protézisekben és tengeri alkalmazásokban használják. Amennyiben a Titán megfelel a műszaki követelményeknek, költséghatékonyabb FÉM, ezért gyakrabban választják, mint a Zirkóniumot.

A Zirkónium alkalmazása

A Zirkónium egyedi tulajdonságai miatt rendkívül alkalmas különböző piacokon való alkalmazásra. Becslések szerint a Zirkónium termelés mintegy 90 százaléka a magreaktor-technológiának szól. Emellett a Zirkóniumot alkalmazzák többek között:

  • Kémiai iparban
  • Orvosi eszközökben
  • Légi közlekedésben
  • Hidrogéntárolásban
  • Katonai iparban

Zirkónium a magreaktorokban: Zircaloy

A Zirkónium elengedhetetlen az atomenergia előállításában. Két figyelemre méltó tulajdonsága teszi különösen alkalmassá a magreaktorokban való alkalmazásra: a Zirkónium nagyon hőálló, alig nyeli el a neutronokat, és akár 750°C-ig nagyon korrózióálló.

Az atomenergia előállítása olyan folyamat, amelyben a hő és a neutronok kulcsfontosságúak. A Zirkónium jól kezeli mindkettőt, olvadáspontja 1855 °C, és kevés neutron elnyelésével rendelkezik. A neutronok szabad mozgása elengedhetetlen az Urán atomok hasadásához, mert a fém alacsony neutronelnyelése lehetővé teszi a neutronok szabad mozgását, így hatékonyan termelhető atomenergia.

zirconium buis voor warmte wisselaar

Emellett a Zirkónium elengedhetetlen a magreakció biztonságos leállításához. A magreakció megállításához aktiválják azokat a hasadóanyag rudakat, amelyek elnyelik a neutronokat. Ezeket a rudakat hűtővízzel hűtik. A rudak meleg fémfelülete nem léphet reakcióba a hűtővízzel, mert akkor nagyon robbanásveszélyes hidrogén keletkezik. Ezért a rudakat Zircaloy burkolattal látják el. A Zircaloy egy ötvözet, amely különböző összetételekben elérhető, és legalább 90 százalékban (a nukleáris energia alkalmazások esetén 95%) Zirkóniumból áll. Az ötvözet ezen kívül kis mennyiségű Ónt, Vasat, Nikkelt, Krómot vagy Niobiumot tartalmaz.

Zirkónium a kémiai folyamatokban

A Zirkóniumot széles körben alkalmazzák kémiai folyamatokban, például katalizátorok és pigmentek gyártásában, valamint berendezések, tárolótartályok, csővezetékek védelmére. A Zirkónium és különböző ötvözetei biztosítják azt a korrózió- és hőállóságot, amely szükséges a biztonságos és hatékony kémiai folyamatokhoz, ahol savakat, lúgokat és más maró anyagokat és/vagy magas hőmérsékletet használnak.

Érdekelnek a Metellel való együttműködés előnyei? Csapatunk szívesen mesél programunkról vagy megközelítésünkről, és örömmel oszt meg példákat sikeres együttműködésekről az Ön piacán tevékenykedő partnerekkel. Foglaljon időpontot a 0416 – 724 800 telefonszámon, vagy írjon e-mailt a n.kesteloo@metel.nl címre.