Czy wiesz, że Zirkonium odgrywa kluczową rolę zarówno w umożliwianiu, jak i zatrzymywaniu reakcji jądrowej w elektrowni jądrowej? Zanim to wyjaśnimy, przedstawimy najważniejsze właściwości Zirkonium, porównamy je z Titanium i wymienimy kilka różnych zastosowań.

Co to jest Zirkonium?

Zirkonium to metal przejściowy pochodzący z minerału Zirkoon, o liczbie atomowej 40 i oznaczany symbolem Zr. Zirkonium zostało odkryte już w 1789 roku, ale dopiero w 1914 roku po raz pierwszy wyizolowano je w czystej postaci.

Pierwiastek chemiczny Zirkonium jest jednym z najczęściej występujących pierwiastków w skorupie ziemskiej, jednak Zirkonium nie jest wydobywane w czystej postaci bezpośrednio z ziemi. Minerał Zirkoon, z którego izolujemy Zirkonium, jest często pozyskiwany jako produkt uboczny przy wydobyciu Titanium i Cyny. W procesie przetwarzania minerału Zirkoon na metaliczne Zirkonium powstaje również niewielka ilość Hafnium. Zirkoon występuje głównie w Australii, Ameryce, Południowej Afryce, Brazylii, Indiach i Rosji.

Właściwości Zirkonium

Srebrzystoszary metal przejściowy Zirkonium jest bardzo wszechstronny. Kilka charakterystycznych właściwości to:

  • Odporność na korozję
  • Wysoka biokompatybilność
  • Plastyczność i podatność na kształtowanie
  • Bardzo wytrzymały, także w wysokich temperaturach
  • Przezroczysty dla neutronów

Zirkonium w porównaniu z Titanium

Zirkonium i Titanium wykazują kilka podobnych właściwości, co nie jest zaskakujące, gdyż Zirkonium często pozyskuje się jako produkt uboczny Titanium. Ale jakie są te podobieństwa, a jakie różnice?

Podobieństwa

Oba metale mają wysoką temperaturę topnienia i są bardzo odporne na korozję dzięki silnej, stabilnej warstwie tlenkowej. Porównując czyste Zirkonium z czystym Titanium, Zirkonium jest silniejsze z nich obu, zwłaszcza w wysokich temperaturach, a jego odporność na korozję jest lepsza w obecności silnych substancji chemicznych. Jednakże istnieją stopy Titanium (np. grade 5), które są wielokrotnie silniejsze niż wszystkie odmiany Zirkonium. Zarówno Titanium, jak i Zirkonium są bardzo wytrzymałe, stosunkowo lekkie i dobrze spawalne. Ponadto oba metale są nietoksyczne i biokompatybilne z ludzkim ciałem, co czyni je odpowiednimi do zastosowań medycznych, na przykład w protetyce stomatologicznej i instrumentach chirurgicznych.

Różnice

Metale różnią się głównie strukturą, zastosowaniem i inwestycjami. Różnica w strukturze – Zirkonium ma strukturę heksagonalną, a Titanium strukturę krystaliczną – wymaga innych technik obróbki. Titanium i Zirkonium są stosowane w różnych zastosowaniach na różnych rynkach; Zirkonium jest szeroko stosowane w energetyce jądrowej i bardzo chemicznych procesach, podczas gdy Titanium częściej używa się w lotnictwie i kosmonautyce, protezach medycznych oraz zastosowaniach morskich. Gdy Titanium spełnia wymagania techniczne, jest to bardzo opłacalny metal, dlatego częściej wybiera się Titanium niż Zirkonium.

Zastosowanie Zirkonium

Dzięki swoim unikalnym właściwościom Zirkonium jest bardzo odpowiednie do zastosowań w różnych branżach. Szacuje się, że około 90 procent produkcji Zirkonium przeznaczone jest na technologię reaktorów jądrowych. Ponadto Zirkonium stosuje się między innymi w:

  • Przemyśle chemicznym
  • Wyrobach medycznych
  • Lotnictwie
  • Magazynowaniu wodoru
  • Przemyśle wojskowym

Zirkonium w reaktorach jądrowych: Zircaloy

Zirkonium jest niezbędne do wytwarzania energii jądrowej. Dwie wyróżniające się właściwości czynią ten metal szczególnie odpowiednim do zastosowania w reaktorach jądrowych: Zirkonium jest bardzo odporne na wysoką temperaturę, prawie nie pochłania neutronów i jest bardzo odporne na korozję do temperatury 750°C.

Wytwarzanie energii jądrowej to proces, w którym ciepło i neutrony odgrywają kluczową rolę. Zirkonium dobrze radzi sobie z oboma tymi czynnikami, jego temperatura topnienia wynosi 1855 °C, a pochłanianie neutronów jest niskie. Swobodne przemieszczanie się neutronów jest niezbędne do rozszczepienia atomów Uranu, ponieważ metal pochłania tak niewiele neutronów, że neutrony mogą swobodnie się poruszać, co umożliwia efektywne wytwarzanie energii jądrowej.

zirconium buis voor warmte wisselaar

Ponadto Zirkonium jest niezbędne do bezpiecznego zatrzymania reakcji jądrowej. Aby zatrzymać reakcję jądrową, aktywuje się pręty paliwowe pochłaniające neutrony. Pręty te są chłodzone wodą chłodzącą. Gorąca powierzchnia metalowa prętów nie może reagować z wodą chłodzącą, ponieważ w przeciwnym razie powstaje wysoce wybuchowy wodór. Dlatego pręty są pokryte powłoką Zircaloy. Zircaloy to stop, dostępny w różnych składach, który składa się co najmniej w 90 procentach (95% w zastosowaniach jądrowych) z Zirkonium. Ponadto stop zawiera niewielkie ilości Cyny, Żelaza, Niklu, Chromu lub Niobium.

Zirkonium w procesach chemicznych

Zirkonium jest szeroko stosowane w procesach chemicznych, zarówno w produkcji katalizatorów i pigmentów, jak i do ochrony urządzeń, zbiorników magazynowych, rurociągów itp. Zirkonium i różne stopy zapewniają odporność na korozję i wysoką temperaturę, które są niezbędne do bezpiecznych i efektywnych procesów chemicznych, w których używa się kwasów, zasad i innych żrących substancji oraz/lub wysokich temperatur.

Chcesz poznać korzyści ze współpracy z Metel? Nasz zespół chętnie opowie Ci wszystko o naszym programie lub podejściu i z przyjemnością podzieli się przykładami udanych współprac z odbiorcami na Twoim konkretnym rynku. Umów się na spotkanie pod numerem 0416 – 724 800 lub napisz na n.kesteloo@metel.nl.