Czy wiesz, że Cyrkon odgrywa kluczową rolę zarówno w umożliwianiu, jak i zatrzymywaniu reakcji jądrowej w elektrowni jądrowej? Zanim to wyjaśnimy, najpierw przedstawimy najważniejsze właściwości Cyrkonu, porównamy go z Tytanem oraz wymienimy kilka różnych zastosowań.

Co to jest Cyrkon?

Cyrkon to metal przejściowy pochodzący z minerału cyrkonu, jego liczba atomowa to 40, a symbol chemiczny to Zr. Cyrkon został odkryty już w 1789 roku, ale po raz pierwszy w czystej postaci wyizolowano go dopiero w 1914 roku.

Pierwiastek chemiczny Cyrkon jest jednym z najczęściej występujących pierwiastków w skorupie ziemskiej, jednak Cyrkon nie jest wydobywany w czystej postaci bezpośrednio z ziemi. Minerał cyrkon, z którego izolujemy Cyrkon, jest często pozyskiwany jako produkt uboczny przy wydobyciu Tytanu i Cyny. W procesie przetwarzania minerału cyrkonu na metaliczny Cyrkon powstaje również niewielka ilość Hafnu. Cyrkon występuje głównie w Australii, Ameryce, Południowej Afryce, Brazylii, Indiach i Rosji.

Właściwości Cyrkonu

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

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

Cyrkon w porównaniu z Tytanem

Cyrkon i Tytan wykazują kilka podobnych właściwości, co nie jest zaskakujące, gdyż Cyrkon często pozyskuje się jako produkt uboczny Tytanu. Jakie są więc podobieństwa, a jakie różnice?

Podobieństwa

Oba metale mają wysoką temperaturę topnienia i są bardzo odporne na korozję dzięki silnej, stabilnej warstwie tlenkowej. Porównując czysty Cyrkon z czystym Tytanem, Cyrkon jest silniejszy z nich obu, zwłaszcza w wysokich temperaturach, a jego odporność na korozję w obecności silnych substancji chemicznych jest lepsza. Jednak istnieją stopy Tytanu (np. stop klasy 5), które są wielokrotnie mocniejsze niż wszystkie odmiany Cyrkonu. Zarówno Tytan, jak i Cyrkon są bardzo wytrzymałe, stosunkowo lekkie i dobrze nadają się do spawania. 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 przede wszystkim strukturą, zastosowaniem i inwestycją. Różnica w strukturze – Cyrkon ma strukturę heksagonalną, a Tytan strukturę krystaliczną – wymaga innych technik obróbki. Tytan i Cyrkon są stosowane w różnych zastosowaniach na różnych rynkach; Cyrkon jest szeroko stosowany w energetyce jądrowej i bardzo chemicznych procesach, podczas gdy Tytan częściej używany jest w lotnictwie i kosmonautyce, protezach medycznych oraz zastosowaniach morskich. Gdy Tytan spełnia wymagania techniczne, jest to bardzo opłacalny metal, dlatego częściej wybiera się Tytan niż Cyrkon.

Zastosowanie Cyrkonu

Dzięki swoim unikalnym właściwościom Cyrkon jest bardzo odpowiedni do zastosowania w różnych branżach. Szacuje się, że około 90 procent produkcji Cyrkonu przeznaczone jest na technologię reaktorów jądrowych. Ponadto Cyrkon stosowany jest między innymi w:

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

Cyrkon w reaktorach jądrowych: Zircaloy

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

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

rura cyrkonowa do wymiennika ciepła

Ponadto Cyrkon jest niezbędny do bezpiecznego zatrzymania reakcji jądrowej. Aby zatrzymać reakcję jądrową, aktywuje się pręty paliwowe, które absorbują neutrony. Pręty te są chłodzone wodą chłodzącą. Gorąca powierzchnia metalowa prętów nie może reagować z wodą chłodzącą, ponieważ wtedy 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 Cyrkonu. Stop zawiera również niewielkie ilości Cyny, Żelaza, Niklu, Chromu lub Niobiu.

Cyrkon w procesach chemicznych

Cyrkon jest szeroko stosowany w procesach chemicznych, zarówno w produkcji katalizatorów i pigmentów, jak i do ochrony urządzeń, zbiorników magazynowych, rurociągów itp. Cyrkon i różne stopy zapewniają odporność na korozję i wysoką temperaturę, które są niezbędne do bezpiecznych i efektywnych procesów chemicznych, w których stosuje się kwasy, zasady i inne żrące substancje oraz/lub wysokie temperatury.

Zainteresowany korzyściami ze współpracy z Metel? Nasz zespół chętnie opowie Ci wszystko o naszym programie i podejściu oraz 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.