Ali ste vedeli, da Zirkonij igra ključno vlogo tako pri omogočanju kot tudi pri zaustavitvi jedrske reakcije v jedrski elektrarni? Preden to razložimo, najprej predstavimo glavne lastnosti Zirkonija, ga primerjamo s Titanom in navedemo nekaj različnih uporab.

Kaj je Zirkonij?

Zirkonij je prehodni kovinski element, pridobljen iz minerala Zirkon, atomska številka je 40 in ta element označujemo s simbolom Zr. Zirkonij je bil odkrit že leta 1789, a je bil prvič v čisti obliki izoliran šele leta 1914.

Kemični element Zirkonij je eden najpogostejših elementov v zemeljski skorji, vendar Zirkonij ni pridobljen neposredno iz rude. Mineral Zirkon, iz katerega izoliramo Zirkonij, se pogosto pridobiva kot stranski produkt pri rudarjenju Titana in Kositra. Pri procesu pretvorbe minerala Zirkon v kovinski Zirkonij nastane tudi majhna količina Hafnija. Zirkon najdemo predvsem v Avstraliji, Ameriki, Južni Afriki, Braziliji, Indiji in Rusiji.

Lastnosti Zirkonija

Srebrno-sivi prehodni kovinski element Zirkonij je zelo vsestranski. Nekatere značilne lastnosti so:

  • Odporen proti koroziji
  • Visoka biokompatibilnost
  • Duktilen in oblikovalen
  • Zelo močan, tudi pri visokih temperaturah
  • Prosojen za nevtrone

Zirkonij v primerjavi s Titanom

Zirkonij in Titan imata nekaj skupnih lastnosti, kar ni presenetljivo, če upoštevamo, da Zirkonij pogosto pridobivamo kot stranski produkt Titana. Toda kakšne so te podobnosti in kakšne so razlike?

Podobnosti

Obe kovini imata visoko tališče in sta zelo odporni proti koroziji zaradi močne, stabilne oksidne plasti. Če primerjamo čisti Zirkonij s čistim Titanom, je Zirkonij močnejši od obeh, še posebej pri visokih temperaturah in v prisotnosti močnih kemikalij je odpornost Zirkonija proti koroziji boljša. Vendar pa obstajajo titanove zlitine (kot je na primer razred 5), ki so večkrat močnejše od vseh vrst Zirkonija. Tako Titan kot Zirkonij sta zelo močna, relativno lahka in oba sta dobro varljiva. Poleg tega sta obe kovini netoksični in biokompatibilni s človeškim telesom, zaradi česar sta primerni za medicinske aplikacije, na primer v zobozdravstvu in kirurških instrumentih.

Razlike

Kovini se razlikujeta predvsem v strukturi, uporabi in investicijah. Razlika v strukturi, Zirkonij ima heksagonalno strukturo, Titan pa kristalno strukturo, zahteva različne proizvodne tehnike. Titan in Zirkonij se uporabljata za različne namene na različnih trgih; Zirkonij se pogosto uporablja v jedrski energiji in zelo kemijskih procesih, medtem ko se Titan pogosteje uporablja v letalstvu in vesoljski industriji, medicinskih protezah in pomorskih aplikacijah. Če Titan izpolnjuje tehnične zahteve, je to zelo stroškovno učinkovit material, zaradi česar je Titan pogosto izbran namesto Zirkonija.

Uporaba Zirkonija

Zirkonij je zaradi svojih edinstvenih lastnosti zelo primeren za uporabo v različnih panogah. Približno 90 odstotkov proizvodnje Zirkonija je namenjenih jedrski reaktorski tehnologiji. Poleg tega se Zirkonij uporablja med drugim v:

  • Kemijski industriji
  • Medicinskih pripomočkih
  • Letalstvu
  • Skladiščenju vodika
  • Vojaški industriji

Zirkonij v jedrskih reaktorjih: Zircaloy

Zirkonij je bistven za proizvodnjo jedrske energije. Dve izstopajoči lastnosti naredita kovino še posebej primerno za uporabo v jedrskih reaktorjih: Zirkonij je zelo odporen na toploto, skoraj ne absorbira nevtronov in je do temperature 750 °C zelo odporen proti koroziji.

Proizvodnja jedrske energije je proces, kjer sta toplota in nevtroni ključnega pomena. Zirkonij se z obema dobro spopada, njegovo tališče je 1855 °C in absorbira zelo malo nevtronov. Prosta gibljivost nevtronov je bistvena pri cepitvi atomov Urana, ker kovina absorbira zelo malo nevtronov, se ti lahko prosto gibljejo in jedrska energija se lahko učinkovito proizvaja.

zirconium buis voor warmte wisselaar

Poleg tega je Zirkonij bistven za varno zaustavitev jedrske reakcije. Za zaustavitev jedrske reakcije se aktivirajo gorivne palice, ki absorbirajo nevtrone. Te palice se hladijo s hladilno vodo. Topla kovinska površina palic ne sme reagirati s hladilno vodo, saj bi sicer nastal zelo eksploziven vodik. Zato so palice prevlečene z ohišjem iz Zircaloy. Zircaloy je zlitina, na voljo v različnih sestavah, ki vsebuje vsaj 90 odstotkov (95 % za jedrsko energijo) Zirkonija. Poleg tega zlitina vsebuje majhne količine Kositra, Železa, Niklja, Kroma ali Niobija.

Zirkonij v kemijskih procesih

Zirkonij se pogosto uporablja v kemijskih procesih, tako pri proizvodnji katalizatorjev in pigmentov kot tudi za zaščito opreme, skladiščnih rezervoarjev, cevovodov itd. Zirkonij in njegove različne zlitine zagotavljajo odpornost proti koroziji in toplotno odpornost, ki sta potrebni za varne in učinkovite kemijske procese, kjer se uporabljajo kisline, baze in druge jedke snovi in/ali visoke temperature.

Vas zanimajo prednosti sodelovanja z Metel? Naša ekipa vam z veseljem pove vse o našem programu ali pristopu in z veseljem deli primere uspešnega sodelovanja z naročniki na vašem specifičnem trgu. Dogovorite se za sestanek preko 0416 – 724 800 ali pišite na n.kesteloo@metel.nl.