Металлургический словарь


Цирконий (zr)

[zirconium] - элемент IV группы Периодич. системы; ат. н. 40; ат. м. 91,22; серебристо-белый металл с хар-рным блеском. По-рошкообраз. Zr был получен в 1824 г. шведск. химиком И. Берцелиусом, а пластичный — в 1925 г. нидерл. химиками А. ван Аркелом и И. де Буром при термич. диссоциации иоди-дов Zr. Содерж. Zr в земной коре (кларк) 1,7 • 10~: мае. %. Изв. 27 минералов Zr; пром. знач. имеют бадделеит (ZrO2) и циркон (ZrSiO4). Zr существует в двух кристаллич. модификациях: a-Zr с г.п.у. решеткой (а = = 322,8 пм; с = 512,0 пм) и p-Zr с о.ц.к. решеткой (а = 361 пм). Чистый Zr пластичен, легко подд. хол. и гор. обраб. давл. (прокатке, ковке, штамповке). Наличие р-ренных малых кол-в О2, Н2 и С вызывает хрупкость Zr. £20 .с = =97 ГПа; о. = 250 МПа, тв. по Бринеллю 640-670 МПа. Для Zr хар-рна степ, окисл. +4. Более низкие степ, окисл. +2 и +3 изв. для Zr только в его соединениях с С1, В и I. Компактный Zr медл. окисл. при 200—400 "С, покрываясь пленкой ZrO2; выше 800 "С энергично взаимод. с кислородом воздуха. Порош-кообр. Zr легко восплам. на воздухе при комн. темп-ре. Zr активно поглощ. водород уже при 300 °С, образуя тв. р-р и гидриды ZrH и ZrH2. С азотом Zr образует при 700-800 °С нитрид ZrN. Zr взаимод. с С при г > 200 'С. Zr устойчив в Н2О и ее парах до 300 °С, не реагирует с НС1 и H2SO4, а т.ж. с р-рами щелочей. С HNO3 и царской водкой взаимод. при / > > 100 *С. Р-ряется в HF и гор. концентр. (> 50 %) H2SO4.
Осн. источник промыш. получения Zr — минерал циркон. Zr-руды обогащ. гравитац. способами с очисткой концентратов магн. и электростатич. сепарацией. Металл получают из его соединений, для чего концентрат вначале разлагают. Для этого применяют: хло-риров. в присут. угля при 900—1000 "С с получением ZrCl4, к-рый возгон, и улавлив.; сплавл. с NaOH при 500-600 °С или содой при 1100 °С (ZrSiO4 + 2Na2CO3 -»• Na2ZrO3 + Na2SiO3 + + 2CO2); спек, с СаО или СаСО3 (с доб. СаС12) при 1100-1200 "С (ZrSiO4 + ЗСаО -> CaZrO3 + + Ca2SiO4); сплавл. с фторсиликатом калия при 900 "С (ZrSiO, + KjSiF6-> К^2тР6 + 2Si02). Из спека или плава, получ. в рез-те сплавл. с щелочами, вначале удаляют Si-соединения выщелачив. водой или разбавл. НС1, а затем остаток разлагают НС1 или H2SO4. Соедин. Zr из кислых р-ров выдел, разнымие способами. В рез-те послед, прокал. сульфатов и хлоридов получают ZrO2. Zr-порошок или Zr-губку получают металлотермич. восстановл. ZrCl4, KjZrFj и ZiOr ггС14восстанавлив. Mg или Na, KjZrF6 — Na, a ZrO2 — кальцием или Са(ОН)2. Электролитич. порошкообразный Zr получают из расплава смеси солей галогенидов Zr и хлоридов щелочных металлов. Компактный ковкий Zr получают плавлением в вакуумных дуг. печах спрессов. губки или порошка, обычно служ. расход, электродом. Zr вые. чистоты произв. эл-ннолуч. переплавом слитков, получ. вдут, печах, или прутков после иодид-ного рафинирования.
Сплавы на основе Zr, очищ. от Щ применяют преимущ. в кач-ве конструкц. материалов в яд. реакторах (см. Циркониевые сплавы).
Zr легируют ряд сплавов (на основе Mg, Ti, Ni, Mo, Nb и др. металлов), использ. как конструкц. материалы, напр, для авиакосмич. техники. Из сплавов с Nb изгот. обмотки сверхпровод. магнитов. В металлокерамич. материа-Лах (керметах) металлич. основа — Zr, а ке-рамич. — ZrOr Zr использ. в кач-ве раскисл, и микролегир. добавок при произ-ве стали. В сталеплав. и литейном произ-вах применяют цирконистые огнеупоры.