مرکز دانلود خلاصه کتاب و جزوات دانشگاهی

زیرکونیوم

زیرکونیومیکی ازعناصرشیمیایی جدولتناوبی است که نماد آن Zr وعدداتمی آن 40 میباشد. فلزی فروزنده به رنگ سفید و طوسی است که قابلیت تغییر ازحالتی به حالت دیگر را داشتده و شبیهتیتانیوممیباشد. زیرکونیوم به طور عمده اززیرکونبدست می آید و در برابر زنگ زدگیبسیار مقاوم است. . زیرکونیوم عمدتا درراکتورهای اتمیبرای جذب کردننوترون و برای ساختن فلزاتی که در برابر زنگ زدگی مقاوم هستند استفاده میشود.

خصوصیات قابل توجه

زیرکونیومفلزیبه رنگسفید-طوسیو فروزنده میباشد که به طور استثناییدر برابرزنگ زدگیمقاوم است. زیرکونیوم سبک تر ازفولاد بوده و سختی آن شبیه بهمس است. این عنصر وقتی به ذرات ریز تقسیم شود به سرعت در هوا مشتعل میشود (مشتعل کردناین فلز در حالت جامد بسیار دشوارتر است. ) فلز Zirconium Zinc در دمایپایین تر از 35k خاصیت آهن ربایی پیدا میکند. حالت اکسیداسیوممتداول برای زیرکونیوم +2و+3و+4 است.

کاربردها

مهمترین کاربردهای زیرکونیوم در صنعت سفال سازی به صورتجسم نسوز و ماسهریخته گریمیباشد. همچنین به عنوانسنگ جواهرمورد استفاده در جواهرات به بازارعرضه شده و اکسید آن برای تولید کردن محرکالماس و زیرکونیای مکعبی شکل تهیه شده است.

استفاده های دیگر آن عبارتند از :

• زیرکونیونم قدرت جذب پایینی در جذب نوترونها دارد که این ویژگی آن را برایاستفاده از انرژی اتمی مطلوب میسازد. (مانند عناصر فلز کاری سوختی) بیش از 90% محصولات فلز زیرکونیوم به مصرف تجاری در تولید نیروی اتمی میرسد. . رآکتورهای جدیدتجاری میتوانند نیم میلیون فوت فلز زیرکونیوم را برای لوله سازی به کار ببرند.
• زیرکونیوم به طور گسترده توسط صنایع شیمیایی برای لوله کشی در محیط خورندهاستفاده می شود.
• زیرکونیوم آتش زا است و در جنگل ها برای آتش زدن استفاده می شده است.
• کربن آن به عنوانمحلول ضد عفونیکننده مورد استفاده قرارمیگیرد.
• اکسید زیرکونیوم ناخالص زیرکونیا برای ساختن ظرف مخصوص ذوب فلز در آزمایشگاه بهکار میرود که بتواند در برابر گرمای زیاد مقاوم باشد. همچنین برای پوشاندن کوره ذوباستفاده شده و به عنوان جسم نسوز در صنایعشیشهسازی و سفال سازی به کار میرود.
• بافت انسانی به راحتی میتواند این آهن را به صورت مفاصل و بازوهای مصنوعی تحملکند.
• همچنین در تهویه کننده های هوا به عنوان گیرنده در لوله جارو برقی رشته هایلامپ و فلزات خاص دیگر استفاده می شود.

آلیاژزیرکونیوم وNiobium خاصیت ابر رسانایی در دماهای پایین را برای زیرکونیوم در بر دارد که برای ساختنآهن رباهای بسیار قوی توسط نیروی الکتریکیدر مقیاس زیاد استفاده میشود.

تاریخچه

این عنصر که نام آن از Zarkn عربیو Zargn فارسیگرفته شده است در سال 1789 توسط Laproth کشفشد و در سال 1824 توسط Jons Jakob Berzelius به صورتمجزا به دست آمد.
زیرکونیوم که شاملزیرکون معدنیو دیگر واریاسونها مانند Jargon, Hyacinth Jiacnith, ligure میباشد در نوشته های کتاب مقدس ذکر شده است. تازمانی که Laproth jargonرا از Ceylon در اقیانوس هند تجزیه نکرده بود تصورنمیشد که این عنصر جدید را بتوان در معادن یافت. او این عنصر جدید را Zirkonertz(Zircnia) نامید. این فلز ناخالص اولین بار توسط Berzelius به وسیلهحرارت دادن مخلوطی ازپتاسیومو فلوئورید زیرکونیوم پتاسیوم در یکفرایند تجزیه در یک لولهآهنیتجزیه شد. زیرکونیوم خالص تا سال 1914 بدست نیامد.
پیدایش

زیرکونیوم هیچوقت در طبیعت به صورت آزاد یافت نمیشود. اصلی ترین منبع اقتصادی زیرکونیوم معدن سیلکات زیرکونیوم است . زیرکون ZrSiO4 دراسترالیا برزیل هند روسیهوایالاتمتحده وجود دارد. زیرکون به صورت پودر بی رنگ یا ماده بلوری و طوسی رنگ استخراجمیشود. زیرکونیوم وHafnium به نسبت 50 به 1 در زیرکون وجود دارند و جدا کردن آنها بسیار دشوار است. زیرکونفراورده فرعی معدن کاری و فرایند تهیه شنهای معادن سنگینبرای معادنتیتانیوم Ilmenite و Rutile یا معادنقلع است. همچنین زیرکونیوم در 30 نوع از معادن دیگر که شامل Baddeleyite میشود وجوددارد. این فلز با کم کردن کلرید بوسیلهمنیزیم درفرآیند kroll تولید می شود البته روشهایدیگری نیز برای تولید این فلز وجود دارد. زیرکونیوم با کیفیت اقتصادی و تجاری نیزحاوی 1 تا 3 درصد hafnium است.

این فلز همچنین درستاره های S-Type بسیار فراوان است و درخورشید و سنگهای آسمانی نیز شناسایی شده است. نمونهسنگهای قمریکه در چندینماموریت Apollo جمع آوری شده اند نشانمیدهند که این سنگها به نسبت صخره های زمینی از مقدار بسیار بیشتری اکسید زیرکونیومبرخوردارند.

ایزوتوپها

زیرکونیوم طبیعی از 4 ایزوتوپ پایدار و یک ایزوتوپرادیواکتیو Zr-96 که طول عمر درازی دارد تشکیل شده است. دومینایزوتوپ رادیو اکتیوو پایدار این عنصر Zr-93 است که نیمه عمر آن 1.53 میلیون سال میباشد. برای این عنصر 18 ایزوتوپ رادیواکتیو دیگر شناسایی شده اند که بیشتر آنهانیمه عمری کمتر از یک روز دارند به جز Zr-95 با نیمه عمر 64.02 روز Zr-88 با نیمه عمر 63.4 روز و Zr-89 با نیمه عمر 78.4 ساعت. حالت Decay اولیه قبل از Zr-92 الکترونگیری و حالت اولیه بعد از آنخوردگی بتامیباشد.

هشدارها

انسان با ترکیباتی که حاوی زیرکونیوم است کمتر روبرومیشود با این حال این فلز زیاد سمی نمیباشد. گرد این فلز در هوا آتش میگیرد و بایدبه آن به صورت عاملی برای آتش سـوزی گسترده یا انفجار توجه کرد. زیرکونیوم هیچ گونهنقش بیولوژیکی ندارد.

مصارف عمده زيرکن

47 % زيركن ZrSiO4 در سراميک سازي ، 19 % به عنوان ديرگداز ، 16 % ماسه هاي ريخته گري ، 8 % شيشه تلويزيون و فيبرنوري ، 4 % سراميك هاي پيشرفته، 2 % در ساينده ها ، 2 % مواد شيميايي و 1 % به عنوان آلياژها استفاده مي شود .
زماني كه زيركونيم با نيوبيوم تشكيل آلياژ مي دهد، زيركونيم به صورت ابررسانادر دماهاي پائين تشکيل مي شود و براي ساخت ابررساناهاي مغناطيسي با استفاده ازنيروي الكتريكي با مقياس بزرگ امكان پذير است.
اكسيد زيركن آن پردازش شده وتوليد الماس بدلي و زيركن كوبيك (مكعبي) را مي دهد و به صورت سنگ جواهرات طبيعي درجواهر سازي استفاده مي گردد.

47 % زيركن ZrSiO4 در سراميک سازي ، 19 % به عنوان ديرگداز ، 16 % ماسه هاي ريخته گري ، 8 % شيشه تلويزيون و فيبرنوري ، 4 % سراميك هاي پيشرفته، 2 % در ساينده ها ، 2 % مواد شيميايي و 1 % به عنوان آلياژها استفاده مي شود .
زماني كه زيركونيم با نيوبيوم تشكيل آلياژ مي دهد، زيركونيم به صورت ابررسانادر دماهاي پائين تشکيل مي شود و براي ساخت ابررساناهاي مغناطيسي با استفاده ازنيروي الكتريكي با مقياس بزرگ امكان پذير است.
اكسيد زيركن آن پردازش شده وتوليد الماس بدلي و زيركن كوبيك (مكعبي) را مي دهد و به صورت سنگ جواهرات طبيعي درجواهر سازي استفاده مي گردد.
بيش از 90% توليد فلز زيركونيم براي توليد نيرويهسته اي اقتصادي مورد مصرف دارد. زيركونيم به عنوان آلياژ (مانند آلياژ Zircaloy) مقدار بسيار كمي از نوترون ها را جذب مي كنند و كاربرد هسته اي مي يابند. استفادهگسترده در صنعت شيميايي و در محيط هاي خورنده مي باشد. زيركونيم قابل اشتعال است ودر مسائل نظامي استفاده مي شود. كربنات زيركونيم لوسيون (محلول) سمي ايجاد ميكند.
اكسيد زيركونيم ناخالص (Zirconia) و يا محلول Baddelogite براي ساخت بوتههاي آزمايشگاهي استفاده مي شود كه مي تواند در برابر شوك حرارتي (براي جداره كورههاي متالورژيكي) مقاومت مي كند و در صنايع شيشه و سراميك مانند مواد ديرگداز عمل ميكند.
به عنوان مبدل هاي حرارتي مانند لوله هاي خلاء در رشته هاي لامپ ، مبدل هايكاتاليزوري، كلاهك ضربتي (چاشني ضربتي) و آجرهاي كوره مورد استفاده قرار مي گيرند.

داروسازي
زيرکونيم در صنايع داروسازي به صورت فلز و ترکيباتي مانند: دياکسيد زيرکونيوم، لاکتات زيرکونيوم، واکسي کلريد زيرکونيوم براي تهيه مواد ضد بو "دئودورانت" (Deodorant) استفاده مي شود.استفاده از اين مواد هنگاميکه پوست بدنملتهب است ممکن است حساسيت شديدي را به همراه داشته باشد. همچنين از دي اکسيدزيرکونيم به عنوان حاجب در عکس برداري هاي پزشکي (x-ray) استفاده مي شود.
ازموارد احتياط درباره دي اکسيد زيرکونيوم اين است که از تنفس در مکان هايي که اينماده به صورت غباري در فضا منتشر شده باشد بايد اجتناب نمود زيرا تنفس آن ممکن استباعث بيماري فيبروزيس شود.