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锆的属性简介及应用领域

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锆的属性简介及应用领域

分类:
行业资讯
来源:
发布时间:
2021/07/12
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一、锆的属性简介

锆(Zirconium)的元素符号Zr,位于化学元素周期表中IV-B族,它的原子序数是40,是一种银白色的过渡金属。锆的表面易形成一层氧化膜,具有光泽,故外观与钢相似。有耐腐蚀性,但是溶于氢氟酸和王水;高温时,可与非金属元素和许多金属元素反应,生成固体溶液化合物。锆的可塑性好,易于加工成板、丝等。锆在加热时能大量地吸收氧、氢、氮等气体,可用作贮氢材料;锆的耐蚀性比钛好,接近铌、钽。

 

锆主要以矿物形式存在于自然界,锆在地壳中含量居第20位,比常见的金属铜、铅、镍、锌多,却被称为“稀有金属”,是因为制取工艺较为复杂,不易被经济地提取。另外,在已发现的40多种锆铪矿床中,具有工业开采价值的只有10种左右,用于工业生产的仅有锆英石和斜锆石两种。

锆产品种类丰富,形式多样,最初始的矿产形式为锆英砂,经过烧碱、水洗等处理,可以生成硅酸锆和氯氧化锆等初级产品;继续煅烧、氯化、还原还可制成二氧化锆、工业级海绵锆等产品;如果提纯、分离技术水平达到一定水准,可以制成核能级海绵锆。海绵锆,为银灰色海绵状金属,密度6.49g/cm³、熔点1852±2.001℃、沸点4377℃。金属元素锆被誉为原子时代的第一金属。锆材料外观似钢,有光泽。锆及其合金具有较好的尺寸稳定性、高强韧、高吸氧、耐冲刷、抗辐照、耐腐蚀性等优异的性能。

 

二、锆的应用领域

随着人们对锆的认知不断加深,锆的应用也越来越广泛,也许大多数人对锆感到比较陌生,但是它已经深入到我们生活的方方面面,比如周围的各种建筑、生活中必不可少的陶瓷、刀具、装饰品等都有锆的身影。在核反应堆、军工、生物医用、航空航天、航海、石油和化工等高端技术领域也具有重要的应用前景。

 

 

与传统的铁、铜、镍等金属元素相比,锆具有较低的密度和较小的热膨胀系数。此外,锆还具有较低的热中子吸收截面积(仅为0.18*10-28㎡)和良好的内腐蚀性能,这使得锆及其合金在核工业以及航空航天等特殊领域具有极广泛的应用前景。目前,锆及其合金已经较成熟地应用于核反应堆中的包壳材料。以其为材料生产的零部件包括燃料包壳管、控制棒导向管、压力管、原件盒以及一些结构材料等。我国的大型核电站普遍都用锆材,如果用核动力发电,每一百万千瓦的发电能力,一年就要消耗掉20到25吨金属锆。一艘三万马力的;核潜艇用锆和锆合金作核燃料的包套和压力管,锆的使用量达20至30吨。

 

从军工上来看,钢里只要加进千分之一的锆,硬度和强度就会惊人地提高。含锆的装甲钢、大炮锻件钢、不锈钢和耐热钢等是制造装甲车、坦克、大炮和防弹板等武器的重要材料。

在电真空工业中,人们广泛利用锆粉涂在电真空元件和仪表的阳极和其他受热部件的表面上,吸收真空管中的残余气体,制成高度真空的电子管和其他电真空仪表,从而提高它们的质量,延长它们的使用时间。

锆粉的特点是着火点低和燃烧速度快,可以用做起爆雷管的起爆药,这种高级雷管甚至在水下也能够爆炸。锆粉再加上氧化剂。这好比火上加油,燃烧起来强光眩目,是制造曳光弹和照明弹的好材料。

 

锆具有优异的耐腐蚀性能,能够抵抗大多数有机酸、无机酸、强碱和一些熔融盐的腐蚀伤害,因此,腐蚀环境中的一些关键部件可使用锆材来提升使用寿命。目前,化工行业中已较多的使用锆作为耐腐蚀材料,并且已成熟应用于热交换机、洗涤塔、反应器、泵、阀门和腐蚀介质管道等领域。例如,用锆合金制备出的浓缩管和水解管已成功应用在过氧化氢的生产线中,而锆制减压阀、搅拌器和流量计等器件也在化肥生产、污水处理和染料工业中得以应用。

生物医用材料是近年来新兴的一种高新技术材料,而生物应用合金必须与生物体液环境具有良好的相容性以及良好的耐腐蚀性。锆因具有良好的生物相容性、与骨骼类似的弹性模量以及良好的耐腐蚀性而被科研人员重视。

 

同时,在空间探测、深海探测以及高速铁路等领域中,例如,火箭发射器的喷嘴;探月车的支架;航天装备里的隔热板;潜水艇发动机叶轮、叶片、螺丝等,锆及其合金均发挥着重要作用。在中国的锆行业中,金属锆将是今后最具潜力、最具亮点、最具发展前景的领域。

 

(根据网络资料整理)