鋯(Zirconium)是(shi)一種化(hua)(hua)學元素,元素符號Zr原子序數是(shi)40,單(dan)質是(shi)一種高熔點金(jin)屬(shu)(shu),呈淺灰色。鋯的表面(mian)易形(xing)成(cheng)一層氧化(hua)(hua)膜,具(ju)有光澤,故外(wai)觀與(yu)鋼(gang)相似。有耐腐(fu)蝕(shi)性(xing),可溶于氫氟酸和王水(shui),高溫(wen)時,可與(yu)非金(jin)屬(shu)(shu)元素和許多(duo)金(jin)屬(shu)(shu)元素反應(ying),生成(cheng)固溶體。
含(han)鋯(gao)(gao)(gao)(gao)的(de)(de)天(tian)然(ran)硅酸鹽ZrSiO4稱為鋯(gao)(gao)(gao)(gao)石(shi)(Zircon)或風信子石(shi)(hyacinth)廣泛分布于自(zi)(zi)然(ran)界(jie)中,具有從橙到紅(hong)的(de)(de)各種美麗的(de)(de)顏色,自(zi)(zi)古(gu)以來(lai)(lai)被認(ren)為是寶石(shi),據說Zircon一詞來(lai)(lai)自(zi)(zi)阿拉伯文Zarqūn,是朱砂(sha),又(you)說是來(lai)(lai)自(zi)(zi)波斯文Zargun,是金(jin)色,hyacinth則來(lai)(lai)自(zi)(zi)希臘文的(de)(de)“百合花(hua)”一詞,印度洋中的(de)(de)島國斯里蘭卡盛產鋯(gao)(gao)(gao)(gao)石(shi)。包含(han)鋯(gao)(gao)(gao)(gao)的(de)(de)寶石(shi)作為鋯(gao)(gao)(gao)(gao)石(shi)的(de)(de)形式(shi)在古(gu)代就(jiu)已知了。
1789年德(de)國(guo)人M.H.Klaproth對鋯(gao)石進行研究時發現,將它與氫氧(yang)(yang)化(hua)鈉共熔(rong),用鹽酸(suan)溶解冷卻物(wu),在(zai)溶液(ye)中(zhong)添加(jia)碳(tan)酸(suan)鉀,沉(chen)淀(dian),過濾(lv)并清(qing)洗沉(chen)淀(dian)物(wu),再將沉(chen)淀(dian)物(wu)與硫酸(suan)共煮,然(ran)后(hou)濾(lv)去硅的(de)氧(yang)(yang)化(hua)物(wu),在(zai)濾(lv)液(ye)中(zhong)檢查(cha)鈣、鎂(mei)(mei)、鋁的(de)氧(yang)(yang)化(hua)物(wu),均未發現,在(zai)溶液(ye)中(zhong)添加(jia)碳(tan)酸(suan)鉀后(hou)出現沉(chen)淀(dian),這(zhe)個沉(chen)淀(dian)物(wu)不(bu)像氧(yang)(yang)化(hua)鋁那樣(yang)(yang)溶于堿液(ye),也不(bu)像鎂(mei)(mei)的(de)氧(yang)(yang)化(hua)物(wu)那樣(yang)(yang)和(he)酸(suan)作用,Klaproth認為這(zhe)個沉(chen)淀(dian)物(wu)和(he)以前所知(zhi)的(de)氧(yang)(yang)化(hua)物(wu)都不(bu)一樣(yang)(yang),是(shi)由(you)Zirkonerde(鋯(gao)土,德(de)文)構成的(de),不(bu)久,法(fa)國(guo)化(hua)學(xue)家de Morueau和(he)Vauquelin兩人都證(zheng)實M.H.Klaproth的(de)分(fen)析是(shi)正確(que)的(de),該元素(su)拉丁(ding)名為Zirconium,符號(hao)認為Zr,中(zhong)國(guo)譯成鋯(gao)。
1808年,英國的H.Davy利用(yong)(yong)電流(liu)分解鋯的化合物,沒(mei)有成功,1824年瑞典(dian)的J.J.Berzelius首先用(yong)(yong)鉀還(huan)原K2ZrF6時(shi)制(zhi)得金(jin)屬鋯,但(dan)不(bu)夠純,反應式為:K2ZrF6+4K=Zr+6KF,該反應也可(ke)用(yong)(yong)Na作(zuo)還(huan)原劑,直到1914年,荷(he)蘭(lan)一家金(jin)屬白熱電燈制(zhi)造廠(chang)的兩位研究人員(yuan)Lely和(he)Ham bruger用(yong)(yong)無水四氯化鋯和(he)過量金(jin)屬鈉同(tong)盛入(ru)一空球中,利用(yong)(yong)電流(liu)加熱500℃,取(qu)得了純金(jin)屬鋯。
完全純凈的鋯在(zai)1925年(nian)才被荷蘭化學家Anton Eduard van Arkel和Jan Hendrik de Boer,由分解四碘化鋯(ZrI4)制(zhi)取。鋯由鎂加熱四氯化鋯來大(da)量生產。
中國(guo)鋯(gao)業(ye)(ye)的發展(zhan)(zhan)是艱(jian)苦和曲折的,但(dan)對世界鋯(gao)業(ye)(ye)的發展(zhan)(zhan)作出了巨大的貢(gong)獻。中國(guo)鋯(gao)業(ye)(ye)的發展(zhan)(zhan)歷經(jing)下列幾(ji)個階段(duan)。
20世(shi)紀60年代,中國(guo)曾(ceng)經用碳氯化(hua)法生產(chan)(chan)過無鉿(jia)的(de)核用金屬鋯(gao)(gao),那時(shi)有(you)(you)上(shang)海紅色冶(ye)煉廠(chang)、901廠(chang)、錦州鐵合金廠(chang);同時(shi)還有(you)(you)上(shang)海五一(yi)(yi)化(hua)工(gong)(gong)廠(chang)、北京(jing)有(you)(you)色金屬熔煉廠(chang)、水口山(shan)六廠(chang)和河南焦作化(hua)工(gong)(gong)總廠(chang),用硫酸(suan)法生產(chan)(chan)氧化(hua)鋯(gao)(gao)。由于我國(guo)核工(gong)(gong)業尚未發展(zhan),氧化(hua)鋯(gao)(gao)未能在工(gong)(gong)業上(shang)取得應用,生產(chan)(chan)技術、產(chan)(chan)品質量、環境污染(ran)等都存在嚴重問(wen)題,資金也比較困難(nan),因此,這些工(gong)(gong)廠(chang)的(de)規模(mo)一(yi)(yi)直未發展(zhan)起(qi)來(lai),大(da)部分工(gong)(gong)廠(chang)停(ting)產(chan)(chan)、轉產(chan)(chan)、關閉,只(zhi)有(you)(you)少數工(gong)(gong)廠(chang)保留(liu)、待觀、試驗。
20世紀70年代中期(qi),由于(yu)國(guo)外氧化(hua)(hua)鋯(gao)應用(yong)的發展,影響了中國(guo)。特別是(shi)(shi)氧化(hua)(hua)鋯(gao)在(zai)衛生(sheng)(sheng)陶瓷方面的應用(yong),促進(jin)了氧化(hua)(hua)鋯(gao)的發展。但由于(yu)原(yuan)有的工(gong)藝技術(shu)落后(hou)、工(gong)藝流程過長、產品(pin)質量(liang)差、環(huan)境污染嚴重等(deng),迫使(shi)人們進(jin)行氧化(hua)(hua)鋯(gao)生(sheng)(sheng)產工(gong)藝的改進(jin)研究,以后(hou)就確立了工(gong)業(ye)上應用(yong)的NaOH燒(shao)(shao)結和HC1分解工(gong)藝生(sheng)(sheng)產氧化(hua)(hua)鋯(gao),并于(yu)1978年建(jian)立第1家按NaOH燒(shao)(shao)結工(gong)藝生(sheng)(sheng)產氧化(hua)(hua)鋯(gao)的工(gong)廠(chang)——宜興化(hua)(hua)工(gong)廠(chang)。與(yu)此同時(shi),在(zai)湖州也(ye)建(jian)立了一(yi)個(ge)小型的生(sheng)(sheng)產廠(chang)。產品(pin)質量(liang)在(zai)當時(shi)(在(zai)國(guo)內(nei))還是(shi)(shi)比較(jiao)好的,但規(gui)模都比較(jiao)小。因為當時(shi)在(zai)國(guo)內(nei)氧化(hua)(hua)鋯(gao)的應用(yong)還是(shi)(shi)很陌生(sheng)(sheng)的,所(suo)以銷(xiao)量(liang)不(bu)是(shi)(shi)很大(da)。
由于氯(lv)氧(yang)化(hua)鋯(gao)的生(sheng)(sheng)產(chan)工藝(yi)復雜,環境(jing)污(wu)(wu)(wu)染嚴重,為了(le)保(bao)護本國(guo)的利(li)益,發達(da)國(guo)家幾乎把(ba)這(zhe)個(ge)低利(li)潤、高能耗、高污(wu)(wu)(wu)染的前期生(sheng)(sheng)產(chan)工藝(yi)去掉,而保(bao)留高效(xiao)、無污(wu)(wu)(wu)染的深(shen)加工工藝(yi)。因此(ci)發達(da)國(guo)家氯(lv)氧(yang)化(hua)鋯(gao)幾乎都停(ting)止生(sheng)(sheng)產(chan),從(cong)國(guo)外采(cai)購氯(lv)氧(yang)化(hua)鋯(gao)原(yuan)料(liao),這(zhe)樣就促進了(le)中國(guo)鋯(gao)工業(ye)的發展。隨著(zhu)1980年中國(guo)向(xiang)世界市場開(kai)放,氯(lv)氧(yang)化(hua)鋯(gao)開(kai)始出口,宜(yi)興(xing)化(hua)工廠規模得(de)到迅猛發展。這(zhe)也(ye)許(xu)是中國(guo)鋯(gao)工業(ye)發展的轉折點。隨著(zhu)外貿的擴大(da),鋯(gao)化(hua)學(xue)制品品種增(zeng)多,產(chan)量(liang)增(zeng)大(da),企(qi)(qi)業(ye)效(xiao)益良好。由于利(li)益驅動,這(zhe)時在(zai)國(guo)內(nei)發展了(le)一批新的企(qi)(qi)業(ye),生(sheng)(sheng)產(chan)能力有(you)所增(zeng)長,但(dan)生(sheng)(sheng)產(chan)量(liang)跟不上生(sheng)(sheng)產(chan)能力。
到了20世紀90年(nian)代,南(nan)非、澳大(da)利亞的(de)鋯(gao)英(ying)砂進入(ru)中(zhong)國(guo)(guo),鋯(gao)化(hua)(hua)(hua)學(xue)制(zhi)(zhi)品(pin)(pin)(pin)(pin)的(de)質量(liang)(liang)、工藝(yi)技術(shu)水平、回收率均(jun)有(you)所提(ti)高。同(tong)時(shi),根據(ju)國(guo)(guo)外客(ke)商(shang)的(de)要求,鋯(gao)化(hua)(hua)(hua)學(xue)制(zhi)(zhi)品(pin)(pin)(pin)(pin)的(de)種類(lei)也(ye)擴大(da)了。在利益的(de)驅動下,生產(chan)廠家(jia)進一步增(zeng)(zeng)多(duo),鋯(gao)英(ying)砂供應充足,原材(cai)料價(jia)格下降。氯(lv)氧化(hua)(hua)(hua)鋯(gao)出口量(liang)(liang)猛(meng)(meng)增(zeng)(zeng),促進了中(zhong)國(guo)(guo)鋯(gao)化(hua)(hua)(hua)學(xue)制(zhi)(zhi)品(pin)(pin)(pin)(pin)工業(ye)的(de)發展。但(dan)由于信(xin)息交流不暢,企業(ye)間缺乏溝(gou)通,國(guo)(guo)內氯(lv)氧化(hua)(hua)(hua)鋯(gao)的(de)生產(chan)廠家(jia)增(zeng)(zeng)加太(tai)多(duo),企業(ye)相(xiang)互(hu)競爭,相(xiang)互(hu)壓價(jia),價(jia)格下跌。同(tong)時(shi)由于產(chan)量(liang)(liang)猛(meng)(meng)增(zeng)(zeng),技術(shu)和檢測手段跟不上,產(chan)品(pin)(pin)(pin)(pin)質量(liang)(liang)下降,環境(jing)污染嚴(yan)重(zhong)。不利于我國(guo)(guo)鋯(gao)化(hua)(hua)(hua)學(xue)制(zhi)(zhi)品(pin)(pin)(pin)(pin)的(de)發展。這時(shi)期(qi)的(de)產(chan)量(liang)(liang)約為20000t。
1990年以后(hou),世界(jie)鋯(gao)(gao)(gao)化(hua)(hua)學制(zhi)(zhi)品市場擴大,鋯(gao)(gao)(gao)陶(tao)瓷(ci)(ci)顏料、釉料需求量大增(zeng)。西方國家在(zai)中(zhong)國建立了(le)(le)許多生產陶(tao)瓷(ci)(ci)釉料的(de)(de)合資企(qi)業(ye),導致ZrO的(de)(de)需求量大幅(fu)增(zeng)加。這大大刺激(ji)中(zhong)國鋯(gao)(gao)(gao)化(hua)(hua)學制(zhi)(zhi)品的(de)(de)發展,新建工廠蜂擁而(er)上,原有(you)企(qi)業(ye)生產量連續增(zeng)產。在(zai)中(zhong)國,第1次出現(xian)了(le)(le)鋯(gao)(gao)(gao)化(hua)(hua)學制(zhi)(zhi)品供大于求的(de)(de)現(xian)象(xiang),產量達到(dao)40000-45000t。價格(ge)下跌,企(qi)業(ye)效(xiao)益明顯下降。最近幾(ji)年,中(zhong)國鋯(gao)(gao)(gao)化(hua)(hua)學制(zhi)(zhi)品有(you)了(le)(le)更大的(de)(de)發展,但由(you)于鋯(gao)(gao)(gao)英砂(sha)短缺。原材料的(de)(de)漲價,企(qi)業(ye)之間的(de)(de)競爭加劇,鋯(gao)(gao)(gao)化(hua)(hua)學制(zhi)(zhi)品的(de)(de)價格(ge)偏低,庫存增(zeng)加,致使企(qi)業(ye)陷入困境,甚至出現(xian)嚴重虧損,小工廠瀕臨關(guan)閉(bi)。
中國(guo)的鋯化學制(zhi)品的產(chan)(chan)量大約在(zai)70000-75000t,庫(ku)存量在(zai)10000-15000t。資金積壓嚴重,有(you)些(xie)工廠停(ting)產(chan)(chan),而有(you)些(xie)工廠在(zai)擴產(chan)(chan)。所(suo)以,中國(guo)的鋯業(ye)發展不容樂觀。
鋯,原(yuan)子序數40,原(yuan)子量91.224,為銀灰色金屬,外觀似鋼,有光澤,熔點1852°C,沸點4377°C,密度6.49克/立方厘(li)米(mi)。
原子序數 40
質子數 40
莫氏硬度 4.5
熔點 1852℃
沸點(dian) 4377℃
密度 6.49g/cm3
原子(zi)量 91.224
體積 14.1cm3/mol
晶體結構:晶胞為密排六方(fang)晶胞。
晶胞參數
a = 323.2 pm α = 90°
b = 323.2 pm β = 90°
c = 514.7 pm γ = 120°
鋯(gao)(gao)容易吸收(shou)(shou)氫(qing)、氮(dan)和(he)氧(yang)(yang)氣;鋯(gao)(gao)對氧(yang)(yang)的(de)親和(he)力很強,1000°C氧(yang)(yang)氣溶(rong)于鋯(gao)(gao)中能使其體積顯著(zhu)增加(jia)。鋯(gao)(gao)的(de)表(biao)面易形成(cheng)一(yi)層氧(yang)(yang)化(hua)膜(mo),具(ju)有光澤,故(gu)外(wai)觀與鋼相似(si)。有耐腐(fu)蝕性(xing),但是溶(rong)于氫(qing)氟(fu)酸和(he)王水。高溫時,可(ke)與非金屬(shu)元(yuan)素(su)(su)和(he)許多(duo)金屬(shu)元(yuan)素(su)(su)反應,生成(cheng)固溶(rong)體。鋯(gao)(gao)的(de)可(ke)塑性(xing)好(hao),易于加(jia)工(gong)成(cheng)板、絲等(deng)(deng)。鋯(gao)(gao)在加(jia)熱時能大量地吸收(shou)(shou)氧(yang)(yang)、氫(qing)、氮(dan)等(deng)(deng)氣體,可(ke)用作貯氫(qing)材(cai)料。鋯(gao)(gao)的(de)耐腐(fu)蝕性(xing)比鈦好(hao),接(jie)近鈮、鉭。鋯(gao)(gao)與鉿是化(hua)學性(xing)質相似(si)、又共(gong)生在一(yi)起(qi)的(de)兩個金屬(shu),且含(han)有放射性(xing)物質。
CAS號 7440-67-7
所屬周期 5
所屬族數 ⅣB
電子層分布 K-L-M-N-O
外(wai)圍電子層排布(bu) 4d25s2
核外電子排布 2,8,18,10,2
氧化態(tai) 0、+1、+2、+3、+4
電離能 (kJ /mol)
M - M+ 660
M - M2+ 1267
M2+ - M3+ 2218
M3+ - M4+ 3313
M4+ - M5+ 7860
M5+ - M6+ 9500
M6+ - M7+ 11200
M7+ - M8+ 13800
M8+ - M9+ 15700
M9+ - M10+ 17500
氧化(hua)(hua)(hua)鋯(gao)(ZrO?)是自然界的(de)(de)礦(kuang)物原(yuan)(yuan)(yuan)料(liao),主要有斜鋯(gao)石和鋯(gao)英石。鋯(gao)英石系火(huo)成巖深層礦(kuang)物,顏(yan)色有淡黃(huang)(huang)、棕黃(huang)(huang)、黃(huang)(huang)綠等,比重4.6-4.7,硬度(du)7.5,具(ju)有強烈(lie)的(de)(de)金屬(shu)光澤(ze),可為(wei)陶(tao)瓷釉(you)(you)用(yong)(yong)原(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)。純的(de)(de)氧化(hua)(hua)(hua)鋯(gao)是一種(zhong)高級耐(nai)火(huo)原(yuan)(yuan)(yuan)料(liao),其(qi)(qi)熔(rong)融溫(wen)度(du)約為(wei)2900℃它可提高釉(you)(you)的(de)(de)高溫(wen)粘(zhan)度(du)和擴大(da)粘(zhan)度(du)變(bian)化(hua)(hua)(hua)的(de)(de)溫(wen)度(du)范(fan)圍,有較(jiao)好的(de)(de)熱穩定(ding)性(xing),其(qi)(qi)含量為(wei)2%-3%時,能(neng)(neng)(neng)提高釉(you)(you)的(de)(de)抗龜(gui)裂性(xing)能(neng)(neng)(neng)。還因它的(de)(de)化(hua)(hua)(hua)學惰性(xing)大(da),故能(neng)(neng)(neng)提高釉(you)(you)的(de)(de)化(hua)(hua)(hua)學穩定(ding)性(xing)和耐(nai)酸堿(jian)能(neng)(neng)(neng)力,還能(neng)(neng)(neng)起到(dao)乳濁劑(ji)的(de)(de)作用(yong)(yong)。在(zai)建筑陶(tao)瓷釉(you)(you)料(liao)中多使用(yong)(yong)鋯(gao)英石,一般用(yong)(yong)量為(wei)8%-12%。并為(wei)“釉(you)(you)下白(bai)”的(de)(de)主要原(yuan)(yuan)(yuan)料(liao),氧化(hua)(hua)(hua)鋯(gao)為(wei)黃(huang)(huang)綠色顏(yan)料(liao)良好的(de)(de)助色劑(ji),若想獲得(de)較(jiao)好的(de)(de)釩鋯(gao)黃(huang)(huang)顏(yan)料(liao)必(bi)須(xu)選用(yong)(yong)質純的(de)(de)氧化(hua)(hua)(hua)鋯(gao)。
1、由灼燒二氧(yang)化鋯水(shui)合物或揮發性含(han)氧(yang)酸鋯鹽所得的二氧(yang)化鋯為白色(se)粉末,不溶于(yu)水(shui)。
2、經由輕度灼燒(shao)所得的二氧化鋯,比較容易被無機酸溶解。
強熱灼(zhuo)燒(shao)所得(de)的(de)二氧化鋯(gao)只溶于濃(nong)硫酸(suan)和氫氟酸(suan),經過(guo)熔融重(zhong)結晶的(de)二氧化鋯(gao)只與氫氟酸(suan)作用。
3、二氧化鋯是(shi)一種(zhong)兩性氧化物,與堿(jian)共熔可形成鋯酸(suan)鹽,但(dan)鋯酸(suan)鹽遇水容(rong)易水解為ZrO2·xH2O而沉淀。
4、二(er)氧(yang)化(hua)(hua)鋯與(yu)碳(tan)和(he)氯(lv)(lv)氣高溫(wen)反(fan)應,或者(zhe)與(yu)四(si)氯(lv)(lv)化(hua)(hua)碳(tan)反(fan)應,生成四(si)氯(lv)(lv)化(hua)(hua)鋯及二(er)氯(lv)(lv)氧(yang)化(hua)(hua)鋯,水解又(you)得(de)到二(er)氧(yang)化(hua)(hua)鋯。
5、它在(zai)電(dian)弧中與碳(tan)作用生成碳(tan)化鋯。
ZrSiO4,折射(she)率高(gao),化(hua)學穩(wen)定性(xing)能(neng),是一種優質、價廉的乳濁劑(ji),被(bei)廣(guang)泛用于各種建筑陶瓷(ci)(ci)(ci)、衛生陶瓷(ci)(ci)(ci)、日用陶瓷(ci)(ci)(ci)、一級工(gong)藝(yi)品陶瓷(ci)(ci)(ci)等(deng)的生產(chan)(chan)中,在(zai)陶瓷(ci)(ci)(ci)釉(you)料(liao)的加(jia)工(gong)生產(chan)(chan)中,使用范(fan)圍廣(guang),應(ying)用量大。硅酸(suan)鋯(gao)之所(suo)以在(zai)陶瓷(ci)(ci)(ci)生產(chan)(chan)中得以廣(guang)泛應(ying)用,還因為其(qi)化(hua)學穩(wen)定性(xing)好,因而(er)不受陶瓷(ci)(ci)(ci)燒成(cheng)氣氛的影響,且能(neng)顯著改善(shan)陶瓷(ci)(ci)(ci)的坯(pi)釉(you)結合性(xing)能(neng),提高(gao)陶瓷(ci)(ci)(ci)釉(you)面硬度(du)(du)。硅酸(suan)鋯(gao)也(ye)在(zai)電視行業(ye)的彩色顯像管、玻璃行業(ye)的乳化(hua)玻璃、搪瓷(ci)(ci)(ci)釉(you)料(liao)生產(chan)(chan)中得到(dao)了進(jin)一步的應(ying)用。硅酸(suan)鋯(gao)的熔點(dian)高(gao):2500攝(she)氏(shi)度(du)(du),所(suo)以在(zai)耐火(huo)材料(liao)、玻璃窯爐鋯(gao)搗打料(liao)、澆注料(liao)、噴涂料(liao)中也(ye)被(bei)廣(guang)泛應(ying)用。
鋯(gao)指數(shu)(shu)(shu)(shu)是(shi)后處理工藝(yi)中用(yong)(yong)來衡(heng)量(liang)(liang)溶(rong)(rong)劑降(jiang)解程度(du)的(de)(de)(de)指標。95Zr是(shi)一種重要的(de)(de)(de)裂片,降(jiang)解后的(de)(de)(de)溶(rong)(rong)劑對95Zr具有高選擇性的(de)(de)(de)保留(liu)作(zuo)用(yong)(yong),鋯(gao)指數(shu)(shu)(shu)(shu)越大(da),溶(rong)(rong)劑降(jiang)解越嚴重。鋯(gao)指數(shu)(shu)(shu)(shu)(Z值(zhi))的(de)(de)(de)測量(liang)(liang)方法(fa)是(shi):反萃(cui)后有機相經(jing)氫氧化鈉、水和(he)硝酸洗滌(di)后,用(yong)(yong)示蹤量(liang)(liang)95Zr水相與之平(ping)衡(heng),用(yong)(yong)3mol/L硝酸洗有機相3次,除去TBP萃(cui)取的(de)(de)(de)95Zr。測定(ding)溶(rong)(rong)劑相中被保留(liu)的(de)(de)(de)鋯(gao)量(liang)(liang),每(mei)109L溶(rong)(rong)劑保留(liu)的(de)(de)(de)95Zr的(de)(de)(de)摩爾(er)數(shu)(shu)(shu)(shu)為溶(rong)(rong)劑的(de)(de)(de)Z值(zhi)。由于(yu)鋯(gao)在水溶(rong)(rong)液中行為復雜,隨測量(liang)(liang)條件不同,Z值(zhi)會不同,因而常用(yong)(yong)不穩定(ding)系數(shu)(shu)(shu)(shu)來表征溶(rong)(rong)劑的(de)(de)(de)穩定(ding)性。
天然鋯有6種(zhong)穩定同位素:鋯-90、鋯-91、鋯-92、鋯-94、鋯-96,其中(zhong)鋯-90含(han)量最大。
同位素 豐度 半(ban)衰期(qi) 衰變(bian)模式(shi) 衰變(bian)能(neng)量 衰變(bian)產物
(MeV)
Zr-90 51.45% 穩定
Zr-91 11.22% 穩定
Zr-92 17.15% 穩定(ding)
Zr-93 人造 1.53×106年 β衰(shuai)變 0.091 Nb-93
Zr-94 17.38% 穩定
Zr-96 2.80% >3.8×1019年 β衰變 3.35 Nb-96
地殼中(zhong)鋯(gao)的含量(liang)居第19位,幾乎與鉻相等(deng)。自然界中(zhong)具有(you)工業(ye)價值的含鋯(gao)礦(kuang)(kuang)(kuang)物,主(zhu)要(yao)有(you)鋯(gao)英(ying)石及斜鋯(gao)石。世界鋯(gao)資源(yuan)(yuan)主(zhu)要(yao)賦(fu)存于(yu)海濱砂礦(kuang)(kuang)(kuang)礦(kuang)(kuang)(kuang)床中(zhong),只有(you)少部分賦(fu)于(yu)積礦(kuang)(kuang)(kuang)砂和(he)原生礦(kuang)(kuang)(kuang)中(zhong)。世界鋯(gao)英(ying)砂儲量(liang)約4000萬噸,其中(zhong)85%分布在澳大利(li)亞、南(nan)非、美國、印度和(he)前蘇(su)聯(lian)。我國鋯(gao)礦(kuang)(kuang)(kuang)儲量(liang)居世界第九位,總儲量(liang)為200余萬噸,主(zhu)要(yao)集中(zhong)在廣東、海南(nan)、廣西和(he)四川,而(er)云(yun)南(nan)主(zhu)要(yao)是巖礦(kuang)(kuang)(kuang),其它如湖(hu)南(nan)、湖(hu)北、安徽(hui)、福建、江西、遼寧等(deng),也有(you)一(yi)些鋯(gao)資源(yuan)(yuan)。
元素(su)在太陽(yang)中(zhong)的(de)含量(liang)(ppm) 0.04
元素在海水(shui)中的(de)含量(liang)(ppm) 0.000009
地(di)殼中含量(liang)(ppm) 190
鋯(gao)(gao)和(he)鋰及鈦一(yi)樣能(neng)強烈地吸收(shou)氮、氫、氧等氣(qi)體。當溫度(du)超過攝氏九百度(du),鋯(gao)(gao)能(neng)猛烈地吸收(shou)氮氣(qi);在攝氏二(er)百度(du)的(de)(de)(de)條件(jian)下,一(yi)百克金屬(shu)鋯(gao)(gao)能(neng)夠吸收(shou)八(ba)百一(yi)十七升氫氣(qi),相當于(yu)鐵的(de)(de)(de)八(ba)十多(duo)萬(wan)倍。鋯(gao)(gao)的(de)(de)(de)這種特性已(yi)被(bei)廣(guang)泛利用,比如在電(dian)真(zhen)空工業中,人們(men)廣(guang)泛利用鋯(gao)(gao)粉涂在電(dian)真(zhen)空元件(jian)和(he)儀(yi)表(biao)的(de)(de)(de)陽(yang)極和(he)其他(ta)受熱部件(jian)的(de)(de)(de)表(biao)面上,吸收(shou)真(zhen)空管中的(de)(de)(de)殘余(yu)氣(qi)體,制成高度(du)真(zhen)空的(de)(de)(de)電(dian)子管和(he)其他(ta)電(dian)真(zhen)空儀(yi)表(biao),從(cong)而(er)提高它們(men)的(de)(de)(de)質(zhi)量(liang),延長它們(men)的(de)(de)(de)使用時間。
鋯還(huan)可(ke)(ke)以用(yong)做冶金工業的(de)(de)“維(wei)生素”,發(fa)揮它(ta)強(qiang)有力(li)的(de)(de)脫氧、除(chu)氮、去硫的(de)(de)作(zuo)用(yong)。鋼里只要(yao)加進千(qian)分之一的(de)(de)鋯,硬度(du)和(he)(he)強(qiang)度(du)就(jiu)會驚人(ren)地提(ti)高;含(han)鋯的(de)(de)裝(zhuang)甲鋼、不(bu)銹鋼和(he)(he)耐熱鋼等,是制(zhi)(zhi)造裝(zhuang)甲車、坦克、大(da)炮和(he)(he)防(fang)彈板(ban)等國防(fang)武器的(de)(de)重要(yao)材料(liao)。把鋯摻進銅(tong)里,抽成銅(tong)線,導電能力(li)并不(bu)減弱(ruo),而熔點(dian)卻大(da)大(da)提(ti)高,用(yong)做高壓電線非(fei)常合適(shi)。含(han)鋯的(de)(de)鋅鎂合金,又輕又耐高溫,強(qiang)度(du)是普通(tong)鎂合金的(de)(de)兩倍,可(ke)(ke)用(yong)到噴氣發(fa)動(dong)機構件的(de)(de)制(zhi)(zhi)造上。
另外,鋯粉的特點(dian)是著火(huo)點(dian)低(di)和(he)燃(ran)燒(shao)速度快,可以用做起爆雷管的起爆藥,這種高級雷管甚至在(zai)水(shui)下也能夠爆炸。鋯粉再加上氧(yang)化(hua)劑。這好(hao)比(bi)火(huo)上加油,燃(ran)燒(shao)起來強光眩目,是制造曳光彈和(he)照明彈的好(hao)材料(liao)。
鋯(gao)合(he)金(jin)以鋯(gao)為基體(ti)加入其他元素而構(gou)成的(de)(de)有(you)色(se)合(he)金(jin)。主(zhu)要合(he)金(jin)元素有(you)錫(xi)、鈮、鐵等(deng)。鋯(gao)合(he)金(jin)在(zai)300~400℃的(de)(de)高溫(wen)高壓水(shui)和(he)蒸汽中有(you)良好的(de)(de)耐(nai)蝕(shi)性能(neng)、適中的(de)(de)力學性能(neng)、較低的(de)(de)原子熱中子吸收截面,對(dui)(dui)核(he)燃料有(you)良好的(de)(de)相容性,多用作水(shui)冷(leng)核(he)反應堆的(de)(de)堆芯結構(gou)材料。此(ci)外,鋯(gao)對(dui)(dui)多種(zhong)酸、堿和(he)鹽(yan)有(you)優良的(de)(de)抗蝕(shi)性,與氧(yang)、氮等(deng)氣(qi)體(ti)有(you)強(qiang)烈的(de)(de)親和(he)力,因此(ci)鋯(gao)合(he)金(jin)也用于制造耐(nai)蝕(shi)部(bu)件(jian)和(he)制藥(yao)機械部(bu)件(jian),在(zai)電真空(kong)和(he)燈泡(pao)工(gong)業中被廣泛(fan)用作非蒸散(san)型消氣(qi)劑。
工(gong)業規模(mo)生產的(de)鋯(gao)(gao)(gao)(gao)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)有(you)鋯(gao)(gao)(gao)(gao)錫系(xi)(xi)和(he)鋯(gao)(gao)(gao)(gao)鈮(ni)系(xi)(xi)兩類。前者合(he)(he)(he)金(jin)(jin)牌號有(you)Zr-2、Zr-4,后者的(de)典型代(dai)表是(shi)Zr-2.5Nb。在(zai)鋯(gao)(gao)(gao)(gao)錫系(xi)(xi)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)中(zhong),合(he)(he)(he)金(jin)(jin)元素錫、鐵(tie)、鉻、鎳可(ke)提高材(cai)(cai)料(liao)的(de)強度、耐(nai)蝕性(xing)(xing)和(he)耐(nai)蝕膜(mo)的(de)導熱(re)性(xing)(xing),降低表面狀態對腐蝕的(de)敏(min)感(gan)性(xing)(xing)。通(tong)(tong)常Zr-2合(he)(he)(he)金(jin)(jin)用(yong)(yong)于(yu)沸水堆,Zr-4合(he)(he)(he)金(jin)(jin)用(yong)(yong)于(yu)壓水堆。在(zai)鋯(gao)(gao)(gao)(gao)鈮(ni)系(xi)(xi)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)中(zhong),鈮(ni)的(de)添(tian)加(jia)量達(da)到使用(yong)(yong)溫度下鋯(gao)(gao)(gao)(gao)的(de)晶(jing)體結構的(de)固(gu)溶極限(xian)時,合(he)(he)(he)金(jin)(jin)的(de)耐(nai)蝕性(xing)(xing)最好(hao)。鋯(gao)(gao)(gao)(gao)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)有(you)同質異晶(jing)轉變(bian),高溫下的(de)晶(jing)體結構為(wei)體心立(li)方(fang),低溫下為(wei)密(mi)排六(liu)方(fang)。鋯(gao)(gao)(gao)(gao)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)塑性(xing)(xing)好(hao),可(ke)通(tong)(tong)過塑性(xing)(xing)加(jia)工(gong)制成管(guan)材(cai)(cai)、板(ban)材(cai)(cai)、棒材(cai)(cai)和(he)絲材(cai)(cai);其焊接性(xing)(xing)也好(hao),可(ke)用(yong)(yong)以進行焊接加(jia)工(gong)。
鋯(gao)(gao)(gao)(gao)的(de)熱(re)中(zhong)(zhong)子(zi)俘獲截面小,有突出的(de)核性(xing)(xing)(xing)能(neng),是發(fa)展(zhan)原子(zi)能(neng)工(gong)業不可(ke)(ke)缺少(shao)的(de)材(cai)(cai)料(liao),可(ke)(ke)作反應堆芯(xin)結構材(cai)(cai)料(liao)。鋯(gao)(gao)(gao)(gao)粉在(zai)空氣(qi)中(zhong)(zhong)易燃燒,可(ke)(ke)作引爆(bao)雷管(guan)及(ji)無煙火藥。鋯(gao)(gao)(gao)(gao)可(ke)(ke)用于(yu)優(you)質鋼(gang)脫(tuo)氧去硫的(de)添加劑(ji)(ji),也是裝甲鋼(gang)、大炮用鋼(gang)、不銹鋼(gang)及(ji)耐(nai)(nai)熱(re)鋼(gang)的(de)組元(yuan)。鋯(gao)(gao)(gao)(gao)是鎂合(he)(he)(he)金的(de)重要合(he)(he)(he)金元(yuan)素,能(neng)提高(gao)鎂合(he)(he)(he)抗(kang)拉(la)強度和加工(gong)性(xing)(xing)(xing)能(neng)。鋯(gao)(gao)(gao)(gao)還是鋁(lv)鎂合(he)(he)(he)金的(de)變質劑(ji)(ji),能(neng)細化(hua)(hua)晶粒。二(er)氧化(hua)(hua)鋯(gao)(gao)(gao)(gao)和鋯(gao)(gao)(gao)(gao)英(ying)石(shi)是耐(nai)(nai)火材(cai)(cai)料(liao)中(zhong)(zhong)最有價值(zhi)的(de)化(hua)(hua)合(he)(he)(he)物。二(er)氧化(hua)(hua)鋯(gao)(gao)(gao)(gao)是新型陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)的(de)主要材(cai)(cai)料(liao),不可(ke)(ke)用作抗(kang)高(gao)溫氧化(hua)(hua)的(de)加熱(re)材(cai)(cai)料(liao)。二(er)氧化(hua)(hua)鋯(gao)(gao)(gao)(gao)可(ke)(ke)作耐(nai)(nai)酸搪瓷(ci)(ci)、玻璃的(de)添加劑(ji)(ji),能(neng)顯著提高(gao)玻璃的(de)彈性(xing)(xing)(xing)、化(hua)(hua)學穩定(ding)性(xing)(xing)(xing)及(ji)耐(nai)(nai)熱(re)性(xing)(xing)(xing)。鋯(gao)(gao)(gao)(gao)英(ying)石(shi)的(de)光反射性(xing)(xing)(xing)能(neng)強、熱(re)穩定(ding)性(xing)(xing)(xing)好,在(zai)陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)和玻璃中(zhong)(zhong)可(ke)(ke)作遮光劑(ji)(ji)使用。鋯(gao)(gao)(gao)(gao)在(zai)加熱(re)時能(neng)大量地吸收氧、氫、氨等氣(qi)體(ti),是理想的(de)吸氣(qi)劑(ji)(ji),如電子(zi)管(guan)中(zhong)(zhong)用鋯(gao)(gao)(gao)(gao)粉作除氣(qi)劑(ji)(ji),用鋯(gao)(gao)(gao)(gao)絲(si)鋯(gao)(gao)(gao)(gao)片作柵極(ji)支架(jia)、陽極(ji)支架(jia)等。
粉末狀(zhuang)鐵與(yu)硝酸(suan)鋯混合,可作(zuo)(zuo)(zuo)閃光(guang)粉。金屬鋯幾乎(hu)全部用(yong)作(zuo)(zuo)(zuo)核反應堆中鈾燃料元件的包殼。也(ye)用(yong)來制造照(zhao)相(xiang)用(yong)的閃光(guang)燈(deng),以及耐腐蝕的容器和(he)(he)管道,特(te)別是能耐鹽酸(suan)和(he)(he)硫酸(suan)。鋯的化(hua)學藥品可作(zuo)(zuo)(zuo)聚合物的交聯劑。
從軍工上來看(kan),鋼(gang)(gang)里只要(yao)加進千分之一的(de)鋯(gao),硬度和強度就會(hui)驚人地(di)提高。含鋯(gao)的(de)裝甲鋼(gang)(gang)、大炮(pao)鍛件(jian)鋼(gang)(gang)、不銹鋼(gang)(gang)和耐熱(re)鋼(gang)(gang)等是制造裝甲車、坦(tan)克(ke)、大炮(pao)和防彈板(ban)等武器的(de)重要(yao)材料。
從原(yuan)子能和(he)核(he)能上(shang)來看,鋯有突出的核(he)能性,是發展原(yuan)子能工業(ye)不可缺少的材(cai)料(liao),中國的大(da)型核(he)電(dian)(dian)站普(pu)遍都(dou)用(yong)(yong)鋯材(cai),如果用(yong)(yong)核(he)動力發電(dian)(dian),每一(yi)百萬(wan)千瓦的發電(dian)(dian)能力,一(yi)年就要消耗掉20到25噸(dun)金(jin)屬(shu)鋯。一(yi)艘三萬(wan)馬力的核(he)潛艇所用(yong)(yong)的鋯合金(jin)作核(he)燃料(liao)的包套和(he)壓力管,使用(yong)(yong)量即可達20至30噸(dun)。
鋯(gao)是一種稀有(you)金屬,具(ju)有(you)驚人的抗腐蝕性(xing)能(neng)(neng)、極高(gao)的熔(rong)(rong)點(dian)、超(chao)高(gao)的硬度(du)和強(qiang)度(du)等特(te)性(xing),被廣(guang)泛(fan)用在航(hang)空航(hang)天(tian)、軍(jun)工、核反應、原子能(neng)(neng)領域。“神六(liu)”上使用的抗腐蝕性(xing)、耐(nai)高(gao)的鈦(tai)產品(pin),其(qi)抗腐蝕性(xing)能(neng)(neng)遠不如鋯(gao),其(qi)熔(rong)(rong)點(dian)1600度(du)左(zuo)右,而鋯(gao)的熔(rong)(rong)點(dian)則在1800度(du)以(yi)上,二氧(yang)化(hua)鋯(gao)的熔(rong)(rong)點(dian)更是高(gao)達(da)2700度(du)以(yi)上,所以(yi)鋯(gao)作為航(hang)空航(hang)天(tian)材料,其(qi)各方面的性(xing)能(neng)(neng)大(da)大(da)優越(yue)于鈦(tai)。
隔(ge)離(li)泄漏污(wu)染區,限制出入。切斷(duan)火源(yuan)。建議(yi)應急處理人員戴自給式呼(hu)吸(xi)器,穿消防(fang)防(fang)護服(fu)。
小(xiao)量泄漏:使用無火花工具收(shou)集于干(gan)燥、潔凈、有蓋的容器(qi)中。轉(zhuan)移回收(shou)。
大量泄漏:用(yong)塑料布、帆布覆(fu)蓋,減(jian)少飛散。使用(yong)無(wu)火(huo)花工(gong)具收集轉移回(hui)收。
呼吸系(xi)統防護:空氣(qi)中(zhong)粉(fen)塵(chen)濃度超標時,佩戴自吸過濾式防塵(chen)口罩。
眼(yan)睛(jing)防(fang)(fang)護:空氣中粉塵濃度超標時(shi),戴化學安全防(fang)(fang)護眼(yan)鏡(jing)。
身(shen)體(ti)防(fang)護:穿(chuan)一般作業防(fang)護服。
手(shou)防(fang)護:戴防(fang)化(hua)學品手(shou)套(tao)。
儲(chu)(chu)存(cun)時常以不少于25%的(de)水潤濕、鈍化。儲(chu)(chu)存(cun)于陰涼、通風的(de)庫房。遠離火(huo)種(zhong)、熱源(yuan)。包(bao)裝密封。應(ying)(ying)與酸類等(deng)分開存(cun)放,切忌混儲(chu)(chu)。采(cai)用防(fang)(fang)(fang)爆型照明、通風設施。禁止(zhi)使用易產(chan)生火(huo)花(hua)的(de)機(ji)械(xie)(xie)設備(bei)和工具。儲(chu)(chu)區應(ying)(ying)備(bei)有合(he)適的(de)材料收容泄漏物。在運輸(shu)過程(cheng)中要防(fang)(fang)(fang)雨淋、防(fang)(fang)(fang)震(zhen)。裝卸(xie)時要小(xiao)心(xin)輕放,防(fang)(fang)(fang)止(zhi)碰撞和滾動,防(fang)(fang)(fang)止(zhi)機(ji)械(xie)(xie)損(sun)傷。