Mis on tsirkoonium ja kus seda kasutatakse?

Kõige iidsemal metallil on ainulaadsed omadused, mis on nõudlikud erinevates eluvaldkondades. Uute tootmistehnoloogiate väljatöötamisega tsirkooniumi populaarsus ainult kasvab. Ajaloolised andmed, aga ka keemilise elemendi omadused ja koostis aitavad seda mõistatust lahendada.

Kuulsas D. I. Mendelejevi tabelis vastab tsirkooniumi aatomnumber 40-le, selle tähis on Zr. Tsirkoonium kuulub 4. rühma, seisab 5. perioodil. Aatomi mass on 91,22 g/mol. Aatomi raadius vastab 160 pikomeetrile. Keskel on tuum, samuti neutronid, prootonid. Aatomi ümber on 5 orbiiti, mis sisaldavad 40 elektroni. Looduslik materjal esineb oksiidide, soolade või silikaatide kujul. Väliselt näeb metall välja nagu teras. Metallelemendi koostis võib sisaldada täiendavaid lisandeid, mille tõttu saadakse erinevad värvid ja toonid.

Tsirkooniumi tuleks eristada tsirkoonist ja tsirkooniumoksiidist. Fakt on see, et tsirkoonium on metall, mis meenutab terast. Tsirkoon on looduslikult esinev kivi, mis meenutab kulda. See sisaldab tsirkooniumi aatomeid.

Teadlaste sõnul on tsirkoonium vanim keemiline komponent, mis tekkis 3,5 miljardit aastat tagasi. Selle jälgi on leitud maakoore sügavaimatest kihtidest. Mineraali tsirkooni uurimise käigus suutis Saksa teadlane Klaproth eraldada lahustumatu kontsentraadi, tsirkooniumdioksiidi. See sündmus leidis aset 1789. aastal.

Rootsi teadlane Berzelius suutis 1824. aastal eraldada tsirkooniumi kui vaba elemendi. Puhas keemiline element saadi alles 1925. aastal. Seda tegi Hollandi keemik Anton Edurard van Arkel. Keemilise elemendi enda nime päritolu on siiani teadmata. Arvatakse, et juuri tuleks otsida araabia keelest. On seisukoht, et nimi tuli pärsia keelest.

Hõbedase värviga metallil on hea plastilisus. Tsirkoonium on vastupidav korrosioonile, leeliselistele lahustele, ei lagune happelises keskkonnas. Seda on lihtne töödelda rullides, sepistades või rullides. Väljaspool on materjalil nähtamatu kate, mis kaitseb usaldusväärselt gaaside, auru ja vee mõju eest. Element on vastupidav kõrgetele temperatuuridele, ammoniaagile, hapetele, leelistele.

Pulbrilises olekus, isegi normaalsel toatemperatuuril, on keemiline element plahvatusohtlik, süttib kergesti. Tuleb märkida, et element on kasulik lisanditena. Seda lisatakse erinevate sulamite koostisesse. See suurendab saadud materjali tugevusomadusi ja kulumiskindlust.Kuid mis tahes lisandite lisamine keemilisele elemendile on vastuvõetamatu, kuna see halvendab oluliselt selle omadusi.

• Temperatuuril 20 C on tsirkooniumi tihedus 6,5 g/cm3.
• Tugevus on 175 MPa.
• Elastsusindeks on 96 MPa.
• Sulamistemperatuur on 1855 C.
• Keemistemperatuur on ligikaudu 4350 C.
• Soojusjuhtivus on 300 K.
• Tsirkoonium magnetiseerub kuumutamisel.
• Puhtal kujul on element plastist. Kuid lisandite lisamine lämmastiku, hapniku, vesiniku, süsiniku kujul muudab materjali hapraks.
• Brinelli kõvadus on 640-670 MN/m2. Seda indikaatorit mõjutab suuresti hapniku olemasolu. Mida rohkem seda on, seda suurem on kõvadus. Suure kõvadusega tsirkooniumi ei saa survega töödelda. Koostoime hapnikuga on tingitud temperatuurinäitajate tõusust.
• Tsirkoonium on vees stabiilne temperatuuril kuni 300 C.
• Vickersi kõvadus on vahemikus 600 kuni 1700 MPa.

• Tsirkooniumil on kõrgeim oksüdatsiooniaste, mis on +4. Madalamat oksüdatsiooniindeksit võib metallis leida kloori, broomi kujul esinevate lisandite juuresolekul. Oksüdatsioon toimub temperatuuril 200-400 C.
• Kui elementi kuumutatakse temperatuurini 250 C ja üle selle, neeldub vesinik, mille tulemusena tekivad metalliliste omadustega hübriidid.
• Koostoime halogeenidega soodustab tsirkooniumhalogeniidide teket.
• Oksiidid tekivad temperatuuril 500 C ja kõrgemal.
• Elektronegatiivsus on null.
• Kovalentse raadius on 145 pm.

Tsirkooniumi kaevandatakse maakide kontsentraatidest. Sageli võib seda leida oksiidide, silikaatide kujul. Puhta keemilise elemendina seda maakoores ei esine. Looduses võib leida tsirkoonit, baddeleyite. Keemilise elemendi ladestused on laiali üle maailma. Suured hoiused on haruldased. Suur hulk maagimaardlaid asub Austraalias, Brasiilias, Indias ja Lõuna-Aafrikas. AT Venemaal peetakse maagivarude poolest rikkaks Murmanski, Tomski, Tambovi ja Nižni Novgorodi piirkondi. Esimesel kohal tsirkooniumivarude olemasolu poolest on Koola poolsaar.

Sageli on maagis koos tsirkooniumiga hafnium, millel on sarnased omadused. Igal elemendil on eraldi väärtuslikud omadused, kuid nende kombinatsioon on vastuvõetamatu, kuna muudab loodusliku materjali kasutuskõlbmatuks. Ühe keemilise elemendi teisest eraldamiseks kasutatakse mitmeastmelist puhastussüsteemi. See tõstab oluliselt tsirkooniumi tootmise hinda. Tööstuses kasutatakse tsirkooniumdioksiidi kontsentraate, mis saadakse maagi rikastamisel.

Metalli ekstraheerimiseks on erinevaid viise.

• kloriid. Krolli meetod põhineb tsirkooniumdioksiidi kloorimisel. Edasine puhastamine, taastamine magneesiumiga viiakse läbi. Meetodi sagedane kasutamine on tingitud selle suhteliselt odavast maksumusest. Kloorimiseks on 2 viisi. Otsene protsess viiakse läbi temperatuuridel 900 C kuni 1000 C. Teine meetod on algsegu kloorimine temperatuuril 400 C kuni 900 C.
• Fluoriid. Meetod hõlmab tsirkooniumi ja kaaliumi kontsentreeritud segu paagutamist temperatuuril 600–700 °C. Saadud kontsentraat leelitatakse ja puhastatakse. Järgmisena viiakse läbi sulatise elektrolüüs ja metallkomponent isoleeritakse.
• Leeliseline. Meetod on mõeldud tsirkooniumdioksiidi eraldamiseks. Metallelemendi saamiseks kasutatakse fluoriidi või kloriidi meetodit. Leelistamisprotsessi käigus muudetakse tsirkoonium lahustuvaks komponendiks. Seda tehakse paagutamise teel, näiteks kaltsiumkarbonaadi ja kaltsiumkloriidi seguga temperatuuril 1000 kuni 1300 °C. Seejärel viiakse läbi leelistamine, puhastamine, hüdrolüüs ja kaltsineerimine. Seega saadakse tsirkooniumi laboris. Lõpptootest moodustatakse vardad, mis lähevad tootmisse.

Olenevalt rakendusest võib keemilist elementi esitada hõbedase varjundiga kõvasulamina või sinise pulbrina. Keemilisest elemendist sünteesitud kalliskivid võivad olla erinevat tooni. Värvuse kirjeldus, selle intensiivsus sõltub lisandite hulgast ja tüübist, näiteks tseerium, titaan, erbium, kroom. Samuti on tsirkooniumi osaks olev tsirkooniumi silikaat esindatud järgmiste sortidega.

• Hüatsint. Sellel on pruun, punane või roosa toon.
• Matara teemant. Läbipaistval kivil pole värvi, kaevandatakse Matara saarel.
• žargoon. Seda eristab õlgede, kuldse tooni olemasolu.
• Tähevalgus. Läbipaistev sinise varjundiga kivi.
• Malacon. Omab tumepruuni värvi.

Olenevalt keemilise elemendi tüübist, olekust on selle kasutamine levinud erinevates eluvaldkondades.

• Metalli kasutatakse tööstuslikel eesmärkidel, ehetes, igapäevaelus.
• Tööstuses kasutatakse sagedamini tsirkoonit, tsirkooniumsilikaati, tsirkooniumdioksiidi, baddeleyite.
• Metallurgiatööstuses kasutatakse teraste legeerimiseks keemilist elementi. Seda lisatakse sulamitele kvaliteedi parandamiseks. Tänu tsirkooniumile suureneb tugevus, hõlbustatakse lõikamisprotsessi.
• Pürotehnika valmistamisel kasutatakse tsirkooniumi pulbri kujul. Kui segu põleb, siis suitsu ei teki, seega kasutatakse seda ilutulestiku loomiseks, saluudiks.
• Keemiatööstuses kasutatakse tsirkooniumi kulumiskindla keraamika valmistamisel.
• Metalli on laialdaselt kasutatud sõjavarustuse valmistamisel, näiteks kaugpommide, kuulide, valgustusega rakettide valmistamiseks. Metallisulamid on tuumareaktori konstruktsiooni lahutamatu osa.
• Emaili, keraamika, glasuuri tootmine ei ole samuti täielik ilma tsirkooniumi osaluseta. Sel juhul kasutatakse tsirkooniumoksiidi. See ei tumene, on esindusliku välimusega, parandab toote kvaliteeti.
• Metalli kasutatakse naha parkimiseks. Sel juhul kasutatakse sulfaadiga ühendeid.
• Masinatööstuses kasutatakse metalli pumpade ja ventiilide valmistamisel.
• Erinevalt pliipõlledest kaitseb isegi õhuke metallleht röntgenikiirguse läbitungimise eest palju tõhusamalt.
• Metalli raviomaduste tõttu kasutatakse seda erinevates meditsiinivaldkondades.
• Tsirkooniumi komponendid ei põhjusta allergilist reaktsiooni, tagasilükkamist, neil on kulumiskindlus, tugevus, plastilisus. Neid kasutatakse traumatoloogias erinevate luumurdude ravis.
• Tsirkooniumdioksiidi laialdane kasutamine hambaravis on tingitud ärritava teguri puudumisest pehmete kudede või luustruktuuriga kokkupuutel. Metallist valmistatakse instrumendid, hambaimplantaadid, kroonid, klambrid, plaadid, klambrid, õmblusmaterjalid.
• Tsirkooniumdioksiidist ja kuupmeetrist tsirkooniumoksiidist valmistatud ehted on kuulsad mitte ainult oma peen välimuse, vaid ka kasuliku mõju poolest kogu kehale.
• Pideval käevõrude või vööde kandmisel on ravitoime nahahaiguste, nagu ekseem, dermatiit, psoriaas, puhul. Metall normaliseerib vererõhku, annab energiat, leevendab unetust. Tsirkoonium aitab parandada seisundit luu- ja lihaskonna haiguste korral.
• Samuti on metallil bakteritsiidne toime. See on tuntud oma võime poolest haavu kiiresti paraneda. Kui paned tsirkooniumi kõrvarõngad kohe peale kõrvanibude augustamist, on paranemine kiirem.
• Arvatakse, et keemiline element leevendab valu, avaldab kasulikku mõju südame-veresoonkonnale, parandab hingamist, võitleb sooleinfektsioonide, viirustega, omab vähivastast toimet.
• Keemilist elementi kasutatakse aktiivselt litoteraapias endokriinsüsteemi haiguste ravis.

Arvatakse, et sõltuvalt värviskeemist on kehale erinev mõju.

• Külmetushaiguste korral on soovitatav kasutada musta metalli.
• Halva isu korral aitab punase varjundiga element.
• Pruuni kasutatakse keha puhastamiseks.
• Läbipaistvad mineraalid ehk sinised kivid aitavad kaasa ainevahetuse taastumisele.

Tsirkooniumist valmistatakse nõud, näiteks kruusid, lusikad, klaasid ja muud nõud. Samuti kasutatakse metalli optikas, mis on mõeldud kasutamiseks ekstreemsetes tingimustes, näiteks kõrgetel temperatuuridel või selle äkilistel muutustel. Fianiitidel on suur murdumisnurk, mida kasutatakse läätsede valmistamisel. Eraldi tuleks mainida metalli kasutamist ehetes. Iidsetel aegadel nimetati tsirkoonit "ebatäiuslikuks teemandiks", sest pärast lõikamist oli nende sära looduslike kividega võrreldes rohkem tuhmunud.

Tuleb märkida, et Ehetena kasutatakse väikseid kive, kuna need on kiirguskiirguse seisukohalt ohutumad. Need on kergelt värvilised, vähese läbipaistvusega. Suurtele kividele on iseloomulik liigne radioaktiivsus. Need on läbipaistmatud ja erksavärvilised. Selliseid kive ei saa kodus hoida, lõigata ega transportida. Tsirkooniumi kasutatakse sõrmuste, kõrvarõngaste, diadeemide, ripatsite, ripatsite valmistamisel. Sageli teevad nad toodetesse metallist sisestusi, pihustavad.

Õige hooldus ja ladustamine säilitavad ehted algsel kujul. Soovitatav on puhastada seebivees niisutatud lapiga. Seejärel pestakse toodet vee all, pühitakse kuivaks, poleeritakse flanelliga. Kive on kõige parem hoida teistest ehetest eraldi. See väldib mehaanilisi vigastusi.

Et mitte eksida toote ehtsuses, peaksite pöörama tähelepanu järgmistele punktidele.

• Valguskiirte murdumise struktuur. See peab olema mitmetahuline.
• Metallilise läike olemasolu. Seda iseloomustab ühtlus.
• Kollakate lisandite olemasolu.

Keskajal valmistasid Hispaania juveliirid ainulaadseid ehteid tsirkoonist, mis oli väga radioaktiivne. Välimuselt meenutavad nad väga vääriskive. Selliste ehete kandmine oli äärmiselt ohtlik. Isegi iidsetel aegadel märgiti, et suurte tumedat värvi kivide pikaajaline kandmine viis nende omaniku peatse surmani. Hüatsint sai nime lille järgi. Mütoloogia järgi kasvatas Apollo lille noormehe nimega Hüatsint, keda Apollon väga armastas, verest.

Sära, erinevate värvide olemasolu tõttu võib kivi kergesti segi ajada teemandi, safiiri, turmaliini või topaasiga. Seda kasutasid sageli petturid, jättes ehteid ehetena edasi. Aasia elanikud jumaldasid kivi ja andsid sellele maagilised omadused. Nende jaoks oli ta talisman. Sellest valmistati amulette ja ripatseid.

Indias anti kivile võime juhtida päikest, kuud. Usuti, et talisman aitab äris teadlasi, ärimehi, rändajaid ja armastajaid. Astroloogid juhtisid tähelepanu ka kivi ainulaadsetele omadustele. Nende arvates Tsirkoonium sobib Jäärale, Kaljukitsele, Veevalajale. Selle kandmist tuleks piirata, kui mitte täielikult vältida Sõnn, Kaalud, Ambur, Vähk.

Niisiis, Kollased või sinised metallilise säraga mineraalid sobivad Veevalajale ideaalselt. Toote kandmine aitab kaasa intuitsiooni, analüütiliste võimete arengule, oivalise maitse ilmnemisele. Kaljukitsele sobib aga sinise tooniga kivi, mida soovitatakse kanda vasakul küljel. See tugevdab maagilist sidet.Jäärale sobivad pigem õled või punased kivid. Toote kandmine aitab arendada maagilisi võimeid, tähelepanelikkust, ettevaatlikkust.