6 أشياء تحتاج لمعرفتها حول الزركونيوم

الزركونيوم هو عنصر معدني برمز العنصر Zr. وهو يقع في المجموعة IV-B في الجدول الدوري للعناصر. عدده الذري 40، وكثافته 6.49 جم/سم مكعب، ودرجة انصهاره 1852 درجة، ودرجة غليانه 4377 درجة. الزركونيوم هو معدن انتقالي فضي-أبيض يُطلق عليه غالبًا "معدن نادر" بسبب عملية إنتاجه المعقدة وصعوبة استخلاصه. وفي الواقع يبلغ محتوى الزركونيوم في القشرة الأرضية حوالي 0.025%، ليحتل المرتبة 19، ويساوي تقريباً الكروم، وأكثر من المعادن الشائعة النحاس والرصاص والنيكل والزنك، لكن توزيعه متناثر جداً. يشكل الزركونيوم بسهولة طبقة أكسيد على سطحه في الهواء، وهي لامعة وتشبه في مظهرها الفولاذ. يتمتع الزركونيوم بمقاومة للتآكل، ولكنه قابل للذوبان في حمض الهيدروفلوريك والماء الملكي؛ عند درجات الحرارة المرتفعة، يمكن أن يتفاعل مع العديد من العناصر لتكوين مركبات المحاليل الصلبة. مقاومة التآكل للزركونيوم أفضل من مقاومة التيتانيوم، وهي قريبة من التنتالوم والنيوبيوم. نظرًا لللدونة الجيدة للزركونيوم، غالبًا ما تتم معالجته إلى ألواح وأسلاك وما إلى ذلك. يمكن للزركونيوم امتصاص كمية كبيرة من الأكسجين والهيدروجين والنيتروجين والغازات الأخرى عند تسخينه، ويمكن استخدامه كمواد لتخزين الهيدروجين. كمورد نادر نسبيًا، يستخدم الزركونيوم على نطاق واسع في الإلكترونيات والسيراميك والزجاج والبتروكيماويات ومواد البناء والأدوية والمنسوجات والضروريات اليومية. أستراليا وجنوب أفريقيا هما المكانان اللذان تتركز فيهما موارد الزركونيوم، في حين أن الصين وأوروبا هما المنطقتان المستهلكتان الرئيسيتان للزركونيوم.

تم تسمية الزركونيوم على اسم الزركون، الذي استخدمه البشر كمجوهرات لعدة قرون. تم ذكر الزركون أيضًا في الكتاب المقدس باعتباره أحد الأحجار الكريمة الاثني عشر التي يرتديها رؤساء كهنة إسرائيل.

يأتي الزركون في مجموعة متنوعة من الألوان الجميلة من البرتقالي إلى الأحمر، وسيظهر الزركون عديم اللون تألقًا مبهرًا بعد قطعه. ولهذا السبب، تم الخلط بين الزركون والماس الناعم لفترة طويلة.

يُعزى اكتشاف الزركونيوم واستخراجه بشكل أساسي إلى اثنين من الكيميائيين، الكيميائي الألماني مارتن هاينريش كلابروث والكيميائي السويدي يونس جاكوب بيرزيليوس)، وقد قدم هذان الكيميائيان مساهمات غير عادية في اكتشاف الزركونيوم وتنقيته.

في عام 1789، أثبت الكيميائي الألماني مارتن أن الزركون ليس ألماسًا، موضحًا سوء فهم الناس حول الزركون. ومن خلال تسخين الزركون مع المركب التفاعلي هيدروكسيد الصوديوم، اكتشف أن المادتين تتفاعلان لتكوين أكسيد. يعتقد مارتن أن هذا الأكسيد يحتوي على عنصر جديد. وقام بتسمية الأكسيد الجديد بأكسيد الزركونيوم والعنصر الجديد بالزركونيوم.

لم يتمكن مارتن من استخلاص الزركونيوم النقي لأنه كان مشابهًا كيميائيًا للهافنيوم، والذي غالبًا ما يتواجد مع الزركونيوم في خامات الزركونيوم. ولم يحدث ذلك إلا بعد مرور 35 عامًا، في عام 1824، عندما قام الكيميائي السويدي بيكلياس بإنتاج الزركونيوم النقي لأول مرة. في ذلك الوقت، كان العديد من الكيميائيين الآخرين يعملون أيضًا على هذا العمل، لكن لم ينجح أي منهم. نجح باسيلياس في استخلاص الزركونيوم النقي عن طريق تسخين خليط من فلوزركونات البوتاسيوم والبوتاسيوم في أنبوب حديدي. وصلت نسبة نقاء مسحوق الزركونيوم الأسود الذي تم الحصول عليه في التجربة إلى 93%. لا يمكن تحسين نقاء الزركونيوم الناتج عن تنقية بيكيلياس. ولم يتم إنتاج الزركونيوم عالي النقاء إلا بعد مرور 100 عام تقريبًا. اليوم، يتم استخراج معظم الزركونيوم من الزركون (ZrSiO4) وثاني أكسيد الزركونيوم (ZrO2). تسمى عملية الاستخراج "عملية كرول".

اسم الزركونيوم يأتي من الزركون، والذي يأتي من الكلمة الفارسية التي تعني "الذهب" (زارجون). ويقال أن هذا الاسم يرجع إلى اللون الجذاب لبعض مجوهرات الزركون. في الواقع، هناك العديد من ألوان الزركون. الأحمر والبني والأخضر والأصفر أكثر شيوعًا. الزركون عديم اللون هو أيضًا أكثر شيوعًا بين البشر.

منذ العصور القديمة، تم استخدام الزركونيوم كحجر كريم بسبب ألوانه الغنية والملونة، حيث يلعب دورًا زخرفيًا في حياة الإنسان. مع استمرار تعمق فهم الناس للزركونيوم، أصبحت تطبيقاته أكثر انتشارًا. ربما لا يعرف معظم الناس الزركونيوم، لكنه تغلغل في كل جانب من جوانب حياتنا. على سبيل المثال، لا غنى عن الزركونيوم في مختلف المباني المحيطة والسيراميك والسكاكين والديكورات وغيرها التي تعتبر ضرورية في الحياة، وحتى في المجالات العسكرية والطاقة النووية.

منتجات الزركونيوم غنية بالتنوع وبأشكال مختلفة. الشكل المعدني الأولي هو رمل الزركون. بعد المعالجة بالصودا الكاوية، والغسيل المائي، وما إلى ذلك، يمكن إنتاج المنتجات الأولية مثل سيليكات الزركونيوم وأوكسي كلوريد الزركونيوم. ومع استمرار التكليس والكلور والاختزال، يمكن أيضًا إنتاج منتجات ثانوية. الزركونيا، وإسفنجة الزركونيوم الصناعية وغيرها من المنتجات؛ إذا وصلت تكنولوجيا التنقية والفصل إلى مستوى معين، فيمكن صنع إسفنجة الزركونيوم من فئة الطاقة النووية.

الزركونيوم لديه مجموعة واسعة من التطبيقات. يتم استخدامه بشكل رئيسي في السيراميك والمواد المقاومة للحرارة وغيرها من المجالات على شكل سيليكات الزركونيوم وأكسيد الزركونيوم. تتم معالجة 3% فقط -4% من خامات الزركونيوم إلى زركونيوم معدني (أو إسفنجة زركونيوم)، ثم تتم معالجتها أيضًا إلى مواد زركونيوم مختلفة. نظرًا لأن الزركونيوم المعدني يحتوي على مقطع عرضي صغير لامتصاص النيوترونات الحرارية، فإن الزركونيوم المعدني له خصائص نووية ممتازة. يستخدم الزركونيوم من الدرجة النووية هذه الخاصية لاستخدامها كمواد هيكلية وعناصر وقود اليورانيوم لحاملات الطائرات التي تعمل بالطاقة النووية والغواصات النووية ومفاعلات توليد الطاقة المدنية. التغليف وما إلى ذلك. يمكن اعتبار الزركونيوم من الدرجة النووية معدنًا استراتيجيًا مهمًا للبلاد ويرتبط ارتباطًا وثيقًا بتطور الصناعة النووية.

كمعدن نشط، يشكل الزركونيوم طبقة أكسيد في درجة حرارة الغرفة. يمنح فيلم الأكسيد هذا الزركونيوم وسبائكه مقاومة ممتازة للتآكل. وفي الوقت نفسه، يتمتع الزركونيوم بخصائص ميكانيكية ونقل حرارة جيدة، إلى جانب مزايا كبيرة من حيث التكلفة، مما يجعله مادة هيكلية ممتازة مقاومة للتآكل في صناعة البتروكيماويات اليوم.

يسمى الزركونيوم المستخدم في المعدات المقاومة للأحماض والقلويات الكيميائية والصناعة العسكرية وصناعة الإلكترونيات بالزركونيوم الصناعي. من حيث سهولة المعالجة والمستوى التكنولوجي والمحتوى العلمي والتكنولوجي، يحتل معدن الزركونيوم ومنتجات سبائكه قمة السلسلة الصناعية.

سيليكات الزركونيوم

سيليكات الزركونيوم هي مجموعة متنوعة مهمة في منتجات الزركونيوم التقليدية. يستخدم المنتج رمل الزركون كمادة خام ويمكن إنتاجه بعد الطحن والتكليس والمسحوق. إنه عامل تعتيم عالي الجودة ورخيص لطلاء السيراميك. يتم استخدامه بشكل رئيسي في الزجاج الملون لبناء السيراميك والسيراميك اليومي والخزف الكهربائي. الإنتاج، كما أنه يستخدم على نطاق واسع في المواد المقاومة للحرارة المتقدمة، والصب الدقيق، والزجاج المستحلب وغيرها من الصناعات.

كربونات الزركونيوم

يتم استخدامه بشكل رئيسي كمواد مضافة وعوامل مانعة لتسرب المياه، ومثبطات اللهب، وواقيات من الشمس، ومضافات سطحية للألياف والأوراق في مستحضرات التجميل. ويمكن استخدامه أيضًا لتحضير المواد الحفزية المركبة من الزركونيوم والسيريوم. إنها مادة خام مهمة في صناعات النسيج وصناعة الورق والطلاء ومستحضرات التجميل. في السنوات الأخيرة، استمر الاستخدام في النمو.

أوكسي كلوريد الزركونيوم

وهو المادة الخام الرئيسية لإنتاج منتجات الزركونيوم الأخرى مثل ثاني أكسيد الزركونيوم وكربونات الزركونيوم وكبريتات الزركونيوم وأكسيد الزركونيوم المركب وفصل الزركونيوم والهافنيوم لتحضير معدن الزركونيوم والهافنيوم. ويمكن استخدامه أيضًا في المنسوجات والجلود والمضافات المطاطية وعوامل معالجة الأسطح المعدنية ومجففات الطلاء. وفي السنوات الأخيرة، تجاوز الإنتاج السنوي لبلدي من المواد المقاومة للحرارة والسيراميك والمحفزات ومثبطات الحريق وغيرها من المنتجات 90،{{1} } طن. رمل الزركون هو المادة الخام الرئيسية لأوكسي كلوريد الزركونيوم.

زركونيا منصهرة

يشار إليه باسم الزركونيوم المنصهر والزركونيا المنصهرة، ويستخدم بشكل أساسي في إنتاج الطلاء والمواد المقاومة للحرارة. ونظرًا لمحتوى الشوائب العالي في الزركونيوم المنصهر، فإن استخداماته محدودة.

كبريتات الزركونيوم

وهي مادة خام مهمة لعوامل دباغة الجلود وعوامل معالجة الصوف وأكسدة سطح الطلاء. ويمكن استخدامه كحاملات محفزة، والأحماض الأمينية والبروتينات، والمرسبات ومزيلات العرق. كما أنها مادة خام وسيطة لتحضير المواد الكيميائية الزركونيوم ومعدن الزركونيوم والهافنيوم.

ثاني أكسيد الزركونيوم

ثاني أكسيد الزركونيوم هو مادة صلبة بيضاء غير سامة وعديمة الرائحة مع ثبات كافٍ للمحاليل القلوية والعديد من المحاليل الحمضية. إنها مناسبة للسيراميك الدقيق، والسيراميك الإلكتروني، والعدسات البصرية، والمضافات الزجاجية، وطوب الزركونيوم المُحلل كهربائيًا، وأصباغ السيراميك، وما إلى ذلك. مينا البورسلين، والأحجار الكريمة الاصطناعية، والمواد المقاومة للحرارة، والطحن والتلميع وغيرها من الصناعات والمنتجات.

زركونيا مركب

يُعرف أيضًا باسم الزركونيا شبه المستقر والمستقر، وهو مسحوق أبيض غير سام وعديم الرائحة ذو خصائص كيميائية مستقرة ومساحة سطحية محددة يمكن التحكم فيها. إنها المادة الخام الأساسية لتصنيع مختلف أنواع السيراميك الخاصة والمواد المقاومة للحرارة المتقدمة وأجهزة الاتصالات البصرية ومواد الطاقة الجديدة.

زركونيا السيراميك الهيكلي

مصنوعة من مادة الزركونيا المركبة كمواد خام، وتتضمن وسائط طحن الزركونيا وأجزاء هيكلية من الزركونيا. تشمل الأجزاء الهيكلية للزركونيا بشكل أساسي الصمامات الخزفية الخاصة بالزركونيا، وموصلات الألياف الضوئية، وسكاكين السيراميك، وإكسسوارات الساعات، ومقص الشعر الخزفي. أقراص، الخزف النسيج، الخ.

الزركونيوم من الدرجة النووية

يتم استخدامه بشكل أساسي كمواد هيكلية لحاملات الطائرات التي تعمل بالطاقة النووية والغواصات النووية ومفاعلات توليد الطاقة المدنية، وككسوة لعناصر وقود اليورانيوم. وهو معدن استراتيجي مهم.

الزركونيوم الصناعي

يستخدم الزركونيوم الصناعي بشكل رئيسي في إنتاج المعدات المقاومة للأحماض الكيميائية والقلويات، والصناعة العسكرية، وصناعة الإلكترونيات، ومواد صمامات خطوط الأنابيب، ومواد سبائك خاصة عالية القوة وعالية الحرارة، وصناعات الفراغ الكهربائي ومصابيح الإضاءة.

الأسلحة النارية الصف الزركونيوم

يستخدم كعامل احتراق إسفنجي من الزركونيوم للأسلحة النارية، كما أنه مناسب أيضًا لمضافات السبائك ومزيلات الأكسدة المعدنية، والصناعات الكيماوية، والألعاب النارية المدنية، وما إلى ذلك.

حاليًا، تعد الصين وأوروبا الأسواق الاستهلاكية الرئيسية للزركونيوم، حيث يمثل الطلب الصيني على الزركونيوم ما يصل إلى 52٪. دخلت الطاقة النووية في الصين مرحلة من التطور السريع، مما خلق الطلب على الزركونيوم من الدرجة النووية. وفي الوقت نفسه، تعد الصين منتجًا ومصدرًا رئيسيًا للسيراميك في العالم، وسيليكات الزركونيوم هي المادة الخام المباشرة والرئيسية لصناعة السيراميك. ومع التطور السريع لصناعة السيراميك في الصين في السنوات الأخيرة، ارتفع الطلب على الزركونيوم أيضًا.

الزركونيوم ليس ضارًا بصحة الإنسان. يتم استخدام سيراميك الزركونيا والمجوهرات المختلفة على نطاق واسع في الحياة اليومية. ومع ذلك، كشفت إدارة الدولة للصناعة والتجارة أن الزركونيوم الموجود في بلاط السيراميك يمكن أن يسبب السرطان.

أعلن الإعلان ذو الصلة الصادر عن الإدارة العامة للرقابة على الجودة والتفتيش والحجر الصحي أن ثلاثة منتجات من علامتين تجاريتين فشلت في تلبية "حد النويدات المشعة"، مما أحدث ضجة كبيرة في المجتمع وتسبب في استجابة كبيرة في المجتمع وهلع حول "نظرية مادة مسرطنة البلاط".

من الممكن أن تسبب العناصر المشعة أورامًا خبيثة. أنها تحفز بشكل عام آفات الخلايا وتؤدي إلى سرطانات الدم مثل سرطان الدم وسرطان الغدد الليمفاوية وسرطان الجلد. أما بالنسبة للنظرية القائلة بأن النشاط الإشعاعي المفرط في بلاط السيراميك يسبب أورامًا خبيثة، فقد قال مدير قسم أمراض الدم في المستشفى الأول التابع لجامعة قوانغتشو للطب الصيني التقليدي، إنه في خبرته السريرية وأدبيات الحالة المحلية، لم يواجه مثل هذه الحالات و السجلات ذات الصلة. ومع ذلك، عندما يتعلق الأمر بالحياة والصحة، فمن الأفضل أن نكون حذرين. ولذلك، يوصي الخبراء المستهلكين بعدم متابعة البياض بشكل أعمى عند شراء بلاط السيراميك.

مظهر الزركون والماس متشابه جدًا، لكن سعر الزركون والماس مختلف جدًا. يستخدم بعض التجار عديمي الضمير الزركون لتصويره على أنه ألماس لخداع المستهلكين وتحقيق أرباح ضخمة.

يعد الزركون عديم اللون والشفاف بديلاً جيدًا للماس بعد دراسة متأنية. معامل انكسار الزركون قريب من 2، وتشتته مشابه لتشتت الماس. لذلك، في المظهر، يتألق الزركون أيضًا بالضوء الملون، مثل الماس. قبل ظهور الماس الاصطناعي، كان الزركون أفضل بديل للألماس. في الوقت الحاضر، أصبح الزركون الرائد في الأحجار الكريمة المتوسطة إلى المنخفضة، لكن الزركون أرخص من الماس. من الضروري أن يفهم المستهلكون الفرق بين الزركون والماس.

تشمل خصائص التعريف الرئيسية للزركون معامل الانكسار العالي، واللمعان القوي، والانكسار العالي، والكثافة العالية، والتشتت العالي والخصائص الطيفية النموذجية، وما إلى ذلك، مما يؤدي إلى ظاهرة بصرية خاصة جدًا. عند ملاحظتها باستخدام عدسة مكبرة، عند الانتهاء من الزركون، يمكن أن نرى من سطحه العلوي أن هناك ظلال مزدوجة واضحة على السطح السفلي والحواف. نظرًا لأن الماس "متجانس"، فلن تكون هناك أبدًا ظاهرة الظل المزدوج، لذلك يمكن تمييز الزركون عن الماس الحقيقي.

الماس جسم متجانس، أسود بالكامل تحت المستقطبات المتقاطعة، وله صلابة عالية؛ بينما يظهر الزركون بأربعة مشرقة وأربعة داكنة تحت المستقطبات المتقاطعة. الماس محب للدهون، ويمكن لأقلام الحبر أن تترك بسهولة آثارًا متواصلة على سطح الماس. وبطبيعة الحال، يمكن مسح هذه الآثار بسهولة. الزركون ليس محبًا للدهون، ولا يمكن لأقلام الحبر الجاف أن تترك آثارًا متواصلة على سطحه. آثار الوضوح.

في الوقت الحاضر، من بين أكثر من 40 نوعًا من رواسب الزركونيوم والهافنيوم التي تم اكتشافها، هناك حوالي 10 أنواع فقط لها قيمة تعدينية صناعية، ويتم استخدام نوعين فقط، الزركون والبادليت، في الإنتاج الصناعي.

وفقًا لإحصائيات هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية (USGS) في 2015، يبلغ احتياطي الزركونيوم العالمي 78 مليون طن، وتتجاوز موارد الزركون المؤكدة 60 مليون طن (محسوبة على أنها ZrO2). من بينها، تمتلك أستراليا وجنوب أفريقيا أكبر حصة من احتياطيات الزركونيوم العالمية، وهو ما يمثل 65.38% و17.95% على التوالي. وتشمل البلدان الأخرى التي لديها احتياطيات وفيرة نسبيا من الزركونيوم الهند وموزمبيق وإندونيسيا. إن احتياطيات موارد الزركونيوم في بلدي نادرة نسبيًا، حيث تمثل 0.6٪ فقط من احتياطيات العالم.

وفقًا للبيانات الصادرة عن هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية في عام 2015، بلغ إنتاج خام الزركونيوم العالمي في عام 2014 1.54 مليون طن، بانخفاض سنوي قدره 30,000 طن. تحتل أستراليا المرتبة الأولى في العالم بإنتاج 900,000 طن، وهو ما يمثل 58.44% من الإجمالي العالمي. تليها جنوب أفريقيا بإنتاج 170,000 طن بنسبة 11.03%. ويشكل إجمالي الناتج في البلدين 69.47% من الإجمالي العالمي، وهو ما يصعب على الدول الأخرى مضاهاته. وتحتل الصين المرتبة الثالثة بإنتاج يبلغ 140,000 طنًا، وهو ما يمثل 9.74% من الإجمالي العالمي.

تتركز أصول معدن الزركونيوم بشكل رئيسي في جنوب أستراليا وأستراليا الغربية ونيو ساوث ويلز في أستراليا، بما في ذلك حوض إيكلا وجيرالدتون وحوض موراي وحوض بيرث. ) وجزر تيوي هي مناطق تعدين الزركونيوم الأكثر نشاطًا في أستراليا اليوم. تنتج منطقة إيداع خليج ريتشاردز في جنوب أفريقيا، وفلوريدا في الولايات المتحدة، وموزمبيق في أفريقيا، وإندونيسيا، وفيتنام، والهند في آسيا، كمية معينة من الزركونيوم.

ومن بين أهم منتجي الزركونيوم شركة إيلوكا الأسترالية، وشركة ريتشاردز باي مينيرالز الجنوب أفريقية، وشركة إكسارو ريسورسز المحدودة الجنوب أفريقية. والصين هي المستهلك الرئيسي للزركونيوم.

يتم توزيع مناطق إنتاج الزركونيوم في الصين بشكل رئيسي في ونتشانغ ووانينغ في هاينان وتشانجيانغ في قوانغدونغ. في الصين، فقط رمل الزركون المركز من Wenchang، Hainan يتمتع بأفضل جودة، بينما Wanning وZhanjiang ينتجان بشكل رئيسي رمل الزركون العادي.

HG/T 4694-2014 أكسيد الزركونيوم الصناعي عالي النقاء

كبريتات الزركونيوم الصناعية HG/T 3786-2014

HG/T 3785-2014 كربونات الزركونيوم الصناعية

JC/T 2247-2014 كرات وسائط طحن سيليكات الزركونيوم

JC/T 817-2014 كريستال زركونيا مكعب صناعي بدرجة الأحجار الكريمة

GB/T 30568-2014 مطروقات الزركونيوم وسبائك الزركونيوم

JB/T 9223-2013 رمل ومسحوق الزركونيوم للصب

YS/T 913-2013 كعك وخواتم الزركونيوم وسبائك الزركونيوم

HG/T 4545-2013 طريقة إعادة تدوير مخلفات إنتاج أوكسي كلوريد الزركونيوم

YB/T 4075-2013 فوهة تحجيم الزركونيوم

GB/T 21183-2007 صفائح وأشرطة ورقائق من سبائك الزركونيوم وسبائك الزركونيوم

GB/T 26563-2011 زركونيا منصهرة

GB/T 26931-2011 خردة الزركونيوم وسبائك الزركونيوم

GB/T 26283-2010 أنابيب غير ملحومة من الزركونيوم وسبائك الزركونيوم

GB/T 8767-2010 سبائك الزركونيوم وسبائك الزركونيوم

GB/T 8769-2010 قضبان وأسلاك الزركونيوم وسبائك الزركونيوم

GBZ/T 160.26-2004 تحديد المواد السامة في هواء مكان العمل الزركونيوم ومركباته

HG/T 2773-2012 ثاني أكسيد الزركونيوم

HG/T 3785-2005 كربونات الزركونيوم الصناعية

HG/T 3786-2005 كبريتات الزركونيوم الصناعية

JC/T 1094-2009 سيليكات الزركونيوم للسيراميك

YS/T 402-1994 ثاني أكسيد الزركونيوم

YS/T 858-2013 مركز الزركونيوم

YS/T 887-2013 سلك لحام الزركونيوم وسبائك الزركونيوم

هدف الزركونيوم عالي النقاء

قضيب الزركونيوم النقي