Ако ви кажат, че минерал, който може да бъде полиран в ослепителен скъпоценен камък, също служи като невъзпятия герой, който поддържа безопасната работа на атомните електроцентрали, трудно ли ще повярвате? Цирконият, елемент №. 40 в периодичната таблица, е точно такъв „играч с двойна-роля“, който се намира в световете на гишетата за бижута и ядрените реактори.
От „камък хиацинт“ до химически елемент
Историята на циркония започва с красив камък. Естественият силикатен минерал, съдържащ цирконий, се нарича циркон, който е ценен като полу-скъпоценен камък от древни времена. Той показва богата палитра от цветове, вариращи от оранжево-червено и златисто-жълто до безцветно и кафеникаво-зелено, и е добиван по-специално на остров Шри Ланка в древния Индийски океан. Твърди се, че думата „циркон“ произлиза от персийското „Zargun“, което означава „златен“ -, препратка към ослепителния блясък на някои скъпоценни камъни циркон. Безцветният циркон, когато се изрязва, може да блести с блясък, напомнящ на диаманти, и дълго време дори се заблуждаваше за вид "мек диамант".
Едва през 1789 г. цирконът е издигнат от скъпоценен камък до елемент, благодарение на експеримент на немския химик Мартин Хайнрих Клапрот. Чрез сливането на циркон с натриев хидроксид и третирането му със солна киселина, той в крайна сметка открива неизвестен преди това оксид, който нарече "цирконий". По-късно, през 1824 г., шведският химик Йонс Якоб Берцелиус за първи път произвежда метален цирконий, но едва през 1925 г. чистият, пластичен метален цирконий наистина е получен.
Сребристо-сивото „Изцяло-закръглено“
Чистият метален цирконий е лъскаво сребристо-сиво твърдо вещество, което на външен вид прилича на стомана. Точката му на топене е 1855 градуса, а точката на кипене достига 4409 градуса -, което означава, че при температури, при които повечето метали отдавна са се стопили, цирконият остава неподатлив.
Zirconium може да се похвали с три забележителни таланта:
Първо, неговата "неуязвима" устойчивост на корозия. Цирконият е изключително устойчив на повечето киселини, основи и морска вода, като обикновените киселинни и алкални водни разтвори едва успяват да го разядат. Това свойство го прави идеален материал за химическо оборудване - реактори, киселинно-устойчиви помпи, топлообменни тръби, клапани - навсякъде, където е необходима устойчивост на корозия, често се среща цирконий.
Второ, неговата „приспособима“ способност да абсорбира-газ. При нагряване цирконият може да абсорбира големи количества кислород, водород, азот и други газове. Само 100 грама метален цирконий могат да абсорбират 817 литра водород при 200 градуса. Тази характеристика е умело използвана в електрическата вакуумна индустрия - цирконият е покрит върху анодите на електронните тръби, за да абсорбира остатъчните газове, произвеждайки високо-вакуумни тръби.
Трето, неговият "докосване на Мидас" в легирането. Цирконият е приветстван като „витаминът“ на металургичната промишленост - добавянето на съвсем малко количество може значително да подобри свойствата на материала. Добавянето на една-хилядна цирконий към стоманата значително повишава нейната здравина и твърдост, което прави -съдържащата цирконий бронирана стомана важен материал за производството на танкове и бронирани плочи. Добавянето на малко цирконий към медта може да повиши точката й на топене, без да се нарушава електрическата проводимост, което я прави много подходяща за електропроводи с високо-напрежение.
„Металът номер едно“ на ядрената ера
Ако горните са просто „странични линии“ на циркония, тогава неговата „основна професия“ е足以 трансформираща за ландшафта на човешката енергия.
Това, което прави циркониевите сплави основен структурен материал на ядрените реактори, е привидно парадоксална, но все пак решаваща характеристика - изключително ниско напречно сечение-на абсорбция на топлинни неутрони. С прости думи, неутроните, произведени от ядреното делене, са „искрите“, които поддържат верижната реакция, но повечето метали абсорбират неутрони като гъба, попиваща вода, като по този начин прекъсват реакцията. Цирконият обаче е изключение - той абсорбира много малко неутрони, като същевременно издържа на корозия от висока-температура, високо{6}}вода под налягане при 300–400 градуса и поддържа добра съвместимост с ядрено гориво.
Точно тази комбинация от предимства позволява циркониеви сплави да бъдат произведени в дълги, тънкостенни-тръби, обвиващи горивни пелети от уранов диоксид и служещи като първата защитна бариера на ядрен реактор. Изчислено е, че около 90% от световно произведения цирконий се използва в сектора на ядрената енергия. От атомните подводници до реактора "Hualong One", облицовъчните тръби от циркониева сплав остават незаменима "броня за ядрено гориво".
