鋯是銀灰色有光澤的金屬,密度6.49,熔點(diǎn)1852℃,沸點(diǎn)4377℃。鋯的化學(xué)性質(zhì)不生動(dòng),細(xì)密的在空氣中比較穩(wěn)定,加熱時(shí)表面構(gòu)成氧化物覆蓋層,失掉金屬光澤。粉末狀的鋯簡(jiǎn)單在空氣中焚燒,細(xì)的鋯絲可用火柴點(diǎn)著。鋯對(duì)氧具有很強(qiáng)的親和力,它能奪去氧化鎂、和氧化釷中的氧,自身成為二氧化鋯。鋯有激烈的吸氫功能,可用作儲(chǔ)氫料材。高溫下鋯還能與氮效果。鋯有耐腐蝕性,不與稀、稀硫酸和強(qiáng)堿溶液效果,但易溶解在和中。高溫時(shí),鋯與非金屬元素和許多金屬元素反響,生成固溶體化合物。
鋯在地殼中的含量為0.025%,居第20位。含ZrO2在20%以上的礦藏雖有十幾種,但工業(yè)選用的僅有鋯石(ZrSiO4)和斜鋯石(ZrO2)兩種。鋯石與鈦鐵礦、金紅石、獨(dú)居石共生,也可在海灘砂石中找到。一切的鋯石中都含有氧化鉿(HfO2)和放射性物質(zhì),放射強(qiáng)度一般在1×10-7毫居里/克的數(shù)量級(jí),含HfO2高的放射性強(qiáng)度也高。
鋯英石、斜鋯石是鋯的首要來(lái)歷,鋯石參加適量的石油焦,在1000℃通入,可得到(ZrCl4),它的蒸氣與熔融的金屬鎂觸摸,即被復(fù)原為。高純度可用碘化物熱分化法制取。
ZrCl4在常溫下呈固態(tài),437℃時(shí)提高。因此在冷凝器中所得的ZrCl4為氣態(tài)凝結(jié)而成,操控好傳熱速度等條件,能夠得到細(xì)密度高的產(chǎn)品。ZrCl4能夠復(fù)原得到ZrCl3和 ZrCl2,它們是電解制取時(shí)熔鹽中的首要組分。如制取一般工業(yè)鋯,無(wú)須別離鉿,可用提高提純法制成精ZrCl4后,就用鎂復(fù)原制得海綿鋯。
鋯首要用作原子核反響堆燃料元件的包殼材料,所以鋯的冶煉流程中都有鋯鉿別離這一進(jìn)程。工業(yè)上最通用的別離辦法是NH4CNS-MIBK溶劑萃取法,萃取劑為甲基異丁基酮(MIBK)。此法的缺點(diǎn)為:①別離系數(shù)低,需求的級(jí)數(shù)多;②NH4CNS簡(jiǎn)單分化發(fā)作CN-,使廢水有毒,需在廠內(nèi)處理。
近年來(lái)有用HNO3系TBP(磷酸三丁酯)萃取法和HCl-HNO3系TBP萃取法的。前者礦石分化用NaOH熔融法,帶來(lái)一系列的困難,包含萃取中呈現(xiàn)三相的困難。后者運(yùn)用ZrCl4為質(zhì)料,避免了上述困難,但也有溶液腐蝕性強(qiáng)的缺點(diǎn)。所得ZrO2再進(jìn)行氯化得到ZrCl4,工業(yè)上叫作二次氯化。ZrCl4通過(guò)提高提純,然后用金屬熱復(fù)原法(鎂復(fù)原或鈉復(fù)原)制得粗鋯,真空蒸餾除掉MgCl2和收回剩余的鎂(鈉復(fù)原時(shí)用水洗)。這一進(jìn)程與鈦的復(fù)原流程類似,僅有不同處為鎂需經(jīng)預(yù)處理提純。鎂復(fù)原法的化學(xué)反響為:ZrCl4+2Mg→Zr+2MgCl2,復(fù)原溫度為850℃左右。真空蒸餾溫度為 950~1000℃。鋯自身有吸氣效果,所以最終的真空度一般為10-5托。
制取純度較高的鋯,是用ZrI4在熱絲上分化制得,工業(yè)上叫作結(jié)晶棒。在這一進(jìn)程中有ZrI2和ZrI3參加效果。鋯及鋯合金選用真空自耗電弧重熔爐熔煉鑄錠,最常用的型材為管材,成型辦法包含鑄造、揉捏、拉伸,與鈦管的加工辦法根本相同。
鋯和鋯合金首要用在水冷式的原子反響堆中。在原子反響堆里,鈾棒不能直接與水觸摸。由于熱水腐蝕鈾棒,鈾棒使水沾上放射性,就會(huì)損害人體健康。用鋯作鈾棒的護(hù)套,能夠滿意下面四個(gè)方面的要求:①抗蝕能力強(qiáng),不與核燃料和傳熱介質(zhì)(如水)發(fā)作效果;②有滿足的強(qiáng)度、耐熱、耐腐蝕;③很少吸收中子,確保裂變“鏈?zhǔn)椒错憽钡倪M(jìn)行;④簡(jiǎn)單加工成形。
鋯還可用作特殊鋼的添加劑,含鋯不銹鋼和耐熱鋼是制作坦克車、坦克、大炮和防彈板等兵器的重要材料。鋯除了加強(qiáng)鋼的強(qiáng)度和硬度外,還能改善鋼的機(jī)械加工功能,可淬硬性、可焊接性。它還能碎化鋼中的硫化物,然后細(xì)化鋼的晶粒組成。參加鋯的鋼抗氧化性增強(qiáng),抗腐蝕性也有明顯添加。二氧化鋯的熔點(diǎn)高達(dá)2675℃,化學(xué)穩(wěn)定性好,用作高檔耐火材料。