Цирконий - удивительный металл, который находит самое разное применение благодаря уникальному сочетанию полезных свойств. В порошкообразной форме этот металл используется в промышленности для изготовления жаропрочных деталей, а также в науке и медицине. Давайте разберемся, как производят циркониевую пудру, из чего она состоит и где можно применить этот потрясающий материал.
Свойства циркония и его соединений
Цирконий - химический элемент IV группы периодической системы с атомным номером 40. Это серебристо-белый блестящий металл, который в чистом виде был получен только в 1924 году. До этого его соединения использовались человеком еще с древности, например в производстве глазурей и украшений.
Металлический цирконий обладает высокой коррозионной стойкостью, жаропрочностью и низким сечением захвата тепловых нейтронов. Эти свойства определяют его широкое применение в атомной энергетике и ракетостроении. Кроме того, многие сплавы на основе циркония не токсичны, что позволяет использовать их в медицине и стоматологии.
Наиболее распространенным соединением циркония является его диоксид ZrO2, который встречается в природе в виде минерала бадделеита. Оксид циркония обладает высокой твердостью, износостойкостью и низкой теплопроводностью. Эти свойства определяют его использование в производстве жаростойкой керамики, абразивов и огнеупоров.
Получение порошков циркония
В зависимости от условий получения, различают порошки циркония двух типов: электролитические и кальциетермические.
Электролитические порошки производят методом электролиза расплавленных солей циркония. Кальцийтермические порошки получают восстановлением оксида циркония порошкообразным кальцием в вакууме при температуре около 800°С. Размер частиц порошка зависит от длительности и температуры процесса. Чем выше температура и длительность процесса, тем крупнее получаются частицы.
Циркониевый порошок относится к пожароопасным материалам, способным воспламеняться при комнатной температуре. Поэтому его производство, транспортировка и хранение требуют строгого соблюдения всех правил промышленной безопасности.
Порошок циркония ПЦЭ-ЗРБМ ТУ 95259-99ЛУ
Характеристики Марка ПЦЭ-ЗРБМ ГОСТ ТУ 95259-99ЛУ
В промышленных масштабах выпускается несколько марок кальцийтермического порошка циркония, отличающихся по составу примесей и размерам частиц. Например, порошок марки ПЦЭ-ЗРБМ производится по техническим условиям ТУ 95259-99ЛУ и содержит примеси титана, гафния, азота и углерода. Размер частиц этого порошка не превышает 40 мкм.
Порошки циркония транспортируют и хранят в герметично закрытой металлической или полимерной таре. Доступ кислорода воздуха может привести к самовозгоранию материала, поэтому необходимо быть предельно осторожным при работе с ним.
Применение в промышленности
Порошки циркония находят широкое применение в металлургии для производства различных сплавов этого металла. Например, на основе циркония выпускаются высокопрочные и износостойкие сплавы для деталей авиационных двигателей.
Кроме того, мельчайшие частицы циркониевого порошка используются в порошковой металлургии для получения сложных по составу материалов методом спекания. Этот метод заключается в компактировании и последующем нагреве смеси порошков различных металлов и сплавов.
Применение в научных целях
Наноразмерные натриетермические порошки циркония интенсивно исследуются учеными в области физики твердого тела и материаловедения. Изучаются такие свойства, как теплопроводность, электропроводность, магнитные характеристики.
Кроме того, соединения циркония широко используются в химии в качестве компонента твердых ракетных топлив, а также в ядерной физике – в частности, в качестве конструкционного материала для ядерных реакторов.
Цирконий химия свойства элементов
Химические свойства циркония во многом определяются его положением в периодической системе элементов. Этот металл относится к группе титана, поэтому по химическим свойствам он близок к титану и гафнию.
В частности, цирконий обладает высокой химической активностью по отношению к кислороду, азоту и углероду. При нагревании на воздухе он легко окисляется с образованием оксида ZrO2. Также цирконий взаимодействует с галогенами, серой, фосфором и водородом.
Благодаря высокому сродству к кислороду на цирконии при комнатной температуре всегда присутствует тонкая оксидная пленка, защищающая металл от дальнейшего окисления. Это одно из важнейших преимуществ циркония перед другими конструкционными материалами.
Применение в медицине
Благодаря своей биосовместимости, цирконий и его сплавы активно применяются в медицинской промышленности. Из циркония изготавливают имплантаты для травматологии и ортопедии, а также зубные протезы и имплантаты.
Кроме того, нанодисперсный порошок диоксида циркония используется в стоматологии для изготовления керамических зубных коронок и мостовидных протезов. Такие протезы обладают повышенной прочностью и сроком службы по сравнению с традиционными пластмассовыми и металлокерамическими конструкциями.
Применение в косметологии
Наночастицы диоксида циркония находят применение и в косметологии благодаря своим UV-защитным свойствам. Их добавляют в состав солнцезащитных кремов и других декоративных косметических средств.
Кроме того, циркониевые наночастицы используют в профессиональной косметике для укрепления и восстановления поврежденных волос, ногтей и зубной эмали.
Экологические аспекты
Несмотря на полезные свойства, порошки и соединения циркония могут представлять опасность для окружающей среды и здоровья человека при неправильном обращении и утилизации.
В частности, загрязнение почв тяжелыми металлами, в том числе цирконием, может привести к нарушению нормального функционирования экосистем и поступлению токсинов в пищевые цепи.
Правила безопасности
Чтобы свести к минимуму негативное воздействие циркония и его соединений на окружающую среду, необходимо строго соблюдать правила промышленной безопасности, а также обеспечивать надлежащую утилизацию отходов производства.
Кроме того, при работе с циркониевым порошком следует использовать средства индивидуальной защиты, так как попадание частиц порошка в организм человека может вызвать раздражение слизистых оболочек и другие негативные эффекты.
