Цирконий для чего используется

Виды, значение и применение циркония

Цирконий свое название получил от минерала циркона, в составе которого он содержится. Его относят к рассеянным химэлементам, то есть не встречающимся в естественной среде. Как химический элемент был получен шведским химиком Берцелиусом в 1824 году.

Уникальные свойства циркония, удивительное сияние, сравнимое с блеском бриллиантов, поставили этот минерал в один ряд с самыми красивыми самоцветами. Ювелиры всего мира охотно используют его.

Свойства циркония

В чистом виде цирконий в природе не существует, он химически неустойчив. Сейчас его получают промышленным путем из оксидов.

Химические характеристики

Химические свойства циркония имеют много общего с гафнием. Застывший после выплавки металл на воздухе покрывается пленкой, образующейся в результате окисления поверхности циркония, и становится устойчивым к воздействию ряда кислот и щелочей. Правда, нагреваясь, он утрачивает эту устойчивость, и с разной скоростью начинает взаимодействовать с царской водкой (смесью азотной и соляной кислотами), в отдельности с каждым из указанных веществ, с серной, ортофосфорной, щавелевой кислотами. При нагревании выше 250 ⁰С поглощает водород с образованием гидридов, которые проявляют металлические свойства.

При взаимодействии с галогенами образуются галогениды циркония. При температуре более 500 ⁰С получаются оксиды (Zr6O, Zr3O, ZrO2), по этой причине плавление циркония осуществляется в условиях вакуума или в инертном газе аргоне.

Физические свойства циркония

Цирконий — вещество пластичное, допускающее механическую обработку, он легко плавится в безвоздушной атмосфере (в условиях вакуума или при наличии инертных газов).

В следующей таблице показаны физические свойства циркония:

Минералы с содержанием циркония

По глубине залежей ученые пришли к выводу, что цирконий — почти ровесник Земли. Он образовался 3–4 млрд лет назад, и его соединения распространены в литосфере. Химически неустойчивый металл цирконий под действием определенных условий соединился с другими элементами — силикатами, широко распространенными в структуре земли, или с кислородом, образовав многочисленные устойчивые вещества — соли и оксиды.

Серьги с цирконием

Циркон (ZrSiO4) — это камень, в котором содержатся атомы химического элемента циркония, или циркониевая соль ортокремниевой кислоты. В природе встречаются такие цирконии:

Прозрачность и оттенок камня во многом зависят от примесей, содержащихся в нем. Цирконий — это драгоценный камень, блеском своим напоминающий бриллиант. Некоторые полупрозрачные камни также находят применение в ювелирной отрасли. А в основном они, а также непрозрачные, используются в промышленности в качестве руды.

Бадделеит (ZrO2) — оксид циркония. Применяется в качестве добавки при изготовлении керамики и огнеупорных строительных материалов. Впервые был обнаружен на Шри-Ланке. В России добывается в Мурманской области. Этот сравнительно недорогой минерал служит сырьем для выращивания искусственных алмазов — фианитов. Синтетические алмазы получают двумя способами:

Искусственные алмазы нашли применение преимущественно в производстве режущих инструментов. Сейчас 97 % алмазов, применяемых в приборо- и станкостроении, — фианиты.

Ювелиры тоже проявили интерес к новому материалу, почти не отличающемуся от натуральных алмазов. Они стали применять фианиты в изготовлении относительно недорогих ювелирных украшений.

Эвдиалит (Na4(CaSeFeMn)2ZrSi6O17(OHCl)2) — минерал с более сложной химической структурой, содержащий десяток различных химических элементов. Еще его называют цирконосиликатом. На Кольском полуострове, где он добывается, получил название «лопарская кровь».

Кольцо с цирконием

Применяется в качестве руды для получения циркония или редкоземельных металлов. Ювелиры используют этот минерал в изготовлении кабошонов — шлифованных выпуклых камней, вставляемых в оправу при изготовлении браслетов, брошей, ожерелий, перстней и др.

Лечебные свойства

Малакон, одна из разновидностей циркония, обладает слабой радиационной активностью, помогает при головных болях, нормализует артериальное давление, снимает умственную усталость, дает возможность сосредоточиться, избавляет от костных воспалений. Считается, что малакон — это камень ученых. В природе встречаются камни от темно-коричневого до оливкового цвета. Есть и черный малакон.

Виды циркония

В зависимости от соединений, оказавшихся в кристаллической решетке отдельных минералов, циркон имеет разную окраску и оттенки.

Так, в природе встречаются камни красные, зеленые, коричневые, малиновые, оранжевые и др. Различные цвета придают содержащиеся примеси меди, алюминия, титана, цинка и железа. Почти во всех камнях присутствуют соединения гафния, соседствующего с цирконием в одной химической группе.

Известны следующие разновидности цирконов:

Амулеты и талисманы

Использование амулетов и талисманов восходит к глубокой древности. Издавна было замечено, что изделия из циркония обладают магической и целебной силой.

Можно предположить, что магические и целебные свойства цирконов связаны именно с радиационным излучением. Нельзя исключать того, что с помощью этих камней или магических шаров, изготовленных из разновидностей циркона, маги воздействовали на волю людей. Цирконий — это камень священников и правителей. Великий магистр одного из масонских орденов обязан носить на пальце перстень с цирконом.

Как отличить подделку от настоящего циркона?

Анализ драгоценных камней и металлов осуществляется в геммологическом центре. Наличие сертификата этой организации служит гарантией подлинности ювелирных материалов. Такой документ может быть у ювелиров, закупающих камни для своей работы. Но как понять, что приобретаемое изделие изготовлено из того материала, который назван в сертирификате, и оно соответствует заявленной цене?

Ни для кого не секрет, что некоторые недобросовестные ювелиры нередко фианиты выдают за натуральные алмазы и цирконы, а ограненные цирконы продают как бриллианты. Прозрачные цирконы — большая редкость, и они ненамного дешевле бриллиантов, поэтому их редко выдают за «короля камней». Зато фианит в этом отношении — отличный материал.

Это только на первый взгляд камни абсолютно идентичны. Если присмотреться внимательнее, в цирконе можно заметить вкрапления и пустоты. В отличие от бриллианта и фианита, даже у самого прозрачного циркона блеск камней имеет желтовато-золотистый оттенок за счет этих образований. Именно поэтому в Персии его назвали золотистым. Фианит имеет ровную структуру и ровный блеск. В отличие от него, у циркона небольшая плотность и, соответственно, более легкий вес.

Природные камни, содержащие цирконий, в большинстве своем радиоактивны. Например, зеленые цирконы и черные эвдиалиты нельзя носить на груди и на шее. Сережки из этих камней также могут представлять опасность для здоровья.

У прозрачного и золотистого циркона радиоактивность минимальна, однако прибор ее ощущает и может указать как на отличие от «нулевого» фианита.

Как ухаживать за цирконием?

В отличие от бриллиантов, царапающих даже стекло, циркон — камень мягкий. Поэтому украшения с ним необходимо оберегать от механических повреждений. Желательно их хранить отдельно от других украшений. Цирконы весьма чувствительны к бытовой химии. Мыть их можно только слабо мыльным раствором и протирать мягкими салфетками или фланелевой тканью.

Множество разновидностей циркониев позволят выбрать тот камень, который больше нравится. Только придется оберегать изделия с ним от агрессивной среды и соприкосновений с чем-то твердым.

Источник

Характеристики циркония, применение камня, лечебные свойства

Цирконий представляет собой металл серо-серебристого цвета. Этот химический элемент занимает сороковое место в таблице Менделеева (Zirconium). В чистом виде он не встречается в природе, его получают из различных концентратов руд. Популярность металла увеличивается с каждым годом, он широко востребован в металлургии, ядерной энергетике, ювелирном деле, медицине и т. д.

Общие сведения

Цирконий представлен в виде различных химических соединений — окислов или солей, которых ученым известно более сорока единиц. Еще в 1789 году химик Клапрот из камня гиацинта выделил циркониевый окисел. Долгое время получить металл в чистом виде не удавалось. И только в начале XX века это стало возможным.

Опытным путем цирконий получили способом «наращивания». При проведении этих манипуляций он откладывается на нить из вольфрама, которую предварительно раскаляют. Стоимость металла, полученного таким образом, была очень высокой. Вскоре ученые разработали бюджетный промышленный вариант, именуемый методом Кроля. Суть его состоит в том, что сначала осуществляется процедура хлорирования двуокиси циркония, а после этого вещество восстанавливают металлическим магнием.

Полученный металл переплавляют в прутья и отправляют конечному потребителю. Кроме этого метода, существуют и другие промышленные способы получения — щелочной и фторидный. Оказывается, цирконий обладает специфическими свойствами: имеет высокую активность, присущую металлам (представителем которых он и является), но ее проявления осуществляются не в открытой форме.

По внешнему виду цирконий очень напоминает сталь. Его важнейшим свойством в обычных условиях является устойчивость к коррозии. Кроме того, он хорошо поддается обработке путем прокатки, вальцовки, ковки. Специальная окисная пленка, которую невозможно увидеть человеческим глазом, надежно защищает металл от воздействия водяных паров. При увеличении температуры до 300ºС происходит ее медленное разрушение, а при 700ºС происходит полное окисление.

Помимо вышеописанных свойств, металлический цирконий имеет высокую жаростойкость, устойчив к воздействию щелочей, аммиака или кислот, хорошо удерживает радиацию. Совсем иными качествами обладает на воздухе циркониевый порошок, а также стружка — эти элементы и при комнатной температуре могут взрываться и самовозгораться.

Цирконий при взаимодействии с большим количеством металлов образует сплавы. Добавление его в малых дозах значительно повышает характеристики последних, увеличивая показатели прочности и устойчивости к появлению коррозии. Однако если добавлять другие металлы к цирконию, это только ухудшит его характеристики, поэтому такой способ не востребован.

Нахождение металла в природе

Залежи циркониевых руд есть по всей планете. Их можно встретить в виде различных солей, а также монокристаллов, масса которых нередко бывает более 1 кг. Богатые месторождения находятся в Индии, Бразилии, Западной Африке, ЮАР и пр. На территории Российской Федерации внушительные запасы металла располагаются в Сибири и на Урале.

В масштабах промышленности востребованы двуокись и силикат циркония, бадделеит, циркон. Последний является наиболее распространенным минералом на нашей планете. Люди знакомы с ним еще с давних времен. В Средние века многие ювелиры производили изделия из «несовершенных алмазов», которые в то время именовались цирконами. После проведения огранки они становились мутными и переливались совсем не так, как натуральные алмазы.

Встречаются радиоактивные цирконы. Ношение изделий из них оказывает негативное влияние на здоровье человека. Безопасными принято считать камни небольших размеров, имеющие относительную прозрачность или слабый окрас.

Крупные, интенсивно окрашенные материалы, особенно непрозрачные или темно-зеленые, могут иметь высокий радиационный уровень. Такие камни запрещается хранить в домашних коллекциях, проводить их огранку, транспортировать в больших количествах. Несмотря на высокую распространенность в природе, длительное время его популярность была значительно ниже по сравнению с редкими радиоактивными металлами. Это объясняется тем, что рудные залежи рассеянны и отсутствуют крупные месторождения.

Нередко в рудах соседом циркония является гафний, их свойства очень похожи. По отдельности каждый из металлов обладает хорошими свойствами, но в комплексе они непригодны для применения. Для разделения требуется многоуровневая очистка, которая значительно повышает стоимость производства циркония.

Физические и химические характеристики

Для чистого металла не характерны высокие механические свойства. Твердость циркония по шкале Виккерса составляет 70 единиц, прочность 175 МПа, что в 3 раза меньше показателей углеродистой стали. Элемент относится к пластичным металлам, модуль упругости — 96 МПа.

Все описанные свойства условны ввиду того, что их значения варьируются при увеличении количества примесей в составе. Например, при повышении содержания кислорода уменьшается пластичность металла до таких показателей, что проводить штамповку или ковку невозможно. При повышении количества водорода возрастает хрупкость.

Металл устойчив к воздействию воды, а также многих кислот и щелочей. Однако как и с механическими свойствами, устойчивость к коррозии зависит от присутствия алюминия и титана. Металл не реагирует с 50% раствором соляной и серной кислот. При температуре 780ºС и более цирконий начинает активно поглощать кислород. Медленнее происходят аналогичные процессы с азотом, но они протекают при температуре 600ºС.

В этом смысле наиболее активным газом является водород. Он проникает в металл уже при 145 градусах. Этот процесс сопровождается интенсивным выделением тепла настолько, что металл даже увеличивается в объеме. Циркониевый порошок настолько опасен, что может воспламеняться под действием воздуха. Однако, это обратимый процесс, полностью удалить водород можно на специализированном оборудовании при температуре не менее 800ºС.

Область применения

Ввиду своих свойств есть многие отрасли промышленности, где применяется цирконий. Некоторые из них:

Лечебные свойства и стоимость

В стоматологических клиниках при лечении различных переломов используют импланты на основе циркониевых сплавов. Если сравнивать их с титановыми или нержавеющими аналогами, они имеют ряд преимуществ:

Кроме того, в челюстно-лицевой хирургии применяются импланты и инструменты из циркония — сверла, зубные протезы, шовные нити, скобы, винты, зажимы для остановки крови, пластины. Металл и его сплавы не оказывают раздражающего эффекта при контакте с костями и тканями.

Используемый в ювелирных изделиях цирконий оказывает положительное воздействие на состояние организма. Учеными доказано, что при ношении металлических сережек после прокола ушей раны заживают гораздо быстрее. Кроме того, цирконий не вызывает загнивания.

Отмечено положительное действие на здоровье человека при регулярной носке циркониевых изделий, улучшение состояния у пациентов, страдающих проблемами опорно-двигательного аппарата. Кроме того, неплохие результаты дает ношение браслетов и поясов при заболеваниях кожных покровов. Среди них:

Основным мировым поставщиком циркония является ЮАР и Австралия. Последнее время лидирующие позиции занимает именно Южно-Африканская Республика. Наибольшими потребителями являются страны Евросоюза, а также Китай и Япония. Основная масса металла представлена в виде ферросплавов.

В последние 10 лет спрос на цирконий увеличился на 5% в год, но производственные мощности за этот период возросли всего на 2%. В силу этого имеется постоянный дефицит металла, что является причиной роста цены на него. На рынке металлов РФ стоимость циркония варьируется в зависимости от чистоты металла и составляет от 450 до 7000 руб/кг.

Благодаря свойствам циркония его востребованность возрастает с каждым годом. Он имеет широкую сферу применения в промышленности, обладает лечебными свойствами, оказывая благотворное влияние на организм человека.

Источник

Цирконий – что это такое и какие у него свойства

Каждая женщина любит носить украшения с камнями, которые делают ее привлекательной – с ними дама приобретает новые черты. Такие ювелирные украшения 100-500 тысяч, а порой и миллионов рублей, поэтому, позволить их себе может далеко не каждый человек. По этой причине широкое распространение приобрели синтетические заменители камней, одним из которых является цирконий. С ним украшение будет выглядеть изысканно, но по сравнению с оригиналом стоимость изделия уменьшится в разы.

Общие сведения о цирконии

Этот элемент относится к побочной подгруппе 4-й группы 5-го периода периодической системы Д. И. Менделеева – атомный номер 40. Цирконий (Zirconium) в обычном виде – блестящий металл, который отличается серебристо-серым цветом, пластичен и устойчив к коррозии. Соединения этого вещества широко распространены в литосфере. В природе известны соединения циркония исключительно с кислородом в виде силикатов, окислов.

Невзирая на то, что цирконий – это рассеянный элемент, известно до 40 минеров, в которых это вещество присутствует в виде солей, окислов. Это универсальный драгоценный камень, но это мнение ошибочно. Хотя, по внешним признакам он схож даже с алмазом. Несколько фактов об этом веществе:

Многие люди путают и считают, что кубический цирконий, циркон, цирконий являются одним и тем же веществом. На деле они все разные, просто по составу схожи друг с другом:

История камня цирконий

По своей привлекательности этот камень не уступает многим драгоценным аналогам. Используется он с давних времен. Во времена доминирования Древней Персии все типы камней были почти обесценены за исключением прозрачных и тех, что имели характерный для алмаза блеск. В странах Азии камень стал талисманом для местных жителей и приезжих русских купцов, которые увозили изделия из циркония (особенно бусы) к себе домой, чтобы пополнить приданное дочерей.

В промышленной области этот тип камня стали использовать лишь с 30-х годов прошлого столетия – широкое применение было существенно ограничено высокой себестоимостью. На сегодня циркон и его различные соединения и сплавы применяются в строительстве, металлургии, медицине и даже ядерной энергетике. Из этого минерала изготавливают костные и зубные протезы, хирургические инструменты.

В прошлом столетии советским ученым, пытавшимся вырастить искусственный алмаз, удалось вырастить искусственный цирконий – его назвали «цирконом» или «фианитом». После сделанного открытия стоимость камня существенно снизилась, т.к. искусственное синтезирование всегда наносит серьезный урон по любой драгоценности. Zirconium по своим характеристикам не уступает многим драгоценным камням, но уже несколько десятилетий занимает нишу в средней ценовой категории.

Разновидности камня

Циркон справедливо считается одним из старейших драгоценных минералов Земли, т.к. ученые установили, что возраст этого элемента достигает 3-4 млрд лет. В настоящее время выделяется несколько видов циркония. Основным критерием такого разделения является разнообразие расцветок камня. Выделяют следующие разновидности:

Кроме того, цирконий бывает представлен в виде металла или порошка – сфера их применения нередко различается. Например, первый применяется для изготовления украшений, а второй – в медицинской, производственной области. Подробнее об этих разновидностях:

При нагреве Zirconium способен изменять цвет, благодаря чему ювелирам удается придать готовым изделиям разнообразные оттенки. Данный минерал бывает:

Физические и химические свойства циркония

В структуре минерала часто имеются примеси других элементов, к примеру, железа, меди, кальция, титана, цинка и др. Чаще циркон преобразуется в кристаллы пирамидальной или призматической формы. В минерале нередко присутствует уран, из-за чего попадаются экземпляры с высоким радиационным фоном. По твердости он уступает конкурентам своей группы – он непрочен на удары, разрыв. При небрежном хранении от камня будут отлетать сколы, что испортит изначальный эстетический вид. Физические и химические свойства:

Способы получения циркония

Камень с металлическим блеском и многообразием оттенков получают опытным путем в специализированных лабораториях. В основу его входит циркон, основные залежи которого находятся на территории Австралии, Бразилии, Вьетнама, Таиланда, Шри-Ланки и некоторых других стран мира. Синтетический камень получают одним из следующих способов:

Лечебные свойства циркония

Компании, специализирующиеся на изготовлении браслетов, стали добавлять в свои изделия частички элемента Zirconium для того, чтобы придать своим товарам лечебные качества с целью увеличения их продаж. Браслеты якобы снижают артериальное давление. Считается, что камень может придавать силу и бодрость на протяжении дня и обеспечить крепкий и здоровый сон ночью. Он не изменяет своих свойств при воздействии с кислотами, поэтому часто используется при изготовлении медицинских инструментов, оборудования. Подробнее о лечебных свойствах:

Многие разновидности камня, по словам специалистов из области литотерапии, положительным образом влияют на работу щитовидной железы и эндокринной системы. При этом разным цветам приписывают разные свойства:

Где применяется цирконий

Основная область применения минерала – это ювелирное дело. Изделия, которые украшены им, отличаются эстетичным и привлекательным видом, ведь по красоте он не уступает алмазу. Особенной востребованностью пользуются серьги и ожерелья с кубическим цирконием. Кроме того, этот камень нередко применяется в качестве муляжа на ювелирных прилавках. Другие области применения:

Цирконий в ювелирных изделиях

Важной для ювелиров особенностью циркония является его более низкая по сравнению с алмазом твердость – 7,5 единиц по шкале Мосса. При огранке минерала, вставка его в изделие производится аккуратно, т.к. неосторожное обращение приведет к появлению сколов и царапин на поверхности. По этой причине изделия с этим камнем требуют бережного отношения и при носке. Соответствующая огранка позволяет сделать этот минерал ничем не хуже баснословно дорогих бриллиантов.

Циркониевая группа камне встречается практически во всех современных ювелирных изделиях. Эти самоцветы часто обрамляют в перстнях и кольцах. Они блистают в диадеме, серьгах, кольев, свадебных ансамблях. Нередко их используют для украшения подвесок, кулонов. Львиная доля золотых украшений с циркониевыми самоцветами производится в Шри-Ланке, недалеко от одного из мест наибольшей концентрации минерала. Покупая изделие с цирконием, важно отличать подлинный камень, который обладает следующими качествами:

Магические свойства циркония

Широкое распространение приобрели амулеты, кулоны, талисманы и прочие украшения из камня Zirconium. Издавна он считался наделенным способностью приносить богатство и успех своему владельцу. В древние времена минерал был достоянием мудрецов, считалось, что он приносил им знание будущего, дар прозорливости и возможность проникать в мысли и внутренний мир других людей. Носимый как амулет циркон служил защитой от лжецов и недобрых людей, развивал наблюдательность и память.

Минерал Zirconium имеет множество магических свойств. В Древней Индии считалось, что он способен управлять солнцем и луной. Этот камень широко применяется в разных областях промышленного производства, к тому же, он считается идеальным талисманом для бизнесменов, работников умственного труда, путешественников. Он может служить даже защитным амулетом для влюбленных, укрепляя душевную и эмоциональную связь между людьми. Амулет из гиацинта поможет путешественникам и военным сохранить свое здоровье, жизнь.

Цирконий в астрологии

Всевозможные кулоны, украшения, талисманы с циркониевыми самоцветами подходят многим знакам зодиака. Он идеален для Овнов, Козерогов, Водолеев, а вот для Тельцов, Весов, Стрельцов, Раков он не подходит, подробнее:

Источник