Jos sinulle kerrottaisiin, että mineraali, joka voidaan kiillottaa häikäiseväksi jalokiveksi, toimii myös laulamattomana sankarina, joka pitää ydinvoimalat toiminnassa turvallisesti, olisiko sinun vaikea uskoa? Zirkonium, alkuaine nro. 40 jaksollisessa taulukossa, on juuri sellainen "kaksois-roolipelaaja", joka ulottuu korujen laskurien ja ydinreaktorien maailmoihin.
"Hyasinttikivestä" kemialliseen elementtiin
Zirkoniumin tarina alkaa kauniista kivestä. Luonnollista zirkoniumia sisältävää silikaattimineraalia kutsutaan zirkoniksi, jota on arvostettu puoli{1}}jalokivenä muinaisista ajoista lähtien. Siinä on rikas väripaletti, joka vaihtelee oranssista-punaisesta ja kullankeltaisesta-keltaisesta värittömään ja ruskehtavan-vihreään, ja sitä on louhittu erityisesti Sri Lankan saarella muinaisessa Intian valtameressä. Sanan "zirkoni" sanotaan olevan peräisin persialaisesta sanasta "Zargun", joka tarkoittaa "kultaista" - viittaa tiettyjen zirkonien jalokivien häikäisevään loistoon. Leikattuna väritön zirkoni voi kimaltaa timantteja muistuttavalla kiilteellä, ja sitä pidettiin pitkään jopa "pehmeäksi timantiksi".
Vasta vuonna 1789 zirkoni nousi jalokivestä alkuaineeksi saksalaisen kemistin Martin Heinrich Klaprothin kokeen ansiosta. Fuusioimalla zirkonia natriumhydroksidin kanssa ja käsittelemällä sitä suolahapolla hän lopulta löysi aiemmin tuntemattoman oksidin, jonka hän antoi nimeksi "zirkoniumoksidi". Myöhemmin, vuonna 1824, ruotsalainen kemisti Jöns Jacob Berzelius valmisti ensimmäisen kerran metallista zirkoniumia, mutta vasta vuonna 1925 saatiin todella puhdasta, sitkeää metallista zirkoniumia.
Hopeinen-harmaa "All-Rounder"
Puhdas metallinen zirkonium on kiiltävä hopean{0}}harmaa kiinteä aine, joka muistuttaa ulkonäöltään terästä. Sen sulamispiste on jopa 1 855 astetta ja sen kiehumispiste saavuttaa 4 409 astetta -, mikä tarkoittaa, että lämpötiloissa, joissa useimmat metallit ovat jo kauan sitten sulaneet, zirkonium pysyy peruuttamattomana.
Zirkoniumilla on kolme merkittävää kykyä:
Ensinnäkin sen "haavoittumaton" korroosionkestävyys. Zirkonium kestää poikkeuksellisen useimpia happoja, emäksiä ja merivettä, ja tavalliset happo- ja alkalivesiliuokset pystyvät tuskin syövyttämään sitä. Tämä ominaisuus tekee siitä ihanteellisen materiaalin kemiallisten laitteiden - reaktoreihin, hapon-kestäviin pumppuihin, lämmönvaihdinputkiin, venttiileihin - aina, kun tarvitaan korroosionkestävyyttä, zirkoniumia löytyy usein.
Toiseksi sen "mukautuva" kaasun{0}}absorptiokyky. Kuumennettaessa zirkonium voi imeä suuria määriä happea, vetyä, typpeä ja muita kaasuja. Vain 100 grammaa metallista zirkoniumia voi imeä 817 litraa vetyä 200 asteessa. Tätä ominaisuutta hyödynnetään näppärästi sähkötyhjiöteollisuudessa - zirkonium päällystetään elektroniputkien anodeihin imemään jäännöskaasuja, jolloin muodostuu korkea{8}}tyhjiöputkia.
Kolmanneksi sen "Midas touch" seostuksessa. Zirkoniumia ylistetään metallurgisen teollisuuden "vitamiinina" - vain pienen määrän lisääminen voi parantaa merkittävästi materiaalin ominaisuuksia. Yhden -tuhannesosan zirkoniumia lisääminen teräkseen parantaa huomattavasti sen lujuutta ja kovuutta, mikä tekee zirkonium-panssariteräksestä tärkeän materiaalin tankkien ja luodinkestävien levyjen valmistuksessa. Hieman zirkoniumin lisääminen kupariin voi nostaa sen sulamispistettä sähkönjohtavuudesta tinkimättä, mikä tekee siitä erittäin sopivan korkeajännitteisille sähkölinjoille.
Ydinajan "numero yksi metalli".
Jos edellä mainitut ovat vain zirkoniumin "sivutoimia", niin sen "pääammatti" on muuttava ihmisen energian maisemaan.
Se, mikä tekee zirkoniumseoksista ydinreaktorien ydinrakennemateriaalin, on näennäisesti paradoksaalinen mutta ratkaiseva ominaisuus - erittäin alhainen lämpöneutronien absorptio-poikkileikkaus. Yksinkertaisesti sanottuna ydinfission tuottamat neutronit ovat "kipinöitä", jotka ylläpitävät ketjureaktiota, mutta useimmat metallit imevät neutroneja kuin sieni, joka imee vettä ja keskeyttää siten reaktion. Zirkonium on kuitenkin poikkeus - se absorboi hyvin vähän neutroneja, samalla kun se kestää korroosiota korkean-lämpötilan, korkean-paineen vedestä 300–400 asteessa ja säilyttää hyvän yhteensopivuuden ydinpolttoaineen kanssa.
Juuri tämän etujen yhdistelmän ansiosta zirkoniumseokset voidaan valmistaa pitkiksi, ohutseinäisiksi-putkiksi, jotka peittävät uraanidioksidipolttoainepellettejä ja toimivat ydinreaktorin ensimmäisenä turvaesteenä. On arvioitu, että jopa 90 % maailmanlaajuisesti tuotetusta zirkoniumista käytetään ydinvoimasektorilla. Ydinsukellusveneistä "Hualong One" -reaktoriin zirkoniumseoksesta valmistetut suojaputket ovat edelleen välttämätön "ydinpolttoainepanssari".
