锆的基本知识

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1、锆的基本知识 时间：2009/7/27 15:41:32 作者：admin 点击：10012 次 网站电话：免费发布供求 免费试用锆声母：g字头:锆，（，鋯，）四笔号码:3736注音：gdo摘要：gao笔画:12画部首画:05部首:钅部释义:金属元素，符号Zr。银灰色，有光亮，质硬，熔点高，耐腐蚀，可用做原子反应堆铀棒的外套和真空仪器的除气剂。锆与钍、镁的合金轻而耐高温，可做飞行器的外壳。部首查询: 05钅部锆zirconium一种化学元素。化学符号Zr，原子序数40，原子量91.224，属周期系IVB族。1789 年德意志M.H.克拉普罗特在分析锆石时发现一种新元素的氧化物，新元素被命名为z

2、irc-onium, 该字来源于zircon （锆石）。1824年瑞典J.J.贝采利乌斯用金属钾还原锆氟酸钾，制得了金属 锆。锆在地壳中的含量为0.025%,锆的主要矿物有 锆石（ZrSiO4 ）和 二氧化锆矿（Zr02）, 锆石与钛铁矿、金红石、独居石共生，也可在海滩砂石中找到。锆是银灰色有光泽的金属，外观像钢，熔点18522C,沸点4377C，密度6.49克/厘米3 。锆的化学性质不活泼 ，致密的金属锆在空气中比较稳定，加热时，表面形成氧化物覆盖层， 失去金属光泽。粉末状的锆容易在空气中燃烧，细的锆丝可用火柴点燃。锆对氧具有很强的亲和 力，它能夺去氧化镁、氧化铍和氧化钍中的氧，本身成为二氧

3、化锆。锆有强烈的吸氢性能，最大 吸氢量相当于 ZrH ，可用作储氢材料。高温下锆还能与氮作用。锆不与稀盐酸、稀硫酸和强碱 溶液作用，但容易溶解在氢氟酸和王水中。锆的氧 化态为 2 、3、4，其中4价化合物 最稳定。锆石加入适量的石油焦，在1000C通入氯气，可得四氯化锆，它的蒸气与熔融的金属镁接 触，即被还原为金属锆 。高纯度金属锆可用碘化物热分解法制取。锆合金的热中子吸收截面小，耐腐蚀性能好，用作核反应堆的堆芯结构材料 。锆还用于生产防弹合金钢。二氧化锆的熔点高达2675C，化学稳定性好，用作高级耐火材料。锆是一种化学元素，它的化学符号是Zr，它的原子序数是40，是一种银白色的过渡金属。锆不

4、易被腐蚀，主要在核子反应堆用作吸收中子，以及用作抗腐蚀的合金。鋯也被用在X光繞射儀器中，當使用的為鉬靶時，則利用鋯以過濾其他不需要的頻率。 参见 元素周期表 同位素列表 过渡金属锆zirconium元素符号Zr,在元素周期表中属IVB族，原子序数40，原子量91.22，密排六方晶体。常见 化合价为4，3。锆的大量用途是作核反应堆包覆材料和结构材料，通常归入核材料金属。1789年德国克拉普罗特(M.H.Klaproth)在锆石中发现了一种新的氧化物，起名叫zirconia。 1824年瑞典人贝采利乌斯(J.J.Berzelius)用钾还原K2ZrF6制得金属锆，由于含杂质多，为脆 性的黑色粉末。

5、1914年德国人莱利(D.Lely)等用高纯钠还原提纯的ZrCl4制得韧性的金属锆。 1925年范阿克耳(A.E.Van Arkel)和德布尔(J.H.deBoer)两人，在电热丝上解离ZrI4获得延展性 更好的金属锆。1944年美国矿务局在克劳尔(W.J.Kroll)的指导下，研究成功延性锆的规模较 大的生产方法。锆在地壳中的丰度居第20位，几乎与铬一般多。含Zr0220%以上的矿物虽有十几种，但工 业采用的仅有锆石(zircon)和斜锆石(badeleyite)两种。锆石的来源为砂矿，与钛铁矿、金红石、 独居石共生。锆石的主要产地为巴西、印度、澳大利亚、美国、中国等。所有的锆石中都含有氧

6、化铪(Hf02)和放射性物质，放射强度一般在1X10-7毫居里/克的数量级。含HfO2高的放射性强 度也高。性质和用途 金属锆在常温下，表面有一层致密的氧化物层覆盖，仍有金属光泽。在 700C 时，可以吸收30%的氧原子、20%的氮原子和50%的氢原子。锆粉和锆屑，由于比表面大，活 性特大，容易引起自燃和爆炸。锆原子的热中子吸收截面为0.1800.004靶恩。原子核反应堆中常用的锆合金有Zr-2,Zr-4。 它们的热中子吸收截面小，耐腐蚀性能好，加上有相当好的力学性能，用在235U富集度小的水冷 却铀堆中，比用不锈钢经济。这是70年代锆的主要用途。锆有强烈的吸氢性能，可作贮氢材料，最大吸氢量相

7、当于ZrH1.93。如吸氢量超过ZrH中的含氢量，锆的脆性增大，很容易磨成粉末。锆对于稀盐酸和稀硫酸的耐腐蚀性能很好，在50% 的NaOH溶液中的耐腐蚀性能比钽还好，因此在化学工业中有广阔的前途。含铪2%对锆的耐腐蚀 性能没有显著影响，但用作反应堆核燃料元件包覆材料的锆应同铪分离。诰的主要物理性质密度倒Ge-49熔点1852沸点4 40Q平均比热（0100百）289熔化热估算值）kJ/mol汽化热579.5kl/mol熱导 45 (01001)22.6电阻率（aot）44锆的物理性能和力学性能受杂质碳、氮、氧的影响很大。例如用碘化锆热分解制得的锆结晶 棒的电阻率为44.1微欧厘米，如果外推到不

8、含氧时，则应为38.8微欧厘米。ZrO2因熔点高（2675C）和化学稳定性好，是良好的耐火材料。它因在晶型转变时体积发生 变化，通常要加入稳定剂CaO或Y203。加入稳定剂后的ZrO2,有离子导电性，近年用作固体电解 质和测定钢中氧含量的探头。ZrC的熔点为3500C左右，莫氏硬度为89之间；ZrN的熔点为 2980C左右，莫氏硬度为8。两者都可以作为硬质合金的添加剂。ZrB2具有金属的导电性和导热 性，熔点在3000C左右；在空气中1000C以上不耐氧化。ZrOCl2是一种重要的锆化合物。制造方法一般先以NaOH熔融处理锆石，以水溶去Na2SiO3 后，溶在浓盐酸中结晶即得ZrOCl2 8H

9、20，再加工制成其他的锆化合物。Zr0S04是一种良好的 制革鞣剂，工业上叫作锆鞣剂。K2ZrF6可用锆石加K2SiF6烧结，以水浸出后结晶制得。K2ZrF6用钠还原可制得锆粉，也可 通过熔盐电解制取金属锆。K2ZrF6和K2HfF6的溶解度不同，可用重结晶法分离这两种化合物。冶炼 由锆石制取金属锆的工艺流程见图。50年代工业上制取金属锆的第一步是用电弧炉 制取Zr（C，N），而后氯化制得四氯化锆（ZrCl4）。70年代已改用直接氯化法（见氯化冶金）。 锆石加适量的石油焦，通入氯在1000C左右进行流态化氯化，其主要反应为：ZrO2SiO2+4Cl2+4CZrCl4+SiCl4+4C0生成物中

10、也有CO2,其含量同温度和其他动力学因素有关。反应式中仅表示了 CO的生成。ZrCl4在常温下呈固态，437C时升华。因此在冷凝器中所得的ZrCl4为气态凝固而成，控制 好传热速度等条件，可以得到致密度高的产品。ZrCl4可以还原得到ZrCl3和ZrCl2，它们是电 解制取金属锆时熔盐中的主要组分。如制取一般工业锆，无须分离铪，可用升华提纯法制成精 ZrCl4后，就用镁还原制得海绵锆。锆主要用作原子核反应堆燃料元件的包壳材料，所以锆的冶炼流程中都有锆铪分离这一过程 （见核反应堆材料）。工业上最通用的分离方法是NH4CNS-MIBK溶剂萃取法，萃取剂为甲基异丁 基酮（MIBK）。此法的缺点为:分

11、离系数低，需要的级数多；NH4CNS容易分解产生CN-，使废水 有毒，需在厂内处理。但在70年代，工业生产还是以这种方法为主。近年有用HNO3系TBP（磷酸三丁酯）萃取法和HC1HN03系TBP萃取法的。前者矿石分解用 NaOH熔融法，带来一系列的困难，包括萃取中出现三相的困难。后者使用ZrCl4为原料，避免了 上述困难,但也有溶液腐蚀性强的缺陷。所得ZrO2,再进行氯化得到ZrCl4,工业上叫作二次氯化。 ZrCl4经过升华提纯，然后用金属热还原法（镁还原或钠还原）制得粗锆,真空蒸馏除去MgCl2和 回收多余的镁（钠还原时用水洗）。这一过程与钛的还原流程相似，惟一不同处为镁需经预处理提 纯。

12、镁还原法的化学反应为:ZrCl4+2MgZr+2MgCl2,还原温度为850C左右。真空蒸馏温度 为9501000C。锆本身有吸气作用，所以最后的真空度一般为10-5托。碘化物热分解法制取纯度较高的锆，是用ZrI4在热丝上分解制得，工业上叫作结晶棒。 在这一过程中有ZrI2和ZrI3参与作用。锆粉在电真空中用作吸气剂，在热电池中用作热源。除常用的海绵锆氢化、磨细然后脱氢的 生产方法以外，还有用CaH2还原ZrO2的制粉法。这种方法所得的锆粉，含氯很少，比海绵锆氢 化法制取的锆粉更适合用作吸气剂。粒度细达23微米的锆粉，容易与氧反应引起自燃和爆炸， 在包装、运输、使用时必须注意安全。熔炼和加工

13、锆及锆合金采用真空自耗电弧重熔炉熔炼铸锭。最常用的型材为管材。成型方 法包括锻造、挤压、拉伸，与钛管的加工方法基本一样。参考书目P. J. H. Clark, The Chemistry of Titanium,Zirconium and Hafnium,Pergamon,Oxford,1973.B. Lustman & F. Kerze Jr.,The Metallurgy of Zirconium,McGraw-Hill,New York,1955.C. B. Alcock, Zirconium, Physicochemical Pro-perties of its Compounds a

14、nd Alloys,IAEA.,Vienna,1976.H. B. EapbimHUKOB,MeMa 打打埅 pruH u,upKOHUHura 巾 huh, MeTaH”ypruH,MocKBa, 1979.W. W. Stephens, Extractive Metallurgy of Zirconium-1945 to the Present,Proceedings of ASTM Symposium,Boston,Aug.1980.补充元素名称：锆元素原子量：91.22元素类型：金属发现人：克拉普罗德 发现年代：1789年 发现过程：1789年，德国的克拉普罗德，在分析锡兰锆时，发现了

15、锆土。元素描述：元素英文名称：Zirconium相对原子质量：91.22核内质子数：40核外电子数：40核电核数：40质子质量：6.692E-26质子相对质量：40.28所属周期：5所属族数：IVB摩尔质量：91氢化物：ZrH4氧化物：ZrO2最高价氧化物化学式：ZrO2密度：6.49熔点：1852.0沸点：4377.0外围电子排布：4d2 5s2核外电子排布：2,8,18,10,2颜色和状态：钢灰色金属原子半径：2.16常见化合价：+2,+3,+4高熔点金属之一，呈浅灰色。密度6.49克/厘米3。熔点18522C，沸点4377C。化合价+2、 +3和+4。第一电离能6.84电子伏特。锆的表面易形成一层氧化膜，具有光泽，故外观与钢相似。 有耐腐蚀性，不溶于氢氟酸和王水；高温时，可与非金属元素和许多金属元素反应，生成固体溶 液化合物。元素来源：四氧化锆用镁还原可制得。元素用途：粉末状铁与硝酸锆混合，可作闪光粉。金属锆几乎全部用作核反应堆中铀燃料元件的包壳。也用 来制造照相用的闪光灯，以及耐腐蚀的容器和管道，特别是能耐盐酸和硫酸。锆的化学药品可作 聚合物的交联剂。元素辅助资料：含锆的天然硅酸盐矿石被成为锆石(zircon )或风信子石(h