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1、锆的基本知识时间：2009/7/27 15:41:32 作者：admi n 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，属周期系IVB族。1789年德意 志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zir
2、c-onium，该字来源 于zircon住告石）。1824年瑞典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，告的主要矿物有告石（ZrSiO4）和二氧化告矿（Zr02），告石与钛铁矿、金红 石、独居石共生，也可在海滩砂石中找到。告是银灰色有光泽的金属，外观像钢，熔点18522C，沸点4377C，密度克/厘米3。 告的化学性质不活泼，致密的金属告在空气中比较稳定，加热时，表面形成氧化物覆盖层，失 去金属光泽。粉末状的告容易在空气中燃烧，细的告丝可用火柴点燃。告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，本身成为二氧化告。告有强烈的吸氢性能，最大吸氢 量相当
3、于ZrH，可用作储氢材料。高温下告还能与氮作用。告不与稀盐酸、稀硫酸和强碱溶液 作用，但容易溶解在氢氟酸和王水中。告的氧化态为+2、+3、+4,其中+4价化合物最稳 定。告石加入适量的石油焦，在1000C通入氯气，可得四氯化告，它的蒸气与熔融的金属镁接 触，即被还原为金属告。高纯度金属告可用碘化物热分解法制取。告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。 锆不易被腐蚀，主要在核子反应堆用作吸收中子，以
4、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，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年德国克拉普罗特在锆石中发现了一种新的氧化物，起名叫zirconiao 1824年瑞典人 贝采利乌斯用钾还原K2ZrF6制得金属锆，由于含杂质多，为脆性的黑色粉末。1914年德国人莱 利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Arkel)和德布尔两
5、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 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 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
6、 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士靶恩。原子核反应堆中常用的锆合金有Zr-2, Zr-4o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，最大吸氢量相当于。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
7、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。错的主要物理性质密度(对G6-49g/cm3熔点1852沸点4400平均比热(glOO)289J/(kg*K3熔化热soa(估算值)kJ/mol汽化热579,3kJ/moI热导率(01001C)22.6电阻率(801)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 棒的电阻率为微欧厘米，如果外推到不含氧时，则应为微欧厘米。Zr02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
8、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ZrOCI28H2O，再加工制成其他的锆化合物。ZrOSO4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。K
9、2ZrF6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(ZrCI4)。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+4CI2+4CZrCI4+SiCI4+4CO生成物中也有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。nh4cns-mii石油焦蹌石配料帶破碎軌III需石制取金禺错诡程曲绵错蕪谓炉鑫空装置掘化炉提純护冷駐器氯化摆戲取槽粗 ZrClj
10、IIZrCl4怜羅器/芦已匚些水十MHQH混料挑ZrCI4在常温下呈固态，437C时升华。因此在冷凝器中所得的ZrCI4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:分离系数低，需要的级数多；NH
11、4CNS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HClHN03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Zr02,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。镁还原法的化学反应为:ZrCI
12、4+2MgZr+2MgCI2,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Zrl3参与作用。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 锆及锆合金采用真空自耗电弧重熔
13、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. CIark， The Chemistry of Titanium，Zirconium and Hafnium，Pergamon，Oxford，1973.B. Lustman & F. Kerze Jr.，The MetaIIurgy of Zirconium，McGraw-HiII，New York，1955.C. B. AIcock， Zirconium， PhysicochemicaI Pro-perties of its Compounds and AIIoys，lAEA.
14、，Vienna，1976.H. B. Bapbi 山 HUKOB,MeMann 埅 pu 只qupKOHU 只 ua 中 hu 只,MeTannypru 只,M ocKBa， 1979.W. W. Stephens, Extractive MetaIIurgy of Zirconium-1945 to the Present,Proceedings of ASTM Symposium,Boston,.补充元素名称：锆元素原子量：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，发现了锆土。元素描述：元素英文名称：乙rconium相对原
15、子质量：核内质子数： 40核外电子数：40核电核数：40质子质量：质子相对质量： 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：熔点：沸点：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：常见化合价： +2,+3,+4高熔点金属之一，呈浅灰色。密度克/厘米3。熔点18522C,沸点4377C。化合价+2、+3和 +4。第一电离能电子伏特。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（hyacinth）,广泛分布在自然界中。 由于它们美丽的颜色，自古以来被称为宝石。化学家很早就对锆石进行了分析，认为是含
