[ 信息发布:本站 | 发布时间:2023-03-10 | 浏览:3368次 ]

锆为银灰色金属，有光泽，熔点1852°C，沸点4377°C，密度6.49克/立方厘米。锆与铪是化学性质相似、又共生在一起的两个金属。

锆的可塑性好，易于加工成板材棒材及各种加工件。 锆板表面通常为硼砂面和磨光面。

锆金属有很强的耐腐蚀性，但溶于氢氟酸和王水，高温时可与非金属元素和许多金属元素反应，生成固溶体，适用于化工耐蚀设备。它的抗酸性优于钛和各种钢，接近于钽。锆在碱溶液中也相当稳定。

锆完全能耐碱性溶液和熔融碱的侵蚀。它在氢 氧 化钠介质中的耐腐蚀性与镍相同，由于锆具有优异的抗腐蚀能力，在许多情况下比钽和贵金属好得多。

锆具有良好的机械性能和抗高温性能。在化工设备中特别是在抗腐蚀性能要求高的设备上，锆主要用来制造化工设备中热交换器，容器衬里，阀门，泵壳，叶片，搅拌器，导管等。还有许多生产肥料，树脂，塑料，酸类的化工设备也采用锆。

主要锆产品：锆棒、锆板、锆箔、锆丝、锆管、锆环、锆靶材、锆坩埚、锆紧固件、锆法兰、锆加工件等。

牌号：Zr-3(R60702) , Zr-5(R60705)

一 概述

锆、铪连同钛一起,同属化学元素周期表的VB族。锆的元素符号为Zr,原子序数40,原子量91.22,位于第五周期;铪的元素符号为Hf、原子序数72,原子量178.49,位于第六周期。

锆在地壳中的含量约为0.025%,超过镍、锌、铜、锡、铅和钴等;是工业上经常使用的金属之一。由于提炼和加工的困难,产量不多。锆的具有工业价值的矿物有两种:斜锆石和锆英石。斜锆石是不纯的氧化物,化学式为ZrO2,主要产于巴西等地;锆英石是正硅酸盐,化学式为ZrSiO4。广泛分布在河砂、海砂和石砾之中。

铪在地壳中含量不多,约为0.0004%,在各种锆的矿物中,铪锆含量之比一般为0.02。

二、锆、铪的发展概况

锆是在1789年分析锆英石时发现的, 1824年,在实验室制出了金属锆,但直至1925年,才通过碘化法制得了少量塑性金属锆,这就是所谓“碘化法锆”或“晶条锆”。1946年镁热还原法(即克罗尔法)制取海绵锆获得成功,使锆得到了工业应用。对锆基合金进行广泛的研究的结果,得到了一些性能优良的合金,随着锆合金在原子能工业上的应用,锆工业有了迅速的发展。

铪发现于1922年。1923年制得纯度为99%的铪金属样品。1925年出现了生产塑性铪的方法,但实际上工业制取是在1952年才开始的。铪通常是生产原子能级锆(含Hf<0.01%)的副产品,因此，铪的发展总与原子能以及锆工业的发展密切相关。

三、锆、铪的基本性质和特点

锆、铪和钛由于同处于元素周期表的NB族,因此,它们的化学性能和其它一些性能十分相近。

锆、铪都是银白色金属,粉末均呈黑色。温度升高时,都发生同素异晶转变、由低温时的密集六方结构(a相)转变为高温时的体心立方结构(B相)。锆在862C发生同素异晶转变,铪则在1760℃发生。锆和铪的熔点都很高,锆为1852°℃,铪为2222°C。

锆和铪在酸、碱等介质中,和钛一样都表现出良好的耐蚀性。

锆合金和铪都有良好的机械性能。但是,锆合金的强度一般随着温度的增高而下降,并在500℃以上就会丧失其优良的耐蚀性能。因此,锆合金适用于中温范围。

锆、铪及其合金都有较好的加工性能和焊接性能。

锆、铪,特别是它们的粉末,有很强的吸气能力。据报导,锆可以吸收40%(原子)的氧或20% (原子)的氮,相当于1克锆可吸收82立方厘米的氧或31立方厘米的氮。

锆和铪的原子序数虽然相差很大,但离子半径几乎是相同的,在化合物中均呈正四价,在任何锆的化合物中铪都能容易地取代锆,这就是铪和锆总是共生在一起、且难以用一般化学方法分离的原因。

四、锆、铪的应用

锆、铪及其合金具有突出的核性能和优良的耐腐蚀性能及机械性能,目前差不多都用在原子能工业方面,作为核反应堆的结构、包复和控制棒材料。其它方面因受产量和价格的限制，应用量较少。

1.在反应堆中的应用

锆和锆合金适用于水冷反应堆,其用途有以下几种:

(1)制作永久性堆芯结构，固定燃料元件。制作压力管以及制作其它附件。

(2)作为燃料元件的包复材料。燃料元件包复材料要求热中子吸收截面小,耐蚀性及机械性能好,在这几方面锆合金是最令人满意的。另外,导热性能、与燃料的相容性也好。

(3)锆是铀合金的良好添加剂。锆的氢化物可作反应堆中的减速剂。

铪是一种理想的水冷反应堆用控制材料。因为铪的耐蚀性好,所以铪可以裸态使用而无需包复。铪抗辐照能力强,使用寿命长。目前,几乎所有船用水冷反应堆均用铪制作控制棒。

2.在化工方面的应用

由于锆具有优良的耐酸、碱和其它介质腐蚀的特点,因此,在化工设备中得到了日益广泛的应用。如锆可以用来制造耐蚀的反应塔、泵、热交换器、阀门、搅拌器、喷嘴、热电偶套管、导管和容器衬里等等。

3. 其它方面的应用

锆、铪的粉在电子管工业中可作为良好的消气剂。Zr-16A1合金的粉末和压结带就是一种优良的非蒸散型消气剂。锆丝、片可作为栅极支架、阴极支架和栅极材料。利用铪的高熔点和高发射能力,可用铪(W-Hf合金)制作白炽灯丝, X射线管的阴极、高压气体放电管的电极以及整流器元件。

光粉。爛火工业中,应用锆、铪的粉末制作雷管及引火物。锆粉和硝酸锆可制作照相用的闪光粉。

锆、铪作为合金元素在冶炼工业方面有很多可贵的用途。

在炼钢过程中,锆是强有力的脱氧和脱氮元素。锆能细化钢中奥氏体晶粒,和硫能化合成硫化锆,从而能防止钢的热脆性。锆还可降低钢的应变时效的影响和提高钢的低温韧性。对于镁合金、铝合金来说,锆是极有效的晶粒细化剂。

添加少量的铪可改善镍铬合金(约含80%Ni及20%Cr)的电阻。另外,在还原钨的氧化物时，加入0.1～3%的铪，可控制晶粒长大的速度。

锆的氧化物是耐酸搪瓷和耐火材料的原料。锆的一些化合物可作染料及作为有机反应的催化剂。在玻璃工业中，用锆铪作为特殊玻璃的添加剂。

铪的碳化物(HfC)熔点为3890°C,与碳化钽(TaC) 1: 4组成后(HfC-4TaC) ,熔点3940℃，是熔点最高的陶瓷材料。碳化铪硬度很高，可作为刃具和磨具材料。