鋯的基本知識

1、精選文檔鋯的基本學(xué)問· 時(shí)間：2009/7/27 15:41:32  作者：admin  點(diǎn)擊：10012次  網(wǎng)站電話#160; 免費(fèi)發(fā)布供求  免費(fèi)試用· 鋯聲母:g字頭:鋯，（，鋯，）四筆號碼:3736注音:gào摘要:gao筆畫:12畫部首畫:05部首:钅部釋義:金屬元素，符號Zr。銀灰色，有光亮，質(zhì)硬，熔點(diǎn)高，耐腐蝕，可用做原子反應(yīng)堆鈾棒的外套和真空儀器的除氣劑。鋯與釷、鎂的合金輕而耐高溫，可做飛行器的外殼。部首查詢:05钅部鋯zirco

2、nium一種化 學(xué)元素 ?；瘜W(xué) 符號 Zr，原子 序數(shù)40 ，原 子量91.224，屬周期系B族。1789年德意志M.H.克拉普羅特在分析鋯石時(shí)發(fā)覺一種新元素的氧化物，新元素被命名為zirc-onium，該字來源于zircon（鋯石）。1824年瑞典J.J.貝采利烏斯用金屬鉀還原鋯氟酸鉀，制得了金屬鋯。鋯在地殼中的含量為0.025，鋯的主要礦物有 鋯石（ZrSiO4）和 二氧化鋯礦（ZrO2），鋯石與鈦鐵礦、金紅石、獨(dú)居石共生，也可在海灘砂石中找到。鋯是銀灰色有光澤的金屬，外觀像鋼，熔點(diǎn)1852±2，沸點(diǎn)4377 ，密度6.49克厘米3 。鋯的化學(xué)性質(zhì)不活潑 ，致密的金屬鋯在空氣中比

3、較穩(wěn)定，加熱時(shí)，表面形成氧化物掩蓋層，失去金屬光澤。粉末狀的鋯簡潔在空氣中燃燒，細(xì)的鋯絲可用火柴點(diǎn)燃。鋯對氧具有很強(qiáng)的親和力，它能奪去氧化鎂、氧化鈹和氧化釷中的氧，本身成為二氧化鋯。鋯有猛烈的吸氫性能，最大吸氫量相當(dāng)于 ZrH ，可用作儲氫材料。高溫下鋯還能與氮作用。鋯不與稀鹽酸、稀硫酸和強(qiáng)堿溶液作用，但簡潔溶解在氫氟酸和王水中。鋯的氧 化態(tài)為 2 、3、4，其中4價(jià)化合物最穩(wěn)定。鋯石加入適量的石油焦，在1000通入氯氣，可得四氯化鋯，它的蒸氣與熔融的金屬鎂接觸，即被還原為金屬鋯 。高純度金屬鋯可用碘化物熱分解法制取。鋯合金的熱中子吸取截面小，耐腐蝕性能好，用作核反應(yīng)堆的堆芯結(jié)構(gòu)材料 。鋯還用

4、于生產(chǎn)防彈合金鋼。二氧化鋯的熔點(diǎn)高達(dá)2675，化學(xué)穩(wěn)定性好，用作高級耐火材料。鋯是一種化學(xué)元素，它的化學(xué)符號是Zr，它的原子序數(shù)是40，是一種銀白色的過渡金屬。鋯不易被腐蝕，主要在核子反應(yīng)堆用作吸取中子，以及用作抗腐蝕的合金。鋯也被用在X光繞射儀器中，當(dāng)使用的為鉬靶時(shí)，則利用鋯以過濾其他不需要的頻率。參見· 元素周期表· 同位素列表· 過渡金屬鋯 zirconium 元素符號Zr，在元素周期表中屬B族,原子序數(shù)40，原子量 91.22，密排六方晶體。常見化合價(jià)為4，3。鋯的大量用途是作核反應(yīng)堆包覆材料和結(jié)構(gòu)材料，通常歸入核材料金屬。 

5、1789年德國克拉普羅特(M.H.Klaproth)在鋯石中發(fā)覺了一種新的氧化物，起名叫zirconia。1824年瑞典人貝采利烏斯(J.J.Berzelius)用鉀還原K2ZrF6制得金屬鋯，由于含雜質(zhì)多，為脆性的黑色粉末。1914年德國人萊利(D.Lely)等用高純鈉還原提純的ZrCl4制得韌性的金屬鋯。1925年范阿克耳(A.E.Van Arkel)和德布爾(J.H.deBoer)兩人,在電熱絲上解離ZrI4獲得延展性更好的金屬鋯。1944年美國礦務(wù)局在克勞爾 (W.J.Kroll)的指導(dǎo)下，爭辯成功延性鋯的規(guī)模較大的生產(chǎn)方法。 鋯在地殼中的豐度居第20位，幾乎與鉻一般多。含Z

6、rO220以上的礦物雖有十幾種，但工業(yè)接受的僅有鋯石(zircon)和斜鋯石(badeleyite)兩種。鋯石的來源為砂礦，與鈦鐵礦、金紅石、獨(dú)居石共生。鋯石的主要產(chǎn)地為巴西、印度、澳大利亞、美國、中國等。全部的鋯石中都含有氧化鉿(HfO2)和放射性物質(zhì)，放射強(qiáng)度一般在1×10-7毫居里/克的數(shù)量級。含HfO2高的放射性強(qiáng)度也高。性質(zhì)和用途 金屬鋯在常溫下，表面有一層致密的氧化物層掩蓋，仍有金屬光澤。在 700時(shí)，可以吸取30的氧原子、20的氮原子和50的氫原子。鋯粉和鋯屑，由于比表面大，活性特大，簡潔引起自燃和爆炸。 鋯原子的熱中子吸取截面為0.180±

7、;0.004靶恩。原子核反應(yīng)堆中常用的鋯合金有Zr-2，Zr-4。它們的熱中子吸取截面小，耐腐蝕性能好，加上有相當(dāng)好的力學(xué)性能,用在235U富集度小的水冷卻鈾堆中，比用不銹鋼經(jīng)濟(jì)。這是70年月鋯的主要用途。 鋯有猛烈的吸氫性能，可作貯氫材料，最大吸氫量相當(dāng)于ZrH1.93。如吸氫量超過ZrH中的含氫量，鋯的脆性增大，很簡潔磨成粉末。鋯對于稀鹽酸和稀硫酸的耐腐蝕性能很好，在50的NaOH溶液中的耐腐蝕性能比鉭還好,因此在化學(xué)工業(yè)中有寬敞的前途。含鉿2對鋯的耐腐蝕性能沒有顯著影響，但用作反應(yīng)堆核燃料元件包覆材料的鋯應(yīng)同鉿分別。 鋯的物理性能和力學(xué)性能受雜質(zhì)碳、氮、氧的影響很大。

8、例如用碘化鋯熱分解制得的鋯結(jié)晶棒的電阻率為44.1微歐·厘米，假如外推到不含氧時(shí)，則應(yīng)為38.8微歐·厘米。 ZrO2因熔點(diǎn)高(2675)和化學(xué)穩(wěn)定性好，是良好的耐火材料。它因在晶型轉(zhuǎn)變時(shí)體積發(fā)生變化，通常要加入穩(wěn)定劑CaO或Y2O3。加入穩(wěn)定劑后的ZrO2,有離子導(dǎo)電性,近年用作固體電解質(zhì)和測定鋼中氧含量的探頭。ZrC的熔點(diǎn)為 3500左右，莫氏硬度為89之間；ZrN的熔點(diǎn)為 2980左右，莫氏硬度為8。兩者都可以作為硬質(zhì)合金的添加劑。ZrB2具有金屬的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，熔點(diǎn)在3000左右；在空氣中1000以上不耐氧化。ZrOCl2是一種重要的鋯化合物。制造方法一

9、般先以NaOH熔融處理鋯石,以水溶去Na2SiO3后，溶在濃鹽酸中結(jié)晶即得ZrOCl2·8H2O，再加工制成其他的鋯化合物。ZrOSO4是一種良好的制革鞣劑，工業(yè)上叫作鋯鞣劑。 K2ZrF6可用鋯石加K2SiF6燒結(jié),以水浸出后結(jié)晶制得。K2ZrF6用鈉還原可制得鋯粉，也可通過熔鹽電解制取金屬鋯。K2ZrF6和K2HfF6的溶解度不同,可用重結(jié)晶法分別這兩種化合物。 冶煉 由鋯石制取金屬鋯的工藝流程見圖。50年月工業(yè)上制取金屬鋯的第一步是用電弧爐制取 Zr(C，N)，而后氯化制得四氯化鋯(ZrCl4)。70年月已改用直接氯化法（見氯化冶金）。鋯石加適量的

10、石油焦，通入氯在1000左右進(jìn)行流態(tài)化氯化，其主要反應(yīng)為：ZrO2·SiO2+4Cl2+4CZrCl4+SiCl4+4CO生成物中也有CO2,其含量同溫度和其他動(dòng)力學(xué)因素有關(guān)。反應(yīng)式中僅表示了CO的生成。 ZrCl4在常溫下呈固態(tài)，437時(shí)升華。因此在冷凝器中所得的ZrCl4為氣態(tài)凝固而成,把握好傳熱速度等條件,可以得到致密度高的產(chǎn)品。ZrCl4可以還原得到ZrCl3和 ZrCl2，它們是電解制取金屬鋯時(shí)熔鹽中的主要組分。如制取一般工業(yè)鋯，無須分別鉿，可用升華提純法制成精ZrCl4后，就用鎂還原制得海綿鋯。 鋯主要用作原子核反應(yīng)堆燃料元件的包殼材料，所以鋯的冶煉流

11、程中都有鋯鉿分別這一過程（見核反應(yīng)堆材料）。工業(yè)上最通用的分別方法是NH4CNS-MIBK溶劑萃取法,萃取劑為甲基異丁基酮(MIBK)。此法的缺點(diǎn)為:分別系數(shù)低,需要的級數(shù)多；NH4CNS簡潔分解產(chǎn)生CN-，使廢水有毒，需在廠內(nèi)處理。但在70年月，工業(yè)生產(chǎn)還是以這種方法為主。 近年有用HNO3系TBP(磷酸三丁酯)萃取法和HClHNO3系TBP萃取法的。前者礦石分解用NaOH熔融法,帶來一系列的困難，包括萃取中消滅三相的困難。后者使用ZrCl4為原料，避開了上述困難,但也有溶液腐蝕性強(qiáng)的缺陷。所得ZrO2，再進(jìn)行氯化得到ZrCl4,工業(yè)上叫作二次氯化。ZrCl4經(jīng)過升華提純,然后用金

12、屬熱還原法（鎂還原或鈉還原）制得粗鋯,真空蒸餾除去MgCl2和回收多余的鎂(鈉還原時(shí)用水洗)。這一過程與鈦的還原流程相像，惟一不同處為鎂需經(jīng)預(yù)處理提純。鎂還原法的化學(xué)反應(yīng)為:ZrCl4+2MgZr+2MgCl2，還原溫度為850左右。真空蒸餾溫度為 9501000。鋯本身有吸氣作用，所以最終的真空度一般為10-5托。 碘化物熱分解法 制取純度較高的鋯，是用ZrI4在熱絲上分解制得，工業(yè)上叫作結(jié)晶棒。在這一過程中有ZrI2和ZrI3參與作用。鋯粉在電真空中用作吸氣劑，在熱電池中用作熱源。除常用的海綿鋯氫化、磨細(xì)然后脫氫的生產(chǎn)方法以外,還有用CaH2還原ZrO2的制粉法。這種方

13、法所得的鋯粉，含氯很少，比海綿鋯氫化法制取的鋯粉更適合用作吸氣劑。粒度細(xì)達(dá)23微米的鋯粉，簡潔與氧反應(yīng)引起自燃和爆炸，在包裝、運(yùn)輸、使用時(shí)必需留意平安。 熔煉和加工 鋯及鋯合金接受真空自耗電弧重熔爐熔煉鑄錠。最常用的型材為管材。成型方法包括鍛造、擠壓、拉伸，與鈦管的加工方法基本一樣。參考書目 P. J. H. Clark, The Chemistry of Titanium,Zirconium and Hafnium,Pergamon,Oxford,1973. B. Lustman & F. Kerze Jr.,The Metallurgy of

14、 Zirconium,McGraw-Hill,New York,1955. C. B. Alcock, Zirconium, Physicochemical Pro-perties of its Compounds and Alloys,IAEA.,Vienna,1976. . . ,埅 ，1979. W. W. Stephens, Extractive Metallurgy of Zirconium-1945 to the Present,Proceedings of ASTM Symposium,Boston,Aug.1980.補(bǔ)充元素名稱：鋯元素原子量：91

15、.22元素類型：金屬發(fā)覺人：克拉普羅德 發(fā)覺年月：1789年發(fā)覺過程：1789年，德國的克拉普羅德，在分析錫蘭鋯時(shí)，發(fā)覺了鋯土。元素描述：元素英文名稱：Zirconium相對原子質(zhì)量：91.22核內(nèi)質(zhì)子數(shù)：40核外電子數(shù)：40核電核數(shù)：40質(zhì)子質(zhì)量：6.692E-26質(zhì)子相對質(zhì)量：40.28所屬周期：5所屬族數(shù)：IVB摩爾質(zhì)量：91氫化物：ZrH4氧化物：ZrO2最高價(jià)氧化物化學(xué)式：ZrO2密度：6.49熔點(diǎn)：1852.0沸點(diǎn)：4377.0外圍電子排布：4d2 5s2核外電子排布：2,8,18,10,2顏色和狀態(tài)：鋼灰色金屬原子半徑：2.16常見化合價(jià)：+2,+3,+4高熔點(diǎn)金屬之一，呈淺灰色

16、。密度6.49克/厘米3。熔點(diǎn)1852±2，沸點(diǎn)4377?；蟽r(jià)+2、+3和+4。第一電離能6.84電子伏特。鋯的表面易形成一層氧化膜，具有光澤，故外觀與鋼相像。有耐腐蝕性，不溶于氫氟酸和王水；高溫時(shí)，可與非金屬元素和很多金屬元素反應(yīng)，生成固體溶液化合物。元素來源：四氧化鋯用鎂還原可制得。元素用途：粉末狀鐵與硝酸鋯混合，可作閃光粉。金屬鋯幾乎全部用作核反應(yīng)堆中鈾燃料元件的包殼。也用來制造照相用的閃光燈，以及耐腐蝕的容器和管道，特殊是能耐鹽酸和硫酸。鋯的化學(xué)藥品可作聚合物的交聯(lián)劑。元素幫助資料：含鋯的自然硅酸鹽礦石被成為鋯石（zircon）或風(fēng)信子石（hyacinth），廣泛分布在自然

17、界中。由于它們秀麗的顏色，自古以來被稱為寶石?；瘜W(xué)家很早就對鋯石進(jìn)行了分析，認(rèn)為是含有硅、鋁、鈣和鐵的氧化物。1789年，德國化學(xué)家克拉普羅特發(fā)表爭辯來自斯里蘭卡鋯石的報(bào)告中提到他發(fā)覺了一種未知的獨(dú)特而簡潔物質(zhì)的氧化物，并提議稱之為Zirconerde（鋯土氧化鋯）。不久，法國化學(xué)家德毛沃和沃克蘭兩人都證明克拉普羅特的分析是正確的。Zirconerde的存在被確定，元素得到zirconnium的命名，元素符號為Zr。克拉普羅特最初爭辯鋯的硅酸鹽試驗(yàn)操作始終到今日仍是工業(yè)上提取鋯的基礎(chǔ)。但始終到1914年，荷蘭一家金屬白熱電燈制造廠的兩位爭辯人員列里和漢保格將四氯化鋯和金屬鈉作用，取得純金屬鋯。

18、鋯一般被認(rèn)為是稀有金屬，其實(shí)它在地殼中的含量相當(dāng)大，比一般的常用的金屬鋅、銅、錫等都大。補(bǔ)充元素名稱：鋯元素原子量：91.22元素類型：金屬發(fā)覺人：克拉普羅德 發(fā)覺年月：1789年發(fā)覺過程：1789年，德國的克拉普羅德，在分析錫蘭鋯時(shí)，發(fā)覺了鋯土。元素描述：元素英文名稱：Zirconium相對原子質(zhì)量：91.22核內(nèi)質(zhì)子數(shù)：40核外電子數(shù)：40核電核數(shù)：40質(zhì)子質(zhì)量：6.692E-26質(zhì)子相對質(zhì)量：40.28所屬周期：5所屬族數(shù)：IVB摩爾質(zhì)量：91氫化物：ZrH4氧化物：ZrO2最高價(jià)氧化物化學(xué)式：ZrO2密度：6.49熔點(diǎn)：1852.0沸點(diǎn)：4377.0外圍電子排布：4d2 5s2核外電子

19、排布：2,8,18,10,2顏色和狀態(tài)：鋼灰色金屬原子半徑：2.16常見化合價(jià)：+2,+3,+4元素符號： Zr 英文名： Zirconium 中文名： 鋯相對原子質(zhì)量： 91.22 常見化合價(jià)： +2,+3,+4 電負(fù)性： 1.33外圍電子排布： 4d2 5s2 核外電子排布： 2,8,18,10,2同位素及放射線： Zr-8616.5h Zr-8883.4d Zr-893.27d *Zr-90 Zr-91 Zr-92 Zr-931530000y Zr-94 Zr-9564.02d Zr-96 Zr-9716.9h電子親合和能： 43 KJ·mol-1第一電離能： 659.7 KJ

20、·mol-1 其次電離能： 1267 KJ·mol-1 第三電離能： 2217 KJ·mol-1單質(zhì)密度： 6.49 g/cm3 單質(zhì)熔點(diǎn)： 1852.0 單質(zhì)沸點(diǎn)： 4377.0 原子半徑： 2.16 埃 離子半徑： 0.84(+4) 埃 共價(jià)半徑： 1.45 埃常見化合物： ZrC ZrN ZrO2 ZrF4發(fā)覺人： M.H.克拉普羅特 時(shí)間： 1789 地點(diǎn)： 德國名稱由來：得名于礦物鋯石(zircon)。元素描述：灰白色有光澤的金屬，不易生銹。元素來源：見于鋯石和斜鋯石等很多礦物中。元素用途：鋯錫合金等鋯合金具有不吸取中子的特性，因此應(yīng)用于核工業(yè)。斜鋯石可用于制造試驗(yàn)室坩堝、高性能泵具和閥門。Clear zircon(ZrSiO4)是一種常見的寶石。高熔點(diǎn)金屬之一，呈淺灰色。密度6.49克/厘米3。熔點(diǎn)1852±2，沸點(diǎn)4377?；蟽r(jià)+2