Circonio: aleaciones a base de él. Propiedades, aplicación

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificación: 2024-01-02 13:53

Raro, pero al mismo tiempo muy importante en muchas industrias, el metal, el circonio, se aisló por primera vez en 1824. Sin embargo, todavía contenía un cierto porcentaje de otros elementos. Solo en el siglo XX fue posible obtener circonio puro, libre de diversas impurezas. Las aleaciones a base de él se utilizan con éxito para la fabricación de refractarios, abrasivos, pinturas cerámicas, papel de lija, textiles, desodorantes y piedras artificiales. Por supuesto, uno no debe olvidarse de la gran importancia de este metal en la medicina. Obtenga más información sobre él.

Desarrollo de la metalurgia

El circonio es el componente principal de las aleaciones para la ingeniería de energía nuclear. Pero para esto es necesario que sea lo más puro posible de varias impurezas. El hecho es que en los minerales de circonio no solo hay un elemento de tierras raras como el hafnio, sino también nitrógeno, carbono y oxígeno. Y tales impurezas no metálicas son bastante peligrosas y pueden incluirse en la composición de materiales estructurales para reactores nucleares en una cantidad de no más de millonésimas de porcentaje. Por lo tanto, la obtención de circonio puro y aleaciones sobresu base es un proceso bastante largo y laborioso. Primero, se abre el concentrado, luego se enriquece, se separan las impurezas no deseadas y el hafnio.

El circonio puro parece un metal típico. En apariencia, es muy similar al acero, pero al mismo tiempo más duradero y dúctil. Por supuesto, en las aleaciones a base de él, sus características pueden variar significativamente según la cantidad de otros elementos. Por ejemplo, el oxígeno (más del 0,6 %) hará que el zirconio sea más frágil. Pero también tiene un inconveniente: el dióxido de este metal (ZrO_{2) tiene un punto de fusión de 2680 °C.}

Material de construcción principal

Como se mencionó anteriormente, el área más amplia donde se utilizan el circonio y sus aleaciones es la industria nuclear. Su principal ventaja es que tienen una pequeña sección transversal de captura de neutrones térmicos (solo 0,18 barn), buenas propiedades anticorrosivas y un alto punto de fusión. Entonces, TVEL es el principal elemento combustible constructivo de la zona activa de un reactor nuclear, en el que se coloca el combustible nuclear. Es en él donde se produce la fisión de los núcleos pesados, lo que significa que el elemento combustible debe estar hecho del metal más duradero y refractario, y no debe cambiar el carácter de absorción de neutrones en el reactor.

Por lo tanto, las aleaciones de circonio se utilizan para hacer su caparazón. Los requisitos para ellos son bastante estrictos. Por lo tanto, los elementos de aleación no deberían empeorar sus características. En particular, esto se refiere a la pequeña sección transversal para la captura de neutrones térmicos. El circonio se alea parasuprimir los efectos nocivos del nitrógeno y mejorar sus propiedades anticorrosivas. Muchos elementos del sistema periódico de Mendeleev no son adecuados, ya que reducen ciertas características.

La aleación más famosa utilizada para fabricar barras de combustible es el zircaloy. Su principal elemento de aleación es el estaño, y los elementos auxiliares son el hierro, el cromo y el níquel. En Rusia, el niobio se usa con mayor frecuencia para alear circonio. También tiene una sección transversal de captura de neutrones térmicos baja, reduce la absorción de hidrógeno y forma solo soluciones sólidas. Y esto, a su vez, proporciona aleaciones de alta ductilidad.

Aleación de circonio

La alta resistencia a la corrosión de este metal explica por qué se utiliza con tanta frecuencia como elemento de aleación en la metalurgia ferrosa y no ferrosa. Además, es insoluble en ácidos clorhídrico y nítrico y álcalis. Por lo tanto, las aleaciones multicomponente de circonio con magnesio son muy populares. Además, la aleación con este metal aumenta la resistencia al ácido del titanio. Las aleaciones de circonio con cobre tienen alta resistencia y conductividad eléctrica. Muy a menudo también se usa como aditivo en la producción de varios grados de acero. Esto le permite eliminar el azufre, el nitrógeno y el oxígeno de ellos.

Industria médica

Teniendo en cuenta el circonio y sus aleaciones, no se puede dejar de mencionar un área más de su uso. En la industria médica, ocupan lejos del último lugar. Más recientemente, el acero yaleaciones de titanio. Sin embargo, en algunos casos, el cuerpo rechazó estos metales, contra lo cual apareció una reacción alérgica. La medicina moderna utiliza aleaciones de zirconio y titanio para la fabricación de grapas, placas, implantes, prótesis dentales y sus mecanismos de fijación.

Debido a que este metal y sus compuestos no irritan los huesos ni los tejidos blandos circundantes, se ha utilizado con éxito en la fabricación de joyas. Por ejemplo, los aretes de zirconio no causan una reacción alérgica y curan una herida en el lóbulo de la oreja no peor que el oro.

Consumo de energía

La aleación de aluminio y circonio tiene muchas características positivas y, por lo tanto, se utiliza con éxito en la industria energética. El hecho es que los cables de acero y cobre pesan bastante y, a menudo, los soportes viejos no pueden soportar tal carga. En 1960, en Japón, un grupo de científicos produjo una serie de aleaciones de aluminio y circonio. Determinaron que dicho material se puede usar durante mucho tiempo a altas temperaturas (150-230 ° C) y, al mismo tiempo, será bastante liviano. Esto permite que se utilice para la fabricación de alambres de alta temperatura. Esto aumenta la fiabilidad y la eficiencia de las redes eléctricas.

Otras aplicaciones para compuestos y aleaciones de circonio

En muchos antitranspirantes, puede encontrar un componente como tetraclorohidrex de aluminio y circonio. Es un compuesto químico que absorbe el sudor y su olor. Los científicos han descubierto que no esabsorbido en la piel, y por lo tanto, no puede causar daño severo a la salud. A pesar de esto, el aluminio-zirconio-tetraclorohidrexglicina está prohibido en la UE y los EE. UU.

El óxido de circonio se usa para hacer electrocorindón. Se obtiene por fundición en hornos eléctricos basculantes. El electrocorindón de circonio resulta bastante fuerte y permite procesar materiales con una gran fuerza de sujeción. La mayoría de las veces se usa para rectificado basto y basto.

En general, debe tenerse en cuenta que el circonio y sus aleaciones tienen un alto punto de fusión, resistencia química y un bajo coeficiente de expansión térmica. Es por esta razón que se usa activamente en una amplia variedad de campos.