Zirkonium ist hochgradig hitze- und korrosionsbeständig
Wussten Sie, dass Zirkonium eine entscheidende Rolle dabei spielt, sowohl eine Kernreaktion in einem Kernkraftwerk zu ermöglichen als auch zu stoppen? Bevor wir dies erläutern, umreißen wir zunächst die wichtigsten Eigenschaften von Zirkonium, vergleichen es mit Titan und listen einige verschiedene Anwendungen auf.
WAS IST ZIRKONIUM?
Zirkonium ist ein Übergangsmetall, das aus dem Mineral Zirkon gewonnen wird, seine Atomnummer ist 40, und wir charakterisieren dieses Element mit dem Symbol Zr. Zirkonium wurde bereits 1789 entdeckt, aber erst 1914 in reiner Form isoliert.
Das chemische Element Zirkonium gehört zu den häufigsten Elementen in der Erdkruste, doch Zirkonium wird nicht in seiner reinen Form aus dem Boden extrahiert. Das Mineral Zirkon, aus dem Zirkonium isoliert wird, wird oft als Nebenprodukt des Abbaus von Titan und Zinn gewonnen. Bei der Umwandlung von Zirkon in metallisches Zirkonium wird auch eine kleine Menge Hafnium produziert. Zirkon wird hauptsächlich in Australien, Amerika, Südafrika, Brasilien, Indien und Russland gefunden.
EIGENSCHAFTEN VON ZIRKONIUM
Das silbergraue Übergangsmetall Zirkonium ist sehr vielseitig. Einige charakteristische Eigenschaften sind:
- Korrosionsbeständig
- Hoher Grad an Biokompatibilität
- Duktil und formbar
- Sehr stark, auch bei hohen Temperaturen
- Transparent für Neutronen
ZIRKONIUM IM VERGLEICH ZU TITAN
Zirkonium und Titan weisen einige ähnliche Eigenschaften auf, was nicht überraschend ist, da Zirkonium oft als Nebenprodukt von Titan gewonnen wird. Doch was sind die Gemeinsamkeiten und Unterschiede?
Gemeinsamkeiten
Beide Metalle haben einen hohen Schmelzpunkt und sind sehr korrosionsbeständig aufgrund ihrer starken, stabilen Oxidschicht. Wenn wir reines Zirkonium mit reinem Titan vergleichen, ist Zirkonium das stärkere der beiden. Besonders bei hohen Temperaturen und in starken chemischen Substanzen ist die Korrosionsbeständigkeit von Zirkonium besser. Es gibt jedoch Titanlegierungen (wie die Güteklasse 5), die viele Male stärker sind als alle Zirkoniumvarianten. Sowohl Titan als auch Zirkonium sind sehr stark, relativ leicht und haben eine gute Schweißbarkeit. Zudem sind beide Metalle ungiftig und biokompatibel mit dem menschlichen Körper, was sie für medizinische Anwendungen wie Zahntechnik und chirurgische Instrumente geeignet macht.
Unterschiede
Die Metalle unterscheiden sich hauptsächlich in Anwendung und Investition. Titan und Zirkonium werden für verschiedene Anwendungen in unterschiedlichen Märkten verwendet, Zirkonium wird weitgehend in der Kernenergie und in hochchemischen Prozessen verwendet, während Titan häufiger in der Luft- und Raumfahrt, medizinischen Prothesen und in maritimen Anwendungen eingesetzt wird. Wenn Titan die technischen Anforderungen erfüllt, ist es ein sehr kosteneffektives Metall, was es zur bevorzugten Wahl gegenüber Zirkonium macht.
ANWENDUNG VON ZIRKONIUM
Zirkonium eignet sich aufgrund seiner einzigartigen Eigenschaften für verschiedene Märkte. Geschätzt wird, dass etwa 90 Prozent der Zirkoniumproduktion für die Kerntechnologie bestimmt sind. Darüber hinaus wird Zirkonium in verschiedenen anderen Anwendungen verwendet, wie:
- Chemische Industrie
- Medizinische Geräte
- Luft- und Raumfahrt
- Wasserstoffspeicherung
- Militärindustrie
ZIRKONIUM IN KERNREAKTOREN: ZIRCALOY
Zirkonium ist wesentlich für die Erzeugung von Kernenergie. Drei bemerkenswerte Eigenschaften machen das Metall besonders geeignet für den Einsatz in Kernreaktoren: Zirkonium ist hochgradig hitzebeständig, absorbiert sehr wenige Neutronen und ist bis zu einer Temperatur von 750°C sehr korrosionsbeständig.
Die Erzeugung von Kernenergie ist ein Prozess, bei dem Wärme und Neutronen entscheidend sind. Zirkonium kann beides gut handhaben, da sein Schmelzpunkt bei 1855°C liegt und es wenige Neutronen absorbiert. Die freie Bewegung von Neutronen ist essentiell für die Spaltung von Uranatomen, und weil das Metall so wenige Neutronen absorbiert, können Neutronen effizient bewegt werden, was die effiziente Erzeugung von Kernenergie ermöglicht.
Zudem ist Zirkonium wesentlich, um die Kernreaktion sicher zu stoppen. Um die Kernreaktion zu stoppen, werden Neutronen absorbierende Brennstäbe aktiviert. Diese Stäbe werden mit Kühlwasser gekühlt. Die warme Metalloberfläche der Stäbe darf nicht mit dem Kühlwasser reagieren, da dies zu dem hochexplosiven Wasserstoff führen würde. Daher sind die Stäbe mit einer Zircaloy-Hülle ausgestattet. Zircaloy ist eine Legierung, die in verschiedenen Zusammensetzungen erhältlich ist und aus mindestens 97 Prozent (95% für nukleare Anwendungen) Zirkonium besteht. Zusätzlich enthält die Legierung eine kleine Menge Zinn, Eisen, Nickel, Chrom oder Niob.
ZIRKONIUM IN CHEMISCHEN PROZESSEN
Zirkonium wird weitgehend in chemischen Prozessen verwendet, sowohl bei der Produktion von Katalysatoren und Pigmenten als auch zum Schutz von Ausrüstungen wie Lagertanks, Rohrleitungen usw. Zirkonium und seine verschiedenen Legierungen bieten die für sichere und effiziente chemische Prozesse erforderliche Korrosions- und Hitzebeständigkeit, die Säuren, Basen und andere korrosive Substanzen und/oder hohe Temperaturen involvieren.
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