锆材的特点Word文档下载推荐.docx
《锆材的特点Word文档下载推荐.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《锆材的特点Word文档下载推荐.docx（17页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
密度
元素描述
天然矿石
锆合金
氧化锆
硅酸锆
锆指数
锆的生产
制法
生产
锆的用途
军事用途
吸气剂
冶金作用
产量分布
锆
简介
历史
特点
元素描述
天然矿石
锆合金
氧化锆
硅酸锆
锆指数
展开
编辑本段锆
部首笔画
部首:
钅部外笔画:
7总笔画:
12
五笔86:
QTFK五笔98:
QTFK仓颉:
OPHGR
笔顺编号:
311153121251四角号码:
84761Unicode:
CJK统一汉字U+9506
读音：
gà
o
基本字义
1.一种金属元素，应用于原子能工业和在高温高压下用作耐蚀化工材料等。
详细字义
〈名〉
1.一种钢灰色、强延性、难熔、主要呈四价的金属元素,以化合物形式广泛存在于锆石和二氧化锆矿中[zirconium]——元素符号Zr
编辑本段简介
锆，原子序数40，原子量91.224。
1789年德国化学家克拉普罗斯在锆石中发现锆的氧化物，并根据锆石的英文名命名；
1824年瑞典化学家贝采利乌斯首次制的不纯的金属锆；
1925年荷兰科学家阿克尔和德博尔制得有延展性的块状金属锆。
锆在地壳中的含量为0.025%，但分布非常分散。
主要矿物有锆石和二氧化锆矿。
天然锆有6种稳定同位素：
锆90、91、92、94、96，其中锆90含量最大。
锆为银灰色金属，外观似钢，有光泽；
熔点1852°
C，沸点4377°
C，密度6.49克/厘米&
sup3;
。
锆容易吸收氢、氮和氧气；
锆对氧的亲和力很强，1000°
C氧气溶于锆中能使其体积显著增加。
锆一般被认为是稀有金属，其实它在地壳中的含量相当大，比一般的常用的金属锌、铜、锡等都大。
锆合金可以耐很高的温度，用作制作核反应的第一层保护壳。
过渡金属[/url]。
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，但是溶于氢氟酸和王水；
高温时，可与非金属元素和许多金属元素反应，生成固溶体。
锆单质
的可塑性好，易于加工成板、丝等。
锆在加热时能大量地吸收氧、氢、氮等气体，可用作贮氢材料。
锆的耐蚀性比钛好，接近铌、钽。
锆与铪是化学性质相似、又共生在一起的两个金属，且含有放射性物质。
地壳中锆的含量居第19位，几乎与铬相等。
自然界中具有工业价值的含锆矿物，主要有锆英石及斜锆石。
CAS号：
7440-67-7[1]
编辑本段历史
含锆的天然硅酸盐ZrSiO4称为锆石（Zircon）或风信子石（hyacinth）广泛分布于自然界中，具有从橙到红的各种美丽的颜色，自古以来被认为是宝石，据说Zircon一词来自阿拉伯文Zarqūn，是朱砂，又说是来自波斯文Zargun,是金色，hyacinth则来自希腊文的“百合花”一词，印度洋中的岛国斯里兰卡盛产锆石。
1789年德国人M.H.Klaproth对锆石进行研究时发现，将它与氢氧化钠共熔，用盐酸溶解冷却物，在溶液中添加碳酸钾，沉淀，过滤并清洗沉淀物，再将沉淀物与硫酸共煮，然后滤去硅的氧化物，在滤液中检查钙、镁、铝的氧化物，均未发现，在溶液中添加碳酸钾后出现沉淀，这个沉淀物不像氧化铝那样溶于碱液，也不像镁的氧化物那样和酸作用，Klaproth认为这个沉淀物和以前所知的氧化物都不一样，是由Zirkonerde（锆土，德文）构成的，不久，法国化学家deMorueau和Vauquelin两人都证实M.H.Klaproth的分析是正确的，该元素拉丁名为Zirconium，符号认为Zr，我国译成锆，1808年，英国的H.Davy利用电流分解锆的化合物，没有成功，1824年瑞典的J.J.Berzelius首先用钾还原K2ZrF6时制得金属锆，但不够纯，反应式为：
K2ZrF6+4K=Zr+6KF，该反应也可用Na作还原剂，直到1914年，荷兰一家金属白热电灯制造厂的两位研究人员Lely和Hambruger用无水四氯化锆和过量金属钠同盛入一空球中，利用电流加热500℃，取得了纯金属锆。
编辑本段特点
锆是一种稀有金属，具有惊人的抗腐蚀性能、极高的熔点、超高的硬度和强度等特性，被广泛用在航空航天、军工、核反应、原子能领域。
上使用的抗腐蚀性、耐高温的钛产品，其抗腐蚀性能远不如锆，其熔点1600度左右，而锆的熔点则在1800度以上，二氧化锆的熔点更是高达2700度以上，所以锆作为航空航天材料，其各方面的性能大大优越于钛。
编辑本段理化参数
体积
14.1立方厘米/摩尔
含量
太阳中的含量：
0.04
海水中的含量：
0.000009（微量元素）
地壳中含量：
190（微量元素）
周期表参数
相对原子质量[2]：
91.224
（2）
原子序数：
40
质子数：
中子数：
见“同位素”
所属周期：
5
所属族数：
IVB
电子排布：
[kr]4d^25s^2
同位素
丰度
半衰期
衰变模式
衰变能量
（MeV）
衰变产物
Zr-90（最长）
51.45%
稳定
Zr-91
11.22%
Zr-92
17.15%
Zr-93
人造
1.53×
10^6年
β衰变
0.091
Nb
Zr-94
17.38%
Zr-95
2.8%
>
3.8×
10^19年
3.350
硬度
莫氏硬度：
4.5
氧化态
主氧化态：
+4
其它：
0、+1、+2、+3
晶包参数
锆为六方晶胞
参数
a
b
c
α
β
γ
值
323.2pm
323.2pm
514.7pm
90°
120°
电离能
数据来源[3]：
1th
2th
3th
4th
5th
6th
7th
8th
9th
10th
kJ/mol.
660
1267
2218
3313
7860
9500
11200
13800
15700
17500
溶沸点
熔点：
1852℃
沸点：
4377℃
密度：
6.49克/立方厘米
编辑本段元素描述
元素英文名称：
Zirconium
相对原子质量：
91.22
核内质子数：
核外电子数：
核电核数：
质子质量：
6.692E-26
硫酸锆
质子相对质量：
40.28
摩尔质量：
91
氢化物：
ZrH4
氧化物：
ZrO₂
最高价氧化物化学式：
ZrO2
6.49
1852.0
4377.0
外围电子排布：
4d25s2
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：
2.16
常见化合价：
+2,+3,+4
元素来源：
四氧化锆用镁还原可制得。
编辑本段天然矿石
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。
它们颜色美丽，被称为宝石。
而目前生产锆的原料主要是锆英砂。
编辑本段锆合金
锆管头以锆为基体加入其他元素而构成的有色合金。
主要合金元素有锡、铌、铁等。
锆合金在300～400℃的高温高压水和蒸汽中有良好的耐蚀性能、适中的力学性能、较低的原子热中子吸收截面，对核燃料有良好的相容性，多用作水冷核反应堆的堆芯结构材料。
此外，锆对多种酸、碱和盐有优良的抗蚀性，与氧、氮等气体有强烈的亲和力，因此锆合金也用于制造耐蚀部件和制药机械部件，在电真空和灯泡工业中被广泛用作非蒸散型消气剂。
工业规模生产的锆合金有锆锡系和锆铌系两类。
前者合金牌号有Zr-2、Zr-4，后者的典型代表是Zr-2.5Nb。
在锆锡系合金中，合金元素锡、铁、铬、镍可提高材料的强度、耐蚀性和耐蚀膜的导热性，降低表面状态对腐蚀的敏感性。
通常Zr-2合金用于沸水堆，Zr-4合金用于压水堆。
在锆铌系合金中，铌的添加量达到使用温度下锆的晶体结构的固溶极限时，合金的耐蚀性最好。
锆合金有同质异晶转变，高温下的晶体结构为体心立方，低温下为密排六方。
锆合金塑性好，可通过塑性加工制成管材、板材、棒材和丝材；
其焊接性也好，可用以进行焊接加工。
编辑本段氧化锆
氧氯化锆氧化锆（ZrO₂）自然界的氧化锆矿物原料，主要有斜锆石和锆英石。
锆英石系火成岩深层矿物，颜色有淡黄、棕黄、黄绿等，比重4．6—4．7，硬度7．5，具有强烈的金属光泽，可为陶瓷釉用原料。
纯的氧化锆是一种高级耐火原料，其熔融温度约为2900℃它可提高釉的高温粘度和扩大粘度变化的温度范围，有较好的热稳定性，其含量为2%-3%时，能提高釉的抗龟裂性能。
还因它的化学惰性大，故能提高釉的化学稳定性和耐酸碱能力，还能起到乳浊剂的作用。
在建筑陶瓷釉料中多使用锆英石，一般用量为8%—12%。
并为“釉下白”的主要原料，氧化锆为黄绿色颜料良好的助色剂，若想获得较好的钒锆黄颜料必须选用质纯的氧化锆。
编辑本段硅酸锆
Zr（SiO4），折射率高1.93-2.01，化学稳定性能，是一种优质、价廉的乳浊剂，被广泛用于各种建筑陶瓷、卫生陶瓷、日用陶瓷、一级工艺品陶瓷等的生产中，在陶瓷釉料的加工生产中，使用范围广，应用量大。
硅酸锆之所以在陶瓷生产中得以广泛应用，还因为其化学稳定性好，因而不受陶瓷烧成气氛的影响，且能显著改善陶瓷的坯釉结合性能，提高陶瓷釉面硬度。
硅酸锆也在电视行业的彩色显像管、玻璃行业的乳化玻璃、搪瓷釉料生产中得到了进一步的应用。
硅酸锆的熔点高：
2500摄氏度，所以在耐火材料、玻璃窑炉锆捣打料、浇注料、喷涂料中也被广泛应用。
编辑本段锆指数
Zrindex，后处理工艺中用来衡量溶剂降解程度的指标。
95Zr是一种重要的裂片，降解后的溶剂对95Zr具有高选择性的保留作用，锆指数越大，溶剂降解越严重。
锆指数（Z值）的测量方法是：
反萃后有机相经氢氧化钠、水和硝酸洗涤后，用示踪量95Zr水相与之平衡，用3mol/L硝酸洗有机相3次，除去TBP萃取的95Zr。
测定溶剂相中被保留的锆量，每109L溶剂保留的95Zr的摩尔数为溶剂的Z值。
由于锆在水溶液中行为复杂，随测量条件不同，Z值会不同，因而常用不稳定系数来表征溶剂的稳定性:
戈德堡-霍格内斯盒。
编辑本段锆的生产
制法
工业上用四氧化锆用镁还原制纯锆。
锆产品的主要原料是锆英砂，全球90%的氧氯化锆（初级产品）的生产能力在中国。
目前，国内锆的加工能力12万吨/年，实际产量在8万吨/年，85%以上出口，目前全球锆市场供不应求，目前锆的价格大约每吨250000元（2011年3月），而且价格仍在不断上涨。
编辑本段锆的用途
锆的热中子俘获截面小，有突出的核性能，是发展原子能工业不可缺少的材料，可作反应堆芯结构材料。
锆粉在空气中易燃烧，可作引爆雷管及无烟火药。
锆可用于优质钢脱氧去硫的添加剂，也是装甲钢、大炮用钢、不锈钢及耐热钢的组元。
锆是镁合金的重要合金元素，能提高镁合抗拉强度和加工性能。
锆还是铝镁合金的变质剂，能细化晶粒。
二氧化锆和锆英石是耐火材料中最有价值的化合物。
二氧化锆是新型陶瓷的主要材料，不可用作抗高温氧化的加热材料。
二氧化锆可作耐酸搪瓷、玻璃的添加剂，能显著提高玻璃的弹性、化学稳定性及耐热性。
锆英石的光反射性能强、热稳定性好，在陶瓷和玻璃中可作遮光剂使用。
锆在加热时能大量地吸收氧、氢、氨等气体，是理想的吸气剂，如电子管中用锆粉作除气剂，用锆丝锆片作栅极支架、阳极支架等。
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。
军事用途
从军工上来看，钢里只要加进千分之一的锆，硬度和强度就会惊人地提高。
从原子能和核能上来看，锆有突出的核能性，是发展原子能工业不可缺少的材料，我国的大型核电站普遍都用锆材，如果用核动力发电，每一百万千瓦的发电能力，一年就要消耗掉20到25吨金属锆。
核潜艇用锆和锆合金作核燃料的包套和压力管，锆的使用量达20至30吨
本次“神六”上使用的抗腐蚀性、耐高的钛产品，其抗腐蚀性能远不如锆，其熔点1600度左右，而锆的熔点则在1800度以上，二氧化锆的熔点更是高达2700度以上，所以锆作为航空航天材料，其各方面的性能大大优越于钛。
吸气剂
在我们结识锂和钛的时候，知道它都有爱跟气体“交朋友”的怪脾气。
锆也有这个脾气，它能强烈地吸收氮、氢、氧等气体。
比方说，温度超过摄氏九XX，锆能猛烈地吸收氮气；
在摄氏二XX的条件下，一百克金属锆能够吸收八百一十七升氢气，相当于铁的八十多万倍。
锆的这个怪脾气，给冶炼它的工人师傅们造成了很大的麻烦，但是，在另外一些场合它又能给人们带来好处。
比如在电真空工业中，人们广泛利用锆粉涂在电真空元件和仪表的阳极和其他受热部件的表面上，吸收真空管中的残余气体，制成高度真空的电子管和其他电真空仪表，从而提高它们的质量，延长它们的使用时间。
锆还可以用做冶金工业的“维生素”，发挥它强有力的脱氧、除氮、去硫的作用。
钢里只要加进千分之一的锆，硬度和强度就会惊人地提高；
含锆的装甲钢、不锈钢和耐热钢等，是制造装甲车、坦克、大炮和防弹板等国防武器的重要材料。
把锆掺进铜里，抽咸铜线，导电能力并不减弱，而熔点却大大提高，用做高压电线非常合适。
含锆的锌镁合金，又轻又耐高温，强度是普通镁合金的两倍，可用到喷气发动机构件的制造上。
另外，锆粉的特点是着火点低和燃烧速度快，可以用做起爆雷管的起爆药，这种高级雷管甚至在水下也能够爆炸。
锆粉再加上氧化剂。
这好比火上加油，燃烧起来强光眩目，是制造曳光弹和照明弹的好材料。
编辑本段产量分布
目前，国内锆的加工能力12万吨/年，实际产量在8万吨/年，85%以上出口，目前全球锆市场供不应求，目前锆的价格大约每吨12000元，而且价格仍在不断上涨。
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，认为是含有硅、铝、钙和铁的氧化物。
1789年，德国化学家克拉普罗特发表研究来自斯里兰卡锆石的报告中提到他发现了一种未知的独特而简单物质的氧化物，并提议称之为Zirconerde（锆土——氧化锆）。
不久，法国化学家德毛沃和沃克兰两人都证实克拉普罗特的分析是正确的。
Zirconerde的存在被肯定，元素得到zirconnium的命名，元素符号为Zr。
粉状锆着火点很低（180～285℃），与氧化剂混合极易引起爆炸。
相对密度6.5。
熔点1857℃。
沸点3577℃。
闪点11℃（粉状）。
易燃（粉状和海绵状）。
可燃性金属
在某些物理状况之下，几乎所有碱金属会导致燃烧，其中有许多种会造成较特殊之危害。
因为容易造成燃烧，一些金属称为〝易燃金属〞，有起火之特性。
型式种类
易燃金属要根据分子量、温度、稳定性及种类来作精确区分并不容易，故要简化火灾安全之介绍，在本文使用下列易燃金属之判别并区分性质。
（1）自燃金属：
包括一些碱性物质，譬如镁、钛、锌、铯、铷、及钠钾合金。
（2）放射性物质：
如钸、钍及铀等。
（3）非自燃金属：
包含商业用结构物，譬如镁、钛、锌、铪等。
虽然一些大块物质，如块状物及压成块状之型式金属，在水中并非自燃，但磨成粉状则会自燃。
本文提到这些易燃金属之燃烧危害及回顾关于防火之技术及相关部份。
无论如何，本文并非涵盖所有储存及使用这些易燃金属及合金。
当易燃金属作细微区分时，期盼在其燃烧危害上明显增加其特性及潜在特性作记录上之参考。
以机械处理磨成粉状比储存在桶中来得更容易燃烧。
因为表面积增加，粉状比块状更容易反应，且金属箔比薄页纸更容易燃烧。
灰尘及粉状物为高反应型式，甚至有一些为自发性反应。
在金属尘埃防火安全之讯息细节上，并未涵盖在本文范围（在块状型式当中，锂与镁之成份相似）。
危害
潜在危害：
易燃金属燃烧、爆炸之直接相关因素：
（1）主要因素为燃烧速率，刚开始时反应较慢，然后迅速反应至爆发，由点而线而面至整体迅速反应。
（2）次要因素为潜在危害，如温度、湿度、纯度、表面氧化度、压力等等。
这些因素将可能是导致反应之重要因素。
直接影响其燃烧，同时其潜在热量可能提升至燃烧温度。
虽然燃点及能量为两大重要考量，显示出个别之重要性。
但是像电火花、露天火苗、静电、机械运转之摩擦生热都有可能造成燃烧。
因为许多变化性因素，并不完全涵盖在本文当中（除非需要，避免使用氮气，也就是说，将不会形成有害复合物及气体污染）。
灾害防止对策：
为了减低起火爆炸之可能性：
（1）使用较小量之自燃物或不易燃之合金。
（2）当操作时，降低运作所生成之热能。
（3）当磨成切片时，碎屑应尽快清理干净，以免发生反应造成危害。
（4）降低导致燃烧之因素，特别是接近现场时。
（5）操作当中附加惰性气体，如氦、氩等。
（6）避免污染到金属有机物及易（可）燃润滑油。
（7）尽量防止金属粉曝露在空气中。
若可行，则使用密闭设备及集尘装置。
（8）提供减压设备，当过压时可避免危害。
（9）有金属尘产生或制程、手提、储存易燃金属时，可参考OSHA之设定标准，1910.178（c）
（2）（vi）（a）及（b）之工业使用设计。
升级会员 