钛的好朋友:锆

[ 信息发布:本站 | 时间:2024-10-15 | 浏览:874 ]

锆(Zirconium)是一种化学元素,它的化学符号是Zr,它的原子序数是40,是一种银白色的高熔点金属,呈浅灰色。密度6.49克/立方厘米。熔点1852±2℃,沸点4377℃。化合价+2、+3和+4。*电离能6.84电子伏特。锆的表面易形成一层氧化膜,具有光泽,故外观与钢相似。可耐高温硫酸,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,生成固体溶液化合物。 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。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。


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。包含锆的宝石作为锆石的形式在古代就已知了。

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de Morueau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,中国译成锆。


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Ham bruger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。

完全纯净的锆在1925年才被荷兰化学家Anton Eduard van Arkel和Jan Hendrik de Boer,由分解四碘化锆(ZrI4)制取。现在这种金属由镁加热四氯化锆来大量生产。

中国锆业的发展是艰苦和曲折的,但对世界锆业的发展作出了巨大的贡献。中国锆业的发展历经下列几个阶段:

20世纪60年代,中国曾经用碳氯化法生产过无铪的核用金属锆,那时有上海红色冶炼厂、901厂、锦州铁合金厂;同时还有上海五一化工厂、北京有色金属熔炼厂、水口山六厂和河南焦作化工总厂,用硫酸法生产氧化锆。

由于我国核工业尚未发展,氧化锆未能在工业上取得应用,生产技术、产品质量、环境污染等都存在严重问题,资金也比较困难,因此,这些工厂的规模一直未发展起来,大部分工厂停产、转产、关闭,只有少数工厂保留、待观、试验。

20世纪70年代中期,由于国外氧化锆应用的发展,影响了中国。特别是氧化锆在卫生陶瓷方面的应用,促进了氧化锆的发展。但由于原有的工艺技术落后、工艺流程过长、产品质量差、环境污染严重等,迫使人们进行氧化锆生产工艺的改进研究,以后就确立了现在工业上应用的NaOH烧结和HC1分解工艺生产氧化锆,

并于1978年建立第1家按NaOH烧结工艺生产氧化锆的工厂——宜兴化工厂。与此同时,在湖州也建立了一个小型的生产厂。产品质量在当时(在国内)还是比较好的,但规模都比较小。因为当时在国内氧化锆的应用还是很陌生的,所以销量不是很大。

由于氯氧化锆的生产工艺复杂,环境污染严重,为了保护本国的利益,发达国家几乎把这个低利润、高能耗、高污染的前期生产工艺去掉,而保留*、无污染的深加工工艺。因此发达国家氯氧化锆几乎都停止生产,从国外采购氯氧化锆原料,这样就促进了中国锆工业的发展。

随着1980年中国向世界市场开放,氯氧化锆开始出口,宜兴化工厂规模得到迅猛发展。这也许是中国锆工业发展的转折点。随着外贸的扩大,锆化学制品品种增多,产量增大,企业效益良好。由于利益驱动,这时在国内发展了一批新的企业,生产能力有所增长,但生产量跟不上生产能力。

到了20世纪90年代,南非、澳大利亚的锆英砂进入中国,锆化学制品的质量、工艺技术水平、回收率均有所提高。同时,根据国外客商的要求,锆化学制品的种类也扩大了。在利益的驱动下,生产厂家进~步增多,锆英砂供应充足,原材料价格下降。

氯氧化锆出口量猛增,促进了中国锆化学制品工业的发展。但由于信息交流不畅,企业间缺乏沟通,国内氯氧化锆的生产厂家增加太多,企业相互竞争,相互压价,价格下跌。同时由于产量猛增,技术和检测手段跟不上,产品质量下降,环境污染严重。不利于我国锆化学制品的发展。这时期的产量约为20000t。

1990年以后,世界锆化学制品市场扩大,锆陶瓷颜料、釉料需求量大增。西方国家在中国建立了许多生产陶瓷釉料的合资企业,导致ZrO 的需求量大幅增加。这大大刺激中国锆化学制品的发展,新建工厂蜂拥而上,原有企业生产量连续增产O在中国,第1次出现了锆化学制品供大于求的现象,产量达到40 000-45 000 t。

价格下跌,企业效益明显下降。*近几年,中国锆化学制品有了更大的发展,但由于锆英砂短缺。原材料的涨价,企业之间的竞争加剧,锆化学制品的价格偏低,库存增加,致使企业陷入困境,甚至出现严重亏损,小工厂濒临关闭。目前,中国的锆化学制品的产量大约在70 000-75 000 t,库存量在10 000 15 000 t。

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