锆
- 中文名称
- 锆
- 英文名称
- ZIRCONIUM
- 英文同义词
- ZIRCONIUM POWDER (NON PYROPHORIC)
- CAS号
- 7440-67-7
- EINECS号
- 231-176-9
- 分子式
- Zr
- 分子量
- 91.224
- 熔点
- 1852
- 沸点
- 4377℃
目录
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³ 。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rl]。
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。
1.高温下,粉状锆可在空气中燃烧。主要矿物有锆石(主要组分为硅酸锆)和斜锆石(二氧化锆)。月球岩石锆的含量比地壳中要高得多。非常耐酸(氢氟酸除外)、碱、海水的腐蚀。禁止与强酸、氧、铅接触。能与氢氟酸、王水和热磷酸作用,能与熔融的氢氧化钾或硝酸钾作用,不与浓硫酸、盐酸和硝酸作用。粉状锆着火点很低(180~285℃),与氧化剂作用能引起爆炸。
2.稳定性: 稳定
3.禁配物: 氧化剂、强酸、氧、铅、二氧化碳及氮气
4.避免接触的条件: 空气
5.聚合危害:不聚合
6.体积:⒕1立方厘米/摩尔
含量:<1>太阳中的含量:0.04
<2>海水中的含量:0.000009(微量元素)
<3>地壳中含量:190(微量元素)
7.周期表参数
相对原子质量[1] :91.224⑵
原子序数:40
质子数:40
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
8.同位素
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 % | 稳定 | |||
Zr-92 | 17.15 % | 稳定 | |||
Zr-93 | 人造 | 1.53×10^6年 | β衰变 | 0.091 | Nb |
Zr-94 | 17.38 % | 稳定 | |||
Zr-95 | 2.8 % | >3.8×10^19年 | β衰变 | 3.350 |
9.晶胞参数
锆为六方晶胞
参数 | a | b | c | α | β | γ |
值 | 323.2 pm | 323.2 pm | 514.7 pm | 90° | 90° | 120° |
电离能 | 1th | 2th | 3th | 4th | 5th | 6th | 7th | 8th | 9th | 10th |
kJ /mol. | 660 | 1267 | 2218 | 3313 | 7860 | 9500 | 11200 | 13800 | 15700 | 17500 |
早在古代包含锆的宝石。在1789年,德国化学家Martin Klaproth分析了一块锆石,并分离出了锆的“泥土”形式氧化锆,也就是氧化物ZrO2。Klaproth没能够独立出纯净的金属本身。
在1808年,Humphry Davy试图用电解法获取也没能成功。直到1824年这个元素才被独立出来,当瑞典化学家Jöns Berzelius加热六氟锆酸钾(K2ZrF6)和钾金属后获得了黑色粉末状的锆。
1925年,完全纯净的锆被荷兰化学家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。
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。
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
氧化锆(ZrO₂)是自然界的矿物原料,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。
氧化锆还是一种理想的陶瓷原料,所生产氧化锆陶瓷被广泛用于航天航空、机械制造、光纤通讯、钟表饰品、医疗器械、刀具餐具等领域,有着广阔的发展空间。
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。用于陶瓷、乳白釉、涂料增强剂等超细硅酸锆是一种优良的乳浊剂,广泛应用于高档陶瓷釉料、高级耐火纤维、电视显像屏等生产领域。也是特殊玻璃、瓷器用原料以及特殊橡胶增强树脂用填充剂。
Zr index,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。
用于核工业及耐腐蚀合金、闪光灯、烟花等的制造, 也用作冶金脱氧剂、化学试剂等。锆的热中子俘获截面小,
1.将斜锆石焙烧转化为四氯化锆。锆石与炭共热,转化为碳化锆,再用氢氯化成四氯化锆,然后用镁还原可制得金属锆。工业上较好的方法是以ZrCl4或K2ZrF6为原料的熔盐电解法生产。
2.将锆石与碳一起用电炉加热可得到碳化锆,随后在500℃将碳化锆氯化可得粗四氯化锆。为了将其中的铪分离出去,首先将粗四氯化锆用水溶解,再从水溶液中分离铪。目前有代表性的溶剂抽提分离法是以异己酮为溶剂。利用这种方法可以得到氧化铪,把氧化铪在碳的存在下加热到900℃,再使它氯化生成四氯化锆,用升华提纯法提纯四氯化锆。在约850℃使用镁还原,副产品氯化镁在约900℃时可经过真空蒸馏分离除去,最后得到海绵状锆。
为安全起见,储存时常以不少于25%的水润湿、钝化。储存于阴凉、通风的库房。远离火种、热源。包装密封。应与酸类等分开存放,切忌混储。采用防爆型照明、通风设施。禁止使用易产生火花的机械设备和工具。储区应备有合适的材料收容泄漏物。
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