مصارف زيركونيم و هافنيم

 

مصارف زيركونيم و هافنيم

1-  مصارف زيركونيم و هافنيم

زيركونيم و هافنيم در طبيعت همواره در كنار يكديگر وجود دارند و به دليل خواص شيميايي بسيار مشابه جداسازي آنها از همديگر مشكل است. اين دو عنصر سطح مقطع جذب نوترون حرارتي بسيار متفاوتي دارند.

سطح مقطع جذب نوترون حرارتي

براي نوترونهاي با سرعت  m/s 2200

185  Zr                               0.،Zirconium

 Hf                                 102،Hafnium

در ميان تمام فلزات داراي استحكام مكانيكي بالا ، نقطه ذوب بالا و مقاومت به خوردگي ، زيركونيم داراي كمترين مقدار سطح مقطع جذب نوترون حرارتي مي باشد. به همين دليل، زيركونيم و آلياژهاي زيركونيم براي غلاف گذاري و سازه هاي رآكتورهاي آب سرد كه با نوترون حرارتي كار مي كنند، ترجيح داده مي شوند.

در اوايل دهة‌ 1950 هنگاميكه رآكتور هسته اي براي برنامه زيردريايي هسته اي آمريكا در حال گسترش بود ، ‌خواص شيميايي و مكانيكي خوبي از زيركونيم شناخته شده بود، اما کم بودن مقدار جذب نوترون حرارتي زيركونيم تجاري ( همراه با هافنيم ) مورد ترديد بود. اين امر باعث شد كه سطح مقطع جذب نوترون گزارش شده براي زيركونيم تجاري متغير باشد. محققين در آزمايشگاه ملي آكريج نتيجه گرفتند كه اين تکرار ناپذيري ناشي از حضور مقادير كم هافنيم، با سطح مقطع جذب بالا در آلياژ است. آنها فرآيندي را جهت حذف هافنيم تعريف نمودند و نشان دادند كه سطح مقطع جذب نوترون حرارتي براي زيركونيم خالص 18/0 بارن مي باشد.

زيركونيم با درجة هسته اي بايد كمتر از  ppm 100 هافنيم داشته باشد. هنگاميكه هافنيم از زيركونيم جدا گردد خودش نيز داراي كاربرد هسته اي با ارزشي خواهد بود.

سطح مقطع جذب بالا،‌ استحكام مكانيكي خوب و مقاومت به خوردگي بالاي هافنيم، اين فلز را به عنوان       ميله هاي كنترل در رآكتورهاي آب سرد مطرح مي كند و اين فلز بدون نياز به پوشش مي­تواند مورد استفاده قرار گيرد.

به نسبت ديگر مصارف صنعتي زيركونيم، مصرف اين عنصر با درجة هسته اي بسيار كم است به همين دليل هميشه به فرآيندهاي گران قيمت براي جداسازي اين دو عنصر نياز نمي باشد.

 فلز زيركونيم عموماً در تجهيزاتي كه نياز به مقاومت به خوردگي دارند نظير صنايع شيميايي، ‌آلياژهاي نسوز و فلش صنعت عكاسي مورد استفاده قرار مي گيرد. از سنگ معدن زيركونيم به طور وسيع به عنوان ماسة ريخته­گري، مواد ساينده و سراميكها استفاده مي نمايند.

از فلز هافنيم نيز در آلياژهاي نسوز و فلش صنعت عكاسي به خصوص هنگامي كه به شدت نور بسيار بالا نياز باشد استفاده مي گردد.

2-  فرآواني طبيعي

از نظر فراواني زيركونيم هفدهمين عنصر موجود در پوسته زمين مي­باشد به طوري كه 28% درصد پوسته از اين عنصر تشكيل شده است. فراواني آن از مس، سرب، نيكل و حتي روي نيز بيشتر است. هميشه كانة زيركن حاوي 5/0 تا 2 درصد هافنيم  مي باشد و هافنيم ندرتاً به تنهايي در طبيعت يافت مي شود منابع طبيعي اساسي زيركونيم و هافنيم كانة زيركن SiO₆(Hf  ،Zr ) و بادلئيت O₂ (Zr,Hf ) مي باشد .

2-    ميزان توليد و قيمت

مقدار توليد ساليانه كنسانترة زيركونيم توسط كشورهاي اصلي توليد كننده ( غير از كشورهاي كمونيستي و ايالات متحده آمريكا ) در جدول (7-1)‌ نمايش داده شده است.

در خلال سالهاي 1974-1972 توليد كانه زيركونيم ايالات متحده آمريكا و استراليا حدود 150 هزار تن بوده است. در نتيجه مي توان عنوان داشت كه استراليا و آمريكا مهمترين كشورهاي توليد كنندة زيركونيم در دنيا مي باشند. اكثر توليد اين كشورها از لايروبي ماسه هاي سياه سواحل دريا و بستر رودخانه ها بوده است كه زيركن موجود در آن به روش هيدروليكي از ديگر كانه هاي سنگين نظير روتايل[1] ايليمنيت[2] و مونازيت (‌فصل 6) جدا گرديده است.

توليد كنندگان عمدة كنسانترة‌ زيركن در آمريكا طي سالهاي ذكر شده،‌شركتهاي دوبونت ،‌دنمورس و شركت سرمايه گذاري تيتانيوم بوده اند. حوزة فعاليت اين شركتها در فلوريداي شمالي و جورجياي جنوبي بوده است.

در دهة 1960 زيركونيم عاري از هافنيم توسط چندين شركت شامل آماكس ، نشنال ديستيلر، كميكال ،  نشنال كلمبيا و واه چانگ توليد مي گرديد.

ولي در سال 1978 تنها شركت توليد كنندة زيركونيم با خلوص مورد نياز هسته اي، شركت تلدين واه چانگ با ظرفيت توليد ساليانه 5/7 ميليون پوند بود. سپس شركت وسترن زيركونيم جهت توليد 3 الي 4 ميليون پوند در سال زيرکونيم احداث گرديد. در فرانسه شركت پچيني ظرفيت توليدش را تا 4 ميليون پوند در سال افزايش داد. ظرفيت توليد زيرکونيم هند، 1/0 ميليون پوند در سال بود. علاوه بر موارد ذكر شده ،‌زيركونيم در كشورهاي انگلستان،‌كانادا، ژاپن و آلمان غربي نيز توليد مي­گرديد.

قيمتها در سال 1974 عبارت بودند از

كنسانترة زيركن		250 دلار بر تن كوچك
اسفنج زيركونيم با خلوص هسته اي		5/5 تا 7 دلار بر پوند
ورق تسمه و ميلگرد		12 تا 17 دلار بر پوند
هافنيم
اسفنج		75 دلار بر پوند
ميلگرد و صفحه		120 دلار بر پوند

 

 

 

---

[1] TiO₂

[2] FeTiO₃