從礦物鋯石中提取的金屬鋯可能并不廣為人知,但其卓越的特性使其在核電、化學(xué)工業(yè)、醫(yī)藥等方面不可或缺。自古以來,鋯石一直被用作寶石和裝飾品。
關(guān)于鋯的五個(gè)有趣事實(shí)
鋯是核反應(yīng)堆不可或缺的材料(照片來源:Adriana Vargas/原子能機(jī)構(gòu))
1.鋯是一種有光澤的銀灰色金屬
鋯具有高度延展性和極強(qiáng)的耐腐蝕性和耐熱性。鋯在元素周期表中的符號(hào)是Zr,其原子序數(shù)是40。鋯的熔點(diǎn)為1855℃,沸點(diǎn)為4409℃,不會(huì)被酸、堿或海水腐蝕。
2.礦物鋯石在地球表面分布較為廣泛
鋯主要從礦物鋯石中提取。礦物鋯石常見于沿海水域的沙子中,但不存在于富集的沉積物中,而是廣泛分散在地下。目前,鋯的主要生產(chǎn)國包括澳大利亞、中國、印度尼西亞、南非和烏克蘭。在地球之外,已確定太陽等恒星和月球巖石中有這種元素。
3.鋯于1789年被發(fā)現(xiàn)
德國化學(xué)家馬丁·克拉普羅特在一塊從斯里蘭卡帶來的鋯石中發(fā)現(xiàn)了鋯。1925年首次生產(chǎn)出未與其他元素混合或合成合金的純金屬鋯。但鋯直到20世紀(jì)40年代末才廣泛應(yīng)用于工業(yè),成為核能生產(chǎn)的一種重要工程材料。
4.鋯主要用于核電
鋯在核能生產(chǎn)中不可或缺,特別是作為核反應(yīng)堆內(nèi)長圓柱形燃料棒的包殼。鋯用作包覆鈾芯塊的最佳材料有幾個(gè)原因:這種金屬特別耐腐蝕、耐高溫,卻幾乎不會(huì)吸收的核裂變反應(yīng)產(chǎn)生的中子。后一特性對(duì)于鏈?zhǔn)椒磻?yīng)在反應(yīng)堆堆芯內(nèi)有效運(yùn)行并持續(xù)產(chǎn)生能量至關(guān)重要。
通過包覆鈾燃料,鋯還有助于保護(hù)冷卻劑(通常是流經(jīng)反應(yīng)堆堆芯的水)免受污染。據(jù)估計(jì),全世界生產(chǎn)的鋯中有多達(dá)90%用于了核電。
5.雖然大部分鋯用于了核領(lǐng)域,但鋯的用途并非僅限于此。
鋯因?qū)Χ喾N酸和堿具有超強(qiáng)耐腐蝕性而廣泛用于化學(xué)工業(yè)。鋯化合物還用于陶瓷、研磨劑、燈絲、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)和航天飛機(jī)部件。在醫(yī)療領(lǐng)域,二氧化鋯,也稱為氧化鋯,因其生物相容性和耐久性而用作牙科和外科植入物的材料。鋯石也被用作寶石 — 立方氧化鋯 — 一種合成材料,可以作為鉆石和其他寶石的替代品。