Dacă ți s-ar spune că un mineral care poate fi șlefuit într-o piatră prețioasă orbitoare servește și drept eroul necunoscut care face ca centralele nucleare să funcționeze în siguranță, ți-ar fi greu de crezut? Zirconiul, elementul nr.. 40 din tabelul periodic, este tocmai un astfel de „jucător cu două roluri-care se află în jurul lumii contoarelor de bijuterii și a reactoarelor nucleare.
De la „Piatra de zambilă” la elementul chimic
Povestea zirconiului începe cu o piatră frumoasă. Mineralul silicat natural care conține zirconiu se numește zircon, care a fost apreciat ca o piatră prețioasă semi-prețioasă încă din cele mai vechi timpuri. Afișează o paletă bogată de culori, de la portocaliu-roșu și auriu-galben până la incolor și maroniu-verde și a fost extras în special pe insula Sri Lanka din Oceanul Indian antic. Se spune că cuvântul „zircon” derivă din persanul „Zargun”, care înseamnă „aur” - o referire la strălucirea orbitoare a anumitor pietre prețioase de zircon. Zirconul incolor, atunci când este tăiat, poate străluci cu o strălucire care amintește de diamante și pentru o lungă perioadă de timp a fost chiar confundat cu un tip de „diamant moale”.
Abia în 1789, zirconul a fost ridicat din piatră prețioasă la element, datorită unui experiment al chimistului german Martin Heinrich Klaproth. Fuzionand zirconul cu hidroxid de sodiu și tratându-l cu acid clorhidric, el a descoperit în cele din urmă un oxid necunoscut anterior, pe care l-a numit „zirconiu”. Mai târziu, în 1824, chimistul suedez Jöns Jacob Berzelius a produs pentru prima dată zirconiu metalic, dar abia în 1925 a fost obținut cu adevărat zirconiu metalic pur, ductil.
„All-Rounderul-gri argintiu
Zirconiul metalic pur este un solid-argintiu strălucitor, care seamănă cu oțelul. Punctul său de topire este de 1.855 de grade, iar punctul de fierbere ajunge la 4.409 de grade -, ceea ce înseamnă că, la temperaturi în care majoritatea metalelor s-au topit de mult, zirconiul rămâne necedat.
Zirconiul se mândrește cu trei talente remarcabile:
În primul rând, rezistența sa „invulnerabilă” la coroziune. Zirconiul este excepțional de rezistent la majoritatea acizilor, alcalinelor și apei de mare, cu soluții apoase obișnuite acide și alcaline abia capabile să-l corodeze. Această proprietate îl face un material ideal pentru echipamente chimice - reactoare, pompe rezistente la acizi-, tuburi schimbătoare de căldură, supape - oriunde este necesară rezistența la coroziune, se găsește adesea zirconiu.
În al doilea rând, capacitatea sa de „acomodare”{0}}de absorbție a gazelor. Când este încălzit, zirconiul poate absorbi cantități mari de oxigen, hidrogen, azot și alte gaze. Doar 100 de grame de zirconiu metalic pot absorbi 817 litri de hidrogen la 200 de grade. Această trăsătură este utilizată inteligent în industria vidului electric - zirconiul este acoperit pe anozii tuburilor de electroni pentru a absorbi gazele reziduale, producând tuburi cu vid înalt{-.
În al treilea rând, „atingerea lui Midas” în aliaj. Zirconiul este salutat drept „vitamina” industriei metalurgice - adăugarea unei cantități mici poate îmbunătăți semnificativ proprietățile materialului. Adăugarea unei-mii de zirconiu în oțel îi îmbunătățește foarte mult rezistența și duritatea, făcând din oțel blindat-zirconiu un material important pentru fabricarea tancurilor și a plăcilor antiglonț. Adăugarea unui pic de zirconiu la cupru poate crește punctul de topire fără a compromite conductivitatea electrică, făcându-l foarte potrivit pentru liniile electrice de-înaltă tensiune.
„Metalul numărul unu” al erei nucleare
Dacă cele de mai sus sunt doar „linii secundare” ale zirconiului, atunci „ocupația sa principală” este transformatoare pentru peisajul energiei umane.
Ceea ce face ca aliajele de zirconiu materialul structural de bază al reactoarelor nucleare este o caracteristică aparent paradoxală, dar crucială, - o secțiune transversală-de absorbție termică a neutronilor extrem de scăzute. În termeni simpli, neutronii produși prin fisiunea nucleară sunt „scânteile” care susțin reacția în lanț, totuși majoritatea metalelor absorb neutronii ca un burete care absoarbe apă, întrerupând astfel reacția. Cu toate acestea, zirconiul este o excepție -, acesta absoarbe foarte puțini neutroni, rezistând în același timp la coroziune din cauza apei la-înaltă temperatură, la presiune înaltă-la 300-400 de grade și menținând o bună compatibilitate cu combustibilul nuclear.
Tocmai această combinație de avantaje permite ca aliajele de zirconiu să fie fabricate în tuburi lungi, cu pereți{0}}subțiri, care acoperă pelete de combustibil cu dioxid de uraniu și servesc drept prima barieră de siguranță a unui reactor nuclear. Se estimează că până la 90% din zirconiul produs la nivel mondial este folosit în sectorul energiei nucleare. De la submarinele nucleare până la reactorul „Hualong One”, tuburile de placare din aliaj de zirconiu rămân o „blimă de combustibil nuclear” indispensabilă.
