Zirkónium

Zirkónium (zirconium) je chemický prvok v Periodickej tabuľke prvkov, ktorý má značku Zr a protónové číslo 40. Je to šedý až striebornobiely kovový prvok, mimoriadne odolný voči korózii. Uplatňuje sa predovšetkým v jadrovej energetike, pretože vykazuje veľmi nízky účinný prierez pre záchyt neutrónov. Je tiež zložkou rôznych zliatin a protikoróznych ochranných vrstiev.

Objav prvku 
Objaviteľom zirkónia je Martin Heinrich Klaproth, ktorý ho v roku 1789 získal rozkladom minerálu jargon zo Srí Lanky, vtedajšieho Cejlónu.

Prvý úspešný pokus o izoláciu elementárneho zirkónia urobil v roku 1824 chemik Jöns Jakob Berzelius. Jeho produkt však nebol dokonalo čistý a skutočne čisté elementárne zirkónium bolo získané až v roku 1914.

Základné fyzikálno-chemické vlastnosti 
Zirkónium je šedý až striebornobiely, stredne tvrdý a pomerne ľahký kov. 

Vyznačuje sa mimoriadnou chemickou stálosťou - úplne odoláva pôsobeniu vody a pôsobeniu väčšiny bežných minerálnych kyselín i roztokov alkalických hydroxidov. Na jeho rozpustenie je najúčinnejšia kyselina fluorovodíková HF, alebo jej zmes s inými minerálnymi kyselinami.

Zirkónium vykazuje veľmi vysokú afinitu ku kyslíku. Jemne rozptýlený kov preto môže na vzduchu samovoľne vzplanúť, najmä pri zvýšenej teplote. V kusovej podobe (odliatky, plechy, drôty..) je však na vzduchu úplne stále.

V zlúčeninách sa vyskytuje predovšetkým v mocenstve Zr+4, ale sú známe i zlúčeniny Zr+3 a Zr+2.

Výskyt 
Zirkónium je v zemskej kôre pomerne hojne zastúpené, jeho obsah sa odhaduje na 165220 mg/kg. V morskej vode je vďaka svojej chemickej stálosti prítomné len v koncentrácii 0,000 022 mg/l. Vo vesmíre pripadá jeden atóm zirkónia na jednu miliardu atómov vodíka.

Zirkónium sa v prírode vyskytuje iba vo forme zlúčenin. Nachádza sa v mnohých mineráloch, ktoré sú vďaka svojim vlastnostiam (tvrdosť a vzhľadová podobnosť s diamantom) známe a používané od dávnoveku. Medzi najvýznamnejšie patrí kremičitan zirkón, ZrSiO4 a oxid zirkónia baddeleyit, ZrO2. Známe sú i rôzne komplexné zirkonáty ako zirkelit, obsahujúci vápnik, železo, titán a tórium alebo uhligit s obsahom vápnika, titánu a hliníka.

Medzi hlavné oblasti ťažby minerálov a hornín s výrazným zastúpením zirkónia patrí Austrália, Brazília, India, Rusko, a USA. Okrem toho sa na získavanie zirkónia často priemyselne používajú i rudy titánu ako ilmenit a rutil.

Výskyt zirkónia bol pomocou spektrálnej analýzy potvrdený i vo hviezdach podobným nášmu Slnku, je zložkou mnohých meteoritov a má významné zastúpenie v mesačných horninách.

Výroba 
Priemyslová výroba čistého zirkónia je pomerne nákladná, pretože podobne ako je to v prípade titánu, nie je možné použiť bežné metalurgické postupy ako je redukcia uhlíkom alebo vodíkom. Okrem toho, väčšina prírodných surovín je kontaminovaná hafniom, ktoré má podobné vlastnosti a ich vzájomná separácia je zložitá.

V súčasnosti sa pri priemyselnej výrobe zirkónia využíva predovšetkým tzv. Krollov proces. Pritom sa najprv pyrolýzou baddeleyitu uhlíkom a chlórom získa chlorid zirkoničitý ZrCl4.

 ZrO2 + 2 Cl2 + 2 C (900 °C) → ZrCl4 + 2 CO

Frakčnou destiláciou sa potom oddelí chlorid železitý FeCl3, ktorý vzniká z prísad železa, vyskytujúcich sa prakticky vo všetkých prírodných materiáloch. Ďalším krokom je redukcia horčíkom v inertnej argónovej atmosfére pri teplote okolo 800 °C.

 ZrCl4 + 2 Mg → Zr + 2 MgCl2

Zirkónium vzniknuté touto reakciou obsahuje zvyšky chloridu horečnatého a kovového horčíka, ktoré sa odstraňujú pôsobením kyseliny chlorovodíkovej HCl. Takto pripravené zirkónium obsahuje stále ešte okolo 1% hafnia, ktoré nie je prekážkou pri bežných aplikáciách zirkónia v zliatinách a pri povrchovej ochrane kovov. Pre využitie v jadrovej energetike je však potrebné toto hafnium oddeliť a tento krok zvyšuje približne 10x cenu výsledného zirkónia bez prímesí hafnia.

Iné projekty 

 
Prechodné prvky
Kovy