Ha azt mondanák, hogy egy káprázatos drágakővé csiszolható ásvány egyben az atomerőművek biztonságos működését is biztosító hősként is szolgál, nehezen hinné el? A cirkónium, a periódusos rendszer No{0}} eleme pontosan egy ilyen „kettős-szerepet játszó játékos”, amely az ékszerpultok és az atomreaktorok világát áthatja.
A "Jácintkőtől" a kémiai elemig
A cirkónium története egy gyönyörű kővel kezdődik. A cirkóniumot tartalmazó természetes szilikát ásványt cirkonnak nevezik, amelyet ősidők óta féldrágakőként{1}}becsültek. Gazdag színpalettával rendelkezik, a narancssárga-piros és arany-sárgától a színtelen és barnás-zöldig terjed, és különösen az ősi Indiai-óceán Srí Lanka szigetén bányászták. A „cirkon” szó állítólag a perzsa „Zargun” szóból ered, ami „arany”-t jelent - utalás bizonyos cirkon drágakövek káprázatos ragyogására. A színtelen cirkon vágva gyémántokra emlékeztető csillogással tud csillogni, és sokáig össze is tévesztették a "puha gyémánt" típusával.
Csak 1789-ben emelkedett a cirkon drágakőből elemmé, Martin Heinrich Klaproth német kémikus kísérletének köszönhetően. A cirkon nátrium-hidroxiddal való olvasztásával és sósavval történő kezelésével végül felfedezett egy korábban ismeretlen oxidot, amelyet "cirkóniának" nevezett el. Később, 1824-ben Jöns Jacob Berzelius svéd kémikus állított elő először fémes cirkóniumot, de csak 1925-ben sikerült igazán tiszta, képlékeny fémes cirkóniumot előállítani.
Az ezüst-szürke "minden-"
A tiszta fémes cirkónium egy fényes ezüst{0}}szürke szilárd anyag, amely megjelenésében az acélra hasonlít. Olvadáspontja eléri az 1855 fokot, forráspontja pedig eléri a 4409 fokot -, ami azt jelenti, hogy olyan hőmérsékleten, ahol a legtöbb fém már rég megolvadt, a cirkónium hajthatatlan marad.
A cirkónium három figyelemre méltó tehetséggel büszkélkedhet:
Először is a "sérülhetetlen" korrózióállósága. A cirkónium kivételesen ellenáll a legtöbb savnak, lúgnak és tengervíznek, a közönséges savas és lúgos vizes oldatok alig képesek korrodálni. Ez a tulajdonság ideális anyaggá teszi vegyi berendezésekhez - reaktorokhoz, sav- szivattyúkhoz, hőcserélő csövekhez, szelepekhez -, ahol korrózióállóságra van szükség, gyakran előfordul cirkónium.
Másodszor, „elfogadó” gáz{0}}elnyelő képessége. Hevítéskor a cirkónium nagy mennyiségű oxigént, hidrogént, nitrogént és egyéb gázokat képes elnyelni. Mindössze 100 gramm fémes cirkónium 817 liter hidrogént képes elnyelni 200 fokon. Ezt a tulajdonságot ügyesen hasznosítják az elektromos vákuumiparban - cirkónium bevonattal van ellátva az elektroncsövek anódjain, hogy elnyelje a maradék gázokat, és nagy-vákuumcsöveket állítson elő.
Harmadszor, a „Midas érintése” az ötvözésben. A cirkóniumot a kohászati ipar „vitaminjaként” emlegetik -, ha csak egy kis mennyiséget adunk hozzá, jelentősen javíthatjuk az anyag tulajdonságait. Ha egy ezrelék cirkóniumot adunk az acélhoz, az nagymértékben megnöveli annak szilárdságát és keménységét, így a cirkónium-páncélacél fontos anyag a tartályok és golyóálló lemezek gyártásához. Ha egy kis cirkóniumot adunk a rézhez, az megemelheti az olvadáspontját az elektromos vezetőképesség veszélyeztetése nélkül, így kiválóan alkalmas nagyfeszültségű{6}}vezetékekhez.
A nukleáris kor "első számú féme".
Ha a fentiek csupán a cirkónium „mellékletei”, akkor a „főfoglalkozása” átalakítja az emberi energia táját.
Ami a cirkóniumötvözeteket az atomreaktorok magszerkezeti anyagává teszi, az egy látszólag paradox, de mégis kulcsfontosságú jellemző - egy rendkívül alacsony termikus neutronabszorpciós keresztmetszet-. Egyszerűen fogalmazva, a maghasadás során keletkező neutronok a "szikrák", amelyek fenntartják a láncreakciót, de a legtöbb fém úgy nyeli el a neutronokat, mint egy szivacs, amely felszívja a vizet, és ezáltal megszakítja a reakciót. A cirkónium azonban kivétel - nagyon kevés neutront nyel el, ugyanakkor ellenáll a magas-hőmérsékletű, nagy-nyomású, 300-400 fokos víz korróziójának, és jó kompatibilitást biztosít a nukleáris üzemanyaggal.
Pontosan ez az előnyök kombinációja teszi lehetővé, hogy a cirkóniumötvözetek hosszú, vékony falú{0}}csövekké készüljenek, amelyek urán-dioxid tüzelőanyag-pelleteket vonnak be, és az atomreaktorok első biztonsági gátjaként szolgálnak. Becslések szerint a világszerte előállított cirkónium 90%-át az atomenergia-szektorban használják fel. A nukleáris tengeralattjáróktól a "Hualong One" reaktorig a cirkóniumötvözetből készült burkolatok nélkülözhetetlen "nukleáris üzemanyag-páncél" maradnak.
