Порошок циркония

Порошок циркония — это тонкодисперсная форма редкого тугоплавкого металла, обладающего уникальным комплексом свойств. Его производство обусловлено потребностями высокотехнологичных отраслей, где цирконий в компактном виде не может быть использован. Основное назначение циркониевого порошка — служить сырьем для создания пиротехнических составов (в первую очередь, как горючее в осветительных и сигнальных смесях), получения сплавов, производства пористых фильтров и спеченных материалов, а также выступать в качестве геттера — вещества, поглощающего газы в вакуумных приборах.

Свойства порошка циркония

Ключевые свойства порошка циркония определяются как характеристиками самого металла, так и дисперсной формой. Цирконий обладает высокой температурой плавления около 1855 °C, исключительной коррозионной стойкостью, благодаря образованию защитной оксидной пленки и низким сечением захвата тепловых нейтронов, что критически важно, например,  для ядерной энергетики.

В форме порошка эти свойства дополняются высокой удельной поверхностью и реакционной способностью. Особенно важно его пирофорное свойство: мелкодисперсный порошок способен самовоспламеняться на воздухе, что требует строжайших мер предосторожности при хранении и транспортировке. Качество порошка оценивается по чистоте циркония, содержанию примесей, гранулометрическому составу (размеру и форме частиц) и насыпной плотности.

Исходный порошок имеет серебристый цвет, тонкий же обладает графитовым черным  цветом. Обычно плотность циркония в виде порошка составляет - 6,511 г/см3, а молярная масса - 91,22 г/моль. Порошки из циркония очень медленно растворяются в среде слабых кислот и активно в плавиковой кислоте. Температура кипения порошка составляет около 4377°С

Марки порошка циркония и применение

Маркировка циркониевого порошка зависит от способа производства, чистоты и размера частиц.

• Электролитические марки ЦЭ-1 - Получают методом электролиза. Имеют ветвистую форму частиц, высокую чистоту и удельную поверхность. Применяются в основном в пиротехнике для изготовления осветительных и трассирующих составов, а также в химической промышленности в качестве катализатора.
• Порошок из циркониевой губки марки ГЦ – Производится измельчением губчатого циркония, полученного магнийтермическим восстановлением. Обладает высокой чистотой и используется в ядерной энергетике для производства тепловыделяющих элементов после дополнительной очистки от гафния, а также в металлургии для легирования сплавов.
• Атомизированные марки - Получают распылением расплава. Частицы имеют сферическую форму, что обеспечивает хорошую сыпучесть и плотную упаковку. Применяются в аддитивных технологиях (3D-печати) и для напыления покрытий.
• Гидрид циркония ZrH2 - Хотя это химическое соединение, он часто рассматривается как специальная форма порошка. Применяется в ядерной физике как замедлитель нейтронов.

Нормативная документация: ГОСТ и ТУ

Производство порошка циркония регламентируется строгими стандартами, учитывающими его назначение, особенно в оборонной и атомной промышленности. Рассмотрим основные государственные стандарты качества действующие на территории России касательно циркониевых порошков.

• ГОСТ 21907-84 «Порошок циркония электролитический. Технические условия». Это основной стандарт, определяющий требования к порошку, используемому в пиротехнических составах. Он нормирует химический состав, гранулометрию и другие параметры для марок ЦЭ.
• Для специализированных видов порошка, таких как порошок атомизированный или порошок с особыми требованиями по чистоте для ядерной техники, действуют отдельные ТУ, разработанные предприятиями-изготовителями. Например, ТУ 95-309-80 или более современные аналоги, регулирующие плотность и чистоту порошка.

Производство порошка циркония

Получение циркониевого порошка — сложный многоступенчатый процесс, требующий высоких технологий.  Рассмотрим подробнее все технологические процессы:

1. Подготовка сырья - Исходным материалом чаще всего служит циркониевый концентрат, который обогащается и подвергается хлорированию с получением тетрахлорида циркония.
2. Очистка от гафния - Поскольку цирконий и гафний всегда сопутствуют друг другу в рудах, а для ядерной промышленности требуется цирконий, практи