Zirconium là kim loại được chiết xuất từ khoáng chất zircon với những đặc tính nổi bật không thể thiếu trong lĩnh vực năng lượng hạt nhân, công nghiệp hóa chất, y học,… Zircon có nguồn gốc từ tiếng Ba Tư zargun, có nghĩa là giống như vàng – đã được sử dụng trong đồ trang sức và đồ trang trí. Mới đây, Cơ quan Năng lượng nguyên tử quốc tế (IAEA) đã phát hành ấn phẩm “The Metallurgy of Zirconium”, cung cấp cái nhìn tổng quan, toàn diện về Zirconium, quá trình khai thác, tính chất và ứng dụng của nó.
Zirconium là vật liệu không thể thiếu trong lò phản ứng hạt nhân (Ảnh: Adobe Stock)
Zirconium là kim loại màu xám bạc, sáng bóng
Zirconium rất dễ uốn, có khả năng chống ăn mòn và nhiệt cực tốt. Ký hiệu của Zirconium trong bảng tuần hoàn là Zr với số hiệu nguyên tử là 40. Zr nóng chảy ở 1855°C và sôi ở 4409°C, không bị ăn mòn bởi axit, kiềm hoặc nước biển.
Khoáng vật zircon tồn tại phổ biến trên bề mặt trái đất
Zirconium chủ yếu được chiết xuất từ khoáng chất zircon, thường được tìm thấy trong cát ở vùng nước ven biển. Khoáng chất không được chứa trong các mỏ tập trung, mà phân tán rộng rãi bên trong lòng đất. Các nhà sản xuất zirconium chính bao gồm Úc, Trung Quốc, Indonesia, Nam Phi và Ukraine. Ngoài Trái đất, nguyên tố này đã được xác định trong các ngôi sao, bao gồm cả Mặt trời và đá mặt trăng.
Zirconium được phát hiện vào năm 1789
Zirconium được xác định bởi nhà hóa học người Đức Martin Klaproth từ một viên đá zircon mang từ Sri Lanka. Zirconium tinh khiết, không pha trộn hoặc hợp kim với các nguyên tố khác được sản xuất lần đầu tiên vào năm 1925. Nhưng Zirconium không được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp cho đến cuối những năm 1940 khi nó trở thành một vật liệu kỹ thuật quan trọng được sử dụng trong ngành năng lượng hạt nhân.
Các thanh nhiên liệu trong lò phản ứng hạt nhân chủ yếu được làm bằng hợp kim zirconium. Những ống kim loại dài này chứa vật liệu phân hạch, điển hình là oxit uranium. (Ảnh: IAEA)
Zirconium được sử dụng chủ yếu trong năng lượng hạt nhân
Zirconium không thể thiếu trong ngành năng lượng hạt nhân, đặc biệt là sản xuất lớp vỏ cho các thanh nhiên liệu hình trụ dài bên trong các lò phản ứng hạt nhân. Lý do zirconium là vật liệu tối ưu để bao quanh các viên uranium: kim loại này có khả năng chống ăn mòn và nhiệt độ cao; đồng thời nó hấp thụ rất ít neutron do phản ứng phân hạch hạt nhân tạo ra, cần thiết để phản ứng dây chuyền diễn ra hiệu quả bên trong lõi lò phản ứng và duy trì quá trình sản sinh năng lượng. Zirconi giúp bảo vệ nhiên liệu hạt nhân không tiếp xúc với chất làm mát, điển hình là nước chảy qua vùng hoạt lò phản ứng, khỏi bị nhiễm bẩn phóng xạ. Người ta ước tính rằng có tới 90% ziriconi sản xuất trên thế giới được sử dụng cho năng lượng hạt nhân.
Zirconium không chỉ sử dụng trong lĩnh vực hạt nhân
Zirconium có khả năng chống ăn mòn cực cao bởi nhiều loại axit và kiềm, nên được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp hóa chất. Các hợp chất zirconi được sử dụng trong gốm sứ, chất mài mòn, dây tóc đèn, động cơ phản lực và các bộ phận của tàu con thoi. Trong lĩnh vực y tế, zirconium dioxide, còn được gọi là zirconia, được sử dụng làm vật liệu cấy ghép nha khoa và phẫu thuật do tính tương thích sinh học và độ bền của nó. Zirconia cũng được sử dụng làm đá quý – zirconia khối – vật liệu tổng hợp có thể thay thế cho kim cương và các loại đá quý khác.
Từ khóa: zirconium; zircon; năng lượng hạt nhân; chống ăn mòn;
– CMD&DND –
