Сколько драгоценных камней упомянуто в Библии, что сжимается при нагревании, как отличить поддельный алмаз от настоящего и когда образовались условия для возникновения земной жизни.
Рассказываем о цирконии, его свойствах, направлениях использования, добыче, запасах и ценах.
Свойства
Само того не подозревая, человечество познакомилось с этим элементом в незапамятные времена. Первой известной формой стал драгоценный камень циркон, известный ещё в Древнем Египте.
Гиацинт (разновидность циркона) даже упоминается в Библии как один из 12-ти камней, которыми украшены стены Небесного Иерусалима (Откр 21:19-20). Всего же на страницах Ветхого и Нового Заветов встречается 23 драгоценных камня.
Название минерала происходит от персидского слова Zargun, что означает «подобный золоту» (указание на самый престижный цвет драгоценного камня). От него же и был наречён новый металл, выделенный в 1824 году. Правда, как применить полученный материал, учёные не знали, и ему пришлось ожидать своего часа более ста лет.
Чистый цирконий (Zr) удалось выделить только в 1925 году.
Это устойчивый к химическому воздействию, твёрдый, ковкий, пластичный, тугоплавкий (1855°C), теплопроводный, нетоксичный металл серовато-белого цвета. По некоторым свойствам он близок к титану (по плотности и температуре плавления значительно превосходит).
Ключевое качество циркония – очень низкая способность к поглощению нейтронов, что делает его крайне востребованным в промышленных атомных реакторах в качестве сырья для конструкционных материалов.
Сплав циркония с ниобием является сверхпроводником. Но ещё более удивительным является вольфрамат циркония, который сжимается (!) при нагревании.
Применение
Основной потребитель этого металла – ядерная энергетика и атомное судостроение (около 90% производимого Zr). В современном ядерном реакторе может находится до 150 километров труб из циркониевых сплавов.
Второе важное направление – химическое, металлургическое и другое оборудование, предназначенное для работы в агрессивных средах. Раскалённый циркониевый тигель можно без боязни опустить в холодную воду (не треснет).
Керамика на основе диоксида циркония и иттрия, способная выдерживать высокие температуры, в последнее время находит всё большее применение в газовых турбинах и реактивных двигателях.
Медицина нуждается в Zr для изготовления зубных протезов, искусственных тазобедренных и коленных суставов.
Оксид циркония может быть использован в производстве ножей, ножниц, хирургических инструментов, а также других колющих и режущих предметов (прочнее и острее закалённой стали).
Сплав циркония и алюминия может послужить материалом для изготовления велосипедных рам. Правда, позволить себе такие велосипеды могут только профессиональные спортсмены.
Порошок циркония при нагревании самовозгорается, что используется в создании взрывчатых веществ и пиротехники.
Добыча и запасы
В самородном виде цирконий не встречается. Основной источник получения – минеральный циркон.
По концентрации в земной коре цирконий находится в первой двадцатке среди всех элементов, опережая ванадий, хром, цинк и медь.
Извлечение металла из минеральных руд – сложный многоступенчатый процесс. При этом выделенный металлический цирконий обязательно будет с примесью гафния (1-3%). Для последующего использования в ядерной энергетике требуется тщательно очистить металл от 72-го элемента периодической системы (так как последний активно поглощает нейтроны). В большинстве остальных случаев разделять их необязательно.
Всего в мире в 2022 году было добыто 1,4 млн. тонн циркониевых руд. Больше половины было извлечено в двух странах: Австралия (500 тыс. тонн) и ЮАР (320 тыс. тонн). Они же являются крупнейшими держателями мировых резервов (данные U. S. Geological Survey и World Nuclear Association).
Из других мировых лидеров по добыче можно выделить Китай, Мозамбик, США (точные данные засекречены), Сенегал и Индонезию.
Крупнейшими производителями циркониевой губки выступают Китай, Франция, Индия, Россия и США.
Больше половины мирового потребления металлического циркония приходится на Китай.
Вторичная переработка литейных форм и огнеупоров в странах Запада достаточно развита.
В космосе Zr весьма распространён. Обнаружен на многих звёздах, включая Солнце. Концентрация оксида циркония в лунном грунте намного выше, чем в земном.
Россия
По последним доступным данным, годовая добыча циркониевых руд в России составляет 2,4 тыс. тонн, что эквивалентно менее 0,2% мирового объёма.
Два действующих месторождения расположены в Мурманской и Томской областях (последнее введено в эксплуатацию в конце 2021 года и является также местом добычи сырья для производства титана).
Что касается запасов, то, по некоторым оценкам, они составляют более 20 млн. тонн, что выводит нашу страну на третье место в мире. Проблема заключается в том, что большая часть резервов находится в трудноизвлекаемых месторождениях, залегающих на большой глубине.
Гораздо более заметная роль России в производстве металлического циркония. До 2022 года страна также являлась нетто-экспортёром металла и изделий из него (потом данные перестали публиковаться). Крупнейшими покупателями выступали Китай и Южная Корея.
Цена
Средняя цена циркониевой губки с завода в Китае в 2022 году составила $29 за 1 кг. По состоянию на первую декаду мая 2023 года она сохраняется примерно на том же уровне ($28-30).
Для сравнения, рыночная стоимость титановой губки в 2022 году составляла $11 за 1 кг. Неудивительно, что в некоторых областях потенциального применения цирконий проигрывает титану по соотношению "цена/качество".
Цирконы, фианиты и алмазы
Одним из самых популярных камней в ювелирном деле стал кубический цирконий (CZ) – недорогая синтетическая имитация алмаза.
По созвучию названий иногда его путают с природным цирконом, но это совершенно разные камни. Общее у них только то, что оба содержат цирконий в своём химическом составе.
Замечательный камень фианит (кубический диоксид циркония) был создан в 1972 году в СССР в Физическом Институте Академии Наук (ФИАН). Помимо ювелирных украшений, используется в лазерах и других областях.
К сожалению, особую популярность CZ приобрёл у мошенников, которые пытаются выдать его за натуральный алмаз.
В литературе описано множество различных способов отличить бриллиант от кубического циркония. Самый простой – подышать на камень. Алмаз не может удерживать тепло, а потому конденсат сразу же исчезнет. Однако полностью полагаться на этот метод не стоит. Самое надёжное – отдать камень на проверку специалистам-геммологам.
Цирконий и зарождение жизни
Возраст одного из образцов минерального циркона, обнаруженного в Австралии в 2000 году, составляет 4,4 миллиарда лет. При этом соотношение изотопов кислорода в минерале однозначно указывает на наличие в то время жидкой воды.
Это позволило учёным скорректировать время её появления на Земле (на 500 миллионов лет ранее). Вода в жидком состоянии – главное условие возникновения живых организмов в земных условиях, а значит, они могли появиться гораздо раньше, чем считалось до этого.
Возможно, Вам также будет интересно:
Если узнали что-то новое, просьба оставить лайк. Подпишитесь на канал, и мы обещаем ещё много интересного.