Kui teile öeldaks, et mineraal, mida on võimalik lihvida pimestavaks vääriskiviks, toimib ka laulmata kangelasena, mis hoiab tuumaelektrijaamu ohutult töös, siis kas teil oleks seda raske uskuda? Tsirkoonium, perioodilisuse tabeli element nr
"Hüatsindi kivist" kuni keemilise elemendini
Tsirkooniumi lugu algab ilusast kivist. Tsirkooniumi sisaldavat looduslikku silikaatmineraali nimetatakse tsirkooniks, mida on iidsetest aegadest hinnatud pool{1}}vääriskividena. Sellel on rikkalik värvipalett, mis ulatub oranžist-punasest ja kuldsest-kollasest kuni värvitu ja pruunikas-roheliseni ning seda on kaevandatud iidses India ookeanis Sri Lanka saarel. Väidetavalt pärineb sõna "tsirkoon" pärsia sõnast "Zargun", mis tähendab "kuldne" -, viide teatud tsirkoonist vääriskivide pimestavale särale. Lõigatuna võib värvitu tsirkoon sädeleda teemante meenutava läikega ja pikka aega peeti seda isegi "pehme teemandi" tüübiks.
Alles 1789. aastal tõsteti tsirkoon vääriskivist elemendiks tänu Saksa keemiku Martin Heinrich Klaprothi katsele. Sulandides tsirkoonit naatriumhüdroksiidiga ja töödeldes seda vesinikkloriidhappega, avastas ta lõpuks senitundmatu oksiidi, mille ta nimetas "tsirkooniumoksiidiks". Hiljem, 1824. aastal, valmistas Rootsi keemik Jöns Jacob Berzelius esmakordselt metallist tsirkooniumi, kuid alles 1925. aastal saadi puhast plastilist metallist tsirkooniumi.
Hõbe{0}}hall "Kõik-"
Puhas metallist tsirkoonium on läikiv hõbe{0}}hall tahke aine, mis välimuselt meenutab terast. Selle sulamistemperatuur on 1855 kraadi ja keemistemperatuur 4409 kraadi -, mis tähendab, et temperatuuril, kus enamik metalle on juba ammu sulanud, jääb tsirkoonium järeleandmatuks.
Tsirkooniumil on kolm tähelepanuväärset annet:
Esiteks selle "haavamatu" korrosioonikindlus. Tsirkoonium on erakordselt vastupidav enamikule hapetele, leelistele ja mereveele ning tavalised happe- ja leeliselised vesilahused suudavad seda vaevu korrodeerida. See omadus muudab selle ideaalseks materjaliks keemiaseadmete - reaktorite, happe-kindlate pumpade, soojusvaheti torude, ventiilide jaoks -, kus on vaja korrosioonikindlust, leidub sageli tsirkooniumi.
Teiseks selle "mahutav" gaasi{0}}imamisvõime. Kuumutamisel võib tsirkoonium absorbeerida suures koguses hapnikku, vesinikku, lämmastikku ja muid gaase. Vaid 100 grammi metallist tsirkooniumi suudab 200 kraadi juures absorbeerida 817 liitrit vesinikku. Seda omadust kasutatakse elektrilises vaakumtööstuses nutikalt - tsirkooniumiga kaetakse elektrontorude anoodid, et absorbeerida jääkgaase, tekitades kõrg-vaakumtorusid.
Kolmandaks, selle "Midas touch" legeerimisel. Tsirkooniumi peetakse metallurgiatööstuse "vitamiiniks" -, kui lisate väikese koguse materjali, võib see oluliselt parandada materjali omadusi. Ühe-tuhandik tsirkooniumi lisamine terasele suurendab oluliselt selle tugevust ja kõvadust, muutes tsirkooniumi-sisaldavast soomusterasest oluliseks materjaliks tankide ja kuulikindlate plaatide valmistamisel. Vasele veidi tsirkooniumi lisamine võib tõsta selle sulamistemperatuuri ilma elektrijuhtivust kahjustamata, muutes selle väga sobivaks kõrgepingeliinide jaoks.
Tuumaajastu "Metall number üks".
Kui ülaltoodu on vaid tsirkooniumi "kõrvaljoon", siis on selle "peamine tegevusala" inimenergia maastiku jaoks muutev.
Tsirkooniumisulamid teeb tuumareaktorite tuumakonstruktsioonimaterjaliks näiliselt paradoksaalne, kuid siiski ülioluline omadus - äärmiselt madala termilise neutronite neeldumise ristlõige-. Lihtsamalt öeldes on tuuma lõhustumisel tekkivad neutronid "sädemed", mis säilitavad ahelreaktsiooni, kuid enamik metalle neelab neutroneid nagu käsn, mis imab vett, katkestades sellega reaktsiooni. Tsirkoonium on aga erand, - ta neelab väga vähe neutroneid, taludes samal ajal korrosiooni kõrgel -temperatuuril, kõrgsurvega vees 300–400 kraadi juures ja säilitades hea ühilduvuse tuumkütusega.
Just see eeliste kombinatsioon võimaldab valmistada tsirkooniumisulamitest pikki õhukeseseinalisi{0}}torusid, mis ümbritsevad uraandioksiidi kütusegraanuleid ja on tuumareaktori esimene ohutustõke. Hinnanguliselt kasutatakse tuumaenergiasektoris 90% maailmas toodetud tsirkooniumist. Alates tuumaallveelaevadest kuni Hualong One reaktorini jäävad tsirkooniumisulamist kattetorud asendamatuks "tuumakütuse soomuseks".
