Die Geschichte des Zirkons: Von der Entdeckung bis zur Produktion
Vor mehreren Jahrhunderten war das natürlich vorkommende Silikat ZrSiO₄, bekannt als Zirkon oder Hyazinth, weit verbreitet in der Natur und zeigte wunderschöne Farben von Orange bis Rot. Es wurde seit jeher als Edelstein geschätzt.
Im Jahr 1789 entdeckte der deutsche Chemiker Martin Heinrich Klaproth bei der Untersuchung von Zirkon, dass durch Erhitzen von Zirkon mit Natriumhydroxid ein neues Oxid entstand. Dieses Oxid nannte er Zirkonia und vermutete, dass es ein neues Element enthielt. Kurz darauf bestätigten die französischen Chemiker de Morueau und Vauquelin Klaproths Analyse. Das neue Element erhielt den lateinischen Namen Zirconium und das Symbol Zr.
1824 stellte der schwedische Chemiker J.J. Berzelius erstmals unreines schwarzes Pulverzirkon (Reinheit 93%) her, indem er Kalium zur Reduktion von K₂ZrF₆ verwendete.
1914 gelang den niederländischen Forschern Lely und Hamberger in einer Metallweißglühlampenfabrik die Herstellung von formbarerem Zirkon (Reinheit 99%), indem sie wasserfreies Zirkontetrachlorid mit überschüssigem Natrium in einer leeren Kugel bei 500 °C mittels Strom erhitzten.
1925 erzeugten die niederländischen Chemiker Anton Eduard van Arkel und Jan Hendrik de Boer vollständig reines Zirkon durch die Zersetzung von Zirkon(IV)-iodid (ZrI₄).
Später wurde Zirkon in großem Maßstab durch Erhitzen von Zirkontetrachlorid mit Magnesium produziert.
Eigenschaften von Zirkon: Hohe Härte, hoher Schmelzpunkt
Zirkon ist ein silbergraues Metall, das wie Stahl aussieht und glänzt. Es hat einen extrem hohen Schmelzpunkt von 1852 °C und einen Siedepunkt von 4377 °C, sowie eine Dichte von 6,49 g/cm³. Zirkon zeichnet sich durch seine außergewöhnliche Härte aus und ist gut formbar, wodurch es sich leicht zu Platten, Drähten und anderen Formen verarbeiten lässt.
Die Oberfläche von Zirkon bildet leicht eine Oxidschicht, was ihm eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit verleiht. Es ist löslich in Fluorwasserstoffsäure und Königswasser. Bei hohen Temperaturen kann es mit Nichtmetallen und vielen Metallen reagieren und feste Lösungen bilden. Zirkon hat die Oxidationszahlen +2, +3 und +4. Es absorbiert leicht Wasserstoff, Stickstoff und Sauerstoff; die Affinität zu Sauerstoff ist sehr hoch, sodass bei 1000 °C Sauerstoff im Zirkon gelöst werden kann, was zu einer deutlichen Volumenvergrößerung führt.
Zirkon ist korrosionsbeständiger als Titan und vergleichbar mit Niob und Tantal. Zirkon und Hafnium sind zwei Metalle mit ähnlichen chemischen Eigenschaften, die oft gemeinsam in der Natur vorkommen und radioaktive Substanzen enthalten.
Breite Anwendung von Zirkon: Von 5G-Handys bis zu gepanzerten Fahrzeugen
Zirkon ist ein wichtiges seltenes Metall mit Eigenschaften wie extrem hohem Schmelzpunkt, hoher Härte und herausragender Korrosionsbeständigkeit, wodurch es vielseitig eingesetzt wird.
Zirkon kann als Absorptionsmittel verwendet werden und ist ein hervorragendes Wasserstoffspeichermaterial. Ähnlich wie Lithium und Titan kann Zirkon Stickstoff, Wasserstoff und Sauerstoff stark absorbieren. Bei Temperaturen über 900 °C kann Zirkon intensiv Stickstoff absorbieren; bei 200 °C kann 100 Gramm Zirkon 817 Liter Wasserstoff aufnehmen, was der Aufnahmefähigkeit von Eisen um über 800.000-fach entspricht. Diese Eigenschaft wird breit genutzt, beispielsweise in der elektrischen Vakuumindustrie.
Zirkon kann zur Entsäuerung und Entschwefelung verwendet werden und wird in der Metallindustrie als „Vitamin“ bezeichnet. Schon die Zugabe von einem Tausendstel Zirkon zu Stahl erhöht dessen Härte und Festigkeit erheblich. Wenn Zirkon in Kupfer eingemischt wird, kann daraus Draht gezogen werden, der seine elektrische Leitfähigkeit nicht verliert, während der Schmelzpunkt stark erhöht wird. Durch die Zugabe von Zink oder Niob zu Zirkon lassen sich korrosionsbeständige Legierungen herstellen, die für präzise Bauteile verwendet werden.
Zirkonhaltiger Panzerstahl, Kanonenumformstahl, Edelstahl und hitzebeständiger Stahl sind wichtige Materialien zur Herstellung von gepanzerten Fahrzeugen, Panzern, Kanonen und kugelsicheren Platten.
Zirkon und Titan gehören zur selben Gruppe, haben eine hohe Biokompatibilität und sind beliebig mischbar. Beispielsweise wird die Zr-10Ti-Legierung als Zahnimplantatmaterial verwendet. Die Zr-40Ti-Legierung verbessert effektiv die Verbindung zwischen Knochen und Implantat und reduziert die Spannungsabschirmung.
Zirkon ist auch ein wichtiger Rohstoff für wesentliche elektronische Komponenten in 5G-Handys, wie Rückplatten, Filter und Fingerabdruckerkennungsmodule, insbesondere Zirkonoxidpulver. Zudem ist Zirkon unverzichtbar in der Entwicklung der Atomenergieindustrie und kommt bei der Herstellung großer Kernkraftwerke, U-Boote, Raumschiffe und Raketen zum Einsatz.
Stanford Advanced Materials (SAM) verfügt über umfassende Erfahrung in der Lieferung hochwertiger Zirkoniumprodukte.
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