Цирконий.

Временное сопротивление (а„) разрыву и сжатию литого циркония чистотой 99,7% при 20° С составляет 575 МПа. Для деформированного катаного и циркония этот показатель снижается соответственно до 245 и 220 МПа. При высоких температурах временное сопротивление разрыву и сжатию падает. Так, например, если для а при комнатной температуре равно 220 МПа, то при 200° — уже 140 МПа, а при 400° С-110 МПа. Предел текучести циркония при температуре 20° составляет 80 МПа, при 400° С он падает до 40 МПа.

Модуль нормальной упругости металлического литого циркония Е ранен 96-99 ГПа. Это значение ниже, чем для таких распространенных конструкционных металлов, как железо -210 ГПа или титан — 109 ГПа, но выше, чем для алюминия -72 ГПа и магния — 46 ГПа. Гафний имеет более высокий модуль упругости — 140 ГПа.

По своей удельной прочности металлический цирконий близок к основным маркам стали, к титану и значительно превышает алюминий: 140, сталь легкая — 80-100, сталь высокопрочная — 190, титан — 190, алюминий — 30-40.

Высокими являются показатели выносливости при переменном изгибе (45-55 МПа), ползучести металла и ударной вязкости.

Гафний обладает еще большей твердостью, чем цирконий: гафния, например, при комнатной температуре 2000 МПа. По своим прочностным и механическим характеристикам превосходит цирконий: его временное сопротивление на разрыв и при 20" составляет 420 МПа, а при 370° С — 228 МПа. Предел текучести гафния почти втрое выше, чем таковой циркония: при 20° он составляет 228. МПа, а при 370° С — 107 МПа. Модуль нормальной упругости гафния в 1,5 раза выше, чем у циркония — 140 ГПа. Модуль сдвига ф=31 ГПа. Твердость гафния при 20° С лежит в пределах 1800-2000 МПа.

В результате первичного обогащения сбрасывают до 70-90% породообразующих, «пустых» минералов плотностью менее 2,9 г/см3 и глину. Тяжелые минералы плотностью более 2,9 г/см3 (циркон, рутил, ильменит и др.) сосредоточиваются почти на 90-95% в коллективном черновом концентрате. Затем доводочными операциями с применением различных методов сепарации он разделяется на селективные концентраты циркона, ильменита, рутила и др.

Кратко охарактеризуем, как происходит обогащение месторождений на фабриках некоторых стран.

Австралия за счет эксплуатации своих россыпей в последнее десятилетие получает 400- 500 тыс. т концентрата ежегодно. Это самый крупный производитель концентратов: на его долю приходится более 70% мирового их производства.

Кроме того, австралийские фирмы при обогащении песков своих россыпей получают ежегодно около 1,2 и 0,3 т концентрата.

Эти россыпи протягиваются вдоль берегов континента почти на 1000 км представлены кварцевыми песками, содержащими от нескольких до 25-30%, в среднем 12%, тяжелых. В составе тяжелой фракции содержание циркона колеблется от 7 до 60%, остальное — ильменит (28-60%), рутил (5-14%), монацит (до 2,5%) и другие минералы. Средний размер зерен (в мм): циркона-0,154, 0,125, ильменита — 0,165, рутила — 0,178.

Выделяются пески современного берега, бывшего берега отступившего моря и дюнные пески. Первые них разрабатываются экскаваторами, бульдозерами и транспортируются на фабрику автотранспортом; вторые — драгами с установками первичного обогащения; третьи — гидравлическим способом.

Добытые в открытом карьере коренные руды подвергаются стадиальному дроблению и измельчению до крупности 1-2 мм. Измельченная руда направляется па фабрику первичного обогащения, где она подвергается магнитной сепарации в слабом поле для извлечения магнетита и получения железного. Хвосты магнитного обогащения, представляющие собой немагнитную фракцию, состоят из кальцита, оливина (форстерита), флогопита, сульфидов, апатита и . Эти хвосты подвергаются в гидроциклонах для удаления мелких пылевидных частиц помола, крупностью меньше 44 мкм, а зернистая часть подвергается апатитовой флотации для получения апатитового концентрата. Хвосты флотации обогащаются гравитационными методами на концентрационных столах и разделяются па легкую (кальцит, слюда) и тяжелую (сульфиды, форстерит, бадделеит, апатит) фракции. сначала обжигается до 400° С, затем подвергается электромагнитной сепарации.

Немагнитная фракция, в которой сосредоточиваются бадделеит, форстерит, сульфиды, снова подвергается обжигу, по уже при 900° С для перевода всех железосодержащих минералов в магнетитовую фазу. Последняя удаляется магнитной сепарацией в слабом поле, а немагнитная фракция представляет собой концентрат с содержанием более 96% 2г02. По существу, этот концентрат представляет собой технический диоксид циркония.

Из коренных руд производят незначительную часть циркониевых концентратов, но более 1% общего выпуска. Основное же их количество получают при обогащении песков комплексных россыпей месторождений.

Эксперты ООН («Будущее мировой экономики», 1979 г.) подсчитали, что запасы марганца, например, составляют 358 т и современных темпах потребления, если разрабатывать эти подводные кладовые, они будут исчерпаны через 400 тыс. лет, в то время как марганца из месторождений земной коры хватит лишь на 100 лет. Запасов алюминия в морских конкрециях, оцениваемых в 40 т, меди — в 6 т, кобальта — 5,2 т, хватит человечеству на многие тысячи лет, срок же исчерпания земных запасов этих металлов при нынешнем уровне потребления исчисляется десятилетиями.

А сколько же циркония в глубоководных конкрециях? Известно, что его в марганцевых конкрециях дна Тихого океана 0,063%, Атлантического океана 0 ,054%. Если принять, что в среднем для двух океанов это составляет 0,0585%, т. е. в каждой конкреции 585 г циркония, то в 2 т этих образований будет 1,17 т циркония. Величина поистине астрономическая! Если будут освоены добыча и переработка железо-марганцевых конкреции, и люди научатся получать все содержащиеся в них металлы, в том числе и цирконий, то промышленность будет сырьем па многие тысячелетия вперед.

Астрофизические исследования атмосферы Солнца и других звезд показали, что в спектрограммах данных космических объектов цирконий присутствует постоянно в виде элемента с резкими линиями и с большим их совпадением.

Считается, что в атмосфере Солнца цирконий является нормальным в количественном отношении элементом со средними по значению содержаниями. В солнечных пятнах с их пониженной температурой (3000- 4000° С) отмечаются несколько повышенные по сравнению с атмосферой Солнца содержания циркония.

Исследования ближайшего к Земле космического тела — Луны, проведенные советскими и американскими учеными в 70-х годах, дали очень большой материал по распространенности на ней многих элементов, в том числе и циркония. В образцах лунных пород, доставленных экспедициями «Аполлона-11, -12» и автоматическими станциями «Луна-16, -20, -24», содержание циркония колеблется в широких пределах — от 0,018 до 0,067 % -В среднем в лунных породах его больше, чем в земных.