Цирконий.

Очень важным направлением использования циркония в электротехнике является его применение в электролитических конденсаторах и выпрямителях. Как известно, обычный электролитический конденсатор изготовляется из двух полосок алюминиевой фольги: одна имеет чистовую поверхность, другая протравливается и окисляется для увеличения поверхности и создания изолирующей пленки оксида; между ними — слой слабого электролита, например борной кислоты. Перспективны конденсаторы из танталовой фольги, в них может употребляться более сильный электролит. Размеры таких конденсаторов значительно уменьшаются, они могут работать при очень низких, даже космических, температурах и имеют значительно более длительный срок службы. Все это предопределило широкое применение танталовых конденсаторов в военной, космической технике и других отраслях. Для этих же целей перспективны конденсаторы и с циркониевой фольгой, так как по своим коррозионным свойствам цирконий близок к танталу и на его поверхности быстро образуется изолирующая пленка оксида. Недостатком является более высокий (в 5-20 раз) ток утечки у циркониевых конденсаторов по сравнению с танталовыми. В этом направлении ведутся специальные исследования, и в перспективе создание малогабаритных конденсаторов с циркониевой фольгой возможно. Сейчас производство циркониевых конденсаторов уже начато.

Поставляется этот порошок партиями массой до 3 кг. Они упакованы в полиэтиленовые мешки и помещены в металлические банки. Порошок циркония, полученный восстановлением калия цвет и содержит 99- 94%, не более 0,3% железа, 0,15% кальция, 0,15% магния, влажность порядка 14%. Он также поставляется трехкилограммовыми партиями, упакованными в полиэтиленовые мешки или банки, которые помещают в железные коробки. Такой тщательной упаковкой предохраняют циркониевый порошок от самовозгорания.

Легких металлов, плотностью 0,5-3 Мг/м3, насчитывается всего 13, в том число конструкционные: магний -1,74 Мг/м3, бериллий — 1,845 Мг/м3, алюминий — 2,7 Мг/м3. В группе металлов со средней плотностью 3-10 Мг/м3 сосредоточиваются практически все цветные и редкие металлы — от бария с р=3,5 Мг/м3 до висмута и лютеция с р=9,8 Мг/м3 (всего 37).

Гафний плотностью 13,29 Мг/м3 относится к группе тяжелых металлов плотностью более 10 Мг/м3. В этой группе всего 19 металлов -от молибдена с р=10,22 Мг/ /м3 до осмия с р=22,5 Мг/м3.

Чистый цирконий, свободный от примесей,- это очень тугоплавкий металл: температура его плавления 1852± ±10° С, а температура кипения 3580° С. Еще более тугоплавкий — гафний: он плавится при 2150°, кипит при 5400° С. Более тугоплавких, чем гафний, девять металлов: вольфрам, молибден, рений, осмий, тантал, ниобий, , бор, рутений; они плавятся при температуре от 2250 до 3410° С. Перед гафнием стоят родий — 1960°, ванадий — 1918°, хром — 1875° и 1852° С. Таким образом, но температуре плавления цирконий среди известных металлов занимает 14-е место. Обладая столь высокой тугоплавкостью, и цирконий и гафний имеют прекрасные механические свойства. Чистые, свободные от примесей металлы весьма пластичны, ковки, достаточно вязки и тверды.

Выполненные под руководством академика А. П. Виноградова детальные исследования образцов многих разновидностей лунных пород показали, что цирконий присутствует в них постоянно.

«Луна-16» доставила реголит (сыпучий грунт) из «морского» района Луны в виде колонки грунта длиной 35 см. Верхние 15 см были представлены тонкозернистым материалом с размером частиц 70-80 мкм, нижние — более крупнозернистые (90-120 мкм). Циркония во всех зонах оказалось 0,033-0,035%, что больше, чем любых других обнаруженных в реголите элементов-примесей (кобальта, никеля, меди, цинка, свинца, редких земель).

Образцы реголита и пород Моря Кризисов, доставленные на Землю «Луной-24» в 1976 г., содержали несколько меньше циркония (в %): в реголите всего 0,0094- 0,011, в габбро — 0,0037, в базальте — 0,0052, в додерите- 0,0049. В этих же образцах было установлено и 0,00009-0,00022% гафния. Отношение циркония к гафнию колебалось от 50:1 до 40:1, что выше, чем в среднем для Солнечной системы и для земных пород. Следовательно, «морских» регионов Луны несколько обогащены гафнием.

«Луна-20» доставила на Землю в 1972 г. образцы крупнозернистого реголита и породы типа анортозита из «материкового» района Луны. В содержание циркония было более высоким по сравнению с другими элементами-примесями — 0,023-0,040%. Больше, чем циркония, оказалось только хрома -0,07%, остальных элементов-примесей (кобальта, никеля, меди, цинка, стронция, бора, ванадия, скандия, редких земель) — по 0,0001 -0,02 % — В анортозите этого района циркония всего 0,005%.

Однако в 1921 г. знаменитый датский физик Н. Бор установил, что строение атома загадочного элемента близко к строению атома циркония и что 72-й надо искать не среди минералов редких земель, а среди минералов циркония. Д. Костер и Ж. Хевеши начали в том же году систематические исследования всех минералов циркония методом анализа. В 1922 г. их труд увенчался успехом: они обнаружили и исследовали свойства элемента № 72, дав ему название в честь столицы Дании (в древности — Гафния), где он и был открыт.

Между, с одной стороны, и Д. Костером с Ж. Хевеши — с другой, возник длительный спор в отношении приоритета открытия элемента. Ж. Урбэн утверждал, что его «кельтий» и есть элемент № 72, и приводил в доказательство линии рентгеновского спектра, описание свойств, правда присущих иттербию и лютецию, содержание в нерастворимом остатке циркония. Д. Костер и Ж. Хевеши доказали, что линии рентгеновского спектра «кельтия» слабы и малодостоверны, имеют длины волн, отличные от таковых гафния, и совсем другие свойства. Кроме того, ученые установили, что «кельтий» Ж. Урбэна — это смесь лютеция и иттербия.

Во время первой мировой войны в Германии начали производить и стали, обладавшие повышенной прочностью, а также рядом других ценных свойств. Из них делали стволы артиллерийских орудий. Известно, например, что из стали с цирконием был изготовлен ствол дальнобойной пушки «Большая Борта». Расположив ее в 80 км от Парижа, немцы обстреливали стоявшие в районе столицы французские войска. Таким образом, открылись возможности применения циркония и в черной металлургии. Однако работы, проводившиеся в этой области специалистами ряда стран Западной Европы, не дали тогда обнадеживающих результатов и вскоре после окончания первой мировой войны были приостановлены.

В начале 20-х годов исследования по получению чистого металлического циркония возобновились в США. В 1923 г. ученые X. С. Купер, М. А. Хант и А. Джонс опубликовали материалы своих работ.

В 1925 г. голландские ученые А. Е. Ван-Аркель и Д. Н. де Бур, а в 1926 г. Д. Н. де Бур и Д. Д. Фаст впервые получили путем термического разложения йоди да циркония на накаленной нити образец компактного пластичного металла высокой степени чистоты. Он был настолько пластичен, что его можно было легко прокатывать в тонкие листы, фольгу, проволоку. В конце 20-х — начале 30-х годов американские фирмы «Фут минерал», «Металл» и др. начали выпускать йодид циркония и примесями хрупкий металл, который использовался в качестве легирующей добавки к сталям и при производстве воспламеняющихся порошков.