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锆:反应堆的好材料,故事揭秘

时间:2023-10-27 理论教育 版权反馈
【摘要】:粉末状的锆,加热到200℃会燃烧,与氧化合生成二氧化锆。这是因为锆的热中子捕获面积小,不大会“吃掉”原子能反应堆中借以引起核反应的中子。这样,它便很适宜于做原子能反应堆的结构材料。现在,几乎没有一个原子能反应堆能离开锆。锆最重要的化合物是白色的二氧化锆,能耐高温,它的熔点高达2700℃,而且化学性质非常稳定,受热后体积不会显著地增大,因此,它是很好的耐高温材料。

锆:反应堆的好材料,故事揭秘

锆,是德国化学家克拉普鲁特在1789年发现的。同年,他还发现了铀。锆的希腊文原意,是一种锆矿的名字——“风信子石”。虽然锆的发现并不算晚,但直到1914年,人们才第一次制得了金属锆。但是锆很快成了引人注目的金属,它的世界年产量逐年激增着。因为锆在原子能工业和宇宙火箭的生产上找到了重要的用途,崭露头角。

纯锆是银灰色的金属,富有延展性。然而,只要稍含一点杂质,锆便变得很脆。不过,含有杂质的锆虽然脆,却比纯锆要硬得多,可以用它刻划玻璃,甚至在红宝石表面也可刻出凹痕来。锆难熔,耐高温,熔点高达1930℃。

在常温下,金属锆很稳定,不和水、氧、酸、碱等起化学作用,只有氢氟酸王水、熔融的碱等才能腐蚀锆。粉末状的锆,加热到200℃会燃烧,与氧化合生成二氧化锆。丝状的锆,很容易用火柴点燃。

原子能工业,是金属锆的最大“主顾”。在原子能反应堆中,是利用铀裂变放出热能,加热水,把水变成蒸汽,利用蒸汽推动涡轮,带动发电机发电。然而,铀棒不能和水直接接触,因为水会侵蚀铀棒,而铀也会使水带有放射性,影响工作人员的安全。这样,就必须把铀棒用套管套起来,与水隔开,而热能又能通过导管,加热管外的水。锆,便是制造这种套管最好的材料。这是因为锆的热中子捕获面积小,不大会“吃掉”原子能反应堆中借以引起核反应的中子。而且锆又耐腐蚀,机械性能好,易于加工。这样,它便很适宜于做原子能反应堆的结构材料。现在,几乎没有一个原子能反应堆能离开锆。

锆、钍与镁形成一种合金,又轻,又耐高温,很适宜用来制造飞机与宇宙飞船的外壳。在钢中加入千分之一的锆,可以显著提高它的硬度和机械强度,用来制造装甲车、坦克和穿甲弹弹头。在铜中加入少量锆,导电能力并不减弱,却可以大大提高铜线的耐高温性能,是制造高压电线的好材料。利用锆粉燃烧时产生白炽炫目的光芒,人们用锆粉来制造信号弹。(www.xing528.com)

金属锆有个怪脾气——能大量吸收氧、氮、氢、二氧化碳等气体。现在锆被用作永久除气剂,除去真空管等真空仪器中的残余气体。

锆最重要的化合物是白色的二氧化锆,能耐高温,它的熔点高达2700℃,而且化学性质非常稳定,受热后体积不会显著地增大,因此,它是很好的耐高温材料。现在,二氧化锆被用来制造冶金炉里的耐火砖以及耐火坩埚。如果把二氧化锆加到玻璃中去,可以提高玻璃的抗碱本领和耐高温性能;加到搪瓷中,可以使搪瓷变成白色。

锆在地壳中的含量并不算太少,约为十万分之三,与铜的含量差不多。不过,麻烦的是,在大自然中锆总是与铪在一起,而锆与铪的性质又很相似,不易分离,这就给锆的冶炼带来不少困难。锆与铪、铌与钽的分离,现在都成了冶金工业上迫切需要解决的课题。一旦找到了一条多快好省的分离和冶炼锆的途径,用不了几年,锆就会成为一种常用的金属,甚至比铜更加普遍。现在,人们是用锆英石做原料,在电弧炉中进行炭化,然后用氯来氯化,制得四氯化锆,最后用金属镁进行还原,制得金属锆。

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