Acerca del Circonio
El circonio es un metal de transición fuerte, de color blanco grisáceo, brillante que se parece al hafnio y, en menor medida, al titanio. El circonio se utiliza principalmente como refractario y opacificante, aunque se utilizan pequeñas cantidades como agente de aleación por su fuerte resistencia a la corrosión. El circonio se usa ampliamente como revestimiento para combustibles de reactores nucleares. Las propiedades deseadas de estas aleaciones son una sección transversal de captura de neutrones baja y resistencia a la corrosión en condiciones normales de servicio.
Resumen
| Elemento | Circonio |
| Número atómico | 40 |
| Categoría de elemento | Metal de transición |
| Fase en STP | Sólido |
| Densidad | 6,511 g / cm3 |
| Resistencia a la tracción | 330 MPa |
| Límite de elastacidad | 230 MPa |
| Módulo de Young | 88 GPa |
| Escala de Mohs | 5 |
| Dureza Brinell | 650 MPa |
| Dureza Vickers | 900 MPa |
| Punto de fusion | 1855 ° C |
| Punto de ebullición | 4377 ° C |
| Conductividad térmica | 22,7 W / mK |
| Coeficiente de expansión térmica | 5,7 µm / mK |
| Calor especifico | 0,27 J / g K |
| Calor de fusión | 16,9 kJ / mol |
| Calor de vaporización | 591 kJ / mol |
| Resistividad eléctrica [medidor de nanoOhmios] | 421 |
| Susceptibilidad magnética | N / A |
Aplicaciones del Circonio
La mayor parte del circón se utiliza directamente en aplicaciones de alta temperatura. Este material es refractario, duro y resistente al ataque químico. Debido a estas propiedades, el circón encuentra muchas aplicaciones, pocas de las cuales son muy publicitadas. Su uso principal es como opacificante, otorgando un aspecto blanco y opaco a los materiales cerámicos. El circonio y sus aleaciones se utilizan ampliamente como revestimiento para combustibles de reactores nucleares. El circonio aleado con niobio o estaño tiene excelentes propiedades anticorrosivas. La alta resistencia a la corrosión de las aleaciones de circonio resulta de la formación natural de un óxido estable denso en la superficie del metal. Esta película es autocurativa, continúa creciendo lentamente a temperaturas de hasta aproximadamente 550 ° C (1020 ° F) y permanece firmemente adherida. La propiedad deseada de estas aleaciones es también una sección transversal de captura de neutrones baja.
Producción y precio del Circonio
Los precios de las materias primas cambian a diario. Están impulsados principalmente por la oferta, la demanda y los precios de la energía. En 2019, los precios del circonio puro rondaron los 160 $ / kg.
Aproximadamente 900.000 toneladas de minerales de circonio se extrajeron en 1995, principalmente como circonio. La producción de circonio metálico requiere técnicas especiales debido a las propiedades químicas particulares del circonio. La mayor parte del metal Zr se produce a partir de circón (ZrSiO4) mediante la reducción del cloruro de circonio con magnesio metálico en el proceso Kroll. La característica clave del proceso Kroll es la reducción del cloruro de circonio a circonio metálico por magnesio. El circonio comercial de grado no nuclear contiene típicamente del 1 al 5% de hafnio, cuya sección transversal de absorción de neutrones es 600 veces mayor que la del circonio. Por lo tanto, el hafnio debe eliminarse casi por completo (reducirse a <0,02% de la aleación) para aplicaciones de reactores. En términos de costo, estas aleaciones también son a menudo los materiales de elección para los intercambiadores de calor y los sistemas de tuberías para las industrias de procesamiento químico y nuclear. El circonio es un subproducto de la extracción y procesamiento de minerales de titanio, así como de la extracción de estaño. De 2003 a 2007, mientras que los precios del circonio mineral aumentaron constantemente de $ 360 a $ 840 por tonelada, el precio del circonio en bruto disminuyó de $ 39,900 a $ 22,700 por tonelada. El circonio metálico es mucho más caro que el circonio porque los procesos de reducción son costosos. Todos los costos varían significativamente con cierta pureza.
Fuente: www.luciteria.com
Propiedades mecánicas del Circonio
Resistencia del Circonio
En mecánica de materiales, la resistencia de un material es su capacidad para soportar una carga aplicada sin fallas ni deformaciones plásticas. La resistencia de los materiales básicamente considera la relación entre las cargas externas aplicadas a un material y la deformación resultante o cambio en las dimensiones del material. Al diseñar estructuras y máquinas, es importante considerar estos factores, a fin de que el material seleccionado tenga la resistencia adecuada para resistir las cargas o fuerzas aplicadas y conservar su forma original. La resistencia de un material es su capacidad para soportar esta carga aplicada sin fallas ni deformaciones plásticas.
Para la tensión de tracción, la capacidad de un material o estructura para soportar cargas que tienden a alargarse se conoce como resistencia máxima a la tracción (UTS). El límite elástico o límite elástico es la propiedad del material definida como el esfuerzo en el que un material comienza a deformarse plásticamente, mientras que el límite elástico es el punto donde comienza la deformación no lineal (elástica + plástica).
Ver también: Resistencia de los materiales
Máxima resistencia a la tracción del Circonio
La resistencia máxima a la tracción del circonio es de 330 MPa.
Límite de elastacidad de Circonio
El límite elástico del circonio es de 230 MPa.
Módulo de Young del Circonio
El módulo de Young del circonio es 230 MPa.
Dureza del Circonio
En la ciencia de los materiales, la dureza es la capacidad de resistir la hendidura de la superficie ( deformación plástica localizada ) y el rayado . La prueba de dureza Brinell es una de las pruebas de dureza por indentación, que se ha desarrollado para las pruebas de dureza. En las pruebas Brinell, se fuerza un penetrador esférico duro bajo una carga específica en la superficie del metal que se va a probar.
La dureza Brinell del circonio es de aproximadamente 650 MPa.
El método de prueba de dureza Vickers fue desarrollado por Robert L. Smith y George E. Sandland en Vickers Ltd como una alternativa al método Brinell para medir la dureza de materiales. El método de prueba de dureza Vickers también se puede utilizar como método de prueba de microdureza , que se utiliza principalmente para piezas pequeñas, secciones delgadas o trabajos de profundidad de caja.
La dureza Vickers del circonio es de aproximadamente 900 MPa.
La dureza al rayado es la medida de la resistencia de una muestra a la deformación plástica permanente debido a la fricción de un objeto afilado. La escala más común para esta prueba cualitativa es la escala de Mohs , que se utiliza en mineralogía. La escala de dureza mineral de Mohs se basa en la capacidad de una muestra natural de mineral para rayar visiblemente otro mineral.
El circonio tiene una dureza de aproximadamente 5.
Ver también: dureza de materiales
Circonio – Estructura cristalina
Una posible estructura cristalina del circonio es una estructura compacta hexagonal .
En los metales, y en muchos otros sólidos, los átomos están dispuestos en matrices regulares llamadas cristales. Una red de cristal es un patrón repetitivo de puntos matemáticos que se extiende por todo el espacio. Las fuerzas de los enlaces químicos provocan esta repetición. Es este patrón repetido el que controla propiedades como resistencia, ductilidad, densidad, conductividad (propiedad de conducir o transmitir calor, electricidad, etc.) y forma. Hay 14 tipos generales de patrones conocidos como celosías de Bravais.
Ver también: Estructura cristalina de materiales
Estructura cristalina de Circonio
Resistencia de los elementos
Elasticidad de los elementos
Dureza de los elementos
Propiedades térmicas del Circonio
Circonio: punto de fusión y punto de ebullición
Punto de circonio de fusión es de 1855 ° C .
Punto de circonio de ebullición es 4377 ° C .
Tenga en cuenta que estos puntos están asociados con la presión atmosférica estándar.
Circonio – Conductividad térmica
La conductividad térmica del circonio es 22,7 W / (m · K).
Las características de transferencia de calor de un material sólido se miden mediante una propiedad llamada conductividad térmica , k (o λ), medida en W / mK . Es una medida de la capacidad de una sustancia para transferir calor a través de un material por conducción . Tenga en cuenta que la ley de Fourier se aplica a toda la materia, independientemente de su estado (sólido, líquido o gas), por lo tanto, también se define para líquidos y gases.
Coeficiente de expansión térmica del Circonio
El coeficiente de expansión térmica lineal del circonio es de 5,7 µm / (m · K)
La expansión térmica es generalmente la tendencia de la materia a cambiar sus dimensiones en respuesta a un cambio de temperatura. Por lo general, se expresa como un cambio fraccionario en longitud o volumen por cambio de temperatura unitario.
Circonio – Calor específico, calor latente de fusión, calor latente de vaporización
El calor específico de circonio es 0,27 J / g K .
La capacidad calorífica es una propiedad extensa de la materia, lo que significa que es proporcional al tamaño del sistema. La capacidad calorífica C tiene la unidad de energía por grado o energía por kelvin. Cuando se expresa el mismo fenómeno como una propiedad intensiva, la capacidad calorífica se divide por la cantidad de sustancia, masa o volumen, por lo que la cantidad es independiente del tamaño o extensión de la muestra.
El calor latente de fusión del circonio es 16,9 kJ / mol .
El calor latente de vaporización del circonio es 591 kJ / mol .
El calor latente es la cantidad de calor que se agrega o elimina de una sustancia para producir un cambio de fase. Esta energía descompone las fuerzas de atracción intermoleculares y también debe proporcionar la energía necesaria para expandir el gas (el trabajo pΔV ). Cuando se agrega calor latente, no se produce ningún cambio de temperatura. La entalpía de vaporización es función de la presión a la que tiene lugar esa transformación.
Punto de fusión de los elementos
Conductividad térmica de los elementos
Expansión térmica de elementos
Capacidad calorífica de los elementos
Calor de fusión de elementos
Calor de vaporización de elementos
Circonio – Resistividad eléctrica – Susceptibilidad magnética
La propiedad eléctrica se refiere a la respuesta de un material a un campo eléctrico aplicado. Una de las principales características de los materiales es su capacidad (o falta de capacidad) para conducir corriente eléctrica. De hecho, los materiales se clasifican según esta propiedad, es decir, se dividen en conductores, semiconductores y no conductores.
Ver también: Propiedades eléctricas
La propiedad magnética se refiere a la respuesta de un material a un campo magnético aplicado . Las propiedades magnéticas macroscópicas de un material son una consecuencia de las interacciones entre un campo magnético externo y los momentos dipolares magnéticos de los átomos constituyentes . Los diferentes materiales reaccionan a la aplicación del campo magnético de manera diferente .
Ver también: Propiedades magnéticas
Resistividad eléctrica del Circonio
La resistividad eléctrica del circonio es 421 nΩ⋅m .
La conductividad eléctrica y su inversa, la resistividad eléctrica , es una propiedad fundamental de un material que cuantifica cómo el circonio conduce el flujo de corriente eléctrica. La conductividad eléctrica o conductancia específica es el recíproco de la resistividad eléctrica.
Susceptibilidad magnética del Circonio
Susceptibilidad magnética de circonio es N / A .
En electromagnetismo, la susceptibilidad magnética es la medida de la magnetización de una sustancia. La susceptibilidad magnética es un factor de proporcionalidad adimensional que indica el grado de magnetización del circonio en respuesta a un campo magnético aplicado.
Resistividad eléctrica de elementos
Susceptibilidad magnética de elementos
Otras propiedades del Circonio
