Circonio – Propiedades – Precio – Aplicaciones – Producción

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

 

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

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.

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.