Цирконий – что это такое, какими свойствами он обладает и где применяется

Общие сведения о цирконии

Этот элемент относится к побочной подгруппе 4-й группы 5-го периода периодической системы Д. И. Менделеева – атомный номер 40. Цирконий (Zirconium) в обычном виде – блестящий металл, который отличается серебристо-серым цветом, пластичен и устойчив к коррозии. Соединения этого вещества широко распространены в литосфере. В природе известны соединения циркония исключительно с кислородом в виде силикатов, окислов.

Невзирая на то, что цирконий – это рассеянный элемент, известно до 40 минеров, в которых это вещество присутствует в виде солей, окислов. Это универсальный драгоценный камень, но это мнение ошибочно. Хотя, по внешним признакам он схож даже с алмазом. Несколько фактов об этом веществе:

Zirconium изготавливают только в лабораторных условиях, а как основной компонент используется минерал циркон.
Хоть цирконий является прозрачным камнем, но за счет применения дополнительных примесей получаются разнообразные оттенки.
Его применяют в ювелирных украшениях как замену минералам и драгоценностям, благодаря чему цена на конечное изделие становится существенно меньше.

Многие люди путают и считают, что кубический цирконий, циркон, цирконий являются одним и тем же веществом. На деле они все разные, просто по составу схожи друг с другом:

Цирконий – это металл, который по внешнему виду схож со сталью.
Кубический цирконий является искусственным блестящим кристаллом. По внешним характеристикам он схож с бриллиантом. Для производства используется оксид циркония – процесс осуществляется под воздействием температуры свыше 2,5 тысяч градусов.
Циркон (zircon) представляет собой камень, который схож с золотом. Имеет природное происхождение, выглядит дорогостоящим.

Минералы с содержанием циркония

Минералоги знакомы с полезными ископаемыми, содержащими киноварь:

Бадделеитом (оксидом циркония). Его применяют как добавку во время изготовления огнеупорной керамики. Так же минерал становится материалом для создания искусственных алмазов.
Эвдиалитом (цирконосиликатом). Эта руда подходит для производства редкоземельных металлов и циркония.

В природе пока не обнаружено еще минералов, имеющих в своем составе цирконий. Совсем недавно было установлено, что морская вода так же содержит соединения циркония. Но ученые пока не научились выделять металл из жидкости.

История камня цирконий

По своей привлекательности этот камень не уступает многим драгоценным аналогам. Используется он с давних времен. Во времена доминирования Древней Персии все типы камней были почти обесценены за исключением прозрачных и тех, что имели характерный для алмаза блеск. В странах Азии камень стал талисманом для местных жителей и приезжих русских купцов, которые увозили изделия из циркония (особенно бусы) к себе домой, чтобы пополнить приданное дочерей.

В Европе этому материалу не придавали особого значения до XIX-го века. Только мошенники и аферисты тех времен продавали ограненные прозрачные изделия из циркония под видом алмазов великосветским дамам, которые не разбирались в ювелирных украшениях. Кроме того, его путали с сапфиром, турмалином и топазом за обильную цветовую палитру, а бесцветные камни и вовсе стали называться «цейлонскими алмазами» — они стоили дешевле и считались второсортными.

В промышленной области этот тип камня стали использовать лишь с 30-х годов прошлого столетия – широкое применение было существенно ограничено высокой себестоимостью. На сегодня циркон и его различные соединения и сплавы применяются в строительстве, металлургии, медицине и даже ядерной энергетике. Из этого минерала изготавливают костные и зубные протезы, хирургические инструменты.

В прошлом столетии советским ученым, пытавшимся вырастить искусственный алмаз, удалось вырастить искусственный цирконий – его назвали «цирконом» или «фианитом». После сделанного открытия стоимость камня существенно снизилась, т.к. искусственное синтезирование всегда наносит серьезный урон по любой драгоценности. Zirconium по своим характеристикам не уступает многим драгоценным камням, но уже несколько десятилетий занимает нишу в средней ценовой категории.

Нахождение металла в природе

Залежи циркониевых руд есть по всей планете. Их можно встретить в виде различных солей, а также монокристаллов, масса которых нередко бывает более 1 кг. Богатые месторождения находятся в Индии, Бразилии, Западной Африке, ЮАР и пр. На территории Российской Федерации внушительные запасы металла располагаются в Сибири и на Урале.

В масштабах промышленности востребованы двуокись и силикат циркония, бадделеит, циркон. Последний является наиболее распространенным минералом на нашей планете. Люди знакомы с ним еще с давних времен. В Средние века многие ювелиры производили изделия из «несовершенных алмазов», которые в то время именовались цирконами. После проведения огранки они становились мутными и переливались совсем не так, как натуральные алмазы.

Встречаются радиоактивные цирконы. Ношение изделий из них оказывает негативное влияние на здоровье человека. Безопасными принято считать камни небольших размеров, имеющие относительную прозрачность или слабый окрас.

Крупные, интенсивно окрашенные материалы, особенно непрозрачные или темно-зеленые, могут иметь высокий радиационный уровень. Такие камни запрещается хранить в домашних коллекциях, проводить их огранку, транспортировать в больших количествах. Несмотря на высокую распространенность в природе, длительное время его популярность была значительно ниже по сравнению с редкими радиоактивными металлами. Это объясняется тем, что рудные залежи рассеянны и отсутствуют крупные месторождения.

Нередко в рудах соседом циркония является гафний, их свойства очень похожи. По отдельности каждый из металлов обладает хорошими свойствами, но в комплексе они непригодны для применения. Для разделения требуется многоуровневая очистка, которая значительно повышает стоимость производства циркония.

Разновидности камня

Циркон справедливо считается одним из старейших драгоценных минералов Земли, т.к. ученые установили, что возраст этого элемента достигает 3-4 млрд лет. В настоящее время выделяется несколько видов циркония. Основным критерием такого разделения является разнообразие расцветок камня. Выделяют следующие разновидности:

Старлит. Прозрачный камень, получается при помощи обжигания – имеет синеватый или голубой оттенок.
Малакон. Отличается темно-коричневым окрасом, содержит небольшую дозу радиации.
Гиацинт. Прозрачный минерал, для которого характерен коричневый, оранжевый, красный цвет.
Матарский алмаз. Прозрачный, бесцветный, добывается из недр острова Матара – отсюда и название этой разновидности.
Жаргон. Минерал, для которого характерен соломенный, желтый или слегка золотистый окрас.

Кроме того, цирконий бывает представлен в виде металла или порошка – сфера их применения нередко различается. Например, первый применяется для изготовления украшений, а второй – в медицинской, производственной области. Подробнее об этих разновидностях:

Твердый металл. Имеет блестящий серебристо-серый оттенок, имеет высокую степень пластичности.
Порошок. Характерной особенность является наличие мелких гранул. Имеет темно-синий оттенок.

При нагреве Zirconium способен изменять цвет, благодаря чему ювелирам удается придать готовым изделиям разнообразные оттенки. Данный минерал бывает:

белым (прозрачным, самый распространенный);
синим;
голубым;
черным (крайне редкий);
оливковым;
зеленым;
розовым;
красным;
желтым (имеет самый выраженный радиоактивный фон);
коричневым (слабовыраженная радиация);
оранжевым;
фиолетовым.

Применение в ювелирных изделиях

Прекрасное сияние кубического циркония, которое практически на отличается от блеска настоящих бриллиантов, дает возможность ювелирам использовать искусственный кристалл для изготовления драгоценностей. Они в разы дешевле тех, в которых присутствуют настоящие самоцветы. Но только профессионал отличит, что в изделии камень, созданный руками человека, а не природой. Украшение с фианитами всегда выглядят изысканно и элегантно.

Синий камень в белом золоте украсит шею леди и станет последним штрихом в повседневном наряде. К тому же избавит от навязчивых мыслей.
Коричневый минерал в серебре подойдет даме с любым цветом волос. Прибавит своей владелице знаний об устройстве окружающего мира.
Украшения цветочной тематики подойдут к деловому стилю одежды. Придадут строгому образу бизнес-леди романтичности.
Изделия из голубого кристалла идеальны для блондинок.
Яркий наряд требует украшений с зелеными минералами. Такой комплект надевают с длинным платьем в пол.
Сережки-гвоздики с бесцветными камнями стоит надевать молоденьким девушкам. Их ушки как раз подходят для таких изделий. Оберег поможет разобраться в том, настоящие ли чувства у ее поклонника или нет.
Женщине, имеющей крупные черты лица, подойдут массивные украшения. Они усилят чувство интуиции.
Представительницам лучшей половины человечества с овальным лицом надо остановить свой выбор на некрупных камушках. Они способны помогать своей хозяйке не меньше, чем большие.

Ювелирные магазины предлагают огромный выбор циркониевых изделий. Каждый человек, независимо от пола и возраста, сможет выбрать изделие по душе.

Физические и химические свойства циркония

В структуре минерала часто имеются примеси других элементов, к примеру, железа, меди, кальция, титана, цинка и др. Чаще циркон преобразуется в кристаллы пирамидальной или призматической формы. В минерале нередко присутствует уран, из-за чего попадаются экземпляры с высоким радиационным фоном. По твердости он уступает конкурентам своей группы – он непрочен на удары, разрыв. При небрежном хранении от камня будут отлетать сколы, что испортит изначальный эстетический вид. Физические и химические свойства:

При интенсивном нагреве меняет цвет, благодаря чему конечное изделие может иметь темно-коричневый, ярко-бирюзовый и другие оттенки. Со временем, полученные путем термического воздействия оттенки тускнеют и исчезают окончательно.
Не поддается холодной обработке под давлением.
Мгновенно начинает окисляться при температуре 200-400℃.
Большая химическая стойкость. Не растворяется в кислотах, щелочах, не подвергается коррозии. При попадании в человеческий организм не взаимодействует с органами, тканями.
От минерала образуется пыль, которая становится угрозой для жизни человека. Связано это с тем, что она легко воспламеняется даже от взаимодействия с воздухом.
Плавится при температуре 1825℃, а закипает – от 3500℃ и выше.
При нормальных условиях хранения, когда температуре составляет около 20℃, плотность материала равна 6,45 г/см3.

Стоимость за грамм

Австралийский Союз и Южно-Африканская Республика уже давно являются основными поставщиками циркония на мировой рынок. Спрос на металл постоянно увеличивается. А количество поставляемого материала остается примерно на одном уровне. Поэтому его стоимость постоянно увеличивается.

На данный момент цена грамма киновари составляет около 100-200 рублей.

Цирконий знаком человеческому обществу уже столетие, но он до сих пор не открыл людям все свои тайны. Неясно, почему химический элемент получил свое имя, каково полное влияние металла на живой организм. Наверно известны не все серы, в которых можно применять удивительный металл серебряного цвета.

Способы получения циркония

Камень с металлическим блеском и многообразием оттенков получают опытным путем в специализированных лабораториях. В основу его входит циркон, основные залежи которого находятся на территории Австралии, Бразилии, Вьетнама, Таиланда, Шри-Ланки и некоторых других стран мира. Синтетический камень получают одним из следующих способов:

Сплавление с содой или натром. Процесс осуществляется при температуре от 500 до 600℃.
Хлорирование углем. Выполняется при показателе температуры в 900-1000℃.
Сплавление с калием. Осуществляется при 900℃.
Спекание с известью или карбонатом кальция. Осуществляется при 1100-1200℃.

Цирконий: цены, ГОСТ, описание

Обозначение – ГОСТ 21907-76. Это пластичный и ковкий (практически как золото) коррозионностойкий, парамагнитный, жаростойкий металл. Цирконий устойчив к действию морской и хлорированной воды, аммиака, щелочей, кислот, свои качества не теряет в условиях низких и высоких температур. В основном применяется в сплаве с другими металлами. Это не только придает ему уникальные свойства, но и повышает технологичность. Стоимость – от 5500 рублей за килограмм в зависимости от марки и фирмы-изготовителя.

На сегодняшний момент цирконий относится к самоцветам. В Средневековье его называли братом алмаза, но присущая алмазам твердость в нем отсутствует.

Лечебные свойства циркония

Компании, специализирующиеся на изготовлении браслетов, стали добавлять в свои изделия частички элемента Zirconium для того, чтобы придать своим товарам лечебные качества с целью увеличения их продаж. Браслеты якобы снижают артериальное давление. Считается, что камень может придавать силу и бодрость на протяжении дня и обеспечить крепкий и здоровый сон ночью. Он не изменяет своих свойств при воздействии с кислотами, поэтому часто используется при изготовлении медицинских инструментов, оборудования. Подробнее о лечебных свойствах:

ускоряет заживление ран;
препятствует образованию гноя;
неплохой антисептик;
имеет противомикробное свойство, за счет которого предотвращается проникновение в организм разных инфекций;
препятствует проникновению радиационного излучения;
помогает облегчить приступы аллергии.

Мочекаменная болезнь у котов
Как коптить рыбу
Холестерин ЛПВП

Многие разновидности камня, по словам специалистов из области литотерапии, положительным образом влияют на работу щитовидной железы и эндокринной системы. При этом разным цветам приписывают разные свойства:

Черный. Помогает побороть последствия переохлаждения, простуду.
Желтый и красный. Повышают аппетит, выработку лейкоцитов.
Коричневый. Способен избавить от накопившихся шлагов.
Голубой и синий. Помогают убрать лишние килограммы, улучшить работу пищевого тракта, привести в норму стул и аппетит. Эти же свойства приписываются прозрачным минералам.

Совместимость с другими камнями в украшениях

Кубический цирконий сочетается со многими драгоценными и полудрагоценными камнями:

Аметистом. Женское кольцо выглядит великолепно. Оно усилит интуицию дамы и способность определять скрытый подтекст слов.
Корундом. Изделие подойдет даме любого возраста. Оно подарит уверенность в своей красоте.
Изумрудом. Набор не только украсит внешность, но и избавит от головных болей.
Жемчугом. Ожерелье даст возможность избавляться от проблем в материальном плане.
Белым агатом. Украшение поможет видеть мир в красочном цвете.
Топазом. Драгоценности могут не только украсить, но и указать верный путь в сложной ситуации.

Где применяется цирконий

Основная область применения минерала – это ювелирное дело. Изделия, которые украшены им, отличаются эстетичным и привлекательным видом, ведь по красоте он не уступает алмазу. Особенной востребованностью пользуются серьги и ожерелья с кубическим цирконием. Кроме того, этот камень нередко применяется в качестве муляжа на ювелирных прилавках. Другие области применения:

На основе названного элемента изготавливают разного рода сплавы. Их применяют в некоторых отраслях производства, например, при изготовлении конструкционных материалов, ядерных реакторов, частей летательных аппаратов и других деталей.
Zirconium содержится в сверхпроводящих магнитах, нередко он используется для окисления сплавов.
Порошок этого вещества применяется для производства пиротехники.
Участвует в качестве одного из элементов состава огнеупорных покрытий для массивной и сложной техники. Применение Zirconium в таком случае оправдывает вложенные средства, благодаря чему это вещество становится все более популярным в области промышленности – в ювелирном деле его теснит фианит.
Еще одной областью использования является оптика, необходимая в агрессивной среди и при высоких температурных показателях. К примеру, это отправление космического аппарата на другие объекты, где скачки температуры составляют более 100 градусов на солнце и в течение, чего стекло долго не выдержит.

Цирконий в ювелирных изделиях

Важной для ювелиров особенностью циркония является его более низкая по сравнению с алмазом твердость – 7,5 единиц по шкале Мосса. При огранке минерала, вставка его в изделие производится аккуратно, т.к. неосторожное обращение приведет к появлению сколов и царапин на поверхности. По этой причине изделия с этим камнем требуют бережного отношения и при носке. Соответствующая огранка позволяет сделать этот минерал ничем не хуже баснословно дорогих бриллиантов.

Циркониевая группа камне встречается практически во всех современных ювелирных изделиях. Эти самоцветы часто обрамляют в перстнях и кольцах. Они блистают в диадеме, серьгах, кольев, свадебных ансамблях. Нередко их используют для украшения подвесок, кулонов. Львиная доля золотых украшений с циркониевыми самоцветами производится в Шри-Ланке, недалеко от одного из мест наибольшей концентрации минерала. Покупая изделие с цирконием, важно отличать подлинный камень, который обладает следующими качествами:

многогранное преломление света;
наличие блеска схожего с металлическим или алмазным;
при внимательном рассмотрении (лучше с лупой) в самоцвете будут видны вкрапления;
фианит, который обходится дешевле, тяжелее циркония того же размера.

Как ухаживать за цирконием?

В отличие от бриллиантов, царапающих даже стекло, циркон — камень мягкий. Поэтому украшения с ним необходимо оберегать от механических повреждений. Желательно их хранить отдельно от других украшений. Цирконы весьма чувствительны к бытовой химии. Мыть их можно только слабо мыльным раствором и протирать мягкими салфетками или фланелевой тканью.

Множество разновидностей циркониев позволят выбрать тот камень, который больше нравится. Только придется оберегать изделия с ним от агрессивной среды и соприкосновений с чем-то твердым.

Магические свойства циркония

Широкое распространение приобрели амулеты, кулоны, талисманы и прочие украшения из камня Zirconium. Издавна он считался наделенным способностью приносить богатство и успех своему владельцу. В древние времена минерал был достоянием мудрецов, считалось, что он приносил им знание будущего, дар прозорливости и возможность проникать в мысли и внутренний мир других людей. Носимый как амулет циркон служил защитой от лжецов и недобрых людей, развивал наблюдательность и память.

Минерал Zirconium имеет множество магических свойств. В Древней Индии считалось, что он способен управлять солнцем и луной. Этот камень широко применяется в разных областях промышленного производства, к тому же, он считается идеальным талисманом для бизнесменов, работников умственного труда, путешественников. Он может служить даже защитным амулетом для влюбленных, укрепляя душевную и эмоциональную связь между людьми. Амулет из гиацинта поможет путешественникам и военным сохранить свое здоровье, жизнь.

Как был открыт

История открытия металла охватывает полтора столетия:

Диоксид вещества первым получил немецкий химик Мартин Клапрот (1789 год). Исходником послужил минерал циркон.
Почти через сорок лет его шведский коллега Иенс Берцелиус получил свободный, но загрязненный примесями цирконий.
Образцы циркония как чистого металла удалось выделить к 1925 году голландцу Антону ван Аркелю.

Происхождение термина «циркон» толкуют две версии: от созвучных арабского либо фарси. Они означают, соответственно, «киноварь» и «золотистый».

Цирконий в астрологии

Всевозможные кулоны, украшения, талисманы с циркониевыми самоцветами подходят многим знакам зодиака. Он идеален для Овнов, Козерогов, Водолеев, а вот для Тельцов, Весов, Стрельцов, Раков он не подходит, подробнее:

Особенно камень с металлическим блеском подходит водолеям. Он поможет развить им интуицию, эстетический вкус, способность к анализу. Водолеи могут носить украшения из разных видов минерала, но идеально подойдут желтые, золотые или голубые самоцветы.
Овнам циркониевый минерал тоже поможет раскрыть свои магические свойства. Она поможет развить им внимательность, осторожность. Людям со знаком Овен рекомендуется носить кольца из самоцветов золотистого или красного оттенка.
Козерогам лучше отдать предпочтение камешкам голубого цвета. Кольца с таким минералом лучше носить на левой руке – так магическая связь с человеком со знаком зодиака Козерог будет максимальной.
Циркониевые самоцветы не рекомендуются Стрельцам, Тельцам и Весам только потому, что эти знаки зодиака часто эгоистичны. Не подходят они и Рыбам с Раками, которым склонно концентрироваться на себе.

Амулеты и талисманы

Использование амулетов и талисманов восходит к глубокой древности. Издавна было замечено, что изделия из циркония обладают магической и целебной силой.

Можно предположить, что магические и целебные свойства цирконов связаны именно с радиационным излучением. Нельзя исключать того, что с помощью этих камней или магических шаров, изготовленных из разновидностей циркона, маги воздействовали на волю людей. Цирконий — это камень священников и правителей. Великий магистр одного из масонских орденов обязан носить на пальце перстень с цирконом.

Чем отличается циркон от циркония

Оба самоцвета выглядят восхитительно и завораживают ярким блеском, красотой оттенков, красивыми цветовыми бликами и переливами. На этом сходство заканчивается. Сравним натуральный и синтетический материалы по основным характеристикам:

цена – изделия с цирконом стоят в несколько раз дороже;
дефектность – большинство природных образцов непригодны для ювелирной промышленности;
цвет – фианиту с помощью примеси можно придать практически любой оттенок, а у ископаемых цветовая палитра ограничена;
необычные свойства – натуральным кристаллам приписывают наличие магической и лечебной силы, а лабораторные ею не обладают. Из-за мистической «нейтральности» циркония не нужно думать, кому он подходит, а кому – нет;
прочность – искусственные «бриллианты» прочнее цирконовых кристаллов, их сложнее поцарапать;
прочие физические и внешние характеристики, химическая формула.

Оба материала имеют свои достоинства и недостатки, но оба совершенно справедливо зачислены в категорию ювелирных камней: они красивы, прочны и долговечны.

Применение

Вышеперечисленные свойства обеспечивают цирконию обширное использование в разного рода отраслей производства. Здесь выделяются следующие сферы:

В электротехнике циркониевый сплав с ниобием применяется в качестве сверхпроводника. Выдерживает нагрузку до 100 кА\см2. Точка перехода в сверхпроводящий режим составляет 4,2 К. Также в радиотехнической аппаратуре цирконием покрывают электронные платы с целью поглощения выделяющихся газов. Циркониевые фильтры излучения рентгеновских трубок отличаются высоким значением монохромности.
В ядерной энергетике используется как материал оболочек ТВЭЛов (зоны, где непосредственно осуществляется деление ядер и производство теплоэнергии) и других узлов термоядерного реактора.
Металлургия применяет цирконий как легирующий элемент. Данный металл является сильным раскислителем, превосходящим по этому показателю как марганец, так и кремний. Добавление в конструкционные металлы (сталь 45, 30ХГСА) всего 0,5% циркония увеличивает их прочность в 1,5-1,8 раза. При этом дополнительно происходит улучшение протекание процесса обработки резанием. Циркон является основным компонентом корундовой керамики. По сравнению с шамотом, срок ее эксплуатации выше в 3-4 раза. Данный огнеупорный материал применяется в изготовлении тиглей и желобов сталелитейных печей.
В машиностроении металл служит материалом для таких изделий как насос и трубозапорная арматура, работающих в условиях воздействия агрессивных сред.
В пиротехнике металлы циркония используются для изготовления салютов и фейерверков. Происходит это по причине отсутствия дыма при горении, а также выделение значительного количества световой энергии.
В химической промышленности циркон служит сырьем для кермета – металлокерамическое покрытие, обладающее повышенной износостойкостью и невосприимчивостью к кислотам.
В оптике активно используют фианит – обработанный циркон с добавками скандия и других редкоземельных металлов. Фианиты имеют значительный угол преломления, что позволяет их применять в качестве материала для производства линз. В ювелирном деле фианит известен как синтетический заменитель бриллианта.
В военной промышленности цирконий служит наполнителем для трассирующих пуль и осветительных ракет.

Область применения

Zr не поглощает нейтроны, что делает его идеальным материалом для использования на атомных электростанциях. Практически более 90% циркония используется именно на АЭС. Ядерные реакторы технологически имеют более 100 000 метров труб из циркониевого сплава. С ниобием Zr является сверхпроводящим при низких температурах и используется для разработки сверхпроводящих магнитов.

Металлический Zr защищен тонким оксидным слоем, что делает его особенно коррозионностойким против кислот, щелочей и морской воды. По этой причине он широко используется в химической промышленности.

Оксид циркония (IV) применяется в сверхпрочной керамике для изготовления тиглей, выдерживающих тепловые удары, футеровки печей, литейного кирпича, абразивных материалов, а также в стекольной и керамической промышленности. Он настолько силен, что из него теоретически можно изготовить даже ножницы и ножи. Он также используется в косметике, антиперспирантах, упаковке пищевых продуктов и для изготовления микроволновых фильтров.

Циркон в смеси с ванадием или празеодимом образует новые характеристики — синие и желтые пигменты для глазурования керамики. Zr не имеет известной биологической роли и обладает низкой токсичностью.

Ювелирный кубический цирконий