Циркониевый порошок
Циркониевый порошок — это мелкодисперсная металлическая масса серебристо-серого цвета. Благодаря высокой коррозионной стойкости, тугоплавкости и способности поглощать нейтроны циркониевая продукция востребована в атомной энергетике, химической промышленности, металлургии и производстве специальных сплавов. Порошковая форма позволяет создавать изделия методами порошковой металлургии, наносить защитные покрытия и использовать материал в каталитических процессах.
Способы получения
Металлический порошок производят несколькими методами в зависимости от требуемой чистоты и гранулометрического состава. Натриотермический способ основан на восстановлении тетрахлорида циркония (ZrCl₄) металлическим натрием при температуре 800–1000 °C. Полученный порошок отличается высокой чистотой и частицами сферической формы. Электролитический метод заключается в электролизе расплавленных солей циркония, что позволяет получать порошки с дендритной (разветвлённой) структурой, обладающие хорошей прессуемостью. Также применяется гидридно-дегидридный способ (HDH), при котором цирконий сначала насыщают водородом, затем измельчают и удаляют водород нагреванием в вакууме.
Марки и нормативная база
ТУ 48-4-234-84 устанавливает несколько марок металлосырья, различающихся по чистоте и гранулометрическому составу:
- ПЦРК-1 — порошок циркониевый рафинированный высокой чистоты (содержание основного металла не менее 99,8%);
- ПЦРК-2 — промежуточная марка с чистотой 99,5%;
- ПЦРК-3 — смесь технической чистоты (не менее 99,0%), применяется для менее ответственных задач.
Маркировка ПЦРК расшифровывается как «порошок циркониевый рафинированный калиброванный». ТУ также регламентирует гранулометрический состав: смеси могут поставляться с размером частиц от 0,5 до 200 мкм. Более тонкие фракции (менее 10 мкм) применяют для спечённых изделий и катализаторов, грубые (100–200 мкм) — для шихты при производстве сплавов.
Свойства
Порошковый цирконий обладает комплексом характеристик, определяющих его промышленную ценность:
- устойчивость к воздействию большинства кислот, щелочей и агрессивных сред;
- тугоплавкость — температура плавления циркония составляет 1855 °C;
- низкое поперечное сечение захвата тепловых нейтронов — делает металл незаменимым в атомной энергетике;
- хорошая спекаемость — частицы сращиваются при 1300–1500 °C в вакууме или защитной атмосфере;
- пирофорность — в мелкодисперсном состоянии металлосырьё может самовоспламеняться на воздухе, поэтому требует особых мер безопасности;
- химическая активность — при нагреве взаимодействует с кислородом, азотом и водородом.
Благодаря такому набору свойств смесь из циркониевых частиц пользуется спросом в ряде отраслей промышленности и техники.
Области применения
Циркониевый порошок используется в атомной энергетике для производства оболочек тепловыделяющих элементов (твэлов), где важны прозрачность для нейтронов и коррозионная стойкость. В металлургии его применяют как легирующую добавку при выплавке жаропрочных и коррозионностойких сплавов. В качестве катализатора, удобного для растворения, порошковая масса может использоваться в химической промышленности. Отдельно стоит отметить порошковую металлургию — благодаря специальным технологиям металлические частицы спекаются и служат основой для деталей, фильтров и пористых материалов. В электронной промышленности порошок из циркония используют для производства геттеров (газопоглотителей) в электровакуумных приборах.
Меры безопасности
Крупинки циркония могут самовоспламеняться, поэтому мелкодисперсную массу хранят в герметичной упаковке под слоем инертного газа или минерального масла. Работы с порошком проводят в вытяжных шкафах с использованием средств индивидуальной защиты (респиратор, перчатки, защитные очки). Запрещается использование открытого огня и искрообразующего инструмента в зоне хранения и переработки сыпучего металлосырья.