Dieses Element, von dem man früher fälschlicherweise annahm, es bestehe aus Diamanten, hat überraschend viele Verwendungsmöglichkeiten!

Kürzlich hat ein Team von Studenten der Civil Aviation University of China erfolgreich einen hochtemperaturbeständigen Klebstoff (bis zu 1200 °C) entwickelt, der für Zirkoniumoxid- und Titanlegierungen geeignet ist. Dieser Klebstoff löst effektiv das Problem der Hochtemperaturbindung zwischen Keramiklegierungen und bietet breite Anwendungsaussichten in der Luft- und Raumfahrt.

Zirkonoxid ist für seinen hohen Schmelzpunkt und seine geringe Wärmeausdehnung bekannt und ist der wichtigste Rohstoff für künstliche Diamanten. Zirkonium gilt als Hauptbestandteil von Zirkoniumoxid und wurde lange Zeit als Hauptbestandteil von Diamanten angesehen. Tatsächlich haben Wissenschaftler das Element Zirkonium erst vor 200 Jahren entdeckt und benannt. Es hat sich erst in den letzten Jahrzehnten durchgesetzt und wird in der Leichtindustrie, der Rüstungsindustrie, der Luft- und Raumfahrt und anderen Bereichen breit eingesetzt. Es ist als das „Metall Nummer eins des Atomzeitalters“ bekannt.

Natürlicher roter Zirkon (Quelle siehe Wasserzeichen)

"Golden Gem" ist sehr beliebt

Im Sommer 1789 interessierte sich der deutsche Wissenschaftler Klaproth sehr für etwas, das „goldener Edelstein“ genannt wurde. Er wusste, dass es sich um ein natürliches Mineral mit Silikaten handelte, das nach dem Schleifen ein wunderschönes Licht zeigte, weshalb ihn die Menschen im Westen wie einen besonders weichen Diamanten behandelten.

Vor mehr als 2.000 Jahren sagte der antike römische Dichter Ovid in seinem Roman Metamorphosen, dass der blutrote „goldene Edelstein“ ein Glücksstein sei, der vom Sonnengott beschützt werde. Der englische Name „Golden Gem“ Zirkon kommt aus dem Persischen und bedeutet „goldenes Licht“. Tatsächlich gibt es „goldene Edelsteine“ in einer Vielzahl von Farben: Neben Blutrot gibt es auch farblose, gelbe, violette, blaue usw. Die schönen „goldenen Edelsteine“ wurden von den Menschen im antiken Griechenland, im antiken Rom, im antiken Indien und in anderen Ländern geliebt. Der Bibel zufolge war es einer der zwölf Edelsteine, die von Priestern getragen wurden. Es hieß, das Tragen könne Hautkrankheiten heilen und vor Blitzeinschlägen schützen …

Zirkon in verschiedenen Farben (Quelle siehe Wasserzeichen)

Ein weiterer Grund für die große Beliebtheit „goldener Edelsteine“ bei Menschen im Westen besteht darin, dass sie nur in geringen Mengen vorkommen und schwer abzubauen sind. Sie liegen im Allgemeinen unterhalb des Meeresspiegels und werden bei Bohrungen häufig überflutet. In Sri Lanka, wo es in großen Mengen produziert wird, bringen die Menschen Opfer dar, bevor sie den „goldenen Edelstein“ abbauen, um für den Frieden zu beten. Seit dem Mittelalter gelangten die meisten natürlichen „Goldedelsteine“ in die Schatzkammern der Sammler.

Von der Entdeckung bis zur Reinigung

Klaproth, der über umfangreiche Erfahrung in der Mineralienforschung verfügte, bat einen befreundeten Sammler um einen kleinen „Goldjuwel“. Er erhitzte diese Substanz zusammen mit Natriumhydroxid auf hohe Temperaturen, gab das Produkt dann zur Ausfällung in eine Salzsäurelösung und filterte durch Experimente Silizium, Natrium und Verunreinigungen heraus und erhielt schließlich ein unbekanntes Oxid (Niederschlag). Er führte weitere Untersuchungen durch und fand heraus, dass dieses Oxid in alkalischen Lösungen und gewöhnlichen Säurelösungen unlöslich ist und seine chemischen Eigenschaften sehr stabil sind.

Klaproth, der „Vater der analytischen Chemie“ (Fotoquelle: Chemistry Network)

Klaproth, der von Natur aus vorsichtig war, holte viele Informationen ein, konnte das neu entdeckte, unbekannte Oxid jedoch nicht entschlüsseln. Er teilte das Oxid in zwei Teile und schickte sie an die französischen Chemiker Morueau und Vauquelin. Sie antworteten, dass sie eine solche Substanz noch nie gesehen hätten und dass sie möglicherweise unbekannte Elemente enthalten könnte. Klaproth bat seinen Sammlerfreund um einen weiteren winzigen „Goldedelstein“ und führte dasselbe Experiment durch. Er stellte fest, dass das unbekannte Oxid ein unbekanntes Element enthielt, das sich völlig von Kohlenstoff unterschied. In Anlehnung an die persische Bedeutung von „goldenes Licht“ benannte er das Element „Zirkonium“ mit dem chemischen Symbol „Zr“ . Einige Jahre später, als sich westliches Wissen im Osten verbreitete, übersetzten Wissenschaftler in der späten Qing-Dynastie dieses Element als „Zirkonium“ und „goldener Edelstein“ war der berühmte Zirkon.

Zirkoniumatom (Quelle siehe Wasserzeichen)

Es dauerte etwas mehr als ein halbes Jahr, Zirkonium zu entdecken, aber mehr als ein Jahrhundert, um es zu reinigen. 35 Jahre später, im Jahr 1824, verwendete der berühmte schwedische Chemiker Bezelias Kaliumfluorzirkonat und Kalium, um die Reaktion zu erhitzen, und extrahierte Zirkonium mit einer Reinheit von 93 %. Dieser Rekord hielt ein Jahrhundert lang. Im Jahr 1925 verwendeten die niederländischen Wissenschaftler De Boer und Acker elektrische Heizdrähte, um Zirkoniumtetraiodid zu zersetzen und so 99 % reines Zirkonium zu erzeugen. Fast 20 Jahre später gelang es Mitarbeitern des U.S. Bureau of Minerals unter der Leitung des Wissenschaftlers Ksur im Jahr 1944, durch Erhitzen von Zirkoniumtetrachlorid mit Magnesium reines Zirkonium zu gewinnen und mit der Produktion von metallischem Zirkonium im großen Maßstab zu beginnen. Ab diesem Jahr begannen auch viele Industrieländer, die Bedeutung von Zirkonium zu erkennen und investierten Arbeitskräfte, Material und finanzielle Ressourcen in entsprechende Forschungen und Experimente.

Seltene Metalle haben ein breites Anwendungsspektrum

Zirkonium ist ein wichtiges seltenes Metall mit Eigenschaften wie einem ultrahohen Schmelzpunkt, extremer Härte und extremer Korrosionsbeständigkeit . Es wird häufig in der Leichtindustrie, der Militärindustrie, der Luft- und Raumfahrtindustrie und anderen Bereichen eingesetzt.

Zirkoniumblock (Quelle: Rare Metals Network)

In der Industrie kann Zirkonium als Getter, in der Metallurgie, in Gusslegierungen usw. verwendet werden. Getter sind eine der häufigsten Anwendungen von Zirkonium in der Leichtindustrie. Bei Raumtemperatur absorbiert die Oberfläche von reinem Zirkonium Sauerstoff und bildet einen glänzenden Oxidfilm, der Stahl sehr ähnlich sieht. Bei hohen Temperaturen absorbiert Zirkonium große Mengen Sauerstoff, Wasserstoff und andere Gase und ist daher ein sehr gutes Wasserstoffspeichermaterial.

Zirkonium kann zur Desoxidation, Entschwefelung usw. verwendet werden und ist als „Vitamin“ der metallurgischen Industrie bekannt. Durch die Zugabe von Zinn, Niob und anderen Metallen zu Zirkonium kann die Korrosionsbeständigkeit von Zirkonium genutzt werden, um zirkoniumhaltige Legierungen herzustellen, die zur Herstellung verschiedener Präzisionsteile verwendet werden.

In der Militärindustrie und der Luft- und Raumfahrt ist Zirkonium nicht nur ein wichtiger Rohstoff für die Herstellung von Panzern, Kanonen, gepanzerten Fahrzeugen usw., sondern auch ein unverzichtbares Material für die Entwicklung der Atomenergieindustrie. Es wird beim Bau großer Kernkraftwerke, Atom-U-Boote, Raumfahrzeuge, Raketen usw. verwendet.

Die beliebteste Anwendung von Zirkonium ist der 5G-Bereich. Einer der Rohstoffe für wichtige elektronische Komponenten wie die Rückseite, den Filter, das Fingerabdruckerkennungsmodul usw. von 5G-Mobiltelefonen ist Zirkoniumoxidpulver . Verschiedene Anwendungen zeigen, dass Zirkonium zu Recht „das Metall Nummer eins des Atomzeitalters“ ist.

Die Zirkoniumindustrie meines Landes ist bereit zum Durchbruch

Seine vielfältigen Einsatzmöglichkeiten führen zu einer hohen Nachfrage und eine hohe Nachfrage verstärkt seine Bedeutung. Da Länder auf der ganzen Welt dem Zirkoniummetall immer mehr Aufmerksamkeit schenken, werden Zirkoniumressourcen zu einem Hotspot und Schwerpunkt auf dem internationalen Mineralienmarkt.

Obwohl die Zirkoniumindustrie meines Landes erst spät begann, hat sie sich rasch entwickelt. In den 1970er Jahren begann China unter dem Einfluss des ausländischen Zirkoniumbergbaus und der Zirkoniumoxidforschung mit der praktischen Forschung zu Zirkoniumoxid und legte anschließend den Produktionsprozess zur Herstellung von Zirkoniumoxid durch die Reaktion von Natriumhydroxid mit Zirkoniumchlorid fest. 1978 gründete der Staat die Chemieanlage Jiangsu Yixing, die erste Zirkoniumoxid-Produktionsanlage meines Landes. Dieser Schritt wurde auch zu einem Wendepunkt in der Entwicklung der Zirkoniumindustrie meines Landes. Heute gibt es Zirkonium-Produktionsstätten in Wenchang, Hainan, Zhanjiang, Guangdong und anderen Orten.

mein Land verfügt nur über begrenzte Zirkoniumreserven. Derzeit gibt es in dem Land nur 500.000 Tonnen Zirkoniummetall, was 0,6 % der weltweiten Gesamtmenge entspricht. Mein Land ist der weltweit größte Verbraucher von Zirkoniumressourcen mit einem jährlichen Bedarf von mehr als 1,2 Millionen Tonnen (2020). Daher war Zirkoniummetall in den letzten Jahrzehnten hauptsächlich auf Importe angewiesen.

Zirkonium-Bergbaugrube (Quelle siehe Wasserzeichen)

Als Reaktion auf die oben beschriebene Situation schlugen Experten drei Lösungen vor, darunter die Verbesserung der Bergbautechnologie, die Intensivierung der Explorationsbemühungen, die Optimierung der Produktionsprozesse und eine sinnvollere Gestaltung der Anwendungen. Unter diesen hat die dritte Idee eine offensichtlichere praktische Auswirkung. Im Jahr 2022 erzielte das Shanghai Institute of Ceramics der Chinesischen Akademie der Wissenschaften bahnbrechende Fortschritte bei der Erforschung transparenter Zirkoniumoxidkeramik. Erwähnenswert ist auch der vom oben erwähnten Team der Civil Aviation University of China entwickelte, für Zirkoniumoxid und Titanlegierungen geeignete, hochtemperaturbeständige Klebstoff.

Ich bin davon überzeugt, dass sich die derzeitige Abhängigkeit meines Landes von importiertem Zirkonium nicht nur vollständig ändern lässt, sondern dass dieses seltene Metall, von dem man früher fälschlicherweise glaubte, es handele sich um Diamanten, auch eine immer größere Rolle spielen wird, solange Wissenschaftler und Forschungsteams unermüdlich arbeiten und die Industrie schnell modernisiert wird.

Quellen:

1. „Eine andere Elementgeschichte: Die Verwendungsmöglichkeiten von Zirkonium“, Autor Wang Jiang, Kolumne „Nature-Chemistry“

2. „Forschungsmaterialien zur Mikrostruktur und den mechanischen Eigenschaften von amorphen Legierungen auf Zirkoniumbasis“, Autor Yu Jian, „Journal of Chang'an University: Natural Science Edition“, Ausgabe 2, 2008

3. Analyse des aktuellen Status der Zirkoniumressourcen in meinem Land und Vorschläge für eine nachhaltige Entwicklung, von Shen Wei, Zhang Fangfang usw., China Mining, März 2016

Autor: Wei Deyong, Mitglied der Shenzhen Writers Association, Guangdong