Ak by vám povedali, že minerál, ktorý sa dá vyleštiť na oslnivý drahokam, slúži aj ako neospevovaný hrdina, ktorý udržuje jadrové elektrárne v bezpečí, ťažko by ste tomu uverili? Zirkónium, prvok č
Od „hyacintového kameňa“ po chemický prvok
Príbeh zirkónu začína krásnym kameňom. Prírodný kremičitanový minerál obsahujúci zirkónium sa nazýva zirkón, ktorý je už od staroveku cenený ako polodrahokam-drahokam. Zobrazuje bohatú paletu farieb od oranžovej-červenej a zlatožltej- po bezfarebnú a hnedastú-zelenú a ťažila sa najmä na ostrove Srí Lanka v starovekom Indickom oceáne. Hovorí sa, že slovo „zirkón“ pochádza z perzského „Zargun“, čo znamená „zlatý“ -, čo je odkaz na oslnivý lesk určitých drahých kameňov zirkónu. Bezfarebný zirkón sa pri brúsení môže trblietať leskom pripomínajúcim diamanty a dlho bol dokonca mylne považovaný za typ „mäkkého diamantu“.
Až v roku 1789 bol zirkón povýšený z drahokamu na prvok, a to vďaka experimentu nemeckého chemika Martina Heinricha Klaprotha. Spojením zirkónu s hydroxidom sodným a jeho spracovaním s kyselinou chlorovodíkovou nakoniec objavil predtým neznámy oxid, ktorý nazval „zirkón“. Neskôr, v roku 1824, švédsky chemik Jöns Jacob Berzelius prvýkrát vyrobil kovové zirkónium, ale až v roku 1925 sa podarilo skutočne získať čisté, tvárne kovové zirkónium.
Strieborná-sivá „Všetko-okrúhlejšie“
Čistý kovový zirkón je strieborná-sivá tuhá látka, ktorá vzhľadom pripomína oceľ. Jeho teplota topenia je až 1 855 stupňov a jeho bod varu dosahuje 4 409 stupňov -, čo znamená, že pri teplotách, pri ktorých sa väčšina kovov už dávno roztopila, zostáva zirkónium nepoddajné.
Zirkónium sa môže pochváliť tromi pozoruhodnými talentmi:
Po prvé, jeho "nezraniteľná" odolnosť proti korózii. Zirkónium je výnimočne odolné voči väčšine kyselín, zásad a morskej vody, pričom bežné kyslé a zásadité vodné roztoky ho sotva dokážu korodovať. Táto vlastnosť z neho robí ideálny materiál pre chemické zariadenia - reaktory, kyselinovzdorné-čerpadlá, rúrky výmenníkov tepla, ventily - všade tam, kde je potrebná odolnosť proti korózii, často sa vyskytuje zirkónium.
Po druhé, jeho „prispôsobivá“-schopnosť pohlcovať plyn. Pri zahrievaní môže zirkónium absorbovať veľké množstvo kyslíka, vodíka, dusíka a iných plynov. Len 100 gramov kovového zirkónu dokáže absorbovať 817 litrov vodíka pri 200 stupňoch. Táto vlastnosť sa šikovne využíva v elektrickom vákuovom priemysle - zirkónium je nanesené na anódy elektrónových trubíc, aby absorbovalo zvyškové plyny a vytváralo vysoko-vákuové trubice.
Po tretie, jeho "Midas touch" v legovaní. Zirkónium je oslavované ako „vitamín“ hutníckeho priemyslu - pridanie len malého množstva môže výrazne zlepšiť vlastnosti materiálu. Pridanie jednej-tisíciny zirkónu do ocele výrazne zvyšuje jej pevnosť a tvrdosť, vďaka čomu je pancierová- oceľ obsahujúca zirkónium dôležitým materiálom na výrobu tankov a nepriestrelných plechov. Pridaním trochy zirkónu do medi môže dôjsť k zvýšeniu jej bodu topenia bez zníženia elektrickej vodivosti, vďaka čomu je veľmi vhodná pre vysokonapäťové elektrické vedenia.
„Kov číslo jedna“ jadrového veku
Ak sú vyššie uvedené len "vedľajšie línie" zirkónu, potom jeho "hlavné zamestnanie" je transformačné pre krajinu ľudskej energie.
To, čo robí zliatiny zirkónia základným konštrukčným materiálom jadrových reaktorov, je zdanlivo paradoxná, no zároveň zásadná charakteristika - extrémne nízka absorpcia tepelných neutrónov-. Jednoducho povedané, neutróny produkované jadrovým štiepením sú „iskry“, ktoré udržujú reťazovú reakciu, no väčšina kovov absorbuje neutróny ako špongia, ktorá nasáva vodu, čím preruší reakciu. Zirkónium je však výnimkou -, pohlcuje veľmi málo neutrónov, pričom súčasne odoláva korózii z vysokej-teploty a vysokého-tlaku vody pri teplote 300 – 400 stupňov a zachováva si dobrú kompatibilitu s jadrovým palivom.
Je to práve táto kombinácia výhod, ktorá umožňuje vyrábať zliatiny zirkónia do dlhých, tenkostenných- rúrok, ktoré obaľujú palivové pelety oxidu uraničitého a slúžia ako prvá bezpečnostná bariéra jadrového reaktora. Odhaduje sa, že až 90 % celosvetovo vyrobeného zirkónu sa využíva v sektore jadrovej energetiky. Od jadrových ponoriek až po reaktor „Hualong One“ zostávajú plášťové rúrky zo zliatiny zirkónia nepostrádateľným „pancierovaním pre jadrové palivo“.
