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INFORMACION TECNICA DEL ZIRKON ZHAN

 

El zirconio o zirconia (del árabe “zargun”, que significa “color dorado”), en estado puro existe en dos formas: la forma cristalina, un metal blando, blanco y dúctil; y la forma amorfa, un polvo negro-azulado.

general
Formula	ZrO2
Sistema cristalino	Monoclínico
Translucides	Transparente, translucido en los bordes
Color	Amarillo, verde, café y negro
Dureza Mohs	6.5
Densidad	5.83 g/cm3

 

 

 

 

 

Es uno de los elementos más abundantes, ocupa el lugar 18 en abundancia entre los elementos de la corteza terrestre, es muy reactivo químicamente y sólo se halla combinado. En la mayor parte de las reacciones se enlaza con oxígeno en preferencia sobre otros elementos, encontrándose en la corteza terrestre sólo como el óxido ZrO₂, baddeleyita, o como parte de los complejos de óxido, como el circón, la elpidita, la eudialita, etc. Sin embargo de los casi 20 minerales con contenido de circonio, sólo dos tienen importancia comercial:

Ø  Ø      Circón. Un silicato de circonio, es la fuente primaria de suministro

Ø  Ø      Baddeleyita. Un óxido de zirconio, es una fuente menor de suministro

Estos dos minerales, son mezclas de zirconio y el hafnio que son prácticamente indistinguibles en sus propiedades químicas, y sólo se les encuentra juntos.

Propiedades físicas.

 

El circonio es un metal blanco grisáceo, brillante, muy resistente a la corrosión y es más ligero que el acero. Cuando está finamente dividido puede arder espontáneamente en contacto con el aire (reacciona antes con el nitrógeno que con el oxígeno), especialmente a altas temperaturas (aproximadamente a 500 °C). Es un metal resistente frente a ácidos, pero se puede disolver con ácido fluorhídrico.

El zirconio se funde cerca de los 2715  ºC. Se estima que su punto de ebullición es a los 4377 ºC, pero ciertas observaciones sugieren que es cerca de los 8600 ºC.

Propiedades físicas
símbolo,	Zr,
Estado de la materia	sólido
Punto de fusión	2715 ºC
Punto de ebullición	4377 ºC
Apariencia	Blanco grisáceo
Densidad,	,6511 Kg./Mª,
dureza Mohs	5
Resistencia a la flexión	1200 Mpa

 

 

 

 

 

 

Propiedades atómicas.

Las energías libres de formación de sus compuestos indican que el zirconio reaccionaría sólo con cualquiera de los no metales, excepto los gases inertes, a temperaturas comunes. En la práctica, se ha comprobado que el metal no es reactivo a la temperatura ambiente, porque se forma una capa de óxido invisible en la superficie. La capa hace que el metal sea pasivo, y permanece con brillo al aire indefinidamente. A temperaturas elevadas es muy reactivo con elementos no metálicos y muchos de los elementos metálicos, y forma compuestos sólidos y en solución.

El zirconio posee un estado de oxidación 4 en casi todos sus compuestos. Las pruebas de manejo del zirconio realizadas muestran que no tiene toxicidad. Generalmente no produce consecuencias el contacto con sus compuestos, aunque algunas personas son alérgicas a ellos. Esa alergia se manifiesta por la aparición de granulomas no malignos. La inhalación de aspersores que contienen ciertos compuestos y polvos metálicos de zirconio tiene efectos inflamatorios.

Propiedades atómicas
Numero atómico	40
Serie química	Metales de transición
Grupo,	4
periodo,	5,
bloque	d
Peso atómico	91,224 uma
Estado de oxidación (oxido)	4 (anfótero)
Estructura cristalina	hexagonal

 

 

 

 

 

 

 

Obtención.

El zirconio no se encuentra en la naturaleza como metal libre, pero sí formando parte de numerosos minerales. La principal fuente de circonio se obtiene del mineral circón, que se encuentra en depósitos en Australia, Brasil, India, Rusia y Estados Unidos. También se encuentra en otros minerales, como la baddeleyita.

Las calidades del circón disponibles comercialmente son típicamente con un mínimo 64.5-66% de dióxido de circonio  (ZrO₂), mientras las calidades de baddeleyita tienen típicamente un mínimo 96-99% Zro_2. Además el fosfato, la arena y depósitos de la grava gruesa tienen el potencial para contener cantidades sustanciales de circón como un subproducto futuro.

El metal se obtiene principalmente mediante una cloración reductiva a través del denominado proceso de Kroll: primero se prepara el cloruro, para después reducirlo con magnesio. En procesos semi-industriales se puede realizar la electrólisis de sales fundidas, obteniéndose el circonio en polvo que puede utilizarse posteriormente en pulvimetalurgia.

Para la obtención del metal con mayor pureza se sigue el proceso Van Arkel basado en la disociación del yoduro de circonio, obteniéndose una esponja de circonio metal denominada crystal-bar. Tanto en este caso, como en el anterior, la esponja obtenida se funde para obtener el lingote.

 

 

 

Baddeleyita.

 

La fuente principal del baddeleyita mineral se localiza en África del  Sur, es el co-derivado de la minería comercial del cobre, uranio y fosfato, pueden encontrarse depósitos menores de Baddeleyita en la Rusia y Brasil, pero estas fuentes no son consideradas tan viables como la fuente Surafricana debido a los niveles más altos de impurezas y rastros radiactivos.

 

Además de encontrarse en la corteza terrestre se ha detectado en el Sol y en meteoritos. Además, se ha encontrado una alta cantidad de óxido de circonio (en comparación con la presente en la corteza terrestre) en muestras lunares.

 

      Se usa principalmente en la fabricación de abrasivos a base de alúmina-zirconio, pero también para colores cerámicos y refractarios.

 

Circonio de calidad comercial, diferentes a la calidad nuclear, contiene hafnio y se usa en las industrias de proceso químico debido a su excelente resistencia a la corrosión.

La disponibilidad de Baddeleyita mundial está en el declive, un resultado de la situación Surafricana. Se estiman tonelajes proyectados durante el próximo año en 8000 toneladas métricas comparadas con 12,000 toneladas métricas en los años anteriores. Se espera este declive acelerado de la producción  en los próximos años y podría eliminar al Baddeleyita como una fuente significante de oxido de circonio en el mercado mundial.

 

Circón.

 

El zircón o circón es un mineral de color variable perteneciente al grupo de los silicatos, normalmente se obtiene como subproducto de la minería y procesado de minerales de metales pesados de titanio, la ilmenita (FeTiO₃) y el rutilo (TiO₂), y también de estaño. El circonio y el hafnio se encuentran en el circón en una relación de 50 a 1 y es muy difícil separarlos.

 

General
Formula	ZrSiO4
Sistema cristalino	tetragonal
Grupo espacial	4/m  2/m  2/m
Dureza Mohs	6,5 – 7.5
Punto de fusión	2,420 oC
Color	Incoloro, amarillo, rojo, verde, azul, violeta, negro
Densidad	3,9 – 4,8 g/ml

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

El nombre deriva probablemente de la palabra árabe zarqun que significa cinabrio o de la palabra persa zargun = dorado. El circón amarillento se denomina hiacinta - una palabra de origen en el este de la India.

 

Es el mineral más antiguo conocido de la tierra y uno de los minerales más abundantes en la corteza terrestre. Se formó como primer producto de cristalización de la roca magmática como el granito o de rocas alcalinas como las pegmatitas o la syenita.

 

En las rocas metamorfas el zircón se recristaliza o se forman granos de nueva cristalización. En los sedimentos se encuentran granos alterados y transportados por los procesos erosivos. El tamaño medio de los granos de zircón es de 100 - 300 µm, por ejemplo en rocas graníticas aunque a veces alcanzan varios centímetros, sobre todo en pegmatitas.

El análisis de la forma del cristal y de los bordes permite sacar conclusiones sobre cómo se ha formado.

La fórmula del zircón puede variar y el circonio o el silicio presentes pueden ser sustituidos por otros elementos. Así se han encontrado casos con un contenido de hasta el 30 % de óxido de hafnio (HfO₂), 12 % de óxido de torio (ThO₂) o 1,5 % de óxido de Uranio (U₃O₈). Estas impurezas son la razón por la que la densidad varía de 4,3 - 4,8 g/ml.

En presencia de irradiación radioactiva la red cristalina del zircón es fácilmente alterada. Estos cristales a menudo muestran un color pardo. Las alteraciones permiten la entrada de agua en el cristal y disminuyen la densidad.

 

Zirconio sintético.

 

El zirconio sintético constituye el equilibrio del suministro mundial, hay una capacidad instalada sustancial para la fabricación de zirconios sintéticos, también hay abundantes suministros del circón como materia prima.

 

Durante los años, se han desarrollado varios procesos diferentes para extraer el zirconio de arena de circón. Estos procesos son capaces de producir gránulos y polvos de zirconio  que van de 75 a >99% en pureza.

 

·         ·        El Proceso fundido: Circón y carbono son  calentados en un horno eléctrico de arco a ~2000 °C. Aquí el SiO2, se reduce a SiO y después de vaporizarse deja atrás el zirconio. Con adicionales tratamientos, como una opción, un zirconio que contiene >0.2% SiO2 puede formarse. 

·         ·        El Proceso alcalino: El circón está calentado (600-1000°C) con hidróxido de sodio o óxido del calcio (cal) para formar un silicato. Una subsecuente purificación para quitar el silicato, luego un secado o calcinado, producirán el zirconio con purezas de ~0.10% SiO2.

·         ·        El Proceso del Plasma: El circón se alimenta continuamente a través de un reactor dl plasma-arco a una temperatura alta (15,000°C), en qué se separa el zirconio (ZrO2) y sílice (SiO₂).  El proceso químico: se usa para quitar la sílice, rindiendo un zirconio en las calidades abajo a <0.10% Si02.

·         ·        El proceso de precipitación química: El circón es termoquimicamente disuelto y convertido en una solución. Varios compuestos de circonio pueden precipitarse entonces de esta solución, como oxyclouro de circonio o hidróxido de circonio. Éstos, a su vez, pueden calcinarse para formar zirconios con niveles de purezas hasta 99.9%.

 

Es importante de tomar en cuenta que cada proceso es único y genera un zirconio resultante único. Como consecuencia, cada zirconio reaccionara diferente en una aplicación dada. Es necesario evaluar los zirconios diferentes para determinar cual es el más apropiado para la aplicación intencional.

 

 

Historia del  circonio.

El elemento fue descubierto en 1789 por el químico alemán Martín Heinrich Klaproth.Y aislado como  metal por el químico sueco Jöns Jakob Berzelius en 1824. A finales de la década de los sesenta se inicio en el estudio como un biomaterial denominado Policristales Tetragonales de circonio (TZP). Sus propiedades fueron ideales para la preparación de cabezas esféricas de prótesis de cadera.

 

Jöns Jakob Berzelius

Debido a su elevado punto de fusión y a su baja dilatación térmica, el dióxido de circonio también se utilizó para envolver los elementos del combustible nuclear.

 

En 1975 el físico británico Ron Garvie publicó en el renombrado diario económico Nature su llamativo trabajo bajo el titulo ´Zirconia: Ceramic Stell’ (Circonia; ¿acero cerámico?). Su investigación acerca de la posibilidad de estabilizar la estructura tetragonal del dióxido de circonio añadiendo aproximadamente un 5,5% de oxido de itrio ayudo a este material a alcanzar valores mecánicos excepcionales y una elevada estabilidad biológica.

 

La resistencia al doblado, la resistencia a la rotura y el modulo E alcanzaron los valores del acero, por tanto, la cerámica de Garvie también se denomino ‘acero cerámico’.

 

 

    Hace algunos años se introdujo en el campo de la odontología para la realización de cofias para coronas de cerámica.

 

La zirconia está considerada como uno de los mejores productos cerámicos presentes en el mercado para las reconstrucciones dentales, a partir de los años 90, es cada vez más empleada en el campo de la odontotécnica. Se calcula que se realizan entre 15,000 y 20,000 estructuras de zirconia cada día en el mundo.

 

Numerosos análisis han confirmado que un puente de zirconia realizado correctamente, es suficientemente sólido aún después de 50 años.

 

Existen estudios que demuestran que la zirconia no produce ningún tipo de alergia al contacto con los tejidos blandos en el ser humano.

 

El zirconio que se utiliza en odontología es el oxido de circonio (dióxido de circonio), que al estabilizarse con itrio genera un material cerámico de gran dureza.