Full resolution (JPEG) - On this page / på denna sida - H. 28. 9 augusti 1955 - Zirkonium och zirkoniumlegeringar, av SHl
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
Below is the raw OCR text
from the above scanned image.
Do you see an error? Proofread the page now!
Här nedan syns maskintolkade texten från faksimilbilden ovan.
Ser du något fel? Korrekturläs sidan nu!
This page has never been proofread. / Denna sida har aldrig korrekturlästs.
2 augusti 1955
633
Zirkonium
och zirkoniumlegeringar
546.831
669.296
Av huvudsakligen två skäl är det svårt och dyrbart att
framställa rent zirkonium. Dels är metallen högst reaktiv
vid förhöjd temperatur och absorberar då begärligt gaser,
såsom kväve och väte, dels förekommer den alltid
tillsammans med hafnium från vilket den är mycket svår att
skilja. Man kan då fråga varför zirkonium i dag ägnas så
stor uppmärksamhet.
Visserligen är tillgången på zirkoniunimalmer relativt
god och metallen har goda korrosionsegenskaper (Tekn. T.
1950 s. 1029; 1952 s. 442; 1953 s. 793) och ganska goda
mekaniska egenskaper vid rumstemperatur, men den
överträffas betydligt i korrosionsresistens av t.ex. tantal och
i mekaniska egenskaper av flera andra metaller.
Zirkonium har emellertid en kombination av
korrosionsegenskaper, mekaniska och fysikaliska egenskaper, bl.a. mycket
litet infångningstvärsnitt för termiska neutroner, som gör
den synnerligen lämplig som konstruktionsmaterial i
atomreaktorer, särskilt för kapsling av uranstavar.
Zirkonium har på grund av sin stora reaktivitet
gentemot gaser vid förhöjd temperatur använts för
borttagning av restgaser i vakuumrör samt inom metallurgin
framför allt i höghållfasta magnesiumlegeringar (Tekn. T.
1947 s. 937; 1951 s. 10; 1952 s. 960, 984). Större
tillverkning av metallen har emellertid drivits fram av
atomenergiindustrin, och rent zirkonium anses i USA av så stor
militär betydelse att de metoder, som används för skiljande
av zirkonium och hafnium, är hemligstämplade.
Tillverkning
Redan 1938 började man vid Bureau of Mines att
intressera sig för framställning av titan, zirkonium och
hafnium8. Användbart zirkonium, framställt enligt
Kroll-processen1, erhölls dock först 1945. Tillverkningen i USA
var under senare års:
t
1949 ................................... 2,25
1950 ................................... 9,2
1951 ................................... 50,9
1952 ................................... 120
1953 ................................... 139
1954 ................................... 168
Redan före 1945 framställdes zirkonium enligt
jodidmeto-den1 som emellertid numera torde vara praktiskt taget
övergiven. Den är nämligen besvärligare och dyrare än
Kroll-processen. Den ger visserligen en renare metall än
den senare, men man har nu utarbetat effektiva metoder
Tabell 1. Infångningstvärsnitt och smältpunkt för tänkbara
konstruktionsmaterial i atomreaktorer3
Tvärsnitt Smältpunkt
barn °C
Kol ................................................................0,0045 —
Beryllium ....................................................0,009 1 280
Magnesium ................................................0,059 651
Zirkonium ..................................................0,18 1 845
Aluminium ..................................................0,22 660
Niob ..............................................................1,1 2 415
Järn ..............................................................2,4 1 539
Molybden ....................................................2,4 2 625
Krom ............................................................2,9 1 8f)0
Koppar ........................................................3,6 1 083
Nickel ..............................4,5 1 455
Vanadin ................................4,7 1 710
Titan ............................................................5,0 1 725
för rening av Kroll-metall. Det zirkonium, som ingår i
"Nautilus" reaktor är emellertid framställt enligt
jodid-metoden0 då mycket ren metall behövs för
reaktorändamål och Kroll-metallen vid den tiden inte kunde
tillfredsställa fordringarna.
Kroll-processen kan ge en utmärkt metall om den sköts
rätt, men den är inte lätthanterlig. Det svåraste momentet
vid den uppges vara när den reducerade
zirkoniumsvam-pen hålls flera timmar vid mer än 700°C i högt vakuum
för avdestillering av magnesium och magnesiumklorid.
Om luft av någon anledning läcker in under denna process,
absorberar metallen syre och kväve som sedan inte kan
avlägsnas. Att zirkoniuinsvampen lätt förorenas beror
framför allt på att den har mycket stor yta. Det skulle
därför vara ett stort framsteg om man direkt kunde
erhålla metallen i mera massiv form.
Inte minst av denna anledning har man undersökt
möjligheterna att framställa zirkonium genom smältelektrolys.
Det uppges att man i USA nått goda resultat vid elektrolys
av en smälta innehållande kaliumfluorozirkonat K„ZrFö
och natriumklorid". Dessa salter måste vara rena och
vattenfria. Det förra är något hygroskopiskt och torkas i
vakuum. Elektrolyscellen består av en grafitdegel som utgör
anod och upphettas utifrån elektriskt. Katoden är av stål.
Hela cellen är innesluten i en gastät stålmantel, fylld med
rent argon som torkats med fosforpentoxid och renats
genom ledning över titan vid 700°C.
Innan cellen används evakueras den till 100 torr eller
mindre tryck vid rumstemperatur och upphettas till 900—
1 000°C under utpumpning av frigjorda gaser (fuktighet och
organiska ämnen). Elektrolysen sker vid 800—850°C med
250—400 A/dm" strömtäthet. Det uppges att man vid riktig
drift erhåller grovkristallint zirkonium blandat med salt.
Produkten är lättkrossad; den tvättas med svagt
sur-gjort, hett vatten tills halogenjonerna bortskaffats.
Metallen är blank och sägs hålla i genomsnitt 0,05 %> C,
0,05 °/o O och 0,003 %> N.
Prov har utförts med celler rymmande upp till 110 kg
elektrolyt. Det anses möjligt att utföra processen
halv-kontinuerligt genom tillsats av nytt kaliumfluorozirkonat
till elektrolyten. Dennas livslängd begränsas emellertid
genom bildning av natrium- och kaliumfluorid, varigenom
badets ledningsförmåga avtar, dess smältpunkt stiger och
polarisation uppstår. Det synes troligt att man kan
elektro-lvsera sex satser innan badet måste kasseras.
Man lär också framställa zirkoniumpulver genom
reduktion av oxiden med kalcium och har provat reduktion av
zirkoniumklorid eller zirkoniumfluorid med kalcium4.
Rening
Zirkoniums värde som konstruktionsmaterial för
reaktorer beror framför allt på att metallen har mycket litet
infångningstvärsnitt för termiska neutroner, hög
smältpunkt (tabell 1) och god kemisk resistens. Av metalliska
material har bara beryllium och magnesium mindre
infångningstvärsnitt än zirkonium. Magnesium har
emellertid låg smältpunkt och dåligt korrosionsmotstånd.
Reryl-lium har visserligen ganska hög smältpunkt men vissa
ogynnsamma egenskaper, framför allt sprödhet och högt
pris.
Medan zirkoniums infångningstvärsnitt är 0,18 barn är
hafniums 115 barn. Det är därför nödvändigt att avlägsna
de 2—3 °/o hafnium, som vanligen ingår i tekniskt
zirkonium, för att man skall kunna till fullo utnyttja
metallens gynnsamma egenskaper som konstruktionsmaterial i
reaktorer. Vid användning av zirkonium för andra
ändamål, t.ex. som korrosionsfast material, tycks närvaro av
hafnium ha snarare gynnsam än ogynnsam verkan.
Ett stort antal olika metoder för separering av zirkonium
och hafnium har föreslagits. Enligt en amerikansk uppgift12
har fraktionerad fällning som fosfat blivit mera tilltalande
sedan man modifierat metoden så att korniga fällningar
fås. Av kristalliseringsmetoder kan särskilt de, viel vilka
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
