کاربرد زیرکونیوم در صنایع

زیرکونیوم یک ماده شیمیایی با نماد Zr و عدد اتمی 40 است. اصلی ترین منبع این ماده، ماده معدنی زیرکون است که در معادن وجود دارد. صنایع مختلفی در دنیا از زیرکونیوم و زیرکونیا به عنوان ماده اصلی خود استفاده می کنند. از این ماده در برخی از صنایع مهم و حساس مانند صنایع هسته ای یا تصفیه گاز استفاده زیادی می شود. زیرکونیوم در کاربردهای روزمره نیز بسیار مورد استفاده قرار می گیرد. کاربرد در صنایع سرامیک، صنایع رنگ، لوازم آرایشی، صنعت چاپ و غیره تنها بخشی از کاربردهای این ماده است. در این مطلب قصد داریم تا به بررسی زیرکونیوم و کاربردهای آن در صنایع مختلف بپردازیم.

کاربرد زیرکونیوم در صنایع هسته ای

یکی از کاربردهای زیرکونیوم استفاده از این ماده در صنایع هسته ای است. آلیاژهای Zr به طور گسترده در کانالهای سوخت یا لوله های تحت فشار در صنایع هسته ای بکار می رود. معمولا برای بهبود خواص مکانیکی یا خواص حرارتی و همچنین بهبود مقاومت به خوردگی، Zr با مواد دیگری مانند قلع مخلوط  تا آلیاژ جدیدی تشکیل شود. از این آلیاژ در صنایع حساس هسته ای استفاده می شود.

کاربرد در پوششهای اکسید تیتانیوم

از اکسید تیتانیوم یا تیتان به دلیل خواص نوری، غیر سمی بودن و همچنین غیر فعال بودن از لحاظ شیمیایی، به صورت گسترده در صنایع رنگ استفاده می شود. با این وجود، ذرات اکسید تیتانیوم تحت تابش فرابنفش فعالیت فتوکاتالیستی بالایی دارند که منجر به تجزیه شدن لایه های رنگ می شود. به همین دلیل از پوششهای زیرکونیوم روی ذرات TiO2 استفاده می شود تا فعالیتهای فتوکاتالیستی ذرات تیتانیوم دی اکسید تحت اشعه فرابنفش کاهش یابد. همچنین از ذرات TiO2 پوشش داده شده با Zr، برای بهبود کیفیت هوا در فضاهای بسته استفاده می شود.

کاربرد زیرکونیوم در لوازم آرایشی

از ماده آلومینیوم-زیرکونیوم معمولا به عنوان ماده اصلی در مواد ضد تعریق استفاده می شود. این ماده از عرق کردن جلوگیری کرده و مانع از انتقال عرق به سطح پوست می شود. البته مطابق بررسی های کمیته علمی اتحادیه اروپا و همچنین سازمان غذا و داروی ایالات متحده، ترکیبات Zr نباید در محصولات آرایشی و بهداشتی استفاده شود که البته تعدادی از محصولات مانند برخی از ترکیبات آلومینیوم و Zr از این موضوع مستثنی شده اند.

صنایع کاغذ و چاپ

یکی از کاربردهای زیرکونیوم، استفاده از این ماده در صنایع کاغذ و چاپ است. از این ماده به صورت گسترده در صنعت کاغذسازی استفاده می شود تا استحکام و مقاومت کاغذ در برابر آب بیشتر شود. کربنات زیرکونیوم آمونیوم یا AZC مشهورترین ترکیبی است که در صنایع کاغذ به طور گسترده از آن استفاده می شود. همچنین Zr با توجه به ارائه ویژگی های مشابه، می تواند جایگزین فرمالدئید شود که بسیاری از صنایع کاغذ سازی دنبال حذف آن هستند.

کاربرد زیرکونیوم در صنایع سرامیک

اصلی ترین کاربرد زیرکونیوم، در صنایع سرامیک است. به گونه ای که بیش تر از 50 درصد زیرکونیوم در این صنعت استفاده می شود. زیرکونیوم در صنعت سرامیک به دو صورت زیرکونیا و زیرکون استفاده می شود. از زیرکون برای ساخت آجرهای نسوز و سیمانها استفاده می شود. همچنین از این ماده در تولید شیشه های مقاوم در برابر محیط های قلیایی نیز استفاده می شود. در صنایع شیشه از Zr برای بهبود استحکام شیشه و همچنین بهبود خاصیتهای عبور نور استفاده می شود. همچنین از ZrO2 نیز برای جلای شیشه استفاده می شود.

صنایع رنگ و جوهر

از ماده شیمیایی زیرکونیوم به عنوان افزودنی در رنگها و جوهرها برای تقویت چسبندگی و افزایش مقاومت آنها در برابر گرما، آب و سایر حلالها استفاده می شود. همچنین ترکیبات مبتنی بر Zr به عنوان خشک کن در رنگها به کار می رود. پیش از این، ماده ای که به عنوان خشک کن در رنگها به کار برده می شد، سرب بود که به دلیل سمی بودن استفاده از آن در اکثر نقاط جهان ممنوع شده است.

زیرکونیوم به عنوان کاتالیست

کاتالیزور به ماده ای گویند که در حین انجام واکنش شیمیایی، می تواند بدون مصرف شدن سرعت انجام واکنش را افزایش دهد. علاوه بر افزایش سرعت واکنش، یک کاتالیزور می تواند واکنش شیمیایی را تا حد زیادی کنترل کند. از ترکیبات مبتنی بر زیرکونیوم به عنوان کاتالیزور در تعداد زیادی از واکنشهای شیمیایی استفاده می شود. به عنوان مثال، در واکنشهای کنترل آلودگی خودروها یا پالایشگاه های نفت و گاز، از این ماده به عنوان کاتالیزور استفاده می شود.

کاربرد زیرکونیوم در روکش دندانها

یکی از کاربردهای زیرکونیوم، استفاده از این ماده به عنوان روکش دندان است. روکش زیرکونیا مزایای زیادی دارد. از جمله این مزایا می توان به طول عمر بالا، ظاهر کاملا شبیه به دندانهای طبیعی و عدم نیاز به تراش بخش زیادی از دندان اشاره کرد. البته در کنار این مزایا، روکشهای زیرکونیایی برای دندان معایبی نیز دارند. یکی از معایب این روکشها، سختی بسیار بالای آنهاست. این موضوع باعث می شود تا دندانهای کناری دچار ساییدگی و بعد از مدتی از بین بروند. همچنین در صورت پوسیده شدن دندان زیر روکش، راهی برای تشخیص آن وجود ندارد و لازم است تا روکش کاملا برداشته شود. در نهایت نیز هزینه های این نوع روکش ممکن است برای برخی از بیماران بالا باشد. مخصوصا اگر تعداد دندانهایی که قصد روکش کردن آن را داشته باشید بالا باشد.

سایر کاربردهای زیرکونیوم

علاوه بر کاربردهای مذکور، زیرکونیوم کاربردهای دیگری نیز دارد که به صورت گسترده از آن استفاده می شود. پودر زیرکونیوم یک پودر بسیار قابل اشتعال است و به راحتی می تواند آتش بگیرد. به همین دلیل از این ماده برای جرقه زنی در مکانهای مختلف مانند کیسه هوای خودرو یا کاربردهای نظامی استفاده می شود. زیرکونیوم یک جاذب گازی بسیار موثر است؛ چرا که سطح آن تقریبا با هر گونه گازی قابلیت ایجاد پیوند دارد. به همین دلیل از این ماده به عنوان ماده ای برای تصفیه گاز در سیستمهای خلا استفاده می شود.

سوالات متداول کاربردهای زیرکونیوم در صنایع

1- آیا Zr یک ماده سمی برای انسان محسوب می شود؟

زیرکونیوم یک ماده سمی نسبتا ضعیف است. با توجه به حلالیت پایین این ماده، سمی بودن آن بسیار پایین گزارش شده است. با این وجود برخی از ترکیبات آن مانند تتراکلرید زیرکونیوم می تواند بسیار خورنده باشد و باعث آسیب به ریه و پوست شود.

2- آیا Zr از تیتانیوم مستحکم تر است؟

زیرکونیوم به اندازه تنگستن و تیتانیوم مستحکم است. این ماده همچنین در برابر خوردگی مقاومت خوبی از خود نسبت به فولاد زنگ نزن یا نقره نشان می دهد.

3- خطرات استفاده از Zr چیست؟

زیرکونیوم در صورت تماس با بوراکس به شدت واکنش پذیر است و قابلیت انفجار دارد. این ماده با اکسید مس و اکسید سرب نیز می تواند واکنش دهد. Zr فوق خالص نیز می تواند در صورت تماس با آب دچار اشتعال شود.

4- ایمپلنتهای ساخته شده از زیرکونیا چه قدر دوام می آورند؟

با توجه به اینکه زمان زیادی از عرضه ایمپلنتهای ساخته شده توسط زیرکونیا نمی گذرد اطلاعات زیادی در رابطه با دوام آنها در دسترس نیست. با این وجود تخمین زده می شود که این ایمپلنت ها در حدود 15 تا 20 سال قابلیت استفاده داشته باشند.

5- کدام ماده به عنوان ایمپلنت ماده گران تری است؟ تیتانیوم یا زیرکونیوم؟

تیتانیوم ماده به شدت گران تری محسوب می شود. امروزه استفاده از زیرکونیوم در دندانپزشکی با افزایش زیادی رو به رو می باشد. دلیل این موضوع نیز در کنار فاکتور قیمت، خواص ضد حساسیت بهتر این ماده در مقایسه با تیتانیوم است.