ज़िरकोनियम मिश्र: संरचना, गुण, अनुप्रयोग

2024 लेखक: Howard Calhoun | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2023-12-17 10:28

जिरकोनियम मिश्र धातु का उपयोग वर्तमान में चिकित्सा और परमाणु ऊर्जा में काफी व्यापक है। अन्य उद्योगों में भी इस सामग्री का उपयोग किया जाता है, लेकिन कुछ हद तक। यह ध्यान देने योग्य है कि इस कच्चे माल से विभिन्न मिश्र धातुओं ने लोकप्रियता हासिल की है। अपने आप में, ज़िरकोनियम एक लोकप्रिय सामग्री नहीं बन पाया है, क्योंकि इसकी गुणवत्ता उसी धातु के मिश्र धातु की तुलना में बहुत खराब है।

सामान्य जानकारी

ज़िरकोनियम (Zr) आवर्त सारणी का एक तत्व है जिसका परमाणु क्रमांक 40 है और इसका परमाणु भार 91.22 है। सामान्य स्थिति में और सामान्य परिस्थितियों में, यह सामग्री एक चमकदार धातु है जिसमें एक चांदी का सफेद रंग होता है। ऐसे कच्चे माल का घनत्व 6.45 g/cm3 तक पहुंच जाता है। यह धातु अपने शुद्ध रूप में, जिसमें कोई अशुद्धियाँ नहीं होती हैं, इस तथ्य से अलग है कि इसमें बहुत अधिक लचीलापन है, और ठंड और गर्म दोनों को संसाधित करना बहुत आसान है। यहां यह ध्यान देने योग्य है कि टाइटेनियम की तरह यह कच्चा माल, उदाहरण के लिए, गैर-धातु पदार्थों की अशुद्धियों के साथ संयुक्त होने पर अपने यांत्रिक गुणों को तेजी से खो देगा। ज़िरकोनियम और ऑक्सीजन को सबसे खराब यौगिक माना जाता है।

भौतिक गुण औरमिश्र धातु

ज़िरकोनियम अपने आप में इस तथ्य से अलग है कि इसमें विभिन्न एसिड के लिए काफी उच्च प्रतिरोध है। यह कच्चा माल नाइट्रिक और हाइड्रोक्लोरिक एसिड या क्षार जैसे वातावरण में नहीं घुलता है। यह विशेषता प्रमुख है। इसके आधार पर, कई जिरकोनियम मिश्र धातुएं बनाई जाती हैं। उदाहरण के लिए, यदि आप मल्टीकंपोनेंट मैग्नीशियम मिश्र धातु लेते हैं और उनमें ज़िरकोनियम जैसा तत्व मिलाते हैं, तो सामग्री जंग के लिए बहुत अधिक प्रतिरोधी हो जाएगी। यदि आप टाइटेनियम और जिरकोनियम का मिश्रधातु बनाते हैं, तो पहले तत्व का अम्ल प्रतिरोध बढ़ जाएगा।

यह भी ध्यान देने योग्य है कि अन्य धातुओं के साथ सभी ज़िरकोनियम मिश्र धातुओं को इस तथ्य की विशेषता है कि वे एक विस्तृत तापमान सीमा में अपनी कठोरता नहीं खोते हैं, यांत्रिक झटके का प्रतिरोध बहुत उच्च स्तर पर रहता है। एक उदाहरण मैग्नीशियम मिश्र धातु है जिसमें कुछ प्रतिशत जस्ता और प्रतिशत ज़िरकोनियम का केवल कुछ दसवां हिस्सा होता है। परिणामी धातु मैग्नीशियम से लगभग दोगुना मजबूत होगा, और यह 200 डिग्री सेल्सियस तक के तापमान पर भी अपनी ताकत बनाए रखने में सक्षम होगा।

सुविधाओं का विवरण

ज़िरकोनियम मिश्र धातुओं का सबसे अधिक सक्रिय रूप से ऐसे क्षेत्रों में उपयोग किया जाता है जैसे ईंधन तत्व क्लैडिंग, ईंधन चैनल पाइप और ईंधन असेंबली के विभिन्न भागों। ज़िरकोनियम को भी इस तथ्य की विशेषता है कि न्यूट्रॉन अवशोषण क्रॉस सेक्शन कम है। इस सूचक के अनुसार, यह मैग्नीशियम और बेरिलियम जैसे पदार्थों के बाद दूसरे स्थान पर है। इसके अलावा, जिरकोनियम का गलनांक बहुत अधिक होता है।

विभिन्न उद्योगों में उपयोग किए जाने वाले ज़िरकोनियम मिश्र धातुओं को इस तथ्य की विशेषता है कि उनके पास पानी में, भाप-पानी के मिश्रण में, संतृप्त और सुपरहिटेड भाप में लगभग 350-360 डिग्री सेल्सियस के तापमान तक बहुत अधिक संक्षारण प्रतिरोध होता है। यह भी ध्यान देने योग्य है कि निकट भविष्य में इस तापमान सीमा को उच्च मूल्यों तक बढ़ाए जाने की उम्मीद है।

मिश्र धातु पैरामीटर

यांत्रिक स्थिरता की दृष्टि से जिरकोनियम मिश्र धातुओं के गुण काफी अधिक होते हैं, जो शुद्ध जिरकोनियम के बारे में नहीं कहा जा सकता है। यह मिश्रधातु द्वारा है कि सामग्री की उच्च शक्ति प्राप्त की जाती है। उदाहरण के लिए, नाइओबियम (Nb) और 1% ज़िरकोनियम (Zr) जैसे मिश्र धातु को इस तथ्य की विशेषता होगी कि 20, 200, 300 और 400 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर सामग्री की उपज शक्ति 200, 160, 120 होगी। और 90 एमपीए। इस मिश्र धातु का सक्रिय रूप से ईंधन रॉड क्लैडिंग के लिए उपयोग किया जाता है। और, उदाहरण के लिए, यदि आप नाइओबियम के साथ ज़िरकोनियम मिश्र धातु की संरचना को बदलते हैं, अर्थात, ज़िरकोनियम सामग्री को 2.5% तक बढ़ाते हैं, तो समान तापमान पर उपज शक्ति 280, 220, 200 और 180 एमपीए तक बढ़ जाएगी।

हालांकि, ऐसी सामग्रियों की अपनी कमियां हैं। नुकसान में यह तथ्य शामिल है कि तापमान 320-350 डिग्री सेल्सियस और उससे अधिक तक पहुंचने पर ज़िरकोनियम वाला मिश्र धातु बहुत डरावना हो जाता है। एक और नुकसान यह है कि Zr सक्रिय रूप से हाइड्रोजन को घोलता है, जो अक्सर जंग के दौरान होता है। इससे जिरकोनियम हाइड्राइड जैसे पदार्थ बनेंगे, जो कच्चे माल की लचीलापन को बहुत कम कर देते हैं, जिससे धातु अधिक भंगुर हो जाती है।

दवा में ज़िरकोनियम

जिरकोनियम मिश्र धातु का उपयोग दवा में काफी सक्रिय रूप से किया जाता है। वैज्ञानिकों ने प्रयोगों के माध्यम से पाया है कि साधारण जिरकोनियम ब्रेसलेट पहनने से भी कुछ बीमारियों का इलाज करने में मदद मिल सकती है, और यह व्यक्ति के समग्र स्वास्थ्य को भी बढ़ा सकता है।

आज, प्रत्यारोपण (रिटेनर) का उपयोग अक्सर चिकित्सा के ऐसे क्षेत्रों में किया जाता है जैसे कि ट्रॉमेटोलॉजी और मैक्सिलोफेशियल सर्जरी। फिक्सेटर का उपयोग फ्रैक्चर के लिए, हड्डियों को ठीक करने के लिए किया जाता है ताकि वे हिलें नहीं। यह इन मामलों में है कि कोई ज़िरकोनियम मिश्र धातुओं का उपयोग करने के ऐसे फायदों को अलग कर सकता है: उच्च जैविक संगतता (जिसका अर्थ है कि इस तरह के मिश्र धातु या अस्वीकृति के लिए मानव शरीर की एलर्जी प्रतिक्रियाओं की अनुपस्थिति), मिश्र धातु की उच्च शक्ति विशेषताओं, जो बहुत महत्वपूर्ण है फिक्सेटर के लिए। यह भी ध्यान देने योग्य है कि इस तरह के पदार्थ के लिए अस्वीकृति या एलर्जी की अनुपस्थिति ने इस तथ्य को जन्म दिया कि अगर शरीर ने अचानक प्रत्यारोपण को अस्वीकार करना शुरू कर दिया तो अनुचर को हटाने के लिए सर्जिकल ऑपरेशन को दोहराने की कोई आवश्यकता नहीं थी।

परमाणु ऊर्जा उद्योग में ज़िरकोनियम

पिछली शताब्दी के 50 के दशक तक यह माना जाता था कि इस क्षेत्र में जिरकोनियम उपयोग के लिए उपयुक्त नहीं था। हालाँकि, यह 50 के दशक में था। पहली बार, ऐसी सामग्री प्राप्त की गई थी जो हेफ़नियम जैसी अशुद्धता से पूरी तरह से शुद्ध हो गई थी। शुद्धिकरण के बाद, यह पता चला कि शुद्ध जिरकोनियम में बहुत छोटा थर्मल न्यूट्रॉन अवशोषण क्रॉस सेक्शन होता है। यह वह गुण था जो मुख्य बन गया और परमाणु ऊर्जा उद्योग में ज़िरकोनियम मिश्र धातुओं का उपयोग करना संभव बना दिया।

यह जोड़ा जाना चाहिए कि केवल शुद्ध जिरकोनियम का उपयोग नहीं किया जा सकता क्योंकि गर्म पानी में संक्षारण प्रतिरोध बहुत कम था। उसके बाद, जिरकोनियम आधारित मिश्र धातुओं का उपयोग करने का निर्णय लिया गया। उन्होंने स्टीम-कूल्ड रिएक्टरों और इसी तरह के संक्षारक वातावरण में अपनी योग्यता साबित की है।

मिश्र धातुओं के सामान्य अनुप्रयोग

जिरकोनियम व्यापक रूप से एक मिश्र धातु तत्व के रूप में प्रयोग किया जाता है। यह इस तथ्य के कारण है कि जिन धातुओं में यह पदार्थ मिलाया जाता है वे अधिक गर्मी प्रतिरोधी, एसिड प्रतिरोधी आदि बन जाती हैं। अर्थात्, धातु और जिरकोनियम का मिश्र धातु इसकी विशेषताओं में प्रारंभिक कच्चे माल से बहुत अधिक है।

फेरोजिरकोनियम काफी व्यापक रूप से प्रयोग किया जाता है। यह जिरकोनियम और लोहे का मिश्र धातु है। मिश्र धातु तत्व Zr की सामग्री कुल द्रव्यमान के 20% तक पहुँचती है। इस तरह के पदार्थ का उपयोग धातु विज्ञान में स्टील के लिए डीऑक्सीडाइज़र और डिगैसर के रूप में किया जाता है। उदाहरण के लिए, एल्यूमीनियम-ज़िरकोनियम मिश्र धातुओं को जंग के लिए सबसे प्रतिरोधी माना जाता है और वैक्यूम ट्यूबों के लिए कैथोड ग्रिड में उपयोग किया जाता है। ऐसे मिश्रधातु में Zr की मात्रा कुल द्रव्यमान के 3% से अधिक नहीं होती है।

लौह धातु विज्ञान में, फेरोज़िरकोनियम के अलावा, अक्सर Zr और सिलिकॉन के मिश्र धातु का उपयोग किया जाता है। इसका उपयोग स्टील को नष्ट करने के लिए किया जाता है। विद्युत उपकरणों के लिए प्रवाहकीय तत्वों के निर्माण के लिए तांबे और जिरकोनियम के मिश्र धातु का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

ज़िरकोनियम ढूँढना

यह ध्यान देने योग्य है कि जिरकोनियम एक दुर्लभ तत्व है। पृथ्वी की पपड़ी में इस पदार्थ की सामग्री से अधिक नहीं हैवजन के हिसाब से 0.025%। ज़िरकोनियम धातुओं की व्यापकता की तालिका में बारहवें स्थान पर है। यह कच्चा माल काफी बिखरा हुआ है, और इसलिए इसका कोई बड़ा भंडार खोजना बहुत मुश्किल है। यह आमतौर पर स्थलमंडल में स्थित एक रासायनिक यौगिक के रूप में पाया जाता है, क्योंकि जिरकोनियम स्वयं एक लिथोफाइल तत्व है।