Zr/Zirkonium

Toepassingen

Splijtstofomhulsel

Ongeveer 90 % van de zirkoniumproductie is bestemd voor de kernreactortechnologie. Het metaal absorbeert nauwelijks neutronen en is goed bestand tegen straling en corrosie.

In een kernreactor zijn de uraniumoxide splijtstofstaven omhuld door een mantel van Zircal­loy, dat is een legering van zirkonium met kleine hoeveelhe­den tin, ijzer, chroom, niobium en nikkel. Ook de reactor van de eerste nucleaire onderzeeër, de Nautilus, was hiermee uitgerust.

Voor de nucleaire toepassing van zirkonium (en de legeringen daarvan) gelden strenge voorschriften. Boven een temperatuur van 750°C verdwijnt de beschermende oxidelaag op het metaaloppervlak en kan een reactie met water optreden. Daarbij ontstaat het explosieve waterstof. Dit heeft onder meer een rol gespeeld in de ongelukken met kernreactoren in Tsjernobyl (Oekraïne, 1986) en Fukushima (Japan, 2011).

Slaghoedje (munitie)

Slaghoedjes bestaan uit een dun metalen hulsje met daarin een gemakkelijk te detoneren stof. De detonatie van het slaghoedje brengt de rest van de springstof in de munitie tot ontploffing. Om de veiligheid te kunnen garanderen moet het materiaal van de slaghoedjes in hoge mate corrosie ­be­stendig zijn. Zirkoniumlegeringen zijn hiervoor zeer geschikt.

Namaakdiamant

Een goed geslepen kristal zirkoniumoxide (ZrO₂, zirkonia) is een uitstekende ‘imitatiediamant’. De kristallen hebben vergelijkbare optische eigenschappen, zijn bijna net zo hard als diamant en worden nauwelijks aangetast. Ze zijn wel honderd tot driehonderd keer goedkoper dan vergelijkbare echte diamanten. Zirkonia is in het laboratorium te fabriceren.

Daarnaast kom je ook het natuurlijke mineraal zirkoon (zirkoniumsilicaat, ZrSiO₄) in allerlei sieraden tegen. Afhankelijk van sporen van andere elementen kan de kleur van de steen sterk variëren. In Zweden, Rusland (Oeral) en Australië zijn veel heldere kristallen te vinden die als imitatiediamant kunnen fungeren. In Sri-Lanka vind men roodachtige en gele stenen en in Thailand hemelsblauwe varianten. Verder zijn er diverse geelgroene en diepgroene variëteiten.

Vuurvaste bekleding

De wanden van chemische reactoren en van industriële ovens (bijvoorbeeld voor de bereiding van staal en glas) moeten hittebestendig en inert zijn. Daarvoor worden ze vaak bekleed met zirkoniumoxide (ZrO₂) of zirkoniumsilicaat (ZrSiO₄), eventueel gemengd met andere materialen. Dat maakt ze chemisch nauwelijks aantastbaar en bestand tegen zeer hoge temperaturen. Bovendien is het warmte geleidingsvermogen relatief gering.

Zuurstofmeter

Het meten van zuurstofgehaltes gebeurt onder andere met een elektrochemische cel waarin het elektrolyt uit zirkoniumoxide (ZrO₂) bestaat, met kleine toevoegingen van zeldzame aarden. Je kunt er bijvoorbeeld het zuurstofgehalte in gesmolten  metalen mee meten.

Een bekende toepassing is de l-sonde in personenauto’s. Die meet het zuurstofgehalte in het uitlaatgas zodat het motor management systeem in staat is de optimale lucht/brand­stof verhouding te regelen. Dit is vooral van belang voor de optimale werking van de driewegkatalysator, die de schadelijke componenten in het uitlaatgas omzet­ in voornamelijk CO₂, H₂O en N₂.

Meer toepassingen

Als element en in legeringen

• Buizen voor het vervoer van chemische stoffen
• Chirurgische instrumenten
• Lichtkogels en -spoormunitie (poeder)
• Ontzwaveling van gietijzer en staal (ferrozirkoon, Zr met Fe en Si)
• Raketmotor
• Reductiemetaal in de gieterij
• Supergeleiding (Zr met Nb of Zr met Zn)
• Waterstofopslag (zeer fijn verdeeld)

In verbindingen