Цирконий что это такое


Циркон и цирконий: в чем разница и чем отличаются?

Созвучные по произношению и похожие на слух слова «циркон» и «цирконий» очень часто воспринимаются как названия одного и того же камня, который нашел широкое применение в изготовлении ювелирных и декоративных украшений. Однако на деле это совершено разные по способу происхождения материалы, которые обладают отличными друг от друга качествами и свойствами.

Принципиальная разница состоит в том, что циркон – это природный минерал, который относиться к подгруппе островных силикатов. Цирконий – химический элемент, имеющий свое место в четвертой группе периодической таблицы системы Менделеева.

Свойства и применение циркона

Циркон относится к благородному семейству самоцветов и имеет радужное сияние, очень сильно напоминающее сверкание бриллианта, из которого ювелиры с незапамятных времен изготавливали самые дорогие и изысканные украшения.

Своим названием камень обязан персидскому слову «zargun», что в переводе на русский язык имеет значение «золотого цвета» или «золотого камня». Основными местами его промышленной добычи считаются острова Шри-Ланка, Таиланд, Мадагаскар и Вьетнам. На территории России самоцвет находят в составе гранита и других пород на Урале и алмазных приисках в Якутии.

Цвет природного циркона может иметь большое количество оттенков и зависит от количества самых различных натуральных примесей, которые находятся в составе минерала. Такими примесями могут быть медь, алюминий, гафний, титан, цинк и железо.

Самыми известными и распространенными окрасками на сегодня можно назвать:

  • желтый цвет имеют кристаллы под названием сиамские цирконы или жаргоны;
  • голубые оттенки приобретают камни, прошедшие процедуру обжига и называются старлитами;
  • насыщенный коричневый или черный цвет имеют минералы, в состав которых входит небольшой процент содержания радиоактивных элементов и носит название малакон;
  • циркон, не имеющий цвета, но имеющий характерное радужное бриллиантовое сияние, получил название матарский алмаз.

В природе существует широкий спектр цветовых вариантов циркона коричневых, оранжевых, малиновых и розовых оттенков. Как камень, который часто используют ювелиры для изготовления ювелирных изделий, природный циркон имеет достаточно высокую стоимость, и свойства его сравнимые с сапфирами и рубинами.

Натуральный циркон имеет небольшое радиоактивное излучение, и это позволяет установить подлинность его природного происхождения. Камень не обладает особой механической прочностью и требует бережного отношения при изготовлении и использовании ювелирных украшений.

к оглавлению ↑

Лечебные и магические свойства циркона

Традиционно камни циркона наделяют человека магическими свойствами. Необычная форма кристаллов в виде сдвоенной пирамиды, помогает обрести дар предвиденья и даже развить сверхъестественные способности его обладателя. Существует легенда, что кольцо с цирконием носит верховный представитель масонской ложи на левой руке, как символ принадлежности к избранному тайному обществу.

Камень рекомендуется носить людям, деятельность которых связана с финансовыми делами или научной деятельностью. Многие считают, что ювелирные украшения с цирконом способны помочь восстановить запас внутренних сил, привести в равновесие внутренний мир человека и справиться с депрессивным состоянием. Оправа из золота позволяет усилить магические свойства камня. Носить украшения с цирконом рекомендуется представителям зодиакального знака Овнов, Водолеям и Козерогам.

Последователи йоги и других индийских практик, считают циркон камнем, который обладает проекционной энергией Ян. Минерологи объясняют его лечебные свойства необычной формой.

А народные целители во всем мире используют различные цветовые оттенки природного минерала, как средства для лечения и профилактики многих распространенных заболеваний. С течением времени цвет минерала может меняться и приобретать различные цветовые нюансы. Считается, что амулеты из циркона способны восстановить зрение, избавить от лишнего веса и даже привлечь материальный успех.

Самому древнему самородку австралийского циркона, который дожил до наших дней, почти четыре с половиной миллиарда лет. Сегодня очень редко находят крупные кристаллы минерала, в большинстве случаев это небольшие вкрапления в составе других видов пород. Самые большие по размеру образцы удивительного по красоте природного камня имеют огромную ценность, и храниться в известных музейных залах.

к оглавлению ↑

Химический элемент цирконий и его применение

Цирконий – это химический элемент, который находится в периодической таблице под номером сорок и представляет собой пластичный металл, имеющий серебристо — белый цвет. Элемент обладает антикоррозийными свойствами, имеет характерный блеск и устойчив к кислотной и щелочной среде.

Формула циркония была получена в 1824 году и долгое время ученые не могли однозначно описать его физические свойства. Только после того, как удалось выделить химический элемент в чистом виде, цирконий получил самые разные способы применения в различных сферах человеческой жизни.

В чистом виде цирконий представляет собой прочный металл по своим свойствам похожий на сталь. Метал цирконий, имеет широкий спектр применения в самых различных направлениях человеческой деятельности:

  • как материал для производства отдельных конструктивных элементов ядерных реакторов;
  • цирконий является составляющей многих сплавов, которые используются в производстве ракет и других летательных аппаратов;
  • входит в состав материалов, на основе которых изготавливаются металлокерамические изделия;
  • в машиностроении используются как металл, имеющий высокие антикоррозийные свойства;
  • сульфат химического элемента представляет собой дубильное вещество для кожевенной промышленности;
  • взвесь порошка металла цирконий применяется при изготовлении пиротехнических средств.

Сплавы циркония с другими металлами улучшают технические характеристики, увеличивают огнеупорность и пьезокерамические свойства материалов. Химический элемент в качестве добавки к другим материалам многократно увеличивает их способность сопротивляться различным агрессивным средам. Соли циркония образованные в результате гидролиза могут входить в состав водных растворов.

к оглавлению ↑

Кубический цирконий или фианит

Путаница в терминологии возникла после того, как на основе кубического оксида циркония в семидесятых годах прошлого века был синтезирован искусственный ювелирный камень фианит.

Аналог природного бриллианта имел более низкую цену и произвел в свое время переполох на мировых алмазных торговых биржах. По эстетическим и природным свойствам фианит очень похож на натуральный бриллиант и поэтому получил применение не только в ювелирном деле, но как прочный материал, способный заменить природные алмазы в технических приборах.

Свое название фианит получил от аббревиатуры научного заведения ФИАН – Физического Института Академии Наук. Именно здесь впервые был выращен кубический кристалл оксида циркония. Первоначальной задачей ученых было вырастить кристалл для научных работ, который должен иметь определенные технические характеристики и исключить наличие дефектов, присущих всем природным минералам.

Позднее выяснилось, что искусственный камень прост в обработке, а высокий коэффициент светового преломления позволяет придать ему оттенки, которые не встречаются в природе.

Оптический эффект и мерцающее бриллиантовое сияние позволяет ювелирам изготавливать красивые ювелирные изделия, обрамляя искусственный алмаз в золото или серебро. При этом цена на такие изделия более демократична, чем на ювелирные изделия с натуральными бриллиантами.

За рубежом искусственный камень был запатентован как кубик циркония или иногда называется джевалит, цирконит или даймоновский кристалл.

Многие часто путают понятия циркон и цирконий, но в реальности это совершенно разные по происхождению материалы. В ювелирных изделиях в чистом виде цирконий применяется исключительно в качестве металлических вставок, а к ювелирным камням натурального происхождения этот химический элемент не имеет отношения.

gems-and-jewels.ru

Цирконий - это... Что такое Цирконий?

40

Цирконий

4d25s2

Цирко́ний (лат. Zirconium; обозначается символом Zr) — элемент побочной подгруппы четвёртой группы пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 40. Простое вещество цирконий (CAS-номер: 7440-67-7) — блестящий металл серебристо-серого цвета. Обладает высокой пластичностью, устойчив к коррозии. Существует в двух кристаллических модификациях: α-Zr с гексагональной решёткой типа магния, β-Zr с кубической объёмноцентрированной решёткой типа α-Fe, температура перехода α↔β 863 °C[1].

История и происхождение названия

Цирко́ний в виде двуокиси впервые был выделен в 1789 году немецким химиком М. Г. Клапротом в результате анализа минерала циркона.

Происхождение самого слова циркон неясно. Возможно, оно происходит от арабского zarkûn (киноварь) или от персидского zargun (золотистый цвет).

Нахождение в природе

Соединения циркония широко распространены в литосфере. По разным данным кларк циркония от 170 до 250 г/т. Концентрация в морской воде 5·10−5 мг/л[2]. Цирконий — литофильный элемент. В природе известны его соединения исключительно с кислородом в виде окислов и силикатов. Несмотря на то, что цирконий рассеянный элемент, насчитывается около 40 минералов, в которых цирконий присутствует в виде окислов или солей. В природе распространены главным образом циркон (ZrSiO4)(67,1 % ZrO2), бадделеит (ZrO2) и различные сложные минералы (эвдиалит (Na, Ca)5(Zr, Fe, Mn)[O,OH,Cl][Si6O17] и др.). Во всех земных месторождениях цирконию сопутствует Hf, который входит в минералы циркона благодаря изоморфному замещению атома Zr.

Циркон является самым распространенным циркониевым минералом. Он встречается во всех типах пород, но главным образом в гранитах и сиенитах. В графстве Гиндерсон (штат Северная Каролина) в пегматитах были найдены кристаллы циркона длиной в несколько сантиметров, а на Мадагаскаре были обнаружены кристаллы, вес которых исчисляется килограммами.

Бадделеит был найден Юссаком в 1892 г в Бразилии. Основное месторождение находится в районе Посус-ди-Калдас (Бразилия). Там была найдена глыба бадделеита весом около 30 т, а в водных потоках и вдоль обрыва бадделеит встречается в виде аллювиальной гальки диаметром до 7,5 мм, известной под названием фавас (от португальского fava — боб). Фавас обычно содержит свыше 90 % двуокиси циркония[3].

Месторождения

Наиболее крупные месторождения циркония расположены на территории США, Австралии, Бразилии, Индии[4].

В России, на долю которой приходится 10 % мировых запасов циркония (3 место в мире после Австралии и ЮАР), основными месторождениями являются: Ковдорское коренное бадделит-апатит-магнетитовое в Мурманской области, Туганское россыпное циркон-рутил-ильменитовое в Томской области, Центральное россыпное циркон-рутил-ильменитовое в Тамбовской области, Лукояновское россыпное циркон-рутил-ильменитовое в Нижегородской области, Катугинское коренное циркон-пирохлор-криолитовое в Читинской области и Улуг-Танзекское коренное циркон-пирохлор-колумбитовое[5].

Получение

В промышленности исходным сырьем для производства циркония являются циркониевые концентраты с массовым содержанием диоксида циркония не менее 60-65 %, получаемые обогащением циркониевых руд.

Основные методы получения металлического циркония из концентратом — хлоридный, фторидный и щелочной процессы.

Хлоридный процесс основан на перевод циркония в летучий тетрахлорид ZrCl4 (Tсублимации 331 °C) с дальнейшей его очисткой и последующим металлотермическим восстановлением магнием в циркониевую губку. Используются два варианта хлорирования концентратов: прямое хлорирование смеси циркониевых концентратов с коксом хлорируют при 900—1000 °С и хлорирование предварительно полученных спеканием концентратов с коксом смеси карбидов и карбонитридов циркония при 400—900 °С:

При фторидном методе на первой стадии циркониевый концентрат спекают с гексафторсиликатом калия при 600—700 °С:

Образовавшийся гексафторцирконат калия выщелачивают горячей водой и очищают фракционной перекристаллизацией от примеси гексафторгафната K2HfF6, после чего металлический цирконий получают электролизом расплава смеси гексафторцирконата калия и хлоридов калия и натрия.

Щелочной процесс является методом получения технически чистого диоксида циркония ZrO2, из которого металлический цирконий получают хлоридным или фторидным методом. В этом процессе цирконий переводится в растворимую форму спеканием концентрата с гидроксидом натрия при 600—650 °С, карбонатом натрия при 900—1100 °С либо со смесью карбоната и хлорида кальция при 1000—1300 °С, после чего образовавшиеся цирконаты натрия Na2ZrO3 или кальция CaZrO3 выщелачиваются соляной либо серной кислотами:

Водные растворы хлорида или сульфата цирконила далее очищаются и гидролизуются, осадок ZrO(OH)2 прокаливают и получают технический диоксид циркония ZrO2.

Физико-химические свойства

Проверить информацию.

Необходимо проверить точность фактов и достоверность сведений, изложенных в этой статье. На странице обсуждения должны быть пояснения.

Цирконий — блестящий серебристо-серый металл. Существует в двух кристаллических модификациях:

  • α-Zr — с гексагональной решёткой типа магния (а = 3,231 Å; с = 5,146 Å; z = 2; пространственная группа P63/mmc)
  • β-Zr — с кубической объёмноцентрированной решёткой типа α-Fe (a = 3,61 Å; z = 2; пространственная группа Im3m). Переход α ↔ β происходит при 863 °C, ΔH перехода 3,89 кДж/моль. Добавки Al, Sn, Pb, Cd повышают, а Fe, Cr, Ni, Mo, Cu, Ti, Mn, Co, V и Nb понижают температуру перехода[1].

Плотность α-циркония при 20 °C равна 6,5107 г/см³; температура плавления Tпл — 1855 °C[1]; температура кипения Tкип — 4409 °C; удельная теплоёмкость (25-100 °C) 0,291 кДж/(кг·К) или 0,0693 кал/(г·°C), коэффициент теплопроводности (50 °C) 20,96 Вт/(м·К) или 0,050 кал/(см·сек·°C); температурный коэффициент линейного расширения (20-400 °C) 6,9·10−6; удельное электрическое сопротивление циркония высокой степени чистоты (20 °C) 44,1 мкОм·см. температура перехода в состояние сверхпроводимости 0,7 К[6].

Цирконий парамагнитен; удельная магнитная восприимчивость увеличивается при нагревании и при −73 °C равна 1,28·10−6, а при 327 °C — 1,41·10−6. Сечение захвата тепловых нейтронов 0,18·10−28 м² (0,18 барн), примесь гафния увеличивает это значение, поэтому для изготовления твэлов применяется цирконий, хорошо очищенный от гафния. Чистый цирконий пластичен, легко поддаётся холодной и горячей обработке (прокатке, ковке, штамповке). Наличие растворённых в металле малых количеств кислорода, азота, водорода и углерода (или соединений этих элементов с цирконием) вызывает хрупкость циркония. Модуль упругости (20 °C) 97 ГН/м² (9700 кгс/мм²); предел прочности при растяжении 253 МН/м² (25,3 кгс/мм²); твёрдость по Бринеллю 640—670 МН/м² (64-67 кгс/мм²); на твёрдость очень сильное влияние оказывает содержание кислорода: при концентрации более 0,2 % цирконий не поддаётся холодной обработке давлением.

Внешняя электронная конфигурация атома циркония 4d25s2. Для циркония характерна степень окисления +4. Более низкие степени окисления +2 и +3 известны для циркония только в его соединениях с хлором, бромом и иодом.

Компактный цирконий медленно начинает окисляться в пределах 200—400 °C, покрываясь плёнкой циркония двуокиси ZrO2; выше 800 °C энергично взаимодействует с кислородом воздуха. Порошкообразный металл пирофорен — может воспламеняться на воздухе при обычной температуре. Цирконий активно поглощает водород уже при 300 °C, образуя твёрдый раствор и гидриды ZrH и Zrh3; при 1200—1300 °C в вакууме гидриды диссоциируют и весь водород может быть удалён из металла. С азотом цирконий образует при 700—800 °C нитрид ZrN. Цирконий взаимодействует с углеродом при температуре выше 900 °C с образованием карбида ZrC. Карбид и нитрид циркония — твёрдые тугоплавкие соединения; карбид циркония — полупродукт для получения хлорида ZrCl4. Цирконий вступает в реакцию со фтором при обычной температуре, а с хлором, бромом и иодом при температуре выше 200 °C, образуя высшие галогениды ZrHal4 (где Hal — галоген).

Цирконий устойчив в воде и водяных парах до 300 °C, при более высоких температурах (начиная с примерно 700 °C) начинается экзотермическая пароциркониевая реакция

Zr + 2h3O = ZrO2 + 2h3,

которая имеет важное значение при развитии аварий в ядерных реакторах с водным теплоносителем и/или замедлителем[7].

Не реагирует с соляной и серной (до 50 %) кислотами, а также с растворами щелочей (цирконий — единственный металл, стойкий в щелочах, содержащих аммиак). С азотной кислотой и царской водкой он взаимодействует при температуре выше 100 °C. Растворяется в плавиковой и горячей концентрированной (выше 50 %) серной кислотах. Из кислых растворов могут быть выделены соли соответствующих кислот разного состава, зависящего от концентрации кислоты. Так, из концентрированных сернокислых растворов циркония осаждается кристаллогидрат Zr(SO4)2·4h3O; из разбавленных растворов — основные сульфаты общей формулы xZrO2·ySO3·zh3O (где х : y > 1). Сульфаты циркония при 800—900 °C полностью разлагаются с образованием двуокиси циркония. Из азотнокислых растворов кристаллизуется Zr(NO3)4·5h3O или ZrO(NO3)2·xh3O (где x = 2-6), из солянокислых растворов — ZrOCl2·8h3O, который обезвоживается при 180—200 °C.

Биологическая роль и физиологическое действие

Цирконий не играет биологической роли в организме. Металлический цирконий и его нерастворимые соединения (оксид, силикат) обладают высокой биологической инертностью (свойством никак не взаимодействовать с тканями и жидкостями организма благодаря химической стойкости). О воздействии соединений циркония на организм ничего не известно. Пыль циркония представляет собой вещество с большой пожаро- и взрывоопасностью, поскольку может самовоспламениться на воздухе.

Циркониевые браслеты, рекламировавшиеся В.Кикабидзе и якобы снижающие артериальное давление, не оказывают реального терапевтического воздействия[8], их возможное субъективное действие объясняется эффектом плацебо.

Применение циркония и его соединений

В промышленности цирконий стал применяться с 30-х годов XX века. Из-за высокой стоимости его применение ограничено.

Единственным предприятием, специализирующемся на производстве циркония в России (и на территории бывшего СССР), является Чепецкий механический завод (Глазов, Удмуртия).

Металлический цирконий и его сплавы

Ядерная энергетика

Цирконий имеет очень малое сечение захвата тепловых нейтронов и высокую температуру плавления. Поэтому металлический цирконий, не содержащий гафния, и его сплавы применяются в атомной энергетике для изготовления тепловыделяющих элементов, тепловыделяющих сборок и других конструкций ядерных реакторов.

Легирование

В металлургии применяется в качестве лигатуры. Хороший раскислитель и деазотатор, по эффективности превосходит Mn, Si, Ti. Легирование сталей цирконием (до 0,8 %) повышает их механические свойства и обрабатываемость. Делает также более прочными и жаростойкими сплавы меди при незначительной потере электропроводности.

Пиротехника

Цирконий обладает замечательной способностью сгорать в кислороде воздуха (температура самовоспламенения — 250 °C) практически без выделения дыма и с высокой скоростью. При этом развивается самая высокая температура для металлических горючих (4650 °C). За счет высокой температуры образующаяся двуокись циркония излучает значительное количество света, что используется очень широко в пиротехнике (производство салютов и фейерверков), производстве химических источников света, применяемых в различных областях деятельности человека (факелы, осветительные ракеты, осветительные бомбы, ФОТАБ — фотоавиабомбы; широко применялся в фотографии в составе одноразовых ламп-вспышек, пока не был вытеснен электронными вспышками). Для применения в этой сфере представляет интерес не только металлический цирконий, но и его сплавы с церием, дающие значительно больший световой поток. Порошкообразный цирконий применяют в смеси с окислителями (бертолетова соль) как бездымное средство в сигнальных огнях пиротехники и в запалах, заменяя гремучую ртуть и азид свинца. Проводились удачные эксперименты по использованию горения циркония в качестве источника света для накачки лазера.

Сверхпроводник

Сверхпроводящий сплав 75 % Nb и 25 % Zr (сверхпроводимость при 4,2 K) выдерживает нагрузку до 100 000 А/см².

Конструкционный материал

В виде конструкционного материала идет на изготовление кислотостойких химических реакторов, арматуры, насосов. Цирконий применяют как заменитель благородных металлов. В атомной энергетике цирконий является основным материалом оболочек твэлов.

Медицина

Цирконий обладает высокой стойкостью к воздействию биологических сред, даже более высокой, чем титан, и отличной биосовместимостью, благодаря чему применяется для создания костных, суставных и зубных протезов, а также хирургического инструмента. В стоматологии керамика на основе диоксида циркония является материалом для изготовления зубопротезных изделий. Кроме того, благодаря биоинертности этот материал служит альтернативой титану при изготовлении дентальных имплантатов.

Быт

Цирконий применяется для изготовления разнообразной посуды, обладающей отличными гигиеническими свойствами благодаря высокой химической стойкости.

Соединения

Диоксид циркония (т. пл. 2700 °C). Область применения — производство огнеупоров-бакоров (бакор — бадделеит-корундовая керамика). Применяется в качестве заменителя шамота, так как в 3—4 раза увеличивает кампанию в печах для варки стекла и алюминия. Огнеупоры на основе стабилизированной двуокиси применяются в металлургической промышленности для желобов, стаканов при непрерывной разливке сталей, тиглей для плавки редкоземельных элементов. Также применяется в керметах — керамикометаллических покрытиях, которые обладают высокой твёрдостью и устойчивостью ко многим химическим реагентам, выдерживают кратковременные нагревания до 2750 °C. Двуокись — глушитель эмалей, придает им белый и непрозрачный цвет. На основе кубической модификации двуокиси циркония, стабилизированной скандием, иттрием, редкими землями, получают материал — фианит (от ФИАНа где он был впервые получен), фианит применяется в качестве оптического материала с большим коэффициентом преломления (линзы плоские), в медицине (хирургический инструмент), в качестве синтетического ювелирного камня (дисперсия, показатель преломления и игра цвета больше, чем у бриллианта), при получении синтетических волокон и в производстве некоторых видов проволоки (волочение). При нагревании диоксид циркония проводит ток, что иногда используется для получения нагревательных элементов, устойчивых на воздухе при очень высокой температуре. Нагретый цирконий способен проводить ионы кислорода как твердый электролит. Это свойство используется в промышленных анализаторах кислорода.

Диборид циркония ZrB2 — тугоплавкое соединение. Диборид циркония в промышленности синтезируют как из тетрахлорида циркония:

ZrCl4 + 2 BBr3 + 5 h3 ZrB2 + 4 HCl + 6 HBr ,

так и из металлического циркония:

7 Zr + 3 B4C + B2O3 7 ZrB2 + 3 CO

В различных смесях с нитридом тантала и карбидом кремния является материалом для производства резцов.

Карбид циркония (температура плавления 3530 °C)

Бериллид циркония

Гидрид циркония применяется в атомной технике как весьма эффективный замедлитель нейтронов. Также гидрид циркония служит для покрытия цирконием в виде тонких плёнок с помощью термического разложения его на различных поверхностях.

Нитрид циркония материал для керамических покрытий, температура плавления около 2990 °C , гидролизуется в царской водке. Нашёл применение в качестве покрытий в стоматологии и ювелирном деле.

Изотопы

Основная статья: Изотопы циркония

В природной смеси содержится пять изотопов циркония (90Zr, 91Zr, 92Zr, 94Zr и 96Zr), причём 96Zr слабо радиоактивен (двойной бета-распад с периодом полураспада 2,4·1019 лет).

Стоимость

Цена циркониевого концентрата составляла 400$ в 1997 году, 360$ в 2003 году, 780$ в 2008 году.[источник не указан 288 дней]

Примечания

  • Цирконий и его соединения на chemister.ru

dic.academic.ru

Цирконий

Цирконий представляет собой серебристо-белый металл, который имеет неяркий, но особенный блеск. Назвали цирконий по аналогии с минералом, из которого он был выделен химиками 18-19 веков.

Природный минерал циркон относится к тем камням, которые называют самоцветами. Его стоимость практически равна цене сапфира – достаточно дорого, но алмаз все же дороже. Циркон еще стали называть «младшим братом» алмаза за переливчатый и яркий блеск. Популярны украшения с цирконом были в Средневековье: одни ювелиры называли камень «несовершенным алмазом», другие же лукавили – выдавали циркон за настоящий алмаз, хотя этот минерал не имеет алмазной твердости – настоящие ценители украшений и те, порой, ошибались.

На сегодняшний день фианит – синтетический аналог циркона, который советские ученые получили в 70-е годы прошлого века, вытеснил природный минерал. Состав фианита от настоящего циркона отличается сильно. В то же время, в ювелирной промышленности фианит применяется вместо алмазов – блестит камень уж точно не хуже циркона. Фианит используется также в химической промышленности, нашел он применение в стоматологии – пыль камня включается в состав керамики для изготовления красивых зубов.

Есть разновидности настоящего циркона, которые имеют не серебристый, а золотисто-желтый блеск. Это стало поводом для предположений ученых относительно получения названия камня – считают, что в основе легло персидское «царгун» - «золотоцветный». Впрочем, есть другие версии, достоверность которых не известна. Не остались равнодушны к циркону астрологи: уже в средние века его считали талисманом, который способен защитить от бед своего владельца и помочь ему. Считалось также, что циркон способен улучшать умственные способности, в частности, память, усиливать тягу к знаниям, развивать сообразительность, приносить удачу в торговле и успех в творчестве.

Несколько лет назад в России стали производить циркониевые браслеты – некоторые считают, что циркон снимает утомление и улучшает зрение. Камень даже позиционировали как такой металл, который способен снизить повышенное давление. Впрочем, медики утверждают, что циркониевые браслеты не оказывают реального терапевтического воздействия, их нельзя считать медицинскими изделиями. Впрочем, определенные результаты эти браслеты все же давали – об этом ниже.

Редким элементом цирконий назвать нельзя – достаточно большое его количество в земной коре. При этом он широко рассредоточен, практически нет крупных залежей. Современные ученые знают около 40 природных соединений циркония, где камень присутствует в виде оксидов или солей, минералов известно меньше – около 30. Из них только два – бадделеит и циркон имеют промышленное значение, используются для производства керамики и огнеупорных материалов.

Самое большое количество сырья, пригодного для получения циркония специалисты обнаружили в Америке – в Бразилии и США, а также в Австралии, Индии и Западной Африке. Есть запасы минералов, которые содержат цирконий и в России – они сосредоточены преимущественно на Урале и в Сибири.

Применение циркониевых сплавов достаточно разнообразно, причем их используют в серьезных сферах промышленности: самолето- и ракетостроении, они есть в составе ядерных реакторов, их применяют для создания сложных медицинских приборов, для изготовления сверхпроводящих магнитов, для строительства термоядерных реакторов.

Применяется цирконий или его соединения и в других отраслях: в электронике; в литейном деле он используется в металлургии; как стойкий к коррозиям металл в машиностроительной промышленности; как дубильное вещество в кожевенной промышленности; используется также в военном и пиротехническом производстве.

Из циркония можно изготавливать всевозможные огнеупорные изделия благодаря его тугоплавкости – двуокись циркония плавится при температуре в 2680°С. Как правило, из него получают кирпичи для тиглей и плавильных печей, а также жаропрочные эмали и тугоплавкое стекло. Преимуществом этих изделий является устойчивость как перед очень низкими, так и перед очень высокими температурами.

Построенные в начале 20-го века плавильные печи, в которых использовались циркониевые огнеупоры, до сих пор служат. Более того, долгие годы в них можно работать без всяких ремонтов.

К повышению прочности меди и твердости стали, повышению прочности и устойчивости алюминия и магния приводит небольшое добавление циркония. Используют цирконий также при производстве электровакуумных приборов.

Известный на Цейлоне минерал издавна называли гиацинтом. Его причисляли к родственникам топазов и рубинов. А химик из Германии Мартин Клапрот в 1789 году, исследовав этот самоцвет, сумел выделить такое вещество как «цирконовую землю». Француз де Морво позже сделал то же самое. В 1824 году не слишком чистый металлический цирконий получил знаменитый Берцелиус. Такой цирконий был хрупким, с большим количеством примесей и не поддающийся обработке.

Около 100 лет не могли получить чистый металлический цирконий. Сделано это было в 1914 году, да и то, по-прежнему, там оставались примеси. Настоящий цирконий в 1925 году удалось получить голландским ученым – это был легко обрабатываемый и пластичный металл.

Биологическая роль

Многих интересует биологическое значение циркония, но его попросту нет. Как поясняют ученые, цирконий не считается даже биоэлементом, его нет в структуре клеток человека – уж точно он не является важным элементом.

При этом высокая стойкость циркония к всевозможным воздействиям сделала его важным: он очень широко применяется в медицине. Даже такой известный медицинский металл как титан и тот к биологическим средам менее устойчив, тогда как устойчивость циркония можно назвать чуть ли не вечной.

Можно создавать из циркония высококачественные хирургические инструменты; костные, суставные и зубные протезы – впервые в России были созданы импланты из циркония, при том, что в развитых странах используют сплавы титана.

Хорошо зарекомендовавший себя титан уступает цирконию, поскольку сплавы с ним обладают большей стойкостью к коррозии, биологической совместимостью и высокой прочностью. Хирурги используют пластичность циркония, что позволяет им обеспечивать очень высокое качество – даже при множественных сложных переломах костей удается восстановить структуру тканей без малейших сдвигов, правильно и быстро срастаются кости, быстрее заживают послеоперационные раны.

С большим успехом используется цирконий и в нейрохирургии, столь серьезной сфере медицины. При проведении операций на мозге применяют не только лишь циркониевые инструменты, в ходу также нити для швов и кровоостанавливающие зажимы. Циркониевые винты, сверла, пластины, скобы применяют и в челюстно-лицевой хирургии.

Интересный момент: специалисты подтвердили, что при ношении циркониевых сережек вместо золотых ранки на мочках ушей после их прокалывания заживают раньше на несколько дней.

Подмечено также, что при длительном ношении бижутерии с цирконием улучшается общее самочувствие. В частности, эта особенность проявилась у тех пациентов, которые страдают артрозами, переломами, артритами, экземами, болезнями позвоночника, дерматитами и прочими кожными проблемами; почувствовали себя лучше гипертоники – у них снижалось давление, они стали принимать меньше лекарств. Применялись при этом не только пояса и пластины, но также и циркониевые браслеты – вот где имеет место оздоровительный эффект.

Симптомы передозировки и дефицита циркония

О дефиците или нехватке циркония в организме у медиков нет данных; не известна и его летальная доза. При этом бывает повышенное содержание циркония, если человек работает в литейной, машиностроительной и атомной промышленности, занят на производстве средств гигиены и косметики. Дезодоранты, которые содержат цирконий, могут провоцировать развитие кожной аллергии, впрочем, сегодня их уже не выпускают. Бывает, и на циркониевые браслеты проявлялись аллергические реакции.

Избыток циркония может проявлять по-разному: и раздражением кожи, и даже фиброзом легких и острой пневмонией. Стойкая интоксикация всего организма проявляется, если на циркониевом производстве работать десятки лет. При этом абсолютно безопасна посуда с цирконием – она практически вечно сохраняет гигиенические свойства и характеризуется высоким качеством. Если в организме избыток циркония, тогда, как правило, назначается симптоматическое лечение – элемент выводят из организма комплексообразователями – это соединения, способные проникать внутрь клеток, чтобы очистить их от разных радиоактивных веществ.

Содержание в продуктах питания

В нашем организме есть примерно 1 миллиграмм циркония – он попадает вместе с пищей и водой. Продукты содержат цирконий в микроскопических количествах – он есть в растительных маслах, чае, баранине, бобах, красном перце, пшенице, рисе, овсянке и прочем.

vkusnoblog.net

Фианит, циркон и цирконий: что есть что?

Данная статья посвящена популярному и сияющему фианиту, и должна развеять столь распространенные заблуждения, как среди покупателей, так и среди продавцов ювелирных изделий о названии этого прекрасного камня. Я не раз слышала от людей названия «циркон», «цирконий», и применялись они, к сожалению, не по назначению. В сегодняшней статье я хочу уделить внимание красивому и в действительности неизвестному для мира «фианиту», вернуть ему все лавры, которых он так долго был и остается лишенный, внести ясность в используемые в народе термины и рассказать историю знаменитой разработки, присвоенной в коммерческом плане другими.

Фианит принято считать искусственным бриллиантом. Внешне фианит очень схож с бриллиантот, благодаря своим преломляющим и дисперсионным свойствам, и зачастую лишь эксперт может отличить его от настоящих бриллианта, а порой (и история знает немало таких историй) фианиты «обманывали» и знатоков.

Красивые и практичные характеристики прекрасного фианита стали причиной его широкой востребованности в ювелирной сфере. Фианит стал самой распространенной имитацией бриллианта, благодаря чему заслужил высокую популярность, показатели которой растут с каждым годом.

Ему свойственен безупречный блеск и сияние, также его характеризует возможность окрашивать кристаллы практически в любые цвета а стоимость очень уступает стоимости бриллианта.

Свое название всемирно известный камень фианит получил в честь Физического Института им. П. Н. Лебедева Академии Наук СССР, а сокращенно ФИАН, где он впервые был синтезирован в 1970-х годах. Однако это название практически не используется за пределами бывшего СССР. За рубежом этот материал чаще называют джевалит, даймонсквай и цирконит. Очень часто, особенно в переводах с иностранных языков, фианит называют «цирконием» или «цирконом», что ошибочно и создаёт неразбериху, так как фианит является синтетическим материалом, циркон же – отдельно взятый жёлтовато-коричневый минерал, никак не связанный с ним, а цирконий –  химический элемент. А теперь подробнее…

Развеем мифы!

Циркон? В ювелирных магазинах при виде изделий со вставкой фианита от покупателей можно часто услышать мнение о том, что лучше бы это был циркон…

Этот миф прижился в народе, и как раз таки прежде всего из-за неразберихи в переводах, упомянутой выше и наверно где-то из-за ориентированности русского человека на Запад, к сожалению. К сожалению? Да, именно! Но эта весьма глубокая и глобальная тема отвлекает наше внимание от общего контекста статьи, поэтому я попробую объяснить, не меняя ювелирной направленности. Создать уникальный искусственный минерал удалось именно нашим ученым, за границей же впоследствии скопировали советскую технологию выращивания фианита и назвали  таким коммерческим названием, получившим известность во всем мире, как Cubic Zirconia– кубик циркония, а сокращенно — CZ, который часто называют кратко «циркон». Это, на первый взгляд, ёмкое название НЕ верно!

Циркон – это силикат циркония (ZrSiO4). Природный натуральный полудрагоценный минерал, который сегодня практически невозможно найти в ювелирных магазинах. Почему его не используют в наше время? Потому что это очень нежный камень. К примеру, бриллианту возможно нанести повреждения только поцарапав бриллиантом, и это благодаря его твердости. Фианит или кубик циркония имеет плотность около 8 единиц, а плотность циркона составляет лишь 6 единиц, то есть его легко поцарапать кварцем.

Цирконы бывают следующих цветов: золотисто-желтые, красные, коричневые, желтовато-зеленые и небесно-голубые. Их цвет зависит от примесей химических элементов, таких как: железо, медь, цинк, кальций, титан и некоторые другие. Можно встретить также бесцветные и черные цирконы. Прозрачные кристаллы циркона розового цвета называются гиацинтом, кристаллы жёлтого цвета называют жаргоном.

Камень циркон обычно радиоактивен, всегда содержит примеси редких и радиоактивных элементов.

Когда еще не существовало фианита или кубика циркония, циркон достаточно часто использовался как имитация бриллианта, так как имеет алмазный блеск.

Однако только фианит или кубик циркония имеют физические свойства, которые соответствуют необходимым требованиям в ювелирной деле в наше время.

Цирконий? Также довольно часто можно услышать, как покупатели называют фианит цирконием. Вероятно этот миф возник, когда «Cubic Zirconia» решили перевести на русский, таким образом «кубик циркония» превратился сначала в «кубический цирконий», а после, в народе сократился до «циркония». Без сомнения это НЕ верно!

Цирконий (лат. Zirconium), Zr – это не минерал, а химический элемент IV группы периодической системы, под номером 40, серебристо-белый металл, с характерным блеском и высокой пластичностью, устойчивый к коррозии.

Итак!

Фианит или Cubic Zirconia – это кубический диоксид циркония ( ZrO2), синтетический минерал, искусственно созданный. Имеет твердость 8,0 по шкале Мооса, с алмазным блеском. Когда советские ученые путем различных опытов создавали фианит, их целью было получение кристалла со строго определенными заданными характеристиками для его использования впоследствии в лазерах. В результате им удалось синтезировать самый популярный материал, применяемый в ювелирном искусстве.

Стоит вернуться на время к нашему легендарному, не побоюсь этого слова, прошлому и вспомнить историю возникновения фианита.

Кубическая двуокись циркония – ZrO2 – идентична по составу минералу бадделеиту,  впервые открытом в 1892 году на Шри-Ланке (используется как сырье в керамической промышленности и производстве огнеупоров). Структурным природным аналогом фианита является тажеранит – минерал очень редкий, из-за чего в ювелирном деле не применяется, открыт в 1969 году в Тажеранском щелочном массиве (Прибайкалье), считается очень редким, коллекционным камнем.

Двуокись циркония – полиморфное вещество, что означает образующее различные кристаллические решетки. В обычных условиях его структура является моноклинной, при нагреве выше 1250°C его структура становится тетрагональной, при t ~ 1900°C – гексагональной и только при температуре ~ 2300°C она становится кубической, как у алмаза. Однако при охлаждении структура ZrO2 снова становится моноклинной.

Для того чтобы удалось получить кубическую окись циркония, стабильную в нормальных условиях, нужны дополнительные компоненты. В качестве таких стабилизирующих добавок используют: окиси кальция, магния, иттрия. Так получается так называемую циркониевую керамику, известная до фианита. Это материал непрозрачный, и применяется в высокотемпературных конструкциях.

Но для того чтобы сделать двуокись циркония ювелирным камнем, нужно было не создавать керамику, а выращивать прозрачные монокристаллы, а эта задача уже была гораздо труднее. Как упоминалось ранее, решение нашли в Физическом Институте Академии Наук СССР. Советские ученые под руководством В. В. Осико разработали тигельный метод выращивания кристаллов из расплава. Температура плавления диоксида циркония невероятно высокая – около 2750°C. Не существует ни одного огнеупорного материала, в котором его можно было бы расплавить : любой материал при такой высокой температуре либо в реакцию с расплавом вступит, либо просто расплавится… И тогда ученые нашли находчивое решение этой проблемы: двуокись циркония можно расплавить в контейнере, состоящем из этой же двуокиси циркония!

Сущность метода заключается вот в чем: порошок ZrO2 помещают в специальную ёмкость – тигель, его  температура поддерживается на уровне нормальной комнатной температуры с помощью воды, проходящей через медные трубки. Высокочастотный генератор производит энергию через индуктор, окружающий тигель, к шихте с таким расчетом, чтобы плавлению подверглась только ее центральная часть, а снаружи порошок остался холодным. В результате получается, что расплав ZrO2 окружен твердой оболочкой, что состоит из этого же материала. В металлургии такой  защитный слой называется «гарнисаж». Так энергия подается до того момента пока не расплавится вся смесь, за исключением тонкой корочки рядом с по-прежнему холодным тиглем. Чтобы устранить возможные примеси и обеспечить однородную среду, в расплавленном состоянии вещество поддерживают в течении нескольких часов. После чего мощность генератора постепенно снижают и будущий минерал начинает остывать, кристаллизуясь с низа тигля вверх. После полного охлаждения из затвердевшей массы начинают появляться короткостолбчатые кристаллы. Финальным шагом является отжиг, после которого кристаллы уже готовы к огранке. В самом начале этого пути размер полученных кристаллов не превышал 2 см, тогда как сегодня при промышленном производстве получается создать единичные камни весом до 4кг.

Чтобы придать кристаллам фианита окраску, в шихту добавляют различные элементы. Церий в разных пропорциях – для желтых, оранжевых и красных оттенков, хром – для зеленых, неодим – для пурпурных цветов, эрбий – для розовых, и др.. Такие фианиты – прекрасная имитация цветных драгоценных и полудрагоценных камней. В наше время возможно получить кристаллы самых разнообразных оттенков (более 20-ти цветов), в том числе двухцветный кристалл и с александритовым эффектом (когда камень способен менять свою окраску в зависимости от изменения в освещении). При помощи термообработки из бесцветного материала получают белый и черный фианит с эффектом опалесценции (природа опалесценции связана с процессом преломления света внутри камня, в наибольшей степени свойственна опалам).

В СССР фианит официально синтезируется с 1973 года, тогда и началось его масшабное промышленное производство. Спустя пару лет швейцарская ювелирная фирма «Джевахирджан» начала его производство под новым коммерческим названием «джевалит». В США производство нашего фианита было освоено только в 1976 году. В последние годы его весьма успешно производят в Китае и Таиланде. Идут году и совершенствуются технологии получения фианита, но в их основе по-прежнему лежит и навсегда останется методика сорока трехлетней давности, найденная и созданная советскими учеными. Она является лучшей и в наши дни. Хочется отметить, что полной и развернутой инфомации по данной теме, по данной разработке – открытию, к сожалению практически нет, что безусловно очень грустно. Парадоксально еще и то, что на англоязычных ресурсах об этом информации больше, чем на русскоязычных, в частности о наших ученых. Хотя безусловно та информация подана «со своей колокольни» и о их производстве, построенном на опыте наших ученых, там не сказано. Продолжим… Производство фианитов очень сложный и трудоемкий процесс, однако он намного дешевле, чем разработка месторождений и добыча алмазов и других драгоценных камней.

Купить украшение с бриллиантом, может позволить себе далеко не каждый человек, а иметь ювелирные изделия с красивые сияющими камнями хотят многие, здесь на помощь ювелирам и приходят «искусственный бриллиант» – фианит (или cubic zirconia, как он известен за рубежом).

Ювелирные вставки из фианита, благодаря разным видам огранки, играют на свету чистым изумительным блеском. Как это ни удивительно, но имитацию бриллианта — фианит – тоже часто подделывают. Есть производители, которые, стремясь сэкономить, вместо фианитов ставят, например, стекло или камни без про-бриллиантовых характеристик, созданные без соблюдения технологии. Такие украшения не будут сверкать и долго носиться.

Фианит – прекрасная и уникальная технология, которой мы по праву должны гордиться, благодаря нашим ученым!

Успешно отличить фианит от бриллианта можно с помощью специального оборудования.

У алмаза показатель преломления равен 2,42, а у фианита очень близкий по значению – 2,17-2,18), поэтому внешне друг от друга они практически не отличимы. Для проверки показателя преломления требуется специальный рефрактометр. Незначительное различие в показателе дисперсии (фианит – 0,06, бриллиант – 0,044) на глаз также определить невозможно. Фианит хорошо полируется, его твердость – 8 по шкале Мооса (у алмаза – 10), достаточно высокая, чтобы надолго обеспечить камню первоначальный вид. Удельный вес у фианита (5,6 — 6 г/см3) выше, чем у алмаза (~3,52 г/м3), но для того, чтобы проверить это, нужно извлечь камень из оправы. Конечно не все фианиты идеально прозрачны и бесцветны, но ведь и алмазы не все безупречны. Теплопроводность: фианит является теплоизолятором, в то время, как бриллиант является одним из самых эффективных термических проводников, с теплопроводностью, превышающей металлы. Это также позволяет отличить бриллиант от фианита, с помощью необходимого оборудования. Также один из самых эффективных методов идентификации бриллиантов связан с тем, что они лучше любого искусственного материала пропускают рентгеновские лучи. Если изделие с бриллиантом и фианитом положить на фотопленку и осветить рентгеновскими лучами, под бриллиантом пленка почернеет гораздо сильнее.

Фианит — это одна из лучших имитаций бриллианта, если не самая лучшая!

Для того, чтобы заказать индивидуальное ювелирное украшение с красивыми и качественными фианитами, воспользуйтесь контактами сайта.

DORADA Jewelry

doradajewelry.com


Смотрите также