【제목 : 지르코늄(Zirconium)의 특징】
1.지르코늄(Zirconium)이란?
원자번호 40의 지크코늄(Zirconium,원소기호 : Zr)은 티타늄족(4B족)에 속하는
천연금속중에서 중성자를 흡수하는 정도가 가장 낮고 내열성과 내부식성이 매우 뛰어난
은회색의 전이금속원소입니다.
1787년 독일의 화학자 클라프로스(Martin Heinrich Klaproth 1743~1817)가
처음 발견하였으며 1824년 베르셀리우스(Jons Jakob Berzelius 1779~1848)에 의해
처음으로 분리되었습니다.
표준원자량은 91,224g/mol, 녹는점 1,855℃, 끓는점 4,409℃, 밀도는 6.51g/㎣ 입니다
지르코늄(Zirconium)이라는 명칭은 그것이 포함된 광석(鑛石)이름인 지르콘(Zircon)에서
유래된 것으로 지르콘(Zircon)은 성서 기록에 나올정도로 고대부터 알려진 광물로
예로부터 중동지역에서 보석으로 귀중하게 사용되어 왔으며 지르콘(Zircon)의
아랍어 '자르군'은 '황금색'이란 의미입니다
전세계적으로 미국과 호주, 남아공, 중국, 인도네시아가 지르코늄(Zirconium)의
주요 생산국으로 주로 화강암으로 부터 생성된 자갈과 모래로 채취되며
지각에서 구리나 납보다도 보유량이 많은 19번째로 풍부한 원소이지만 지르콘(Zircon)으로부터
지르코늄(Zirconium)을 순수 분리하기는매우 까다롭습니다
그 이유는 주기율표에서 지프코늄 바로 밑에 있는 하프늄과 전하(電荷)라든가 크기와 성질이
매우 비슷하기 때문입니다.
이 원소는 공기중에서 산소와 빠르게 결합하여 그 표면을 이산화지르코늄으로 덮어
보호하기 때문에 내부식성이 우수하며 산, 알칼리, 기타 여러 화학물질에 의해서도
잘 부식되지 않습니다.
2.지르코늄(Zirconium)의 종류 및 용도
《금속 지르코늄(Zirconium)》
1)우주항공분야
지르코늄(Zirconium)은 고열(高熱)에 잘 견디기 때문에 우주선 선체 건조(建造) 및 내열재로
중요하게 사용됩니다.
우주선의 외벽은 지구 대기권을 지날때 공기와의 마찰로 선체 표면에 고온이 되므로
내열성이 강한 소재로 건조(建造)해야 하기 때문입니다.
2)원자력발전 분야
지르코늄(Zirconium)은 천연금속중 중성자를 흡수하는 정도가 가장 낮고 내열 및 내부식성
이 우수하여 원자로의 핵연료 피복재, 구조물의 재료(중수로 압력관)로 대량 사용되고 있습니다
특히 지르칼로이(Zircaloy)라 부르는 지르코늄(Zirconium)의 합금은 주석(Sn), 나이오븀(Nb),
등을 첨가한 것으로 물속에서도 부식에 강합니다
그러므로 자르칼로이(Zircaloy)로 만든 관(이를 연료봉이라 부름)에 핵연료를 담아 원자로
속의 물에 넣으면 우라늄이 물과 접촉하지 않고 핵분열반응을 일으킬 수 있습니다
원자로에는 수백개의 연료봉이 들어 있습니다.
자르칼로이(Zircaloy)는 중성자를 흡수하지 않기 때문에 원자로에서 일어나는 연쇄반응에
영향을 주지 않습니다.
만일 핵분열 반응때 나오는 중성자를 흡수하는 성질이 있다면 연쇄반을을 방해 할 것입니다.
3)화학분야
지르코늄(Zirconium)은 산, 염기등 여러 화학물질에 대한 내부식성이 우수하고
가공성, 강도, 열전달 특성이 좋아 화학공장에서 열교환기, 반응기, 증류탑, 압력탱크,
펌프, 파이프등의 소재로 널리 사용되어지고 있습니다.
4)식품 및 제약 관련분야
지르코늄(Zirconium)은 독성이 없기 때문에 식품 및 제약공장에서도 유용하게
사용되고 있습니다.
5)인체조직 관련분야
지르코늄(Zirconium)은 인체조직과의 적합성이 좋기 때문에 인공 고관절, 무릎관절,
채내 이식장치, 수술용 도구등에 사용되고 있습니다.
6)기타분야
지르코늄(Zirconium) 합금은 녹는점이 높고 내부식성이 우수하기 때문에
전등 필라멘트, 정밀도구, 휴대폰과 시계 케이스, 고강도 자전거 프레임등 다양한 용도로
중요하게 사용되고 있으며 분말은 불에 잘 타기 때문에 군사용 소이탄으로 사용되며,
나이오븀과의 합금은 초전도체로 사용되고 있습니다.
《지르코늄(Zirconium) 화합물》
1)이산화 지르코늄(지르코니아)
이산화 지르코늄(Zirconium)인 지르코니아는 매우 단단한 결정체(모스경도 8~8.5)
이면서 빛을 큰 각도로 굴절(굴절율 2.15~2.18)하여 다양한 색을 가지고 있으므로
무색투명한 지르코니아의 표면을 잘 연마하면 보석의 일종인 다이아몬드처럼 보여
유사 다이아몬드인 합성큐빅으로 널리 사용되고 있으며 또한 내열성,내부식성이 뛰어나
실험실 도가니(Crucible), 야금로등의 내화물과 연소실, 제트엔진, 가스터빈등 고온부품의
세라믹 피막제, 도자기 유백제, 연마제, 세라믹 칼과 인공치아를 만드는데도 쓰여지고 있습니다.
2)규산 지르코늄(Zirconium)
지르콘(Zircon)이라고 불리는 규산 지르코늄은 모스경도 7.5이며 녹는점은 2,550℃입니다
물, 산, 알칼리등에 녹지 않으며 보통 무색이지만 불순물로 포함된 미량원소에 따라
붉은색, 노랑색, 갈색, 검은색등 다양한 색을 띠기도 하며 온도에 따라 색이 변하기도 합니다.
지르콘은 열이 잘 전달되지 않아 매끄러운 표면을 갖는 금속 주물의 주형(Mold)과
알칼리에 내부식성이 요구되는 내화물, 범랑의 유약, 반도체 고박막, 각종 세라믹제품,
그리고 지르코늄과 지르코니아 생산에도 사용되고 있습니다.
3)기타 지르코늄(Zirconium)무기화합물
●탄화 지르코늄 - 녹는점이 3,532℃인 아주 단단한 내화성 내부식성 세라믹 물질로
절단도구나 드릴도구를 만드는데 사용됩니다.
●질화 지르코늄 - 녹는점이 2,980℃이며 질화 티타늄과 유사한 황금색의 단단한
세라믹 물질로 의료기기, 드릴비트(Drill Bit), 자동차 및 항공기 부품,
등 내부식성과 내마모성이 요구되는 것을 코팅하는데 사용합니다.
●탄산 지르코늄 - 덩쿨옻나무(Poison Ivy) 해독로션으로 사용되었으나 피부발진등의
부작용으로 인해 현재는 사용되질 않습니다.
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