Hvis du fik at vide, at et mineral, der er i stand til at blive poleret til en blændende ædelsten, også fungerer som den ubesungne helt, der holder atomkraftværker kørende sikkert, ville du så have svært ved at tro det? Zirconium, grundstof nr.. 40 i det periodiske system, er netop sådan en "dobbelt-rollespiller", der spænder over verdenen af smykkediske og atomreaktorer.
Fra "Hyacinth Stone" til Chemical Element
Historien om zirkonium begynder med en smuk sten. Det naturlige silikatmineral, der indeholder zirconium, kaldes zircon, som har været værdsat som en halv-ædelsten siden oldtiden. Den viser en rig palet af farver, der spænder fra orange-rød og gylden-gul til farveløs og brunlig-grøn, og den er især blevet udvundet på øen Sri Lanka i det gamle Indiske Ocean. Ordet "zirkon" siges at stamme fra det persiske "Zargun", der betyder "gyldent" - en henvisning til den blændende glans af visse zirkonædelstene. Farveløs zirkon, når den skæres, kan gnistre med en glans, der minder om diamanter, og i lang tid blev det endda forvekslet med en type "blød diamant".
Det var først i 1789, at zirkon blev hævet fra ædelsten til grundstof, takket være et eksperiment af den tyske kemiker Martin Heinrich Klaproth. Ved at fusionere zircon med natriumhydroxid og behandle det med saltsyre, opdagede han i sidste ende et hidtil ukendt oxid, som han kaldte "zirconia." Senere, i 1824, producerede den svenske kemiker Jöns Jacob Berzelius først metallisk zirconium, men det var først i 1925, at rent, duktilt metallisk zirconium virkelig blev opnået.
Den sølv-grå "All-Rounder"
Ren metallisk zirkonium er et skinnende sølv-grå fast stof, der ligner stål i udseende. Dens smeltepunkt er så højt som 1.855 grader, og dens kogepunkt når 4.409 grader -, hvilket betyder, at zirconium forbliver urokkeligt ved temperaturer, hvor de fleste metaller for længst er smeltet.
Zirconium har tre bemærkelsesværdige talenter:
For det første dens "usårlige" korrosionsbestandighed. Zirkonium er usædvanligt modstandsdygtigt over for de fleste syrer, baser og havvand, med almindelige vandige syre- og alkaliske opløsninger, der næsten ikke kan korrodere det. Denne egenskab gør det til et ideelt materiale til kemisk udstyr - reaktorer, syre-resistente pumper, varmevekslerrør, ventiler - overalt, hvor der er behov for korrosionsbestandighed, findes zirkonium ofte.
For det andet dens "imødekommende" gas-absorberende evne. Ved opvarmning kan zirconium absorbere store mængder ilt, brint, nitrogen og andre gasser. Kun 100 gram metallisk zirconium kan absorbere 817 liter brint ved 200 grader. Denne egenskab er smart udnyttet i den elektriske vakuumindustri - zirkonium er belagt på anoder af elektronrør for at absorbere resterende gasser, hvilket producerer høj-vakuumrør.
For det tredje, dens "Midas touch" i legering. Zirconium hyldes som "vitaminet" i den metallurgiske industri -, hvis blot tilføjes en lille smule, kan det forbedre materialets egenskaber markant. Tilføjelse af en-tusindedel zirconium til stål øger dets styrke og hårdhed i høj grad, hvilket gør zirconium-holdigt panserstål til et vigtigt materiale til fremstilling af tanke og skudsikre plader. Tilføjelse af en smule zirconium til kobber kan hæve dets smeltepunkt uden at kompromittere den elektriske ledningsevne, hvilket gør den særdeles velegnet til højspændingsledninger.-
Nukleartidens "Number One Metal".
Hvis ovenstående blot er zirconiums "sidelinjer", så er dets "hovedbeskæftigelse" transformerende for landskabet af menneskelig energi.
Det, der gør zirconiumlegeringer til det kernestrukturelle materiale i atomreaktorer, er et tilsyneladende paradoksalt, men alligevel afgørende kendetegn - et ekstremt lavt termisk neutronabsorptionstværsnit-. Enkelt sagt er neutronerne produceret ved nuklear fission de "gnister", der opretholder kædereaktionen, men alligevel absorberer de fleste metaller neutroner som en svamp, der opsuger vand og afbryder derved reaktionen. Zirconium er dog en undtagelse - det absorberer meget få neutroner, samtidig med at det modstår korrosion fra høj-temperatur,-højtryksvand ved 300-400 grader og opretholder god kompatibilitet med nukleart brændsel.
Det er netop denne kombination af fordele, der gør det muligt at fremstille zirconiumlegeringer til lange, tyndvæggede rør, der omslutter urandioxidbrændstofpiller og fungerer som den første sikkerhedsbarriere i en atomreaktor. Det anslås, at så meget som 90% af globalt produceret zirconium bruges i atomkraftsektoren. Fra atomubåde til "Hualong One"-reaktoren forbliver zirconiumlegeringsbeklædningsrør et uundværligt "atombrændselspanser."
