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Zirkonium

 

[zu Zirkon] das, -s, fachsprachlich Zirconium, chemisches Symbol Zr, ein chemisches Element aus der vierten Nebengruppe des Periodensystems der chemischen Elemente. Reines Zirkonium ist ein grauweißes, glänzendes, relativ weiches, walz- und ziehbares Metall. In kompakter Form ist Zirkonium gegen Sauerstoff beständig und überzieht sich beim Erhitzen nur mit einer dünnen Oxidschicht; fein verteiltes Zirkonium (Pulver, Schwamm, Späne) reagiert dagegen schon bei geringem Erwärmen, bei Reibung oder Schlag sehr heftig mit Sauerstoff unter Bildung von Zirkoniumdioxid, ZrO₂. Gegen Säuren und Alkalien ist Zirkonium sehr beständig; es wird jedoch durch Königswasser, Flusssäure und konzentrierte Schwefelsäure angegriffen.

 

Zirkonium kommt in der Natur weit verbreitet vor und steht in der Häufigkeit der chemischen Elemente an 20. Stelle. Technisch wichtige Zirkoniumminerale sind v. a. der Zirkon und der Baddeleyit; daneben tritt Zirkonium meist auch in den Mineralen der Seltenerdmetalle auf. In allen Mineralen wird es von dem (in der gleichen Gruppe des Periodensystems stehenden) Element Hafnium begleitet. - Zur Gewinnung von Zirkonium dienen v. a. Zirkonkonzentrate, die meist zunächst mit Alkalien aufgeschlossen und in Zirkoniumdioxid übergeführt oder im Lichtbogenofen mit Koks oder Graphit zu Zirkoniumcarbonitrid (Gemisch von Zirkoniumcarbid und Zirkoniumnitrid) umgesetzt werden; durch anschließendes Chlorieren erhält man aus diesen Zwischenprodukten das Zirkoniumtetrachlorid, ZrCl₄. Nach neueren Verfahren wird Zirkoniumtetrachlorid auch direkt aus Zirkonkonzentraten durch Chlorieren in Gegenwart von Koks oder Holzkohle gewonnen. Nach Abtrennen von Verunreinigungen wird das Zirkoniumtetrachlorid v. a. durch Extraktionsverfahren von beigemengtem Hafniumtetrachlorid befreit. Zuletzt wird es nach dem Kroll-Verfahren mit Magnesium reduziert. Besonders reines Zirkonium erhält man durch thermische Zersetzung von Zirkoniumtetrajodid, ZrJ₄, nach dem Van-Arkel-de-Boer-Verfahren. In einem gesonderten Verfahrensschritt (z. B. Umschmelzen unter Sauerstoffausschluss im Vakuumlichtbogenofen) muss das bei der Gewinnung meist in Form eines porösen (leicht entzündlichen) Zirkoniumschwamms anfallende Metall in kompaktes Zirkonium überführt werden, das dann weiterverarbeitet werden kann. - Verwendung findet Zirkonium wegen seiner geringen Neutronenabsorption rein oder mit geringen Zusätzen (Zirkoniumlegierungen) v. a. im Kernreaktorbau, z. B. für die Umhüllung von Brennstoffelementen. Daneben dient es wegen seiner chemischen Beständigkeit in der chemischen Industrie zur Herstellung von Apparateteilen (Rührer, Ventile, Spinndüsen u. a.), in der Chirurgie als Material z. B. für Schrauben und Nägel. Zirkoniumfolien werden für Blitzlichtlampen, Zirkoniumpulver in der Pyrotechnik für Leuchtkugeln und Zünder verwendet.

 

Zirkonium wurde 1789 von M. H. Klaproth im Mineral Zirkon entdeckt und 1824 von J. J. Berzelius als Element isoliert. Reines duktiles Metall wurde erstmals 1925 nach dem Van-Arkel-de-Boer-Verfahren gewonnen. Größere technische Bedeutung erlangte Zirkonium etwa ab den 1950er-Jahren mit der Entwicklung der Kerntechnik.