Порошок циркония

Порошок циркония производится гидрированием-дегидрированием (HDH) металлического Zr, атомизацией расплава или восстановлением ZrCl₄ натрием (процесс Хантера). Применяется в ядерной технике, в производстве керамики ZrO₂ и стабилизированных цирконатов для SOFC, а также в пиротехнике и взрывателях как высокоэнергетическое топливо.

Ядерный цирконий: содержание Hf < 100 ppm обязательно для реакторного применения (сечение захвата Zr = 0,18 барн против 100 барн у Hf). Оболочки тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ) из сплавов Zircaloy-2 (1,5%Sn, 0,15%Fe, 0,1%Cr) и Zircaloy-4 применяются в водо-водяных реакторах PWR и BWR при температурах 300–350°C и давлении 70–160 бар. При аварии с потерей охладителя (LOCA) и нагреве оболочки выше 1200°C начинается реакция Zr + 2H₂O → ZrO₂ + 2H₂ — экзотермическая, выделяющая водород; именно она стала причиной взрывов водорода на АЭС Фукусима. Сплав Zr-1%Nb (Э110 в российской терминологии) применяется в ВВЭР — пониженное содержание олова уменьшает коррозию в горячей воде при длительных кампаниях.

В пиротехнике порошок Zr (40–150 мкм) применяется как энергетическое горючее в воспламенителях и сигнальных составах. Теплота сгорания Zr до ZrO₂: 1091 кДж/моль — выше, чем у Al (838 кДж/моль) при сопоставимой плотности. Температура воспламенения 200–300 мкм-порошка в кислороде: 550–650°C; субмикронный порошок пирофорен на воздухе. Взрывоопасность: НКПВС циркониевого порошка 40–50 г/м³ — строгие требования к заземлению и вентиляции.