Zirkonyum Nedir? (Özellikleri, Bileşikleri, Kullanımı)

Zirkonyum, her geçen gün önemi biraz daha artan ve birçok üründe kullanılan dayanıklı metaller arasında yer alıyor.

Zirkonyum; dayanıklılığı sebebiyle birçok sektörde tercih edilen metal elementler arasında yer alır. Keşfinden günümüze kadar 218 yıldır farklı sektörlerdeki çeşitli ürünlerde ve uygulamalarda zirkonyum, alaşımları ve bileşiklerinin izini bulmak mümkün. Zirkonyumun bir bileşiği olan zirkonya ise, dişçilik başta olmak üzere önemli ürünlerin hammaddesi konumunda. Zirkon ve zirkonya gibi mineral ve bileşikleri bulunan zirkonyumu biraz tanıyalım.

Tarihçesi

Zirkonyum; Farsça kökenli “altın gibi” anlamındaki “zargun” kelimesinden türetilen bir sözcük. 1789 yılında Alman kimyager Martin Heinrich Klapoth tarafından keşfedildi. İsveçli kimyager Jöns Jakob Berzelius ise 1824 yılında potasyum, zirkonyum ve florür karışımını ısıtarak izole etti. 1892 yılında Joseph Baddeley, Sri Lanka’da önemli zirkonyum minerali olan ve soyadından esinlenerek “baddeleyit” adı verilen minerali keşfetti. 1914 yılında saf zirkonyum olarak elde edildi. 1925 yılında Hollandalı kimyagerler Anton Eduard van Arkel ve Jan Hendrik de Boer tarafından uygulanan termal işlemlerle beyaz, yumuşak, dövülebilir zirkonyum tetraiyodid metali elde edildi.

Kimyasal Özellikleri

Zirkonyum, kimyasal simgesi “Zr” olan element tablosunun 4-B grubunda yer alan metal bir element. Geçiş metalidir. Atom numarası 40, atom ağırlığı 91,224’tür. Erime noktası 1855 derece iken, 4409 derecede kaynar. Grimsi beyaz, sünek bir metaldir. Isıya ve korozyona son derece dayanıklıdır. Çelikten hafif, bakırdan serttir. Yüzde 99 saf hali gevrektir.

Kristal yapısı hegzagonaldır. Havadaki azot ve oksijenle etkileşmemesi için döküm işlemlerinde özel fırınlar kullanılır. Düşük sıcaklıklarda süper iletken özelliği gösterir. Bu sebeple zirkonyum-niobyum alaşımları mıknatıs yapımında kullanılmaktadır. Zirkonyum, normal sıcaklıklarda reaktif değildir; yüksek sıcaklıklarda reaktif hale gelir. Havada ve sıvıda oksitlenerek korozyona direnç kazanır.

Doğada saf zirkonyum nadiren bulunur. Hemen hemen bütün zirkonyum cevherleri hafniyum içerir. Zirkonyum bileşikleri dağınık halde oldukça fazladır. Bakır, nikel kurşun, kalay ve çinko gibi metallerin toplamından daha fazla zirkonyum cevheri bulunduğu tahmin edilmektedir.

Nerelerde Kullanılır?

Teknolojik gelişmelerle doğru orantılı olarak son yıllarda zirkonyum ve bileşiklerinin kullanımı giderek artıyor. Zirkonyum tüketiminin yaklaşık yüzde 95’i zirkon, zirkonyum oksit ve zirkonyum bileşikleri olarak kullanılmaktadır. Yüzde 5’lik dilim ise zirkonyum metali olarak kullanılıyor.

Zirkonyum, yüksek performanslı vana ve pompalarda korozyona dayanıklı metal olarak kullanılır. Aynı zamanda nükleer reaktörlerin de önemli bir elementi. Her yıl zirkonyum üretiminin yüzde 90’ı nükleer enerji endüstrisinde tüketilmektedir. Nükleer enerjide kullanılan zirkonyumun hafniyumdan tamamen arındırılması gerekiyor. Bunun sebebi, hafniyumun termal nötronları absorbe etmesidir. Nükleer reaktörlerde kaplama olarak uranyumla benzersiz kombinasyon oluşturur. Bazı gazların birleştirilmesi veya uzaklaştırılması için de zirkonyumdan faydalanılır.

Alaşım maddesi, bomba yapımı, seramik ve refraktör bileşiği de olabilen zirkonyumun kullanıldığı bazı ürün ve alanları şöyle sıralayabiliriz: Çelik üretimi, vakum tüpleri, tıptaki cerrahi uygulamalar, patlayıcılar, yapay ipek, flaş, mıknatıs, losyonlar, deodorantlar, ter önleyiciler, ateşe dayanıklı askeri malzemeler, lamba, takı ve mücevherler…

Zirkon ve Zirkonya Nedir?

Zirkon ve zirkonya benzer kelimelerden türetilmiş sözcükler olsa da kimyasal yapıları farklı mineral ve bileşiklerdir.

Zirkon, pek çok farklı formda olabilen zirkonyum bileşiği bir mineraldir. Başka bir deyişle elementer zirkon metaline “zirkonyum” adı verilir. Kristal sistemi tetragonaldır. Renksiz, kahverengi tonları, gri, yeşil, sarı ve kırmızı renkte olabilir. Şeffaf, elmas parıltılı ve camsıdır. Kum, öğütülmüş veya mikronize edilmiş toz olarak kullanılabilir.

Zirkon; hafniyum elementinin primer kaynağıdır. Zirkon minerali yaklaşık 50’de 1 oranında hafniyum içerir. Sahil kumlarından metal elde edilen plaser işletmelerde yan ürün olarak üretilir. Granit, siyenit, nefelin siyenit gibi magmatik kayalarda yaygın olarak bulunan aksesuar minerallerinden biridir. Zirkon, toryum içeriği sebebiyle radyoaktiftir. Genellikle refraktör sanayisinde kullanılır. Yüksek ısıya dayanıklı özel refraktör tuğlalarının üretiminde önemli bir maddedir. Porselen ve buji gibi ürünlerde de kullanılır. Metal alaşımlarında ve döküm kumu olarak da kullanılabilmektedir. Kimya sanayisinde korozyona karşı dayanıklılığı sebebiyle tercih edilir. Seramik endüstrisinde renk ayarlayıcı, beyazlatıcı veya matlaştırıcı özelliğinden faydalanılır.

Zirkonya ise; zirkon silikattan (ZrSiO4) suni elde edilen zirkonyum dioksit (ZrO2) bileşiğine verilen addır. Piyasada kullanımı yaygın zirkonyum bileşiklerinin başında gelir. Zirkonyumun beyaz kristal oksididir. Doğal hali monoklinal bir kristal yapıya sahiptir. Bileşiminde silikatlar, alüminatlar, metal oksitler, su, alkali bileşikler bulunur. Çok yüksek sıcaklıklarda çalıştırılan fırınlar ve potalarda zirkonya tercih edilir. Diş sektöründe çok kullanılan seramik kaplamalar ve diş altı materyalleri de zirkonya içerir. Estetik diş uygulamalarının önemli bir materyalidir. Yüksek performans polikristalin seramiğidir. Seramikler arasında üzerinde en çok çalışma yapılmış metal oksididir. Beyaz fildişi rengindedir. Işık geçirgenliği yüksektir.

Kuyumculukta kullanılan formuna “kübik zirkonya” da denilmektedir. Zirkonyanın en popüler formu; mücevherlerde ve takılarda da kullanılan ve “sahte elmas” olarak tanımlanan elmas görünümlü, berrak, şeffaf bir taştır. Mücevher sektöründe “zirkon” olarak bilinen ürünler de aslında zirkonyadır.

Ayrıca; ilaç, boya, tekstil, elektrotlar, izolasyon, fotoğrafçılık, diş kaplamaları ve uygulamaları, seramik borular, kesiciler, otomotiv rulmanları, çeşitli pompalar, sızdırmazlık halkaları, tel apartları, tüpler, valfler, deri sanayisi, uzay endüstrisi gibi alanlarda da kullanılır.

Baddeleyit Nedir?

Doğada ekonomik değeri bulunan zirkonyum, “baddeleyit” adı verilen mineralden elde edilir. Zirkonya, zirkonyum oksit ve zirkonyum dioksit olarak da bilinir. Baddeleyit minerali, önemli bir zirkonyum bileşiğidir ve ateşe çok dayanıklıdır. 2700 derecede eriyebilir, beyaz renkte katıdır. Bu mineral Hafniyum da içerir. Bazı durumlarda yüzde 1 hafniyum içeren zirkonyum saf olarak kabul edilir.

Zirkonya ve Dişçilik

Vücutla uyumlu yapısı sebebiyle özellikle diş uygulamalarında kullanılan bazı ürünler zirkonyum içerir. Zirkon, zirkonya ve zirkonyum; porselen kron ve köprü, metal desteksiz kron ve porselenler, kaplamalar ve implantlarda kullanılabiliyor. Biyouyumluluğu oldukça yüksek materyallerdir. Zirkonya içeren implantlar, altyapı materyalleri ve kaplamalar doğal diş görünümü sağladığı için de tercih sebebi olabiliyor. Yüzde yüz beyaz olması, saydamlığı ve şeffaflığı sayesinde estetik bir görüntü elde edilebiliyor. Normal dişlere zarar vermiyor.

Kaplama malzemesi olarak dişin görünümünü iyileştirmek için kullanılan en popüler seramik kron ürünüdür. Leke tutmayan, uzun ömürlü ve dayanıklı kristal yapısı sebebiyle dişçilikte kullanılan birçok kimyasal madde ile de alaşımlar oluşturulabilir veya birlikte kullanılabiliyor. Örneğin zirkonya protezlere titanyum vidalar kombine edilebiliyor. Ayrıca insan anatomisi, diş uygulamalarında kullanılan zirkonyum içerikli ürünleri reddetmez ve metal alerjisi gibi durumlara yol açmaz. Altın, metal ve porselen kronlardan daha dayanıklıdır.

Zirkonyum malzemelerin dezavantajı ise, sert olması sebebiyle diş kökünde ve diğer normal dişlerde sürtünmeyle deforme ve aşınmalara yol açabiliyor.

Nerelerde Bulunur?

Dünyada yıllık zirkonyum üretimi ortalama 1,5 milyon ton civarındadır. Dünya zirkonyum ihtiyacının yaklaşık yüzde 50’si Avustralya tarafından karşılanıyor. Güney Afrika yüzde 25, Çin ise yüzde 10 oranında dünya üretiminde pay sahibi. Yüzde 15’lik dilimi de şu ülkeler paylaşıyor; Endonezya, Mozambik, Sri Lanka, Rusya, ABD, Hindistan, Brezilya…

Türkiye’de de sahil kumlarında konsantre zirkona rastlanmaktadır. Ancak henüz zirkon madenciliği ekonomik öneme sahip değil. Bu yüzden Türkiye’de üretim yapılmıyor ve zirkon veya zirkonyum ihtiyacı ithalat yoluyla karşılanıyor. Türkiye’deki yıllık zirkonyum tüketimi 2-3 bin ton civarındadır.