Zirconium

Der deutsche Chemiker Martin Heinrich Klaproth analysierte 1789 das Mineral Zirkon. Der Name leitet sich vom arabischen "zarqun" (goldfarben) oder persischen "zargun" (goldähnlich) ab, inspiriert durch die Farbe von Zirkon-Edelsteinen.
Dem schwedischen Forscher Jöns Jakob Berzelius gelang es 1824, unreines Zirconiummetall herzustellen. Allerdings war es wegen der Verunreinigung nicht nutzbar.

Den niederländischen Chemikern Jan Hendrik de Boer und Anton Eduard van Arkel gelang es 1914 erstmals hochreines Zirconium herzustellen.

Die industrielle Verwendung begann in den 1940er mit dem US-Atomprogramm, als man entdeckte, dass Zirconium ideale Eigenschaften für Kernreaktoren hat. Die US-Firma Kroll Metals entwickelte in den 1950ern eine Zirkoniumlegierung, die bis heute in Reaktoren genutzt wird.

Ab den 1960er Jahren werden Zirkoniumwerkstoffe in Hüftimplantaten und Zahnkronen eingesetzt.

Zirkonium wird als Zirkoniumdioxid und als Zirkonmetall verwendet.

Die wichtigste Anwendung von Zirkoniummetall ist in der Kernkraft, wo es ein wichtiges Material für die Brennstabhüllen in Kernreaktoren ist, da es Neutronen kaum absorbiert und somit die Kettenreaktion nicht behindert. Diese Zirkoniumhülle darf jedoch kein Hafnium enthalten. Da Zirkonium Hitze und Korrosion im Kühlwasser standhält, wird es auch in Reaktordruckbehälter-Innenverkleidungen verwendet.

In der chemischen Industrie wird es als Schutz vor aggressiven Chemikalien in Tanks und Wärmetauschern verwendet.

Zirkoniummetall eignet sich auch für Superlegierungen in Turbinenschaufeln von Flugzeugen.

Zirkoniumdioxid wird aufgrund seiner Biokompabilität in medizinischen Implantaten eingesetzt. Weitere Anwendungen sind Hochtemperaturkeramiken, Halbleiter und verschleißfeste Beschichtungen.

Zirkon, das wichtigste Zirkoniummineral enthält zu etwa 50 Prozent Zirkoniumdioxid. Der Hafniumgehalt variiert je nach Lagerstätte, liegt aber zwischen einem und vier Prozent.

Aufgrund der starken chemischen Ähnlichkeit von Hafnium und Zirkonium ist die Trennung der beiden Elemente voneinander sehr aufwändig und teuer. Die bevorzugten Methoden zur Trennung von Hafnium und Zirkonium sind Ionenaustausch- und Lösungsmittelextraktionstechniken.
Für manche Zwecke ist die Trennung der beiden Elemente allerdings nicht erforderlich.

Australien dominiert mit etwa 30 Prozent die Förderung von Zirkon. Das Land verfügt auch über die mit Abstand größten Zirkonreserven der Welt. Weltmarkführer ist auch das australischen Unternehmen Iluka Resources.

Südafrika ist der zweitgrößte Förderer von Zirkon, gefolgt von Mosambik.

Auch die USA fördern Zirkon. Das US-Unternehmen Tronox gehört global zu den Top-3 Zirkonciumplayern sowie auch Rio Tinto.

Die globalen Fördermengen von Zirkon belaufen sich auf etwa 1,5 Millionen Tonnen. Die Produktion von Zirkonmetall beträgt schätzungsweise 6000 Tonnen.

Chromit und Olivin können in einigen Gießereianwendungen anstelle von Zirkon verwendet werden. Auch Dolomit und Spinell können Zirkon in bestimmten Hochtemperaturanwendungen ersetzen.
Niob (Columbium), Edelstahl und Tantal bieten in begrenztem Umfang Ersatz für Kernanwendungen.
Titan und synthetische Materialien können in einigen chemischen Verarbeitungsanlagen als Ersatz dienen.
Bor- oder Cadmium-Silber-Indium-Legierungen werden manchmal anstelle von Hafniummetall in Steuerstäben von Kernkraftwerken verwendet.
Zirkonium kann in bestimmten Superlegierungen austauschbar mit Hafnium verwendet werden.