Zircônio - (Zr)

Industria  de Cerâmicas

• O principal composto de zircônio, o zircão, é utilizado como material refractário para moldes de fundição, como abrasivo e como constituinte de isolantes, esmaltes e outros materiais resistentes à temperatura. É também utilizado como pedra semi-preciosa artificial, imitando o diamante. 

O óxido de zircônio é empregue como material refractário no fabricação de cristais piezoeléctricos e de anéis para bobinas de indução de alta frequência, devido à sua baixa resistividade a alta temperatura. Utiliza-se ainda como pigmento na indústria cerâmica. Mais de 80% do zircônio produzido é consumido na forma destes dois compostos. 

• O zircônio PB ou zircônio PE (do francês zircon, zircão) é um elemento químico de símbolo Zr de número atômico 40 (40 prótons e 40 elétrons) e de massa atômica igual a 91 u. À temperatura ambiente, o zircônio encontra-se no estado sólido. 

Está situado no grupo 4 (IVB) da classificação periódica dos elementos. Foi descoberto em 1789 pelo alemão Martin Heinrich Klaproth. É um metal duro, resistente a corrosão, utilizado principalmente no revestimento de reatores nucleares.

Características Principais:

• É um metal material branco acinzentado brilhante e muito resistente a corrosão. É mais leve que o aço com uma dureza similar ao cobre. Quando está finamente dividido pode arder espontaneamente em contato com a atmosfera o ar reage antes com o nitrogênio que com o oxigênio , especialmente a altas temperaturas. 

É um metal resistente frente a ácidos, porém pode-se dissolver com ácido fluorídrico (HF), formando complexos com os fluoretos. Os seus estados de oxidação mais comuns são +2, +3 e +4.

Aplicações:

• É utilizado principalmente (em torno de 90% do consumo) como revestimento de reatores nucleares, devido a sua secção de choques de nêutrons ser muito baixa. Utiliza-se como aditivo em aços obtendo-se materiais muito resistentes. 
• Também é empregado em ligas com o níquel na indústria química devido a sua resistência perante substâncias corrosivas. 
• Devido à sua resistência à corrosão é usado como substituto do Crómio hexavalente nas linhas de tratamento de superfície de Alumínio.
• O óxido de zircônio impuro emprega-se para fabricar utensílios de laboratório que suportam mudanças bruscas de temperaturas, revestimentos de fornos e como material refratário em indústria cerâmica e de vidro. 
• É um metal bastante tolerado pelos tecidos humanos, por isso pode ser usado para a fabricação de articulações artificiais. 
• Também é empregado em trocadores de calor, tubos de vácuo e filamentos de lâmpadas. Alguns de seus sais são empregados para a fabricação de antitranspirantes. 
• Pode ser usado como agente incendiário para fins militares. 
• A liga com o nióbio apresenta supercondutividade a baixas temperaturas, podendo ser empregado para construir ímanes supercondutores. 

Por outro lado, a liga com zinco é magnética a temperaturas abaixo de 35 K. O óxido de zircônio usa-se em joalheria; é uma gema artificial denominada zircônia que imita o diamante. 

História:

• O zircônio (do persa “zargun”, que significa “cor dourada”) foi descoberto 1789 por Martin Klaproth a partir do zircão. Em 1824 Jöns Jacob Berzelius o isolou no estado impuro; até 1914 não foi preparado como metal puro. Em algumas escrituras bíblicas se menciona o mineral zircão, que contém zircônio, ou algumas de suas variações (jargão, jacinto, etc.). 

Não se sabia que o mineral continha um novo elemento até que Klaproth analisou um jargão procedente do Ceilão, no oceano Índico, denominando o novo elemento como zircônio. Berzelius o obteve impuro aquecendo uma mistura de potássio e fluoreto de potássio e zircônio, num processo de decomposição num tubo de ferro. O zircônio puro só foi obtido em 1914.

Abundância e obtenção:

• O zircônio não é encontrado na natureza como metal livre, porém formando numerosos minerais. A principal fonte de zircônio é proveniente do zircão (silicato de zircônio, ZrSiO4), que se encontra em depósitos na Austrália, Brasil, Índia, Rússia e Estados Unidos. 

O zircão é obtido como subproduto de mineração e processado de metais pesados de titânio, a ilmenita (FeTiO3) e o rutilio (TiO2), e também do estanho. O zircônio e o háfnio são encontrados no zircão na proporção de 50 para 1 e é muito difícil separá-los. 

• Também é encontrado em outros minerais, como na badeleyita (ZrO2). O metal é obtido principalmente de uma cloração redutiva através do processo denominado Kroll: primeiro se prepara o cloreto para depois reduzi-lo com magnésio. 

Num processo semi-industrial pode-se realizar a eletrólise de sais fundidos, obtendo-se o zircônio em pó que pode ser utilizado, posteriormente, em pulvimetalurgia. Para a obtenção do metal com maior pureza segue-se o Processo Van Arkel-de Boer, baseado na dissociação do iodeto de zircônio, obtendo-se uma esponja de zircônio metálico denominada crystal-bar. 

• Tanto neste caso, como no anterior, a esponja obtida é fundida para se obter o lingote. O zircônio é abundante nas estrelas do tipo S, e tem-se detectado sua presença no Sol e em meteoritos. 

Além disso, foi encontrado altas quantidades de óxido de zircônio em amostras lunares (em comparação com o que existe na crosta terrestre).

Isótopos:

• Na natureza são encontrados quatro isótopos estáveis e um radioisótopo de grande vida média (Zircônio-96). O radioisótopo que segue em estabilidade é o Zircônio-93 que tem um tempo de vida médio de 1,53 milhões de anos. Se tem caracterizado 18 radioisótopos. 

A maioria tem vida média de menos de um dia, exceto o Zircônio-95 (64,02 dias), Zircônio-88 (63,4 dias) e Zircônio-89 (78,41 horas). O principal modo de decaimento é a captura eletrônica antes do Zircônio-92, e os após com a desintegração beta.

Precauções:

• Não são muito comuns os compostos que contém zircônio, e sua toxicidade é baixa. O pó metálico pode arder em contato com o ar, podendo-se considerá-lo um agente de risco de fogo e explosão. 

Não se conhece nenhuma função biológica deste elemento, contudo, recentemente o zircônio tem sido utilizado para implantes definitivos de dentes, cuja corôa e outros elementos de montagem, são produzidos com adição indireta deste material.

Cerâmicas:

• Nos laboratórios da Universidade Estadual Paulista (Unesp) está surgindo um nanomaterial capaz de aproveitar a força mecânica gerada pelo tráfego de veículos em uma via para obter eletricidade. 

A inovação poderá ter muitas aplicações e seu primeiro uso, previsto para estar disponível até 2015, será a criação de ruas e rodovias autossuficientes em energia, com semáforos e painéis alimentados pela passagem dos carros e caminhões. 

• Do ponto de vista do processo produtivo, a tecnologia gera energia limpa, renovável e sustentável. O método empregado é nanométrico - nele o pesquisador manipula a arquitetura e as propriedades de átomos e moléculas com o objetivo de produzir materiais novos sob medida, com características especiais, podendo ser físicas, químicas, térmicas, mecânicas, etc. 

Na pesquisa em questão, o nanomaterial foi desenvolvido a partir da integração de um polímero com nanopartículas cerâmicas de titanato zirconato de chumbo, identificado no meio científico pela sigla PZT. 

• É um compósito flexível, uniforme, capaz de suportar temperaturas de até 360 graus Celsius. Seu diferencial é ser piezoelétrico, ou seja, tem a capacidade de liberar elétrons a partir do peso e compressão dos veículos sobre o asfalto das ruas.

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