ジルコニウム Zirconium

ジルコニウムは耐食性が高く融点の高い金属であり、中性子吸収断面積が極めて小さいため、原子力産業の鍵材料となっている。最も重要な用途は原子炉燃料被覆管であり、ジルコニウム合金（ジルカロイなど）が二酸化ウラン燃料ペレットを被覆し、高温高圧水中で長期にわたり構造を保ちながら中性子をほとんど吸収せず、核分裂連鎖反応を効率よく進める。このため原子力発電所の燃料集合体はほぼジルコニウム合金製である。セラミックス・耐火物では、ジルコニア（ZrO2）は硬く靭性があり、ジルコニアセラミックスは歯冠、切削工具、時計ケース、精密構造部品に使われる。耐火物では、ジルコンれんがやジルコンラミング材がガラス窯や製鋼炉の重要部位に内張りされ、高温侵食やスラグ侵食に耐える。ジルコニウムはさらに耐食化学装置、防弾装甲、スパークプラグ、特殊溶接材料にも用いられ、強酸・強アルカリ中でその化学的不活性をいかんなく発揮する。

ZrSiO4、すなわちジルコンサンドは、ジルコニウムとハフニウムが抽出される主要鉱物である。それ自体がガラス、炉、壁・床タイルの耐火骨材やセラミックス乳剤剤として大量に使われる。ジルコニア（ZrO2）はイットリア安定化後、構造部品、歯科修復物、固体酸化物形燃料電池の電解質に使われるジルコニアセラミックスとなり、合成宝石の主原料でもある。四塩化ジルコニウム（ZrCl4）は金属ジルコニウムやジルコニウム薬品を作る鍵となる中間物であり、原子級スポンジジルコニウム生産ではジルコンサンドを塩化して得られ、マグネシウム還元によりスポンジジルコニウムとなる。注目すべきは、ジルコンサンドに伴うハフニウムは化学的にジルコニウムに似ながら中性子を強く吸収する点であり、原子級ジルコニウムはハフニウムを深く除去する必要があり、これがジルコニウム精錬で最も重要な工程である。