주기율표 제4족에 속하는 금속원소. 1789년 M.H.클라프로트가 보석으로서 알려져 있던 광물 지르콘에서 발견하여, 지르코늄이라고 명명했다. 그 후 1824년 J.J.베르셀리우스가 K2ZrF6를 금속칼륨으로 환원시켜 처음으로 금속지르코늄을 분리시켰다.
1 ) 존재 : 천연으로는 비교적 풍부하게 존재하며, 클라크수(지각의 평균 함유량) 165 ppm으로 제20위이다. 바닷물 속에는 0.02 킽/ℓ존재한다. 주요 광물은 지르콘 ZrSiO4, 바데라이트 ZrO2 등이며, 이 밖에 티탄·토륨·희토류원소 등의 광물 속에 부성분으로서 함유되어 있고, 화성암 속에도 널리 분포하고 있다.
2 ) 성질 : 은백색 또는 회백색의 광택이 나는 금속으로 육방정계(六方晶系)에 속한다. 무정형(無定形)인 것은 흑색 분말이며, 분말은 발화점이 낮아 산화제와 섞으면 폭발하기 쉽다. 상온에서는 산화되기 쉬우나, 고온에서는 산화지르코늄이 되기 쉽다. 산 및 알칼리에는 잘 녹지 않으며, 왕수(王水) 및 플루오르화수소산에만 녹는다. 성질은 티탄과 비슷하며, 특히 화학적 성질이 하프늄과 흡사하기 때문에 하프늄과의 분리가 어렵다. 녹는점은 티탄보다 높으나, 내열성은 티탄보다 약해 400 ℃ 이상에서 항장력(抗張力)이 작아진다.
3 ) 제조법 : 공업적으로는 크롤법이 이용되고 있다. 즉, 원료광석을 아크로(爐)에서 환원시켜 탄소화물과 질소화물을 만들고, 이것을 염소화한 다음 증류 정제하여 순수한 ZrCl4를 얻는다. 이것을 증기로 하여 약 800 ℃에서 마그네슘과 반응시켜 금속으로 만들고, 이어서 비활성기체 속에서 융해하여 지금(地金)으로 만든다. 판(板)·선(線) 등으로 가공하는 순도(純度)가 높은 금속(99.8 % 이상)은 요오드화지르코늄의 열분해, 염화지르코늄의 융해염전기분해(融解鹽電氣分解) 등에 의해서 만든다. 시판되는 제품은 원래 공존해 있던 동족인 하프늄이 분리되지 않고 2∼3 % 정도 함유되어 있다.
4 ) 용도 : 열중성자(熱中性子)에 대한 흡수단면적이 금속재료 중에서 최소이고, 내식성(耐蝕性)이 매우 좋기 때문에 원자로의 재료로서 수요가 많다. 다만, 하프늄을 함유하지 않는 것이 필요하므로, 아세틸아세톤 유도체에 의해서 킬레이트화합물을 만들고, 하프늄을 분리시킨 다음 야금(冶金) 정제한다. 이 밖에 진공관의 게터, 사진용 섬광전구 등에 사용되고, 철강업에서는 탈산·탈황 등에, 또 합금으로서 내산재료 등에 사용된다. 산화물은 백색안료(白色顔料)·내화재료 등으로 사용된다.
^^*소개
원소기호 Zr. 주기율표 4A족에 속하는 티탄족원소의 하나. 원자번호 40, 원자량 91.22, 녹는점 1850℃, 끓는점 4400℃이다. 비중은 6.506(측정온도 20℃)으로 육방결정계(α)이며 전위온도 862℃가 되면 입방결정계(β)가 된다. 원소존재도는 우주에서 규소 Si 10개당 원자수 30, 지각에서 165ppm, 해수에서 30×10g/dm이다. 1789년 독일의 M.H. 클라프로트가 광물 지르콘 ZrSiO에서 산화지르코늄 ZrO을 분리하여 발견하였다. 1824년 스웨덴의 J.J. 베르셀리우스는 헥사플루오로지르코늄(Ⅳ)산칼륨 KZrF을 금속칼륨으로 환원하고 지르코늄금속을 단리시켰다. 광물에서 얻어지는 지르코늄에는 반드시 이와 동족(同族)인 하프늄이 2% 정도 수반되므로 순수한 지르코늄금속을 얻으려면 염화물의 용매추출법으로 하프늄을 제거해야 한다.
성질
지르코늄금속은 외형적으로 스테인리스강과 비슷하며 열중성자흡수단면적이 금속 중에서 가장 작으므로 원자로의 재료로 쓰인다. 일반적으로 금속은 상온에서는 안정하지만 고온에서는 반응성이 증가한다. 분말은 공기 속에서 자연발화, 폭발성을 나타내므로 위험하다. 소량의 주석·철·크롬 등을 첨가한 합금 지르칼로이는 내식성(耐蝕性)이 강하며, 지르코늄을 첨가한 다른 합금도 내식성이 있다. 화학적으로는 산화수+4 상태가 안정되며 산화지르코늄(Ⅳ)은 녹는점이 높고(2715℃) 내식성·저열팽창률을 가진 세라믹 재료가 된다.