廢鋯從仿鉆到核電站防護(hù)殼，JohnEmsley細(xì)數(shù)了鋯的諸多用途。

 

　　鋯石——對(duì)化學(xué)家來(lái)說(shuō)即硅酸鋯（ZrSiO4）——是一種自古以來(lái)就為人所知的半寶石（如圖）。由于其具有高折射率，切割和拋光后的鋯石晶體能閃耀出奇光異彩。透明的鋯石酷似鉆石。鋯石中的金屬成分最早是MartinHeinrichKlaproth于1789年在柏林分析該物質(zhì)的晶體時(shí)確定的。同年他還發(fā)現(xiàn)了鈾，如今這兩種金屬元素對(duì)于核能發(fā)電都至關(guān)重要。

 

　　鋯合金，即鋯錫合金，被用作氧化鈾燃料部件的包殼。該材料在高溫下耐腐蝕，且不會(huì)吸收中子，因此不會(huì)產(chǎn)生放射性。核工業(yè)幾乎消耗了所有的鋯金屬產(chǎn)能，一些核電站配備的鋯合金管足有數(shù)公里長(zhǎng)。

 

　　雖說(shuō)如此，它在水冷反應(yīng)堆中仍有可能發(fā)生腐蝕，有時(shí)這會(huì)引發(fā)事故。盡管該金屬接觸溫度低于900℃的水是穩(wěn)定的，但在此溫度以上，它們會(huì)反應(yīng)生成氧化物和氫氣。正是這個(gè)過(guò)程導(dǎo)致了1979年發(fā)生在美國(guó)三里島的爆炸，以及2011年地震和海嘯后發(fā)生在福島的爆炸。

 

　　鋯的主要來(lái)源是鋯石，該礦物每年開(kāi)采量超過(guò)150萬(wàn)噸，主要產(chǎn)地為澳大利亞和南非。一直以來(lái)，鋯砂都是一種耐火材料——它在高溫下仍能保持足夠強(qiáng)度，因此可用作耐熱內(nèi)襯以保護(hù)熔爐、轉(zhuǎn)移熔融金屬的巨型鋼包和鑄造模具。鋯的其它化合物，例如它的氧化物——二氧化鋯也可應(yīng)用于高溫環(huán)境。二氧化鋯更常用的英文名字是zirconia，它的熔點(diǎn)高達(dá)2500°C，可用于制造耐火坩堝——燒至紅熱的二氧化鋯坩堝即便被投入冷水中也不會(huì)開(kāi)裂。

 

　　全球純二氧化鋯的年產(chǎn)量接近25000噸，被用于化妝品、止汗劑、食品包裝，甚至被制成仿鉆。二氧化鋯最出人意料的應(yīng)用是超強(qiáng)陶瓷。這一領(lǐng)域的研究主要由軍方推動(dòng)，目標(biāo)是用非金屬制造坦克發(fā)動(dòng)機(jī)，以避免使用潤(rùn)滑油和冷卻系統(tǒng)。

 

　　最終，新一代堅(jiān)韌而耐熱的陶瓷材料被開(kāi)發(fā)出來(lái)，它比硬化鋼更堅(jiān)固鋒利，成為了制造業(yè)中優(yōu)質(zhì)的高速切削工具。一些日常用品中也有二氧化鋯的身影，比如刀，剪刀和高爾夫球桿。同時(shí)，因?yàn)樗哪陀眯院蜕锵嗳菪?，它也被用?lái)制造牙貼面。

 

　　二氧化鋯可以形成三種不同的晶體結(jié)構(gòu)：?jiǎn)涡本А⑺姆骄б约白钍軞g迎的立方二氧化鋯（通常簡(jiǎn)稱為CZ），后者的晶體結(jié)構(gòu)與金剛石相同，甚至更加光彩奪目。用二氧化鋯制成的仿鉆可以通過(guò)摻雜其他金屬氧化物著色：微量的鉻能讓其變身綠寶石，鈰能賦予其紅色，摻雜釹則是紫色。

 

　　二氧化鋯的一個(gè)更嚴(yán)肅的用途是形成堅(jiān)韌并能抵御化學(xué)腐蝕的涂層。二氧化鋯陶瓷層能夠保護(hù)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的槳葉以及燃?xì)鉁u輪機(jī)，同時(shí)該陶瓷層還兼具隔熱作用。

 

　　在有關(guān)生命與死亡的話題中，鋯也發(fā)揮了一定的影響。2000年，在澳大利亞巖石中發(fā)現(xiàn)的鋯石表明，生命起源的時(shí)間可能比我們想象的要早得多。根據(jù)這些44億年前的樣品中氧-16/氧-18同位素的比值，只有在地球表面有液態(tài)水時(shí)，它們才有可能形成，這比以前預(yù)計(jì)的時(shí)間早了近5億年。鋯也有黑暗的一面，一些集束炸彈會(huì)利用超細(xì)鋯粉產(chǎn)生燃燒粒子對(duì)靶區(qū)進(jìn)行地毯式覆蓋。

 

　　鋯的金屬單體也被用于某些合金中——比如增加鋼的強(qiáng)度并提升其可加工性。由于其生物相容性——即在生命體中無(wú)已知的功能或毒性，它也被用于外科植入物和假體中。金屬鋯在高溫下仍能保持穩(wěn)定，因此可用來(lái)保護(hù)重返地球大氣層時(shí)被加熱的太空飛行器。

 

　　鋯的儲(chǔ)量是銅和鋅的兩倍，更是鉛的十倍多。由于鋯被認(rèn)為是完全無(wú)毒和對(duì)環(huán)境無(wú)害的，它的應(yīng)用或許還將持續(xù)增長(zhǎng)。例如，它被添加到顏料中用以取代其中仍然需要的少量鉛化合物。?