من الممكن ألا يكون معدن الزركونيوم، وهو المعدن المُستخرج من الزركون، معروفاً إلى حدٍ كبير لكن خصائصه المميزة تجعل منه معدناً مهماً يُستخدم في الطاقة النووية وفي مجالي الصناعة والطب وفي العديد من المجالات الأخرى.
من الممكن ألا يكون معدن الزركونيوم، وهو المعدن المُستخرج من الزركون، معروفاً إلى حدٍ كبير لكن خصائصه المميزة تجعل منه معدناً مهماً يُستخدم في الطاقة النووية وفي مجالي الصناعة والطب وفي العديد من المجالات الأخرى. ومنذ العصور القديمة، يستخدم الزركون في المجوهرات والحلي، ويحكى أن تسمية هذا المعدن قد نشأت من كلمة زرقون الفارسية والتي تعني شبيه الذهب.
الزركونيوم معدن يتسم بالمرونة العالية ويقاوم التآكل والحرارة المرتفعة. ورمزه في الجدول الدوري هو Zr وعدده الذري 40. وهو يذوب على درجة حرارة تبلغ 1855 درجة مئوية ويغلي على درجة حرارة تبلغ 4409 درجة مئوية، ولا يتعرض للتآكل من الأحماض أو القلويات أو مياه البحر.
يستخرج الزركونيوم بشكل أساسي من معدن الزركون الذي يمكن إيجاده غالباً في رمال المياه الساحلية. ولا يمكننا أن نجد هذا المعدن في ترسبات مركزة بل إنه ينتشر على نطاق واسع داخل الأرض. وأبرز البلدان التي تنتج الزركونيوم اليوم هي أستراليا وإندونيسيا وأوكرانيا والصين وجنوب أفريقيا. واكتُشف هذه العنصر أيضاً خارج كوكب الأرض، بما في ذلك في النجوم وفي الشمس وفي الصخور القمرية.
اكتشف عالم الكيمياء الألماني مارتن كلابوث الزركونيوم في حجر الزركون المستخرج من سري لانكا. وأُنتج الزركونيوم الصافي، وهو معدن غير مخلوط أو مصبوب بعناصر أخرى، لأول مرة عام 1925. لكنه لم يستخدم بشكل شائع في مجال الصناعة حتى نهاية الأربعينات حين أصبح مادة أساسية تستخدم في إنتاج الطاقة النووية.
لا غنى عن الزركونيوم في إنتاج الطاقة النووية، ولا سيما كغطاء لقضبان الوقود الأسطوانية الطويلة الموجودة داخل المفاعلات النووية. وهناك العديد من الأسباب التي تجعل من الزركونيوم مادة مثالية للإحاطة بحبيبات اليورانيوم، فالمعدن مقاوم بشكل استثنائي للتآكل وارتفاع درجات الحرارة، ويمتص كمية قليلة جداً من النيوترونات الناجمة عن أي تفاعل انشطاري نووي، وهو أمرٌ أساسي يتيح التفاعل المتسلسل بشكل فعال داخل المفاعل ويساهم في استدامة إنتاج الطاقة.
ومن خلال تغليف وقود اليورانيوم، يساعد الزركونيوم أيضاً في حماية المبرد، أي المياه المتدفقة في نواة المفاعل، من التلوث. وتشير التقديرات إلى أن ما يصل إلى 90 في المائة من الزركونيوم المنتج في العالم يستخدم في الطاقة النووية.
تصنع قضبان الوقود النووي بشكل رئيسي من سبائك الزركونيوم. وتحتوي القضبان الموجودة في مجمعات الوقود على حبيبات أكسيد اليورانيوم وهي حبيبات المواد الانشطارية.
(المصدر من: Adobe stock، الشركة السويدية للتصرُّف في الوقود والنفايات النووية، atomic-energy.ru، أدريانا فارغاس)
يستخدم الزركونيوم في مجال الكيمياء بشكل كبير كونه مقاوم للتآكل الذي تسببه عدة أنواع من الأحماض والقلويات. وتستخدم حبيبات الزركونيوم في السيراميك والمواد الكاشطة وخيوط المصباح والمحركات النفاثة وقطع المركبات الفضائية. وفي المجال الطبي، يستخدم ثاني أكسيد الزركونيوم والمعروف أيضاً بالزركونيا، في عمليات الزرع الجراحية وزراعة الأسنان وذلك بسبب توافقه الحيوي ومتانته. وتعرف الزيركونيا أيضاً بأنها أحد أنواع الأحجار الكريمة والتي يُطلق عليها تسمية زركونيا المكعب وهي مادة مصنعة يمكن استخدامها لاستبدال الماس وغيره من الأحجار الكريمة.
أصدرت الوكالة الدولية للطاقة الذرية منشوراً عنوانه تعدين الزركونيوم، وهو يتألف من ثلاثة أجزاء تقدم نظرة شاملة على المعدن واستخراجه وخصائصه بالإضافة إلى تطبيقاته في الطاقة النووية.