El circonio es un metal que se extrae de un mineral, el circón. Gracias a sus propiedades, hoy es indispensable en ámbitos como la energía nucleoeléctrica, la industria química y la medicina. Desde la antigüedad, el circón se ha empleado para fabricar joyas y artículos decorativos. De hecho, su nombre procede probablemente del vocablo persa zargun, que significa “dorado”.
Circonio: cinco características interesantes de este elemento químico
Ciencia nuclear en detalle
El circonio es un metal que se extrae de un mineral, el circón. Gracias a sus propiedades, hoy es indispensable en ámbitos como la energía nucleoeléctrica, la industria química y la medicina.
1. El circonio es un metal brillante
El circonio es dúctil y supremamente resistente a la corrosión y el calor. En la tabla periódica, su símbolo es Zr y su número atómico es 40. Se funde a una temperatura de 1855 °C y hierve a 4409 °C. No se corroe al entrar en contacto con ácidos, álcalis o agua de mar.
2. El circón es un mineral abundante en nuestro planeta
El circonio se extrae principalmente del circón, un mineral que puede encontrarse en la arena de las playas. En lugar de hallarse concentrado en yacimientos, este material está disperso en el suelo. Los principales productores de circonio son Australia, China, Indonesia, Sudáfrica y Ucrania. También se han encontrado pruebas de la existencia de este elemento en las estrellas, como el Sol, y en las rocas lunares.
3. El circonio fue descubierto en 1789
El circonio fue descubierto por el químico alemán Martin Klaproth, quien analizó una piedra de circón que había traído de Sri Lanka. En 1925 se produjo por primera vez metal de circonio en estado puro, sin mezcla (o “aleación”) con otros elementos. A finales de los años 40 se popularizó su uso en la industria, dado que se convirtió en un material esencial para la producción de energía nuclear.
4. El circonio se emplea principalmente en el ámbito nuclear
El circonio es un componente de los reactores nucleares, en los que recubre las barras de combustible. Existen varias razones por las cuales es un material indicado para ese uso: se trata de un metal extremadamente resistente a la corrosión y las altas temperaturas y, además, absorbe muy pocos de los neutrones emitidos durante la fisión nuclear, lo cual es esencial para que se mantenga la reacción en cadena y se produzca energía.
Debido a que recubre el combustible de uranio, el circonio también ayuda a evitar que se contamine el refrigerante, por lo general agua, que fluye en el núcleo del reactor nuclear. Un 90 % del circonio producido en el mundo se emplea en la producción de energía nucleoeléctrica.
Los recubrimientos de las barras de combustible se fabrican principalmente con aleaciones de circonio. Dentro de estas barras, hay materiales fisionables, como pastillas de óxido de uranio. (Infografía: A.Vargas/OIEA. Imágenes: 1, Adobe Stock; 2 y 4, Compañía Sueca de Gestión del Combustible y los Desechos Nucleares (SKB); 3, Atomic-energy.ru)
5. El circonio tiene diversos usos fuera del ámbito nuclear
Debido a sus propiedades físicas, el circonio se emplea también en la industria química. Los compuestos de circonio se utilizan para fabricar cerámicas, abrasivos, filamentos de lámparas y partes de cohetes espaciales. En medicina, el dióxido de circonio es uno de los materiales de los implantes dentales, dado que es biocompatible y duradero. También se emplea para fabricar joyas: la “circonita” es una imitación del diamante u otras piedras preciosas.
¿Desea obtener más información sobre el circonio?
El OIEA publicó recientemente un libro de tres volúmenes titulado The Metallurgy of Zirconium, que ofrece información detallada sobre este metal, su extracción, sus propiedades y sus aplicaciones en el ámbito nuclear.
1. Zirconium is a shiny silver-grey metal
It is highly ductile and extremely resistant to corrosion and heat. Its symbol in the periodic table is Zr, and its atomic number is 40. It melts at 1855 degrees Celsius (°C) and boils at 4409 °C, and it is not corroded by acids, alkalis or seawater.
2. The mineral zircon is relatively widespread on the Earth’s surface
Zirconium is primarily extracted from the mineral zircon which is often found in the sands of coastal waters. The mineral is not contained in concentrated deposits, but rather broadly dispersed inside the ground. Today, the major producers of zirconium include Australia, China, Indonesia, South Africa and Ukraine. Beyond Earth, the element has been identified in the stars, including the Sun, and in lunar rocks.
3. Zirconium was discovered in 1789
Zirconium was identified by German chemist Martin Klaproth in a zircon stone brought from Sri Lanka. Pure zirconium — metal not mixed or alloyed with other elements — was first produced in 1925. But it was not widely used in industry until the end of the 1940s when it became an important engineering material used in producing nuclear energy.
4. Zirconium is mainly used in nuclear power
Zirconium is indispensable in the production of nuclear energy, particularly as a cladding for long cylindrical fuel rods inside nuclear reactors. There are several reasons why zirconium is an optimal material to surround uranium pellets: the metal is exceptionally resistant to corrosion and high temperatures, and it absorbs very few of the neutrons produced by a nuclear fission reaction. The latter is essential for the chain reaction to run effectively inside the reactor’s core and to sustain the production of energy.
By cladding uranium fuel, zirconium also helps protect the coolant, typically water flowing through the reactor core, from contamination. It is estimated that up to 90 per cent of zirconium produced in the world is used for nuclear power.
Fuel rods in a nuclear reactor are mainly made of zirconium alloys. These long metal tubes contain pellets of fissionable material, typically uranium oxide pellets. (Photo: IAEA)
5. While most zirconium is used in the nuclear field, it is not limited to that
Being tremendously resistant to corrosion by many acids and alkalis, it is broadly employed in the chemical industry. Zirconium compounds are used in ceramics, abrasives, lamp filaments, jet engines and space shuttle parts. In the medical field, zirconium dioxide, also known as zirconia, is applied as a material for dental and surgical implants due to its biocompatibility and durability. Zirconia is also used as a gemstone — cubic zirconia — a synthesized material that can be a substitute for diamonds and other precious stones.
Want to know more about zirconium?
The IAEA’s new publication The Metallurgy of Zirconium is your go-to source. Over three volumes, the book — unique in its scope and breadth — provides readers in industry and academia with a comprehensive review of the development and understanding of zirconium within the context of its use in nuclear reactors. It presents input from leading experts in the relevant fields and encompasses the full spectrum of zirconium as a metal, its properties and its use.
The publication’s coverage includes alloy development in the nuclear industry and guidelines on commercial alloys and alloys under development; extraction and consolidation of zirconium, from ore to ingot to component; deformation and texture of various alloys with analysis of the effects of irradiation damage on physical and mechanical behaviour as well as deformation and creep during irradiation and damage due to oxidation and corrosion; and ductility and fractures of alloys.
“The future of the nuclear industry worldwide depends primarily on the ability of the nuclear community to further improve our understanding of the materials used in the industry,” said Anzhelika Khaperskaia, Technical Lead at the IAEA Division of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology and current Scientific Secretary responsible for the publication of the book.
Download and read The Metallurgy of Zirconium.