Qu’est-ce que le zirconium?
Le zirconium est un élément métallique de la famille des métaux de transition, de symbole Zr et de numéro atomique 40. Il possède une densité de 6,49 g/cm³ et un point de fusion de 1 855 °C, tandis que son point d’ébullition atteint 4 409 °C. Ce métal blanc argenté, presque aussi dur que le diamant, présente une structure cristalline cubique à faces centrées (CFC). Il est également résistant à l’eau et possède une conductivité thermique de 22 W/(m·K) et une conductivité électrique de 1,2 × 10^6 S/m. Bien que le zirconium soit très réactif, sa couche d’oxyde épaisse (ZrO₂) le protège efficacement de la corrosion, même dans des environnements agressifs.
Quel est le volume de la production de zirconium? D’où vient-il ?
Le zirconium est produit à partir de minerai de zircon, principalement en Australie, en Chine, en Inde, en République démocratique du Congo, au Mozambique, en Tanzanie, en Ukraine, en Madagascar et aux États-Unis. En 2018, la production mondiale de zircon était d’environ 1,1 million de tonnes. Les gisements de zircon sont souvent associés à des minéraux lourds tels que l’ilménite et le rutile, avec des grades moyens de minerai variant entre 60% et 70% de ZrO₂. Les méthodes d’extraction incluent la séparation gravimétrique et la flottation, suivies de la pyrométallurgie pour obtenir le zirconium pur.
Quel est l’usage principal du zirconium?
Le zirconium est principalement utilisé pour fabriquer des alliages métalliques résistants à la corrosion, tels que l’acier inoxydable. Environ 40% de la production de zirconium est destinée à l’industrie nucléaire, où il est utilisé dans les réacteurs nucléaires pour ses propriétés de faible absorption des neutrons. Il est également utilisé dans les échangeurs de chaleur, les catalyseurs et les abris anti-bombes. Par exemple, les tubes de zirconium dans les réacteurs à eau pressurisée (REP) sont conçus pour résister à des températures allant jusqu’à 350 °C et des pressions de 155 bars.
A combien estime-t-on les réserves de zirconium? Où se trouvent-elles ?
Les réserves mondiales de zircon sont estimées à environ 180 millions de tonnes. La majorité des réserves se trouve en Australie, en Chine, en Inde, en République démocratique du Congo, au Mozambique, en Tanzanie, en Ukraine, en Madagascar et aux États-Unis. Les gisements australiens, notamment ceux de la région de Murray Basin, sont parmi les plus riches, avec des teneurs en zircon atteignant 20% de ZrO₂ dans certains cas.
Comment raffine-t-on le minerai de zirconium?
Le minerai de zirconium est raffiné en utilisant une technique appelée pyrométallurgie. Cette technique consiste à chauffer le minerai à des températures élevées (environ 1 600 °C) pour séparer le zirconium des autres éléments présents dans le minerai. Le processus implique des réactions chimiques, telles que la réduction du zirconium avec du magnésium ou du sodium, selon l’équation suivante :
ZrO₂ + 2Mg → Zr + 2MgO.
Les rendements typiques de ce processus sont d’environ 80%, avec une consommation énergétique de 10 000 kWh par tonne de zirconium produit. Les équipements industriels utilisés incluent des fours à arc électrique et des réacteurs à lit fluidisé.
Le zirconium est-il dangereux?
Le zirconium est considéré comme un élément non toxique. Cependant, lorsqu’il est inhalé sous forme de poussière, il peut provoquer des irritations des voies respiratoires. De plus, le zirconium peut être dangereux s’il est ingéré en grandes quantités. Les normes de sécurité, telles que celles établies par l’OSHA (Occupational Safety and Health Administration), recommandent des limites d’exposition professionnelle pour minimiser les risques associés à la manipulation de zirconium sous forme de poudre.
Quelle est l’histoire du zirconium?
Le zirconium a été découvert en 1789 par Martin Heinrich Klaproth, un chimiste allemand. Le zirconium a été isolé pour la première fois en 1824 par Jöns Jacob Berzelius, un chimiste suédois. Le nom zirconium provient du mot arabe zarqun, qui signifie jaune or. Sa première utilisation commerciale a été pour fabriquer des verres colorés. Aujourd’hui, le zirconium est également utilisé dans des applications avancées, telles que les implants médicaux et les dispositifs électroniques, en raison de sa biocompatibilité et de sa résistance à la corrosion.