Se ti dicessero che un minerale capace di essere trasformato in una pietra preziosa abbagliante funge anche da eroe non celebrato che mantiene in funzione in sicurezza le centrali nucleari, troveresti difficile crederci? Lo zirconio, l'elemento n.. 40 della tavola periodica, è proprio un "doppio-ruolo" che si trova a cavallo tra il mondo dei contatori di gioielli e quello dei reattori nucleari.
Dalla "pietra del giacinto" all'elemento chimico
La storia dello zirconio inizia con una bellissima pietra. Il minerale silicato naturale contenente zirconio è chiamato zircone, apprezzato fin dall'antichità come pietra semipreziosa. Presenta una ricca tavolozza di colori che vanno dall'arancione-rosso e dorato-giallo all'incolore e al brunastro-verde, ed è stato estratto in particolare sull'isola dello Sri Lanka nell'antico Oceano Indiano. Si dice che la parola "zircone" derivi dal persiano "Zargun", che significa "dorato" - in riferimento all'abbagliante brillantezza di alcune pietre preziose di zircone. Lo zircone incolore, una volta tagliato, può brillare con una lucentezza che ricorda i diamanti, e per molto tempo è stato addirittura scambiato per un tipo di "diamante morbido".
Fu solo nel 1789 che lo zircone fu elevato da pietra preziosa a elemento, grazie a un esperimento del chimico tedesco Martin Heinrich Klaproth. Fondendo lo zircone con idrossido di sodio e trattandolo con acido cloridrico, scoprì infine un ossido precedentemente sconosciuto, che chiamò "zirconia". Successivamente, nel 1824, il chimico svedese Jöns Jacob Berzelius produsse per primo lo zirconio metallico, ma fu solo nel 1925 che si ottenne veramente lo zirconio metallico puro e duttile.
Il "tuttofare"-grigio argento
Lo zirconio metallico puro è un brillante solido grigio argento- che ricorda l'acciaio nell'aspetto. Il suo punto di fusione arriva fino a 1.855 gradi e il suo punto di ebollizione raggiunge 4.409 gradi -, il che significa che a temperature alle quali la maggior parte dei metalli si è sciolta da tempo, lo zirconio rimane inflessibile.
Lo zirconio vanta tre notevoli talenti:
Innanzitutto, la sua resistenza alla corrosione "invulnerabile". Lo zirconio è eccezionalmente resistente alla maggior parte degli acidi, degli alcali e dell'acqua di mare, mentre le normali soluzioni acquose acide e alcaline riescono a malapena a corroderlo. Questa proprietà lo rende un materiale ideale per apparecchiature chimiche - reattori, pompe resistenti agli acidi-, tubi per scambiatori di calore, valvole - ovunque sia necessaria resistenza alla corrosione, spesso si trova lo zirconio.
In secondo luogo, la sua capacità di "accomodamento"-di assorbimento del gas. Quando riscaldato, lo zirconio può assorbire grandi quantità di ossigeno, idrogeno, azoto e altri gas. Solo 100 grammi di zirconio metallico possono assorbire 817 litri di idrogeno a 200 gradi. Questa caratteristica viene abilmente utilizzata nell'industria del vuoto elettrico - lo zirconio è rivestito sugli anodi dei tubi elettronici per assorbire i gas residui, producendo tubi ad alto -vuoto.
In terzo luogo, il suo "tocco di Mida" nelle leghe. Lo zirconio è considerato la "vitamina" dell'industria metallurgica - aggiungendone solo una piccola quantità è possibile migliorare significativamente le proprietà del materiale. L'aggiunta di un-millesimo di zirconio all'acciaio ne aumenta notevolmente la resistenza e la durezza, rendendo l'acciaio per armature contenente zirconio-un materiale importante per la produzione di serbatoi e piastre antiproiettile. L'aggiunta di un po' di zirconio al rame può aumentarne il punto di fusione senza compromettere la conduttività elettrica, rendendolo particolarmente adatto per le linee elettriche ad alta-tensione.
Il "metallo numero uno" dell'era nucleare
Se quanto sopra è semplicemente "attività marginale" dello zirconio, allora la sua "occupazione principale" è molto trasformativa per il panorama dell'energia umana.
Ciò che rende le leghe di zirconio il materiale strutturale centrale dei reattori nucleari è una caratteristica apparentemente paradossale ma cruciale - una sezione trasversale di assorbimento di neutroni termici estremamente basso-. In termini semplici, i neutroni prodotti dalla fissione nucleare sono le “scintille” che sostengono la reazione a catena, eppure la maggior parte dei metalli assorbe i neutroni come una spugna che assorbe acqua, interrompendo così la reazione. Lo zirconio, tuttavia, è un'eccezione - assorbe pochissimi neutroni, resistendo contemporaneamente alla corrosione dell'acqua ad alta-temperatura e alta-pressione a 300–400 gradi e mantenendo una buona compatibilità con il combustibile nucleare.
È proprio questa combinazione di vantaggi che consente di fabbricare le leghe di zirconio in tubi lunghi e a pareti sottili-, che racchiudono pellet di combustibile di biossido di uranio e fungono da prima barriera di sicurezza di un reattore nucleare. Si stima che circa il 90% dello zirconio prodotto a livello mondiale venga utilizzato nel settore dell’energia nucleare. Dai sottomarini nucleari al reattore "Hualong One", i tubi di rivestimento in lega di zirconio rimangono un'indispensabile "armatura di combustibile nucleare".
