Gunnar Nordberg
Ocurrencia y usos
Se ha estimado que el circonio (Zr) constituye alrededor del 0.017% de la litosfera. Debido a su actividad química muy alta a temperaturas ligeramente superiores a la temperatura atmosférica normal, el elemento se presenta solo en estados combinados. Los minerales más comunes son el circón (ZrO2) y baddeleyita (ZrSiO4). El circonio se encuentra en todos los tejidos animales.
El hafnio (Hf) se encuentra asociado con el zirconio en todas sus ocurrencias terrestres. La cantidad de hafnio varía pero promedia alrededor del 2% del total de circonio más hafnio. En un solo mineral, pobre en ambos elementos, se ha encontrado hafnio en mayor cantidad que zirconio. La evidencia espectrográfica indica que la distribución también es de alrededor del 2% de hafnio en el total de circonio más hafnio en el universo. Estos dos elementos son más idénticos en sus propiedades químicas que cualquier otro par en la tabla periódica. La similitud es tan grande que aún no se han encontrado diferencias cualitativas que permitan su separación. Por esta razón, se puede suponer que la mayor parte del zirconio que se ha utilizado y sobre la base de los cuales se han informado efectos fisiológicos, contenía de 0.5 a 2% de hafnio.
El circón ha sido valorado desde los tiempos más remotos como piedra preciosa, ya que se presenta con bastante frecuencia en monocristales grandes; sin embargo, la mayoría de los depósitos comercialmente útiles de mineral de circonio se encuentran en arenas de playa u otros lugares donde se han depositado minerales de circonio relativamente pesados y químicamente inertes, mientras que las porciones más ligeras de las rocas en las que se encontraban se han desintegrado y arrastrado por la acción. de agua. Se conocen depósitos sustanciales de dichas arenas de playa en la India, Malasia, Australia y los Estados Unidos. La baddeleyita en depósitos comercialmente útiles se observó por primera vez en Brasil y desde entonces se ha encontrado en varios otros lugares, incluidos Suecia, India e Italia. Algunos minerales de circonio también se han extraído comercialmente en Madagascar, Nigeria, Senegal y Sudáfrica.
El zircón se utiliza como arena de fundición, abrasivo y como componente de composiciones refractarias de zircón y zirconia para crisoles de laboratorio. Se encuentra en composiciones cerámicas donde actúa como opacificante en vidriados y esmaltes. Los ladrillos de zircón y zirconia se utilizan como revestimientos para hornos de vidrio. Las formas de zirconio también se utilizan como troqueles para la extrusión de metales ferrosos y no ferrosos y como revestimientos de boquillas para verter metales, especialmente para colada continua.
Más del 90 % del metal de circonio ahora se usa en la generación de energía nuclear porque el circonio tiene una sección transversal de absorción baja para los neutrones y una alta resistencia a la corrosión dentro de los reactores atómicos, siempre que no contenga hafnio. El circonio también se utiliza en la fabricación de hierro fundido, acero y aparatos quirúrgicos. Se emplea en lámparas de arco, pirotecnia, en fundentes especiales para soldadura y como pigmento en plásticos.
El metal de circonio en polvo se utiliza como "captador" en los tubos termoiónicos para absorber los últimos rastros de gas después del bombeo y desgasificación de los elementos del tubo. En forma de cinta fina o lana, el metal también se utiliza como filtro en los flashes fotográficos. El metal macizo se utiliza puro o en forma de aleación para el revestimiento de recipientes de reacción. También se utiliza como revestimiento para bombas y sistemas de tuberías para procesos químicos. Se ha utilizado una excelente aleación superconductora de circonio y columbio en un imán con un campo de 6.7 T.
Carburo de circonio y diboruro de circonio son compuestos metálicos duros, refractarios, que se han utilizado en herramientas de corte para metales. El diboruro también se ha utilizado como camisa de termopar en hornos de hogar abierto, proporcionando termopares de muy larga vida. Tetracloruro de circonio se utiliza en síntesis orgánica y en hidrofugantes para textiles. También es útil como agente de bronceado.
metal hafnio se ha utilizado como revestimiento de tantalio para piezas de motores de cohetes que deben operar en condiciones erosivas de muy alta temperatura. Debido a su alta sección transversal de neutrones térmicos, también se utiliza como material de barra de control para reactores nucleares. Además, el hafnio se utiliza en la fabricación de electrodos y filamentos de bombillas.
Peligros
Es incorrecto afirmar que los compuestos de zirconio son fisiológicamente inertes, pero la tolerancia de la mayoría de los organismos al zirconio parece ser grande en comparación con la tolerancia a la mayoría de los metales pesados. Las sales de circonio se han utilizado en el tratamiento del envenenamiento por plutonio para desplazar el plutonio (y el itrio) de su depósito en el esqueleto y para prevenir el depósito cuando el tratamiento se inició temprano. En el transcurso de este estudio, se determinó que la dieta de las ratas podía contener hasta un 20 % de zirconia durante períodos relativamente largos sin efectos nocivos, y que la LD intravenosa50 de citrato de sodio y circonio para ratas es de aproximadamente 171 mg/kg de peso corporal. Otros investigadores han encontrado un LD intraperitoneal50 de 0.67 g/kg de lactato de zirconio y 0.42 g/kg de zirconato de bario en ratas y de 51 mg/kg de lactato de zirconio sódico en ratones.
Los compuestos de circonio se han recomendado y utilizado para el tratamiento tópico de la dermatitis por Rhus (hiedra venenosa) y para desodorantes corporales. Algunos compuestos que se han utilizado son zirconia hidratada carbonatada, zirconia hidratada y lactato de zirconio sódico. Ha habido una serie de informes de la producción de condiciones granulomatosas persistentes de la piel como resultado de estas aplicaciones.
De interés más directo en relación con las exposiciones ocupacionales es el efecto de la inhalación de compuestos de zirconio, y esto ha sido menos investigado que las otras vías de administración. Sin embargo, ha habido varios experimentos y al menos un informe de exposición humana. En este caso, se descubrió que un ingeniero químico con siete años de exposición en una planta de procesamiento de zirconio y hafnio tenía una afección pulmonar granulomatosa. Dado que el examen de todos los demás empleados no reveló lesiones comparables, se concluyó que lo más probable es que la condición se atribuya a una exposición relativamente intensa al berilio antes de la exposición al zirconio.
La exposición de animales de experimentación a compuestos de zirconio mostró que tanto el lactato de zirconio como el zirconato de bario producían neumonitis intersticial crónica persistente y grave a concentraciones atmosféricas de zirconio de aproximadamente 5 mg/m3. Concentraciones atmosféricas de lactato de sodio y circonio mucho más altas de 0.049 mg/cm3 Se ha encontrado que exposiciones más cortas producen abscesos peribronquiales, granulomas peribronquiolares y neumonía lobulillar. Aunque ha faltado documentación sobre la neumoconiosis por zirconio en humanos, los autores de un estudio concluyen que el zirconio debe considerarse una causa probable de neumoconiosis y recomiendan tomar las precauciones adecuadas en el lugar de trabajo.
El pequeño número de investigaciones sobre la toxicidad de los compuestos de hafnio ha indicado una toxicidad aguda ligeramente superior a la de las sales de circonio. El hafnio y sus compuestos causan daño hepático. El cloruro de hafnilo a 10 mg/kg produjo colapso cardiovascular y paro respiratorio en un gato de la misma manera que las sales de circonio solubles; el LD intraperitoneal50 de 112 mg/kg para el hafnio no es mucho menor que para el circonio.
Medidas de Seguridad y Salud
Fuego y explosión. El metal de circonio en forma de polvo fino se quema en aire, nitrógeno o dióxido de carbono. Los polvos son explosivos en el aire en el rango de 45 a 300 mg/l, y son autoinflamables si se agitan, probablemente debido a la electricidad estática generada por la separación de los granos.
Los metales en polvo deben transportarse y manipularse en estado húmedo; el agua se utiliza generalmente para humedecer. Cuando el polvo se seca antes de su uso, las cantidades empleadas deben mantenerse lo más pequeñas posible y las operaciones deben realizarse en cubículos separados para evitar la propagación en caso de explosión. Todas las fuentes de ignición, incluidas las cargas eléctricas estáticas, deben eliminarse de las áreas en las que se manipulará el polvo.
Todas las superficies del área deben ser impermeables y sin juntas para que puedan lavarse con agua y mantenerse completamente libres de polvo. Cualquier polvo derramado debe limpiarse inmediatamente con agua para que no se seque en el lugar. Los papeles y paños usados que se hayan contaminado con los polvos se deben mantener húmedos en recipientes tapados hasta que se retiren para quemarlos, lo que se debe hacer por lo menos una vez al día. Los polvos secos deben removerse y manipularse lo menos posible, y solo con herramientas que no produzcan chispas. Los delantales de goma o plástico, si se usan sobre la ropa de trabajo, deben tratarse con un compuesto antiestático. La ropa de trabajo debe estar hecha de fibras no sintéticas a menos que se trate de manera efectiva con materiales antiestáticos.
Todos los procesos que utilizan circonio o hafnio deben diseñarse y ventilarse para mantener la contaminación del aire por debajo de los límites de exposición.