Zircônio (Zr)

Principais propriedades

O zircônio é um metal cinza-prateado, forte e dúctil, cuja principal virtude é a resistência química: uma camada de óxido muito aderente o protege contra ácidos, bases e água em alta temperatura, desempenho comparável ao do titânio. Funde acima de 1850 graus Celsius e mantém propriedades mecânicas úteis em condições severas.

A característica que o tornou insubstituível na indústria nuclear é a baixa capacidade de absorver nêutrons, algo raro entre metais estruturais. Essa vantagem só se realiza se o háfnio, elemento que sempre o acompanha na natureza e que absorve nêutrons avidamente, for removido, tarefa difícil pela enorme semelhança química entre os dois.

Ocorrência na natureza

O zircônio é um elemento comum, com abundância na crosta terrestre de cerca de uma a duas centenas de partes por milhão, superior à do cobre. Ocorre sobretudo como zirconita, um silicato extremamente resistente ao intemperismo, e como badeleíta, um óxido. A zirconita se acumula em areias pesadas litorâneas e aluvionares, inclusive em depósitos brasileiros, onde é lavrada junto de outros minerais industriais.

Processo de obtenção

A maior parte da zirconita é usada diretamente como areia ou moída, sem que o metal seja extraído. Para obter zircônio metálico, o mineral é convertido em cloreto volátil, purificado para separar o háfnio e reduzido com magnésio em atmosfera inerte, resultando em um material esponjoso que é depois fundido. Todas as etapas ocorrem em instalações industriais especializadas, e a separação do háfnio é o que encarece o produto de grau nuclear.

Aplicações

Ligas de zircônio formam os tubos que envolvem o combustível na maioria dos reatores nucleares de potência, aplicação que responde por boa parte do metal consumido no mundo. A indústria química usa o metal em reatores, trocadores de calor e bombas expostos a meios corrosivos. Na forma de óxido, o zircônio se torna cerâmica de alto desempenho: coroas e implantes dentários, cabeças de prótese de quadril, ferramentas de corte, revestimentos térmicos e sensores. A areia de zirconita serve de opacificante em esmaltes cerâmicos, de molde em fundição e de refratário, e a zircônia cúbica é a mais difundida imitação de diamante.

Importância biológica

Não se conhece papel biológico para o zircônio em nenhum organismo, apesar de o elemento estar presente em quantidades ínfimas em tecidos e alimentos. Sua notável inércia química e a boa tolerância dos tecidos aos materiais que ele forma são justamente as razões pelas quais cerâmicas de zircônia se consolidaram em odontologia e ortopedia.

Riscos e precauções

Peças maciças de zircônio e cerâmicas de zircônia são consideradas de baixo risco, e a toxicidade do elemento é reduzida. A preocupação relevante é física: pó fino, aparas e esponja do metal são pirofóricos, ou seja, podem inflamar em contato com o ar, e queimam com chama difícil de extinguir por métodos convencionais. Operações que gerem partículas são restritas a ambientes industriais com controle apropriado. Componentes retirados de reatores exigem manejo sob normas de proteção radiológica. Em uso profissional, siga a ficha de informações de segurança e a orientação de profissionais habilitados.

História da descoberta

Martin Heinrich Klaproth analisou em 1789 uma amostra de jargão, variedade de zirconita procedente do Ceilão usada como gema, e concluiu que ela continha uma terra desconhecida, que chamou de zircônia. O metal impuro foi obtido por Jöns Jacob Berzelius em 1824, mas amostras realmente dúcteis só apareceram na década de 1920, com um método de refino por decomposição térmica, o que abriu caminho para o uso industrial décadas depois.

Origem do nome

Deriva do mineral zirconita, cujo nome remonta ao persa zargun, algo como cor de ouro, descrição das tonalidades douradas e avermelhadas das variedades usadas como pedra preciosa desde a Antiguidade.

Isótopos relevantes

⁹⁰Zr (cerca de 51%), ⁹⁴Zr, ⁹²Zr, ⁹¹Zr e ⁹⁶Zr em proporções menores.

Isótopos são átomos do mesmo elemento com quantidades diferentes de nêutrons. Eles compartilham o comportamento químico, mas diferem em massa e em estabilidade nuclear. Veja a definição no glossário.

Curiosidades

• Os minerais mais antigos já datados na Terra são cristais de zirconita da Austrália Ocidental, com cerca de 4,4 bilhões de anos.
• A zirconita retém urânio em sua estrutura e resiste ao tempo geológico, o que a transformou no relógio preferido dos geocronologistas.
• Zircônio e háfnio são tão parecidos quimicamente que o segundo permaneceu escondido no primeiro até 1923.