Kể chuyện về kim loại

Zr - "Trang phục" của những thanh urani

Năm 1789, khi phân tích một trong những biến chủng của khoáng vật ziricon, nhà hóa học người Đức là Martin Henrich Claprôt đã phát hiện được một nguyên tố mới mà ông gọi là Ziriconi, nhờ màu sắc đẹp đẽ, khi thì lóng lánh như vàng, khi thì màu da cam, lúc khác lại màu hồng, nên ngay từ thời Alecxanđrơ xứ Macedonia, ziricon đã được coi là một thứ đá quý. Tên gọi này có lẽ là xuất phát từ một từ Ba Tư là “zargun”, nghĩa là lóng lánh như vàng.

Ziricon (trong các tài liệu còn gặp những tên gọi khác của khoáng vật này: hyacinth, jacinth, jargon) từ thời cổ xưa chẳng những đã được dùng làm đồ trang sức, mà còn được coi là một thứ bùa “làm cho trái tim rộn ràng, xua tan mọi nỗi phiền muộn và những ý nghĩ sầu bi, khiến cho trí thông minh và lòng cao thượng được nhân lên gấp bội”. Trong một tác phẩm nói về y học, với sự tinh thông nghề nghiệp, một vị y sư ở nước Nga cổ xưa đã khẳng định rằng, “kẻ nào đeo hồng ngọc (ở nước Nga ngày xưa, người ta gọi nhiều thứ đá quý, trong đó có ziricon, bằng một tên chung là “hồng ngọc”. Hiện nay, từ “hồng ngọc” dùng để gọi các thứ đá quý chứa crom như ruby, corundum(N. D.).) đỏ thẫm bên mình thì sẽ không mơ thấy những điều gớm ghiếc và hãi hùng, sẽ vững tâm và cao thượng trước mọi người”.

Năm 1824, nhà hóa học Thụy Điển là Becxêliut đã tách được ziriconi ở dạng tự do. Tuy nhiên, thời bấy giờ người ta chưa thể điều chế được ziriconi nguyên chất, vì vậy, suốt một thời gian dài không ai nghiên cứu được những tính chất vật lý của kim loại này. Cũng như nhiều kim loại mới khác, suốt hàng chục năm, ziriconi không thể tìm cho mình một “công việc” vừa ý, trong khi đó, các kim loại được biết đến từ lâu như sắt, đồng, chì thì đã biết “chào hàng”, do vậy mà chúng không bị lâm vào cảnh ế ẩm.

Mãi đến đầu thế kỷ của chúng ta, các nhà bác học mới cứu được ziriconi thoát khỏi mọi tạp chất và bắt đầu nghiên cứu kỹ lưỡng những tính chất của kim loại này. Hóa ra, nó có một bạn đường thường xuyên là hafini. Trong suốt hơn 130 năm, các nhà hóa học không nhận thấy rằng, hafini luôn có mặt trong ziriconi, mà đôi khi với lượng khá lớn. Sở dĩ như vậy là vì tính chất hóa học của hai nguyên tố này giống nhau đến mức đáng ngạc nhiên. Tuy vậy, trong một số vấn đề thì giữa chúng lại có những mối bất đồng nghiêm trọng – điều đó sẽ được nói đến sau.

Ziriconi nguyên chất có bề ngoài giống như thép, nhưng là một kim loại bền hơn thép và có tính dẻo cao. Một trong những tính chất quan trọng của ziriconi là nó có tính bền vững rất cao đối với nhiều môi trường xâm thực. Về tính chất chống ăn mòn thì ziriconi vượt xa các kim loại bền vững như niobi và titan. Trong axit clohiđric 5 % và ở nhiệt độ 60 độ C, thép không gỉ bị ăn mòn khoảng 2,6 milimet trong một năm, titan – gần một milimet, còn ziriconi thì ít hơn một ngàn lần so với titan. Khi chịu tác động của các chất kiềm, ziriconi có sức chống đỡ rất cao. Về mặt này thì tantali vốn được mệnh danh là “chiến sĩ xuất sắc” chống ăn mòn hóa học cũng phải chịu thua ziriconi. Chỉ có ziriconi mới dám “tắm” lâu trong các chất kiềm chứa amoniac là những chất kiềm rất mạnh mà tất cả các kim loại khác, không có ngoại lệ nào, đều phải kiêng kỵ.

Nhờ có độ bền ăn mòn cao nên ziriconi đã được sử dụng trong một lĩnh vực y học rất quan trọng là phẫu thuật thần kinh. Các hợp kim của ziriconi được dùng để sản xuất kẹp cầm máu, dụng cụ phẫu thuật và thậm chí trong nhiều trường hợp, còn làm chỉ khâu các chỗ nối trong các ca mổ não.

Sau khi các nhà hóa học nhận thấy rằng, nếu pha thêm ziriconi vào thép thì nhiều tính chất của thép sẽ được cải thiện, ziriconi liền được xếp vào hàng các nguyên tố điều chất có giá trị. Trong lĩnh vực này, hoạt động của ziriconi thể hiện ở rất nhiều mặt: nó góp phần làm tăng độ cứng và độ bền, nâng cao khả năng gia công, độ thấm tôi và tính dễ hàn của thép, làm cho thép lỏng dễ rót, làm tan các hạt sunfua trong thép khiến cho cấu trúc của thép trở nên min hạt.

Nếu pha thêm ziriconi vào thép kết cấu thì tính không sinh vảy của thép tăng lên rõ rệt: khối lượng mất mát của loại thép chứa 0,2 – 0,3 % ziriconi sau khi nung ở nhiệt độ 820 độ C trong ba giờ liền nhỏ hơn 6 – 7 lần so với cùng thứ thép ấy, nhưng không pha thêm ziriconi.

Ziriconi còn làm tăng độ bền ăn mòn của thép lên rất nhiều. Chẳng hạn, sau ba tháng ngâm mình trong nước, khối lượng mất mát của thép kết cấu tính quy đổi cho 1 mét khối là 16,3 gam, trong khi đó cũng vẫn loại thép ấy, song có pha thêm 0,2 % ziriconi, thì chỉ bị “gầy” đi 7,6 gam.

Có thể nung thép ziriconi đến nhiệt độ cao mà không sợ “quá lửa”. Điều đó cho phép tăng tốc độ các quá trình rèn, dập, nhiệt luyện và thấm cacbon đối với thép.

Cấu trúc min hạt và độ bền cao của thép ziriconi cộng thêm với tính chảy lỏng tốt đã cho phép dùng nó để đúc các vật có thành mỏng hơn hẳn so với khi đúc bằng thép thường. Chẳng hạn, từ thép ziriconi người ta đã đúc được các chí tiết có thành mỏng 2 milimet, trong khi đó, nếu đúc bằng thép giống như vậy những không pha thêm ziriconi thì bề dày của thành ít nhất cũng phải bằng 5 – 6 milimet.

Ziriconi còn là người bạn tốt của nhiều kim loại màu. Pha thêm nguyên tố này và đồng thì độ bền và sức chịu nóng của đồng tăng lên rất nhiều mà độ dẫn điện hầu như không giảm. Hợp kim đồng cađimi với hàm lượng nhỏ ziriconi có độ bền và độ dẫn điện cao. Pha ziriconi vào các hợp kim nhôm thì độ bền, độ dẻo, khả năng chống ăn mòn và sức chịu nhiệt của chúng tăng lên rõ rệt. Khi được pha thêm một lượng ziriconi không đáng kể, độ bền của các hợp kim magie – kẽm tăng lên gần gấp đôi. Trong dung dịch axit clohiđric 5 % ở 100 độ C, độ bền ăn mòn của hợp kim titan – ziriconi cao gấp hàng chục lần so với titan nguyên chất thường dùng trong kỹ thuật. Thêm ziriconi vào molipđen cũng làm cho kim loại độ cứng của kim loại này tăng lên rõ rệt. Ziriconi còn được pha thêm vào đồng thau chứa mangan, vào các loại đồng đỏ chứa nhôm, niken, chì.

Mặc dầu vai trò nguyên tố điều chất đối với thép và hợp kim là rất quan trọng và đầy vinh dự, song ziriconi không thể thỏa mãn với vai trò đó. Nó tiếp tục tìm kiếm và đã tìm được sứ mệnh thực sự của mình. Nhưng trước khi kể đến chuyện này, chúng ta hãy trở lại cái nôi của nó – phòng thí nghiệm của Martin Claprôt.

Đầu đuôi là vào năm 1789, Claprôt đã khám phá ra không những ziriconi, mà còn một nguyên tố tuyệt diệu nữa có vinh hạnh đóng vai trò to lớn trong khoa học và kỹ thuật của thế kỷ XX – đó là urani. Cả bản thân Claprôt lẫn bất kỳ người nào khác thời bấy giờ đều không thể thấy trước được số phận của “hai anh em” ziriconi và urani sau này ra sao. Một thời gian dài, đường đi của chúng xa rời nhau: trong suốt 150 năm, không một cái gì liên kết được các nguyên tố này. Mãi đến ngày nay, sau một cuộc chia ly dài đằng đẵng, “hai anh em” này mới xum họp lại với nhau. Ban đầu, biết được điều này chỉ có một số rất ít các nhà bác học và kỹ sư làm việc trong lĩnh vực năng lượng hạt nhân – lĩnh vực mà chúng ta đều biết, người lạ không được phép đến. Cuộc gặp gỡ đã diễn ra trong lò phản ứng nguyên tử, nơi mà urani được dùng làm nguyên liệu hạt nhân, còn ziriconi thì được dùng làm vỏ bọc cho các thanh urani. Tuy nhiên, để cho chính xác thì phải ghi nhận rằng, trước đó mấy năm, các nhà bác học Mỹ đã thử dùng ziriconi làm vật liệu cho lò phản ứng hạt nhân đặt trên tàu “Nautilus” là tàu ngầm nguyên tử đầu tiên của Mỹ. Nhưng ngay sau đó người ta nhận thấy rằng, dùng ziriconi làm vỏ bọc cho các thanh nhiên liệu thì có lợi hơn là để làm các chi tiết dừng của vùng hoạt động trong lò phản ứng. Thế là từ lúc bấy giờ, urani đã lọt vào vòng ôm ấp của ziriconi.

Không phải ngẫu nhiên mà người ta chọn ziriconi: các nhà vật lý học đã biết rằng, khác với nhiều kim loại, ziriconi để cho các nơtron đi qua một cách dễ dàng, mà chính tính chất này – gọi là tính trong suốt đối với nơtron – phải có ở loại vật liệu dùng làm vỏ bọc các thanh urani. Thực ra, một số kim loại như nhôm, magie, thiếc cũng tương tự ziriconi về điểm này, nhưng chúng lại dễ nóng chảy và không chịu được nhiệt. Còn ziriconi thì nóng chảy ở mãi 1850 độ C nên hoàn toàn có thể chịu đựng được nhiệt độ cao của ngành năng lượng học hạt nhân.

Tuy nhiên, ziriconi cũng có những nhược điểm nào đó có thể cản trở công việc của nó trong lĩnh vực quan trọng này. Vấn đề là ở chỗ chỉ với độ tinh khiết cao thì ziriconi mới trong suốt đối với nơtron. Thế là một lần nữa lại phải nhờ đến hafini – một kim loại mà xét về các tính chất hóa học thì có thể gọi là anh em sinh đôi với ziriconi. Nhưng thái độ của chúng đối với nơtron thì hoàn toàn trái ngược nhau: hafini hấp thụ nơtron một cách tham lam (mạnh gấp hàng trăm lần so với ziriconi). Ngoài ra, tạp chất hafini dù với liều lượng rất nhỏ cũng có thể làm hỏng “máu” của ziriconi và làm cho nó mất tính trong suốt đối với nơtron. Đối với ziriconi, những điều kiện kỹ thuật của cái gọi là “độ tinh khiết của lò phản ứng” chỉ cho phép hafini có mặt trong ziriconi dưới mức vài phần vạn. Song ngay cả ở mức độ ít ỏi như vậy, hafini vẫn làm giảm độ trong suốt của ziriconi đối với nơtron xuống vài lần.

Bởi vì trong thiên nhiên, hai kim loại này thường chung sống với nhau, nên điều chế ziriconi mà hoàn toàn loại bỏ được hafini là một việc vô cùng khó khăn. Tuy nhiên, các nhà hóa học và luyện kim vẫn phải nghiên cứu giải quyết kỳ được vấn đề này, vì công nghiệp nguyên tử rất cần vật liệu kết cấu là ziriconi.

Sau khi giải quyết xong nhiệm vụ này thì một nhiệm vụ cấp bách khác lại nảy sinh: phải làm thế nào để khi chế tạo các kết cấu bằng ziriconi tinh khiết, trong quá trình hàn, các nguyên tử xa lạ không rơi vào ziriconi vì chúng có thể là trở ngại không vượt qua được trên đường đi của nơtron và chính vì thế mọi ưu điểm của kim loại này đều mất hết tác dụng. Ngoài ra, cần phải hàn bằng cách thế nào đó để không phá hỏng tính đồng nhất của kim loại: mối hàn cũng phải có những tính chất như chính vật liệu được hàn. Để hoàn thành được nhiệm vụ này, tia điện tử đã giúp sức. Sự tinh khiết và tinh chính xác của phương pháp hàn bằng tia điện tử đã cho phép giải quyết được vấn đề này. Thế là ziriconi đã trở thành “trang phục” của các thanh urani.

Từ lúc đó, việc sản xuất ziriconi đã tăng vọt lên một cách đột ngột: chỉ trong vòng một chục năm – từ năm 1949 đến năm 1959 – sản lượng ziriconi trên thế giới đã tăng lên một ngàn lần! Những khối tích tụ cát ziricon rất lớn mà trước đây là phế thải khi khai thác các khoáng sản khác đều được moi ra để sử dụng. Chẳng hạn, ở California, khi khai thác vàng bằng những chiếc tàu nạo vét các lòng sông cổ, người ta đã xúc lên rất nhiều cát ziricon cùng với cát chứa vàng để sàng đãi, nhưng vì không dùng đến cát ziricon nên người ta đã đổ nó ra các bãi thải. Tại bang Oregon (nước Mỹ), trong những năm chiến tranh thế giới thứ hai, người ta đã khai thác được nhiều quặng cromit và tiện thể đã thu được một lượng ziricon nào đó, nhưng lúc bấy giờ, công nghiệp chưa quan tâm đến khoáng vật này nên nó vẫn phải nằm lại nơi khai thác. Chẳng bao lâu sau chiến tranh, dư luận ầm ĩ về sự quý giá của ziriconi đã bắt đầu nổi lên, nên các bãi thải này đã trở thành những miếng mồi béo bở.

Hiện nay, các mỏ lớn kim loại quý báu này đang được khai thác ở Mỹ, Australia, Braxin, Ấn Độ, các nước tây Phi. Liên Xô cũng có đáng kể trữ lượng nguyên liệu ziriconi. Cát ở ven bờ biển thường là quặng ziriconi rất tốt. Chẳng hạn ở Australia, sa khoáng ziricon trải dài suốt gần 150 kilômet dọc theo bờ đại dương. Gần đây, ở phần phía tây của lục địa này, cách thành phố Micatarra không xa, nhóm sinh viên địa chất đi khảo sát lòng sông khô cạn của một con sông mà xưa kia từng chảy qua đây từng phát hiện được những tinh thể ziricon trong các đá thuộc loại sa thạch bị phong hóa. Đó là những tinh thể ziricon cổ nhất trên trái đất. Các nhà địa vật lý ở trường đại học quốc gia Canbơrơ đã đi đến kết luận này sau khi xác đinh được rằng, tuổi của các đốm ziricon tìm thấy ở đây là vào khoảng 4,1 – 4,2 tỉ năm, nghĩa là chúng già hơn vài triệu năm so với khoáng thể mà khoa học đã biết trước đó. Nói cách khác, ziricon tìm thấy ở Australia đã xuất hiện vào khoảng 300 – 400 triệu năm sau khi hành tinh của chúng ta ra đời.

Nhu cầu về ziriconi mỗi năm lại tăng lên vì kim loại này càng ngày càng có thêm nhiều nghề mới. Ở trạng thái nung nóng, nó rất háo các chất khí – tính chất này được sử dụng, chẳng hạn, trong kỹ thuật điện – chân không, kỹ thuật vô tuyến.

Trong quá trình hyđro hóa, tức là quá trình bão hòa khí hiđro, một số kim loại, trong đó có ziriconi, thay đổi cấu trúc mạng tinh thể của mình và tăng thể tích lên rõ rệt – tăng hơn nhiều so với khi nung nóng thông thường. Dựa trên tính chất “nở phình” này, các chuyên gia Liên Xô đã đề ra một phương pháp độc đáo để nối các bề mặt kim loại hoặc bề mặt các vật liệu khác trong những trường hợp không thể hàn hoặc gắn được, chẳng hạn, khi sản xuất loại ống thép gồm hai lớp bằng hai thứ vật liệu khác nhau – loại dễ nóng chảy (nhôm, đồng, chất dẻo) và loại khó nóng chảy (thép chịu nhiệt, vonfram, gốm). Thực chất của phương pháp này như sau. Nếu ta lồng chặt hai ống không đồng chất vào với nhau rồi luồn vào một ống làm bằng thứ kim loại dễ “nở phình”, sau đó tạo điều kiện cho kim loại này bị hiđro hóa, nó sẽ nở phình ra và ép chặt hai ống này vào nhau. Chẳng hạn, các ống lót ổ trục bằng thép không gỉ và bằng hợp kim nhôm được lồng vào nhau và được luồn vào một khoanh vòng bằng ziriconi, thì sau một giờ “ngâm” trong môi trường khí hiđro ở nhiệt độ 400 độ C, chúng sẽ dính chặt vào nhau đến nỗi không thể tháo gỡ ra được nữa.

Hỗn hợp bột ziriconi kim loại với các hợp chất cháy được dùng để làm pháo hiệu phát ra ánh sáng rất mạnh. Lá ziriconi khi bị đốt cháy sẽ phát ra ánh sáng mạnh gấp rưỡi so với khi đốt lá nhôm. Các quả đạn pháo hiệu đốt bằng ziriconi rất tiện lợi vì chúng chiếm chỗ rất ít, có khi chỉ bằng chiếc nhẫn của thợ may. Các công trình sư về kỹ thuật tên lửa ngày càng chú ý hơn đến các hợp kim của ziriconi: rất có thể, các hợp kim chịu nóng của nguyên tố này sẽ là nguyên liệu để làm các dải gờ cho các con tàu vũ trụ trong những chuyến bay thường kỳ vào không gian vũ trụ sau này.

Các muối của ziriconi có mặt trong một loại nhũ tương đặc biệt để tẩm lên vải, làm cho vải không thấm nước để may áo mưa. Chúng còn được sử dụng để làm ra các loại mực in màu, các loại sơn chuyên dùng, các loại chất dẻo. Các hợp chất của ziriconi được dùng làm chất xúc tác trong việc sản xuất nguyên liệu có chỉ số octan cao cho động cơ. Các hợp chất sunfat của nguyên tố này dùng để thuộc da rất tốt.

Ziriconi tetraclorua có công dụng rất đặc biệt. Độ dẫn điện của các tấm mỏng làm bằng chất này thay đổi tương ứng với áp suất tác động lên nó. Tính chất này đã được áp dụng vào việc chế tạo áp kế vạn năng (khí cụ đo áp suất). Dù áp suất thay đổi rất ít, cường độ dòng điện trong mạch của áp kế vẫn thay đổi và điều này được thể hiện trên thanh đo có đánh số tương ứng đối với các đơn vị đo áp suất. Kiểu áp kế này rất nhạy: chúng có thể xác định được áp suất từ một phần trăm ngàn atmôtfe đến hàng ngàn atmôtfe

Các tinh thể áp điện rất cần cho các khí cụ dùng trong kỹ thuật vô tuyến như máy phát siêu âm, bộ ổn định tần số v. v … Trong một số trường hợp, chúng phải làm việc ở nhiệt độ cao. Các tinh thể chì ziriconat hoàn toàn thích hợp với điều kiện làm việc như vậy, vì trên thực tế, tính chất áp điện của chúng không thay đổi cho đến 300 độ C.

Kể về ziriconi, không thể không nói đến oxit của nó – một trong những chất khó nóng chảy nhất trong thiên nhiên: nhiệt độ nóng chảy của nó là gần 2.900 độ C. Ziriconi oxit được sử dụng rộng rãi để sản xuất các chi tiết chịu nhiệt độ cao, các loại men và thủy tinh chịu nóng. Borua của kim loại này lại càng khó nóng chảy hơn nữa. Các cặp nhiệt được bọc bằng chất này có thể nhúng trong gang nóng chảy suốt 10 – 15 giờ liên tục, còn trong thép lỏng thì được 2 – 3 giờ (các vỏ bọc bằng thạch anh chỉ chịu đựng được một vài lần nhúng, mỗi lần không quá 20 – 25 giây).

Ziriconi oxit có một tính chất rất độc đáo: khi bị đốt nóng đến nhiệt độ rất cao, nó phát ra ánh sáng mạnh đến mức có thể sử dụng trong kỹ thuật chiếu sáng. Ngay từ cuối thế kỷ XIX, nhà vật lý học nổi tiếng người Đức là Vante Hecman Nerxtơ đã nhận thấy tính chất này. Trong loại đèn do ông sáng chế (đèn này đã đi vào lịch sự kỹ thuật với tên là đèn Nerxtơ), các thanh phát sáng được làm bằng ziriconi oxit. Hiện nay, trong các phòng thí nghiệm, loại đèn nay đôi khi vẫn còn được dùng làm nguồn chiếu sáng.

Các nhà khoa học của viện vật lý mang tên P. N. Lebêđep thuộc viện hàn lâm khoa học Liên Xô đã ghi công ziriconi oxit bằng một việc làm đầy ý nghĩa: trên cơ sở các oxit của ziriconi và hafini, họ đã tạo được những tinh thể kỳ lạ mà trong thiên nhiên không hề có và đặt tên là fianit. Thứ ngọc nhân tạo này không những đã nhanh chóng chiếm được sự ngưỡng mộ của các nhà kim hoàn, mà còn nổi tiếng rộng khắp trong giới khoa học và kỹ thuật. Chỉ cần nêu một điều này cũng đủ thấy rõ: chúng thực hiện vai trò của các vật liệu laze rất có kết quả.

Ở Pháp, các nhà bác học đã sử dụng ziriconi oxit làm nguyên liệu điều chế kim loại này bằng năng lượng mặt trời. Ngay từ những năm 50, tại Mong Lui – một pháo đài được xây dựng hồi thế kỷ XVII ở sườn phía đông dãy núi Pirêne có độ cao 1500 mét so với mặt biển, người ta đã xây dựng một lò dùng năng lượng mặt trời do một nhóm các nhà nghiên cứu thiết kế dưới sự lãnh đạo của giáo sư Felix Trom. Tại hội nghị chuyên đề về sử dụng năng lượng mặt trời tổ chức tại Mong Lui, những người tham dự đã được xem lò này lúc nó đang hoạt động.

“Tấm mặt lò chuyên dùng nâng một nhúm bột trắng nhích lên từ từ hầu như không nhận thấy được, cho đến khi lên đến tiêu điểm của một chiếc gương parabôn rất lớn. Lúc đó, một ngọn lửa mầu trắng rực sáng chói ngời bùng lên trước mắt các nhà bác học và kỹ sư.

Thứ bột trắng đó chính là ziriconi oxit … Sau khi được đặt vào tiêu điểm của gương parabôn, nơi mà nhiệt độ của các tia mặt trời hội tụ đạt đến 3.000 độ C, bột trắng này bắt đầu nóng chảy. Chỉ có thể quan sát đước ánh sáng lóe ra lúc đó qua một tấm kính mầu thẫm. Một nhúm nhỏ chất bị nung nóng sáng nằm trên mặt lò đã khiến người ta nghĩ đến ngọn núi lửa đang phun trào của thời đại địa chất xa xưa nào đó”.

Một người từng tham dự hội nghị này đã mô tả như vậy về quá trình điều chế ziriconi bằng năng lượng mặt trời. Bộ phận phản xạ đặc biệt gồm rất nhiều tấm gương có đường kính 12 mét, tự quay theo hướng mặt trời nhờ một tế bào quang điện. Các tia sáng do bộ phận này phản chiếu lại được bắn vào một gương parabôn có đường kính 10 mét. Công suất nhiệt của chiếc gương hội tụ tia nắng mặt trời này tại tiêu điểm của lò tương đương với 75 kW.

Cách Mong Lui mười kilômet, tại làng miền núi nhỏ bé Ođeio, người ta đã xây dựng thêm một lò dùng năng lượng mặt trời nữa. Đây là lò lớn nhất trên thế giới. Những ai đến “thủ đô mặt trời” (người dân địa phương đã tự hào gọi Ođeio một cách tự hào như vậy) đều nhìn thấy một quang cảnh khác thường, tựa như các cảnh quay trong một bộ phim khoa học viễn tưởng. Bên cạnh một nhà thờ mái nhọn cổ kính, sừng sững nhô lên một tòa nhà nhiều tầng cực kỳ hiện đại – đó là phòng thí nghiệm về năng lượng mặt trời. Toàn bộ bề mặt phía bắc của tòa nhà này là một chiếc gương parabôn khổng lồ cao 40m và rộng 50 mét. Trên triền núi đối diện là hàng chục chiếc gương xếp thành dãy có kích thước khá đồ sộ dùng để định hướng tia mặt trời. Đầu tiên, tia mặt trời do các gương này thu nhận được chiếu sang chiếc gương parabôn, rồi từ đó hội tụ lại thành chùm rọi vào lò nung, tạo nên nhiệt độ 3500 độ C ở đó. Nhiệt do “con quạ vàng” mặt trời phát ra trong lò tương đương với 1000 kW điện năng. Trong một ngày, lò này có thể tinh chế được 2, 5 tấn ziriconi.

Ưu điểm chủ yếu của các lò mặt trời thể hiện ở chỗ trong quá trình nấu luyện, các tạp chất có hại không rơi vào kim loại vì chẳng lấy đâu ra chúng. Bởi vậy, các kim loại và các hợp kim được điều chế ở đây đều có độ tinh khiết cao và luôn luôn được ưa chuộng. Còn có một lý do xác đáng nữa để ủng hộ phương pháp nấu luyện này: không phải chi phí vào khoản năng lượng, bởi vì mặt trời là một thiên thể hào phóng, luôn luôn sẵn sàng cung cấp năng lượng cho con người mà không đòi hỏi một sự đến đáp nào cả.

Để kết luận, chúng tôi xin nói về một sự ngộ nhận. Vỏ trái đất chứa nhiều ziriconi hơn đồng, niken, chì hoặc kẽm chẳng hạn. Tuy vậy, khác với các kim loại này, ziriconi vẫn được gọi là một kim loại hiếm. Có một thời, điều đó được giải thích là do sự phân tán tản mạn của quặng ziriconi, do những khó khăn khi tách ziriconi ra khỏi quặng, và con do kim loại này thực sự là một “vị khách hiếm” trong kỹ thuật. Còn hiện nay, khi mà việc sản xuất ziriconi mỗi năm tăng lên không ngừng và nó ngày càng tìm thêm được nhiều lĩnh vực hoạt động mới mẻ, thì từ “hiếm” cũng mất ý nghĩa đối với nó. Song quá khứ vẫn là quá khứ, và ziriconi có quyền tự hào trả lời câu hỏi về nguồn gốc của mình: “Tôi xuất thân từ kim loại hiếm”.

Năm 1789, khi phân tích một trong những biến chủng của khoáng vật ziricon, nhà hóa học người Đức là Martin Henrich Claprôt đã phát hiện được một nguyên tố mới mà ông gọi là Ziriconi, nhờ màu sắc đẹp đẽ, khi thì lóng lánh như vàng, khi thì màu da cam, lúc khác lại màu hồng, nên ngay từ thời Alecxanđrơ xứ Macedonia, ziricon đã được coi là một thứ đá quý. Tên gọi này có lẽ là xuất phát từ một từ Ba Tư là “zargun”, nghĩa là lóng lánh như vàng.

Ziricon (trong các tài liệu còn gặp những tên gọi khác của khoáng vật này: hyacinth, jacinth, jargon) từ thời cổ xưa chẳng những đã được dùng làm đồ trang sức, mà còn được coi là một thứ bùa “làm cho trái tim rộn ràng, xua tan mọi nỗi phiền muộn và những ý nghĩ sầu bi, khiến cho trí thông minh và lòng cao thượng được nhân lên gấp bội”. Trong một tác phẩm nói về y học, với sự tinh thông nghề nghiệp, một vị y sư ở nước Nga cổ xưa đã khẳng định rằng, “kẻ nào đeo hồng ngọc (ở nước Nga ngày xưa, người ta gọi nhiều thứ đá quý, trong đó có ziricon, bằng một tên chung là “hồng ngọc”. Hiện nay, từ “hồng ngọc” dùng để gọi các thứ đá quý chứa crom như ruby, corundum(N. D.).) đỏ thẫm bên mình thì sẽ không mơ thấy những điều gớm ghiếc và hãi hùng, sẽ vững tâm và cao thượng trước mọi người”.

Năm 1824, nhà hóa học Thụy Điển là Becxêliut đã tách được ziriconi ở dạng tự do. Tuy nhiên, thời bấy giờ người ta chưa thể điều chế được ziriconi nguyên chất, vì vậy, suốt một thời gian dài không ai nghiên cứu được những tính chất vật lý của kim loại này. Cũng như nhiều kim loại mới khác, suốt hàng chục năm, ziriconi không thể tìm cho mình một “công việc” vừa ý, trong khi đó, các kim loại được biết đến từ lâu như sắt, đồng, chì thì đã biết “chào hàng”, do vậy mà chúng không bị lâm vào cảnh ế ẩm.

Mãi đến đầu thế kỷ của chúng ta, các nhà bác học mới cứu được ziriconi thoát khỏi mọi tạp chất và bắt đầu nghiên cứu kỹ lưỡng những tính chất của kim loại này. Hóa ra, nó có một bạn đường thường xuyên là hafini. Trong suốt hơn 130 năm, các nhà hóa học không nhận thấy rằng, hafini luôn có mặt trong ziriconi, mà đôi khi với lượng khá lớn. Sở dĩ như vậy là vì tính chất hóa học của hai nguyên tố này giống nhau đến mức đáng ngạc nhiên. Tuy vậy, trong một số vấn đề thì giữa chúng lại có những mối bất đồng nghiêm trọng – điều đó sẽ được nói đến sau.

Ziriconi nguyên chất có bề ngoài giống như thép, nhưng là một kim loại bền hơn thép và có tính dẻo cao. Một trong những tính chất quan trọng của ziriconi là nó có tính bền vững rất cao đối với nhiều môi trường xâm thực. Về tính chất chống ăn mòn thì ziriconi vượt xa các kim loại bền vững như niobi và titan. Trong axit clohiđric 5 % và ở nhiệt độ 60 độ C, thép không gỉ bị ăn mòn khoảng 2,6 milimet trong một năm, titan – gần một milimet, còn ziriconi thì ít hơn một ngàn lần so với titan. Khi chịu tác động của các chất kiềm, ziriconi có sức chống đỡ rất cao. Về mặt này thì tantali vốn được mệnh danh là “chiến sĩ xuất sắc” chống ăn mòn hóa học cũng phải chịu thua ziriconi. Chỉ có ziriconi mới dám “tắm” lâu trong các chất kiềm chứa amoniac là những chất kiềm rất mạnh mà tất cả các kim loại khác, không có ngoại lệ nào, đều phải kiêng kỵ.

Nhờ có độ bền ăn mòn cao nên ziriconi đã được sử dụng trong một lĩnh vực y học rất quan trọng là phẫu thuật thần kinh. Các hợp kim của ziriconi được dùng để sản xuất kẹp cầm máu, dụng cụ phẫu thuật và thậm chí trong nhiều trường hợp, còn làm chỉ khâu các chỗ nối trong các ca mổ não.

Sau khi các nhà hóa học nhận thấy rằng, nếu pha thêm ziriconi vào thép thì nhiều tính chất của thép sẽ được cải thiện, ziriconi liền được xếp vào hàng các nguyên tố điều chất có giá trị. Trong lĩnh vực này, hoạt động của ziriconi thể hiện ở rất nhiều mặt: nó góp phần làm tăng độ cứng và độ bền, nâng cao khả năng gia công, độ thấm tôi và tính dễ hàn của thép, làm cho thép lỏng dễ rót, làm tan các hạt sunfua trong thép khiến cho cấu trúc của thép trở nên min hạt.

Nếu pha thêm ziriconi vào thép kết cấu thì tính không sinh vảy của thép tăng lên rõ rệt: khối lượng mất mát của loại thép chứa 0,2 – 0,3 % ziriconi sau khi nung ở nhiệt độ 820 độ C trong ba giờ liền nhỏ hơn 6 – 7 lần so với cùng thứ thép ấy, nhưng không pha thêm ziriconi.

Ziriconi còn làm tăng độ bền ăn mòn của thép lên rất nhiều. Chẳng hạn, sau ba tháng ngâm mình trong nước, khối lượng mất mát của thép kết cấu tính quy đổi cho 1 mét khối là 16,3 gam, trong khi đó cũng vẫn loại thép ấy, song có pha thêm 0,2 % ziriconi, thì chỉ bị “gầy” đi 7,6 gam.

Có thể nung thép ziriconi đến nhiệt độ cao mà không sợ “quá lửa”. Điều đó cho phép tăng tốc độ các quá trình rèn, dập, nhiệt luyện và thấm cacbon đối với thép.

Cấu trúc min hạt và độ bền cao của thép ziriconi cộng thêm với tính chảy lỏng tốt đã cho phép dùng nó để đúc các vật có thành mỏng hơn hẳn so với khi đúc bằng thép thường. Chẳng hạn, từ thép ziriconi người ta đã đúc được các chí tiết có thành mỏng 2 milimet, trong khi đó, nếu đúc bằng thép giống như vậy những không pha thêm ziriconi thì bề dày của thành ít nhất cũng phải bằng 5 – 6 milimet.

Ziriconi còn là người bạn tốt của nhiều kim loại màu. Pha thêm nguyên tố này và đồng thì độ bền và sức chịu nóng của đồng tăng lên rất nhiều mà độ dẫn điện hầu như không giảm. Hợp kim đồng cađimi với hàm lượng nhỏ ziriconi có độ bền và độ dẫn điện cao. Pha ziriconi vào các hợp kim nhôm thì độ bền, độ dẻo, khả năng chống ăn mòn và sức chịu nhiệt của chúng tăng lên rõ rệt. Khi được pha thêm một lượng ziriconi không đáng kể, độ bền của các hợp kim magie – kẽm tăng lên gần gấp đôi. Trong dung dịch axit clohiđric 5 % ở 100 độ C, độ bền ăn mòn của hợp kim titan – ziriconi cao gấp hàng chục lần so với titan nguyên chất thường dùng trong kỹ thuật. Thêm ziriconi vào molipđen cũng làm cho kim loại độ cứng của kim loại này tăng lên rõ rệt. Ziriconi còn được pha thêm vào đồng thau chứa mangan, vào các loại đồng đỏ chứa nhôm, niken, chì.

Mặc dầu vai trò nguyên tố điều chất đối với thép và hợp kim là rất quan trọng và đầy vinh dự, song ziriconi không thể thỏa mãn với vai trò đó. Nó tiếp tục tìm kiếm và đã tìm được sứ mệnh thực sự của mình. Nhưng trước khi kể đến chuyện này, chúng ta hãy trở lại cái nôi của nó – phòng thí nghiệm của Martin Claprôt.

Đầu đuôi là vào năm 1789, Claprôt đã khám phá ra không những ziriconi, mà còn một nguyên tố tuyệt diệu nữa có vinh hạnh đóng vai trò to lớn trong khoa học và kỹ thuật của thế kỷ XX – đó là urani. Cả bản thân Claprôt lẫn bất kỳ người nào khác thời bấy giờ đều không thể thấy trước được số phận của “hai anh em” ziriconi và urani sau này ra sao. Một thời gian dài, đường đi của chúng xa rời nhau: trong suốt 150 năm, không một cái gì liên kết được các nguyên tố này. Mãi đến ngày nay, sau một cuộc chia ly dài đằng đẵng, “hai anh em” này mới xum họp lại với nhau. Ban đầu, biết được điều này chỉ có một số rất ít các nhà bác học và kỹ sư làm việc trong lĩnh vực năng lượng hạt nhân – lĩnh vực mà chúng ta đều biết, người lạ không được phép đến. Cuộc gặp gỡ đã diễn ra trong lò phản ứng nguyên tử, nơi mà urani được dùng làm nguyên liệu hạt nhân, còn ziriconi thì được dùng làm vỏ bọc cho các thanh urani. Tuy nhiên, để cho chính xác thì phải ghi nhận rằng, trước đó mấy năm, các nhà bác học Mỹ đã thử dùng ziriconi làm vật liệu cho lò phản ứng hạt nhân đặt trên tàu “Nautilus” là tàu ngầm nguyên tử đầu tiên của Mỹ. Nhưng ngay sau đó người ta nhận thấy rằng, dùng ziriconi làm vỏ bọc cho các thanh nhiên liệu thì có lợi hơn là để làm các chi tiết dừng của vùng hoạt động trong lò phản ứng. Thế là từ lúc bấy giờ, urani đã lọt vào vòng ôm ấp của ziriconi.

Không phải ngẫu nhiên mà người ta chọn ziriconi: các nhà vật lý học đã biết rằng, khác với nhiều kim loại, ziriconi để cho các nơtron đi qua một cách dễ dàng, mà chính tính chất này – gọi là tính trong suốt đối với nơtron – phải có ở loại vật liệu dùng làm vỏ bọc các thanh urani. Thực ra, một số kim loại như nhôm, magie, thiếc cũng tương tự ziriconi về điểm này, nhưng chúng lại dễ nóng chảy và không chịu được nhiệt. Còn ziriconi thì nóng chảy ở mãi 1850 độ C nên hoàn toàn có thể chịu đựng được nhiệt độ cao của ngành năng lượng học hạt nhân.

Tuy nhiên, ziriconi cũng có những nhược điểm nào đó có thể cản trở công việc của nó trong lĩnh vực quan trọng này. Vấn đề là ở chỗ chỉ với độ tinh khiết cao thì ziriconi mới trong suốt đối với nơtron. Thế là một lần nữa lại phải nhờ đến hafini – một kim loại mà xét về các tính chất hóa học thì có thể gọi là anh em sinh đôi với ziriconi. Nhưng thái độ của chúng đối với nơtron thì hoàn toàn trái ngược nhau: hafini hấp thụ nơtron một cách tham lam (mạnh gấp hàng trăm lần so với ziriconi). Ngoài ra, tạp chất hafini dù với liều lượng rất nhỏ cũng có thể làm hỏng “máu” của ziriconi và làm cho nó mất tính trong suốt đối với nơtron. Đối với ziriconi, những điều kiện kỹ thuật của cái gọi là “độ tinh khiết của lò phản ứng” chỉ cho phép hafini có mặt trong ziriconi dưới mức vài phần vạn. Song ngay cả ở mức độ ít ỏi như vậy, hafini vẫn làm giảm độ trong suốt của ziriconi đối với nơtron xuống vài lần.

Bởi vì trong thiên nhiên, hai kim loại này thường chung sống với nhau, nên điều chế ziriconi mà hoàn toàn loại bỏ được hafini là một việc vô cùng khó khăn. Tuy nhiên, các nhà hóa học và luyện kim vẫn phải nghiên cứu giải quyết kỳ được vấn đề này, vì công nghiệp nguyên tử rất cần vật liệu kết cấu là ziriconi.

Sau khi giải quyết xong nhiệm vụ này thì một nhiệm vụ cấp bách khác lại nảy sinh: phải làm thế nào để khi chế tạo các kết cấu bằng ziriconi tinh khiết, trong quá trình hàn, các nguyên tử xa lạ không rơi vào ziriconi vì chúng có thể là trở ngại không vượt qua được trên đường đi của nơtron và chính vì thế mọi ưu điểm của kim loại này đều mất hết tác dụng. Ngoài ra, cần phải hàn bằng cách thế nào đó để không phá hỏng tính đồng nhất của kim loại: mối hàn cũng phải có những tính chất như chính vật liệu được hàn. Để hoàn thành được nhiệm vụ này, tia điện tử đã giúp sức. Sự tinh khiết và tinh chính xác của phương pháp hàn bằng tia điện tử đã cho phép giải quyết được vấn đề này. Thế là ziriconi đã trở thành “trang phục” của các thanh urani.

Từ lúc đó, việc sản xuất ziriconi đã tăng vọt lên một cách đột ngột: chỉ trong vòng một chục năm – từ năm 1949 đến năm 1959 – sản lượng ziriconi trên thế giới đã tăng lên một ngàn lần! Những khối tích tụ cát ziricon rất lớn mà trước đây là phế thải khi khai thác các khoáng sản khác đều được moi ra để sử dụng. Chẳng hạn, ở California, khi khai thác vàng bằng những chiếc tàu nạo vét các lòng sông cổ, người ta đã xúc lên rất nhiều cát ziricon cùng với cát chứa vàng để sàng đãi, nhưng vì không dùng đến cát ziricon nên người ta đã đổ nó ra các bãi thải. Tại bang Oregon (nước Mỹ), trong những năm chiến tranh thế giới thứ hai, người ta đã khai thác được nhiều quặng cromit và tiện thể đã thu được một lượng ziricon nào đó, nhưng lúc bấy giờ, công nghiệp chưa quan tâm đến khoáng vật này nên nó vẫn phải nằm lại nơi khai thác. Chẳng bao lâu sau chiến tranh, dư luận ầm ĩ về sự quý giá của ziriconi đã bắt đầu nổi lên, nên các bãi thải này đã trở thành những miếng mồi béo bở.

Hiện nay, các mỏ lớn kim loại quý báu này đang được khai thác ở Mỹ, Australia, Braxin, Ấn Độ, các nước tây Phi. Liên Xô cũng có đáng kể trữ lượng nguyên liệu ziriconi. Cát ở ven bờ biển thường là quặng ziriconi rất tốt. Chẳng hạn ở Australia, sa khoáng ziricon trải dài suốt gần 150 kilômet dọc theo bờ đại dương. Gần đây, ở phần phía tây của lục địa này, cách thành phố Micatarra không xa, nhóm sinh viên địa chất đi khảo sát lòng sông khô cạn của một con sông mà xưa kia từng chảy qua đây từng phát hiện được những tinh thể ziricon trong các đá thuộc loại sa thạch bị phong hóa. Đó là những tinh thể ziricon cổ nhất trên trái đất. Các nhà địa vật lý ở trường đại học quốc gia Canbơrơ đã đi đến kết luận này sau khi xác đinh được rằng, tuổi của các đốm ziricon tìm thấy ở đây là vào khoảng 4,1 – 4,2 tỉ năm, nghĩa là chúng già hơn vài triệu năm so với khoáng thể mà khoa học đã biết trước đó. Nói cách khác, ziricon tìm thấy ở Australia đã xuất hiện vào khoảng 300 – 400 triệu năm sau khi hành tinh của chúng ta ra đời.

Nhu cầu về ziriconi mỗi năm lại tăng lên vì kim loại này càng ngày càng có thêm nhiều nghề mới. Ở trạng thái nung nóng, nó rất háo các chất khí – tính chất này được sử dụng, chẳng hạn, trong kỹ thuật điện – chân không, kỹ thuật vô tuyến.

Trong quá trình hyđro hóa, tức là quá trình bão hòa khí hiđro, một số kim loại, trong đó có ziriconi, thay đổi cấu trúc mạng tinh thể của mình và tăng thể tích lên rõ rệt – tăng hơn nhiều so với khi nung nóng thông thường. Dựa trên tính chất “nở phình” này, các chuyên gia Liên Xô đã đề ra một phương pháp độc đáo để nối các bề mặt kim loại hoặc bề mặt các vật liệu khác trong những trường hợp không thể hàn hoặc gắn được, chẳng hạn, khi sản xuất loại ống thép gồm hai lớp bằng hai thứ vật liệu khác nhau – loại dễ nóng chảy (nhôm, đồng, chất dẻo) và loại khó nóng chảy (thép chịu nhiệt, vonfram, gốm). Thực chất của phương pháp này như sau. Nếu ta lồng chặt hai ống không đồng chất vào với nhau rồi luồn vào một ống làm bằng thứ kim loại dễ “nở phình”, sau đó tạo điều kiện cho kim loại này bị hiđro hóa, nó sẽ nở phình ra và ép chặt hai ống này vào nhau. Chẳng hạn, các ống lót ổ trục bằng thép không gỉ và bằng hợp kim nhôm được lồng vào nhau và được luồn vào một khoanh vòng bằng ziriconi, thì sau một giờ “ngâm” trong môi trường khí hiđro ở nhiệt độ 400 độ C, chúng sẽ dính chặt vào nhau đến nỗi không thể tháo gỡ ra được nữa.

Hỗn hợp bột ziriconi kim loại với các hợp chất cháy được dùng để làm pháo hiệu phát ra ánh sáng rất mạnh. Lá ziriconi khi bị đốt cháy sẽ phát ra ánh sáng mạnh gấp rưỡi so với khi đốt lá nhôm. Các quả đạn pháo hiệu đốt bằng ziriconi rất tiện lợi vì chúng chiếm chỗ rất ít, có khi chỉ bằng chiếc nhẫn của thợ may. Các công trình sư về kỹ thuật tên lửa ngày càng chú ý hơn đến các hợp kim của ziriconi: rất có thể, các hợp kim chịu nóng của nguyên tố này sẽ là nguyên liệu để làm các dải gờ cho các con tàu vũ trụ trong những chuyến bay thường kỳ vào không gian vũ trụ sau này.

Các muối của ziriconi có mặt trong một loại nhũ tương đặc biệt để tẩm lên vải, làm cho vải không thấm nước để may áo mưa. Chúng còn được sử dụng để làm ra các loại mực in màu, các loại sơn chuyên dùng, các loại chất dẻo. Các hợp chất của ziriconi được dùng làm chất xúc tác trong việc sản xuất nguyên liệu có chỉ số octan cao cho động cơ. Các hợp chất sunfat của nguyên tố này dùng để thuộc da rất tốt.

Ziriconi tetraclorua có công dụng rất đặc biệt. Độ dẫn điện của các tấm mỏng làm bằng chất này thay đổi tương ứng với áp suất tác động lên nó. Tính chất này đã được áp dụng vào việc chế tạo áp kế vạn năng (khí cụ đo áp suất). Dù áp suất thay đổi rất ít, cường độ dòng điện trong mạch của áp kế vẫn thay đổi và điều này được thể hiện trên thanh đo có đánh số tương ứng đối với các đơn vị đo áp suất. Kiểu áp kế này rất nhạy: chúng có thể xác định được áp suất từ một phần trăm ngàn atmôtfe đến hàng ngàn atmôtfe

Các tinh thể áp điện rất cần cho các khí cụ dùng trong kỹ thuật vô tuyến như máy phát siêu âm, bộ ổn định tần số v. v … Trong một số trường hợp, chúng phải làm việc ở nhiệt độ cao. Các tinh thể chì ziriconat hoàn toàn thích hợp với điều kiện làm việc như vậy, vì trên thực tế, tính chất áp điện của chúng không thay đổi cho đến 300 độ C.

Kể về ziriconi, không thể không nói đến oxit của nó – một trong những chất khó nóng chảy nhất trong thiên nhiên: nhiệt độ nóng chảy của nó là gần 2.900 độ C. Ziriconi oxit được sử dụng rộng rãi để sản xuất các chi tiết chịu nhiệt độ cao, các loại men và thủy tinh chịu nóng. Borua của kim loại này lại càng khó nóng chảy hơn nữa. Các cặp nhiệt được bọc bằng chất này có thể nhúng trong gang nóng chảy suốt 10 – 15 giờ liên tục, còn trong thép lỏng thì được 2 – 3 giờ (các vỏ bọc bằng thạch anh chỉ chịu đựng được một vài lần nhúng, mỗi lần không quá 20 – 25 giây).

Ziriconi oxit có một tính chất rất độc đáo: khi bị đốt nóng đến nhiệt độ rất cao, nó phát ra ánh sáng mạnh đến mức có thể sử dụng trong kỹ thuật chiếu sáng. Ngay từ cuối thế kỷ XIX, nhà vật lý học nổi tiếng người Đức là Vante Hecman Nerxtơ đã nhận thấy tính chất này. Trong loại đèn do ông sáng chế (đèn này đã đi vào lịch sự kỹ thuật với tên là đèn Nerxtơ), các thanh phát sáng được làm bằng ziriconi oxit. Hiện nay, trong các phòng thí nghiệm, loại đèn nay đôi khi vẫn còn được dùng làm nguồn chiếu sáng.

Các nhà khoa học của viện vật lý mang tên P. N. Lebêđep thuộc viện hàn lâm khoa học Liên Xô đã ghi công ziriconi oxit bằng một việc làm đầy ý nghĩa: trên cơ sở các oxit của ziriconi và hafini, họ đã tạo được những tinh thể kỳ lạ mà trong thiên nhiên không hề có và đặt tên là fianit. Thứ ngọc nhân tạo này không những đã nhanh chóng chiếm được sự ngưỡng mộ của các nhà kim hoàn, mà còn nổi tiếng rộng khắp trong giới khoa học và kỹ thuật. Chỉ cần nêu một điều này cũng đủ thấy rõ: chúng thực hiện vai trò của các vật liệu laze rất có kết quả.

Ở Pháp, các nhà bác học đã sử dụng ziriconi oxit làm nguyên liệu điều chế kim loại này bằng năng lượng mặt trời. Ngay từ những năm 50, tại Mong Lui – một pháo đài được xây dựng hồi thế kỷ XVII ở sườn phía đông dãy núi Pirêne có độ cao 1500 mét so với mặt biển, người ta đã xây dựng một lò dùng năng lượng mặt trời do một nhóm các nhà nghiên cứu thiết kế dưới sự lãnh đạo của giáo sư Felix Trom. Tại hội nghị chuyên đề về sử dụng năng lượng mặt trời tổ chức tại Mong Lui, những người tham dự đã được xem lò này lúc nó đang hoạt động.

“Tấm mặt lò chuyên dùng nâng một nhúm bột trắng nhích lên từ từ hầu như không nhận thấy được, cho đến khi lên đến tiêu điểm của một chiếc gương parabôn rất lớn. Lúc đó, một ngọn lửa mầu trắng rực sáng chói ngời bùng lên trước mắt các nhà bác học và kỹ sư.

Thứ bột trắng đó chính là ziriconi oxit … Sau khi được đặt vào tiêu điểm của gương parabôn, nơi mà nhiệt độ của các tia mặt trời hội tụ đạt đến 3.000 độ C, bột trắng này bắt đầu nóng chảy. Chỉ có thể quan sát đước ánh sáng lóe ra lúc đó qua một tấm kính mầu thẫm. Một nhúm nhỏ chất bị nung nóng sáng nằm trên mặt lò đã khiến người ta nghĩ đến ngọn núi lửa đang phun trào của thời đại địa chất xa xưa nào đó”.

Một người từng tham dự hội nghị này đã mô tả như vậy về quá trình điều chế ziriconi bằng năng lượng mặt trời. Bộ phận phản xạ đặc biệt gồm rất nhiều tấm gương có đường kính 12 mét, tự quay theo hướng mặt trời nhờ một tế bào quang điện. Các tia sáng do bộ phận này phản chiếu lại được bắn vào một gương parabôn có đường kính 10 mét. Công suất nhiệt của chiếc gương hội tụ tia nắng mặt trời này tại tiêu điểm của lò tương đương với 75 kW.

Cách Mong Lui mười kilômet, tại làng miền núi nhỏ bé Ođeio, người ta đã xây dựng thêm một lò dùng năng lượng mặt trời nữa. Đây là lò lớn nhất trên thế giới. Những ai đến “thủ đô mặt trời” (người dân địa phương đã tự hào gọi Ođeio một cách tự hào như vậy) đều nhìn thấy một quang cảnh khác thường, tựa như các cảnh quay trong một bộ phim khoa học viễn tưởng. Bên cạnh một nhà thờ mái nhọn cổ kính, sừng sững nhô lên một tòa nhà nhiều tầng cực kỳ hiện đại – đó là phòng thí nghiệm về năng lượng mặt trời. Toàn bộ bề mặt phía bắc của tòa nhà này là một chiếc gương parabôn khổng lồ cao 40m và rộng 50 mét. Trên triền núi đối diện là hàng chục chiếc gương xếp thành dãy có kích thước khá đồ sộ dùng để định hướng tia mặt trời. Đầu tiên, tia mặt trời do các gương này thu nhận được chiếu sang chiếc gương parabôn, rồi từ đó hội tụ lại thành chùm rọi vào lò nung, tạo nên nhiệt độ 3500 độ C ở đó. Nhiệt do “con quạ vàng” mặt trời phát ra trong lò tương đương với 1000 kW điện năng. Trong một ngày, lò này có thể tinh chế được 2, 5 tấn ziriconi.

Ưu điểm chủ yếu của các lò mặt trời thể hiện ở chỗ trong quá trình nấu luyện, các tạp chất có hại không rơi vào kim loại vì chẳng lấy đâu ra chúng. Bởi vậy, các kim loại và các hợp kim được điều chế ở đây đều có độ tinh khiết cao và luôn luôn được ưa chuộng. Còn có một lý do xác đáng nữa để ủng hộ phương pháp nấu luyện này: không phải chi phí vào khoản năng lượng, bởi vì mặt trời là một thiên thể hào phóng, luôn luôn sẵn sàng cung cấp năng lượng cho con người mà không đòi hỏi một sự đến đáp nào cả.

Để kết luận, chúng tôi xin nói về một sự ngộ nhận. Vỏ trái đất chứa nhiều ziriconi hơn đồng, niken, chì hoặc kẽm chẳng hạn. Tuy vậy, khác với các kim loại này, ziriconi vẫn được gọi là một kim loại hiếm. Có một thời, điều đó được giải thích là do sự phân tán tản mạn của quặng ziriconi, do những khó khăn khi tách ziriconi ra khỏi quặng, và con do kim loại này thực sự là một “vị khách hiếm” trong kỹ thuật. Còn hiện nay, khi mà việc sản xuất ziriconi mỗi năm tăng lên không ngừng và nó ngày càng tìm thêm được nhiều lĩnh vực hoạt động mới mẻ, thì từ “hiếm” cũng mất ý nghĩa đối với nó. Song quá khứ vẫn là quá khứ, và ziriconi có quyền tự hào trả lời câu hỏi về nguồn gốc của mình: “Tôi xuất thân từ kim loại hiếm”.

Đọc truyện hay đừng quên like và chia sẻ truyện tới bạn bè, để lại bình luận là cách để ủng hộ webtruyenfree. Thỉnh thoảng ấn vào q uảng c áo ngày 1-2 lần để tụi mình có kinh phí duy trì web các bạn nhé!