锆的特性

锆元素是一种非常坚固但柔软且具有延展性的金属。锆是一种有光泽的银色金属，化学符号为 Zr。它具有很强的耐腐蚀和耐热性。锆是一种延展性金属，细粉极易燃。锆几乎总是与铪（Hf）元素配对出现。锆主要与锆石和斜锆石矿物有关，它们是该元素的主要矿石（表1 ）。

矿物名称	化学式	比重	锆 %
锆石	锆硅酸盐4	4 . 6 - 4 . 7克/立方厘米	43 。 14
斜锆石	氧化锆2	5 . 5 - 6 . 0克/立方厘米	74 。 03
科斯纳里特	KZr 2 (PO 4 ) 3	3 . 2克/立方厘米	36 。 02
异性石	钠4钙1 。 5 Ce 0 。 5铁2 + 0 。 6锰2 + 0 。 3是0 。 1 ZrSi 8 O 22 (OH) 1 。 5氯0 。 5	2 . 9克/立方厘米	9 。 19
哈夫农	(Hf,Zr)SiO 4	6 . 97克/立方厘米	2 。 24

表1 ：含锆元素的矿物

锆的用途

在1789发现了锆。锆被视为国内冶金应用中的“关键矿物”，用于航空航天、国防和能源技术（Fortier 等人， 2018 ）。锆的用途广泛。由于锆具有非反应性，因此可用于腐蚀环境中的管道和配件合金。锆还可用作高温陶瓷中的乳浊剂、磨料、灯丝、催化转换器、手术器械和炉砖。它可以用来硬化钢并作为模具塑造熔融金属。锆在核反应堆工业中也可用作燃料棒的耐腐蚀和低中子吸收外壳。科学家还利用锆石矿物进行地质年代学研究。  

锆地质学

锆通常与铪和钛元素一起存在于火成岩和变质岩中。锆来源于岩浆在冷却和结晶过程中与地壳周围的岩石混合而形成的，锆在地壳中很常见。由于浅层地幔中锆元素相对贫乏，因此由深层地幔岩浆形成的火成岩可能含有较高的锆浓度。由于含锆矿物（例如锆石）具有很强的抗风化能力，它们最终会从母岩中侵蚀出来，并可能在其他地方堆积成重矿砂矿床。在现代沉积物堆积体中以及远离现今海岸线的古代海滩沉积物中，可能会发现重矿物的经济矿藏。

矿物系统	存款类型	地质省
砂矿	上新世沉积物中的古砂矿（重矿砂）	沿海平原

表2 ：弗吉尼亚州的潜在锆矿系统、矿床类型（Hofstra 和 Kreiner， 2020 ）和地质省

锆在工业中的应用

尽管锆元素在全球范围内相对丰富，但其分布浓度通常较低。美国的国防储备中没有锆的供应，大约50 % 的锆矿石和精矿依赖从南非、塞内加尔和澳大利亚进口。美国还出口锆。在美国，锆矿产于佛罗里达州和佐治亚州。与锆矿开采有关的问题包括地表开采造成的侵蚀、对周围生态系统的破坏以及在工业加工过程中吸入锆粉尘。

在弗吉尼亚州，锆石来源于重矿砂矿床。除钛铁矿和金红石外，锆石还以古砂矿的形式出现在古老的海岸线上，目前主要分布在丁威迪县和格林斯维尔县。大约3到4百万年前的上新世，当大西洋海岸线处于较高海拔（里士满附近）时，重矿物因风和波浪的作用而自然聚集在海滩和沙丘中。

汉诺威县

据报道，汉诺威县阿什兰镇附近有几处历史悠久的锆石矿藏。在1910彼得堡花岗岩与上覆卡尔弗特组砂岩的接触面上发现了富含钛铁矿和锆石的砂岩样本。尽管样品中锆石的重量含量约为30 %，但该地区并未进行工业开采 (Watson 和 Hess 1913 )。

丁威迪县和格林斯维尔县

在丁威迪县和格林斯维尔县东部，含锆的经济重矿砂以古砂矿的形式出现在现已暴露的古海岸线上。重矿物由于风和波浪的作用自然集中在上新世的海岸线海滩和沙丘沙中。这些矿床中的主要重矿物包括钛铁矿、金红石、锆石和白钛矿（蚀变含钛矿物的混合物）。1996年，Old Hickory 矿床开始开采和加工重矿砂。2008年，获准在格林斯维尔县以南约19英里处开采第二座矿山 (Brink)。在这两个地点，重矿砂都是用挖掘机开采的，然后根据重量和磁性进行加工，分离出每种重矿物（钛铁矿、白钛矿、金红石和锆石）。2017年，Iluka Resources Ltd. 暂停了运营，但继续持有这些地区的采矿租约。

截至2024 ，Atlantic Strategic Minerals 已重启位于弗吉尼亚州 Stony Creek 附近的 Millrun 矿场的采矿作业 (https://www.atlanticstrategicminerals.com/)。作为地球磁共振成像计划的一部分，有关含有锆资源的重矿砂的额外调查已经完成。

上新世重矿砂矿床被认为是陆上类似物，可能代表弗吉尼亚州外大陆架形成的沙洲中蕴藏的未被发现的经济资源。在一项包括对来自海上振动钻井和抓斗样品的390沉积物样本进行分析的调查中，Berquist ( 1990 ) 报告称，一种或多种经济矿物的浓度等于或高于陆上矿床的经济边界品位。弗吉尼亚州地质和矿产资源部门正在进行调查，以评估近海资源潜力。