Der Rohstoff

a) Vorkommen

Der deutsche Chemiker Martin Heinrich KLAPROTH hat im Jahre 1789 das Uran entdeckt und dabei auch das Oxid eines Elements der 4. Nebengruppe isoliert: Zirkoniumdioxid (ZrO2). Die Ausgangsstoffe für die Gewinnung von Zirkoniumdioxid sind Zirkon (Zirkonsilikat = ZrSiO4) und Baddeleyit, bei dem es als monoklines ZrO2 mit geringen Verunreinigungen durch Siliziumoxid und Eisenoxid (< 4%) vorliegt. Diese Ausgangsmaterialien finden sich in bestimmten Regionen Indiens, Sri Lankas, Südafrikas, Australiens und der USA. Zirkon (ZrSiO4) entsteht als Nebenprodukt bei Gewinnung der Titanerze Ilmenit und Rutil, Baddeleyit fällt vor allem als Nebenprodukt bei der Kupfer- und Uranförderung in Südafrika an. Das Element Zirkonium (Zr) macht ca. 0,02 Gewichtprozent der Erdkruste aus und ist damit das 17. häufigste Element auf der Erde. Sowohl im Zirkon als auch Baddeleyit findet man als begleitende Elemente Hafnium, Lanthanoide und Actinoidenenlemente.

Periodensystem

b) Aufbereitung

Die Zirkonsande werden gelöst und durch Carbochlorierung, Kondensation und Extraktion chemisch gereinigt, bis ein hochreines Ausgangsprodukt entsteht. Durch Chlorierung von ZrSiO4 reagiert der Rohstoff zu ZrCl4 und SiCl4. Dieses so gewonnene Zirkoniumtetrachlorid setzt sich mit Wasser direkt in ZrOCl2 um, welches anschließend mit NH3 legiert und bei ca. 800 °C wärmebehandelt und zu Pulver gemahlen wird. Das so gewonnene weiße ZrO2 -Pulver ist hochschmelzend (Schmelzpunkt bei 2690 °C) und hat einen vergleichsweise hohen optischen Brechungsindex  von 2,15  (zum Vergleich: Luft = 1; Wasser = 1,33, Glas = 1,5; Schmelz = 1,7; Aluminiumoxid = 1,8; Diamant = 2,4). Zur Herstellung von Formstücken wird das ZrO2 –Pulver mit Wasser und organischen Bindemitteln vermischt, gepresst oder gegossen, dann getrocknet und bei 1600 °C bis 1950 °C gebrannt.

c) Isotope

Zirkoniumdioxid selbst ist nicht radioaktiv, d. h. keines der natürlichen Isotope des Zirkons ist radioaktiv. Natürliche Lagerstätten des Zirkoniumdioxides enthalten jedoch immer etwas Uranoxid und Thoriumoxid in Form von Verunreinigungen. Die natürliche Radioaktivität von Zirkoniumdioxid kommt von diesen Verunreinigungen. Deshalb werden diese Verbindungen durch einen aufwändigen  Reinigungsprozess aus den Ausgangssubstanzen entfernt. Zusätzlich wird von Seiten der Dentalfirmen darauf geachtet, dass von Haus aus nur Rohstoffe Verwendung finden, die aus Thoriumoxid und Uranoxid armen Vorkommen gewonnen werden. Die hohen Standards der Qualitätssicherung und Dokumentation bei den renommierten Dentalunternehmen geben dem Anwender und Patienten diesbezüglich zusätzliche Sicherheit. In der Norm EN ISO 6872 für Dentalkeramiken wird eine maximale Aktivitätskonzentration (238 U)  von < 1,0 Bq/g zugelassen. Die für Zirkoniumdioxidgerüste verwendeten Blanks liegen deutlich darunter.  Die Auflagen des Gesetzgebers müssen immer erfüllt sein.