احتياطيات عالمية محدودة من معدن الهافنيوم، مع مجموعة واسعة من التطبيقات النهائية

الهافنيوميمكن أن تشكل سبائك مع معادن أخرى، وأكثرها تمثيلاً هي سبائك التنتالوم الهافنيوم، مثل رباعي التنتالوم الخماسي والهافنيوم (Ta4HfC5)، الذي يحتوي على نقطة انصهار عالية. يمكن أن تصل درجة انصهار رباعي كربيد الخماسي والهافنيوم إلى 4215 درجة مئوية، مما يجعلها المادة المعروفة حاليًا ذات أعلى نقطة انصهار.

الهافنيوم، بالرمز الكيميائي Hf، هو عنصر معدني ينتمي إلى فئة المعادن الانتقالية. مظهره الأولي هو اللون الرمادي الفضي وله بريق معدني. لديه صلابة موس 5.5، ونقطة انصهار 2233 درجة مئوية، وهو من البلاستيك. يمكن أن يشكل الهافنيوم طبقة أكسيدية في الهواء، وتكون خصائصه ثابتة في درجة حرارة الغرفة. يمكن أن يشتعل الهافنيوم المسحوق تلقائيًا في الهواء، ويمكن أن يتفاعل مع الأكسجين والنيتروجين عند درجات حرارة عالية. لا يتفاعل الهافنيوم مع الماء والأحماض المخففة مثل حمض الهيدروكلوريك وحامض الكبريتيك والمحاليل القلوية القوية. وهو قابل للذوبان في الأحماض القوية مثل الماء الملكي وحمض الهيدروفلوريك، وله مقاومة ممتازة للتآكل.

العنصرالهافنيومتم اكتشافه عام 1923. يحتوي الهافنيوم على نسبة منخفضة في القشرة الأرضية تبلغ 0.00045% فقط. ويرتبط بشكل عام بالزركونيوم المعدني ولا يحتوي على خامات منفصلة. يمكن العثور على الهافنيوم في معظم مناجم الزركونيوم، مثل زركون البريليوم والزركون والمعادن الأخرى. يحتوي النوعان الأولان من الخامات على نسبة عالية من الهافنيوم ولكن احتياطيات منخفضة، ويعتبر الزركون المصدر الرئيسي للهافنيوم. على المستوى العالمي، يبلغ إجمالي الاحتياطيات من موارد الهافنيوم أكثر من مليون طن. وتشمل البلدان ذات الاحتياطيات الأكبر بشكل رئيسي جنوب أفريقيا وأستراليا والولايات المتحدة والبرازيل والهند ومناطق أخرى. كما يتم توزيع مناجم الهافنيوم في قوانغشي ومناطق أخرى من الصين.

في عام 1925 اكتشف عالمان من السويد وهولندا عنصر الهافنيوم وقاما بتحضير معدن الهافنيوم باستخدام طريقة التبلور التجزيئي للملح المركب المفلور وطريقة اختزال الصوديوم المعدني. يحتوي الهافنيوم على هيكلين بلوريين ويظهر تعبئة كثيفة سداسية عند درجات حرارة أقل من 1300 درجة مئوية ( α- عندما تكون درجة الحرارة أعلى من 1300 درجة مئوية، فإنه يظهر كشكل مكعب متمركز حول الجسم （ β- المعادلة). يحتوي الهافنيوم أيضًا على ستة نظائر مستقرة، وهي الهافنيوم 174، والهافنيوم 176، والهافنيوم 177، والهافنيوم 178، والهافنيوم 179، والهافنيوم 180. وعلى المستوى العالمي، تعد الولايات المتحدة وفرنسا المنتجين الرئيسيين لمعدن الهافنيوم.

وتشمل المركبات الرئيسية للهافنيومثاني أكسيد الهافنيومه (حمض الهيدروفلوريك 2), رابع كلوريد الهافنيوم (حمض الهيدروفلوريك4) وهيدروكسيد الهافنيوم (H4HfO4). يمكن استخدام ثاني أكسيد الهافنيوم ورابع كلوريد الهافنيوم لإنتاج المعدنالهافنيوم, ثاني أكسيد الهافنيوميمكن استخدامه أيضًا لتحضير سبائك الهافنيوم، ويمكن استخدام هيدروكسيد الهافنيوم لتحضير مركبات الهافنيوم المختلفة. يمكن أن يشكل الهافنيوم سبائك مع معادن أخرى، وأكثرها تمثيلاً هي سبائك التنتالوم الهافنيوم، مثل رباعي كربيد الخماسي والهافنيوم (Ta4HfC5)، الذي يحتوي على نقطة انصهار عالية. يمكن أن تصل درجة انصهار رباعي كربيد الخماسي والهافنيوم إلى 4215 درجة مئوية، مما يجعلها المادة المعروفة حاليًا ذات أعلى نقطة انصهار.

وفقًا لتقرير "أبحاث السوق العميقة واستراتيجيات الاستثمار لعام 2022-2026 حول صناعة الهافنيوم المعدني" الصادر عن مركز أبحاث صناعة Xinsijie، يمكن استخدام الهافنيوم المعدني لتصنيع خيوط المصابيح المتوهجة، وكاثودات أنبوب الأشعة السينية، والمواد العازلة لبوابة المعالج. ; يمكن استخدام سبائك الهافنيوم التنغستن وسبائك الموليبدينوم الهافنيوم لتصنيع أقطاب أنبوب التفريغ عالية الجهد، في حين يمكن استخدام سبائك التنتالوم الهافنيوم لتصنيع مواد المقاومة وفولاذ الأدوات؛ كربيد كربيد (مركبات الكربون الهيدروفلورية) يمكن استخدامها في فوهات الصواريخ والطبقات الواقية الأمامية للطائرات، بينما يمكن استخدام بوريد الهافنيوم (HfB2) كسبيكة تتحمل درجات الحرارة العالية؛ بالإضافة إلى ذلك، يحتوي معدن الهافنيوم على مقطع عرضي كبير لامتصاص النيوترونات ويمكن استخدامه أيضًا كمادة تحكم وجهاز حماية للمفاعلات الذرية.

ذكر محللو الصناعة من Xinsijie أنه نظرًا لمزايا مقاومة الأكسدة، ومقاومة التآكل، ومقاومة درجات الحرارة العالية، وسهولة المعالجة، فإن الهافنيوم لديه مجموعة واسعة من التطبيقات النهائية في المعادن والسبائك والمركبات وغيرها من المجالات، مثل المواد الإلكترونية. مواد مقاومة لدرجات الحرارة العالية، ومواد السبائك الصلبة، ومواد الطاقة الذرية. مع التطور السريع للصناعات مثل المواد الجديدة والمعلومات الإلكترونية والفضاء، تتوسع مجالات تطبيق الهافنيوم باستمرار، وتظهر منتجات جديدة باستمرار. وآفاق التنمية المستقبلية واعدة.