Hafnium, Metal HF, atomski broj 72, atomska težina 178,49, je sjajan srebrni sivi prijelaz.
Hafnium ima šest prirodnih stabilnih izotopa: Hafnijum 174, 176, 177, 178, 179 i 180. Hafnijum ne reagira s razrijeđenom hidroloričnom kiselinom, razblaženom sumpornom kiselinom, ali je rastvorljiv u hidrofluoričnoj kiselini i Aqua Regia. Ime elementa dolazi sa latinskog naziva Copenhagen Cityja.
1925. godine švedski hemičar i holandski fizičar Koster dobio je čistu hafnijum sol od frakcijske kristalizacije fluoriziranih složenih soli i smanjio ga metalnim natrijumom za dobivanje čistog metalnog hafinija. Hafnijum sadrži 0,00045% zemljine kore i često je povezan sa cirkonijom u prirodi.
Naziv proizvoda: Hafnium
Simbol elemenata: HF
Atomska težina: 178.49
Vrsta elemenata: Metalni element
Fizička svojstva:
Hafniumje srebrni sivi metal s metalnim lusterom; Postoje dvije varijante metalnog hafinija: α Hafnium je šesterokutna usko upakovana varijanta (1750 ℃) s višom temperaturom transformacije od cirkonijuma. Metal Hafnium ima avionske varijante na visokim temperaturama. Metal Hafnium ima visoku neutronsku apsorpciju presjeka i može se koristiti kao upravljački materijal za reaktore.
Postoje dvije vrste kristalnih konstrukcija: šesterokutni gust pakiranje na temperaturama ispod 1300 ℃ (α- jednadžba); Na temperaturama iznad 1300 ℃, to je telo Commerced Cubic (β-jednadžba). Metal sa plastičnošću koja ometa i postaje krhka u prisustvu nečistoća. Stabilan u zraku, samo zatamnjuje na površini kada su spaljene. Filamenti se mogu zapaliti plamenom meča. Svojstva slična cirkonijuma. Ne reagira sa vodom, razrijeđenim kiselinama ili jakim bazama, ali lako je rastvorljivo u Aqua Regia i hidrofluoričnoj kiselini. Uglavnom u spojevima sa a + 4 valence. Poznato je da je Hafnium legura (TA4HFC5) da ima najvišu tačku topljenja (otprilike 4215 ℃).
Kristalna struktura: Kristalna ćelija je šesterokutna
CAS broj: 7440-58-6
Tačka topljenja: 2227 ℃
Tačka ključanja: 4602 ℃
Hemijska svojstva:
Hemijska svojstva Hafinija vrlo su slična onima cirkonijuma, a ima dobru otpornost na koroziju i ne može se lako korati u širokim akalijskim rješenjima; Jednostavni topljivi u hidrofluorskoj kiselini za formiranje fluoriniranih kompleksa. Na visokim temperaturama, Hafnijum se takođe može direktno kombinirati sa gasovima poput kisika i dušika kako bi se formirali oksidi i nitride.
Hafnijum često ima + 4 valenciju u spojevima. Glavni spoj jeHafnijum oksidHFO2. Postoje tri različite varijante hafnijum oksida:Hafnijum oksidDobivena kontinuiranom kalkacijom hafnijum sulfata i kloridnog oksida je monoklinska varijanta; Hafnijum oksid dobiven zagrijavanjem hidroksida hafnijuma na oko 400 ℃ je tetragonalna varijanta; Ako se kalcinira iznad 1000 ℃, može se dobiti kubična varijanta. Drugi spoj jeHafnium tetrahlorid, koji je sirovina za pripremu metalnog hafinija i može se pripremiti reagiranjem plina hlora na mješavini hafnijumskog oksida i ugljika. Hafnijum tetraklorid dolazi u dodir sa vodom i odmah hidrolizacije u visoko stabilan HFO (4H2O) 2 + jonu. HFO2 + ioni postoje u mnogim spojevima hafnijuma, a može kristalizirati hidrizirani hidrizirani hafnijum-oksiklorid HFOCL2 · 8H2O kristali u hidrokloronoj kiselini zakiseljenim rešenjem Hafnium tetrahlorida.
4-valentno hafnium je takođe sklon kompleksima sa fluoridom, koji se sastoji od K2HFF6, K3HFF7, (NH4) 2HFF6 i (NH4) 3HFF7. Ovi kompleksi su korišteni za odvajanje cirkonijuma i hafnijuma.
Zajednički spojevi:
Hafnijum dioksid: Ime Hafnijum dioksid; Hafnijum dioksid; Molekularna formula: HFO2 [4]; Nekretnina: Bijeli prah sa tri kristalne strukture: monoclinička, tetragonalna i kubična. Gustoći su 10,3, 10,1, odnosno 10,43 g / cm3. Talište 2780-2920k. Tačka ključanja 5400K. Koeficijent toplotnog proširenja 5,8 × 10-6 / ℃. Nerastvorljiv u vodi, klorovodoničnu kiselinu i dušičnu kiselinu, ali topiv u koncentriranoj sumpornoj kiselini i hidrofluoričnoj kiselini. Proizvedeno termičkim raspadanjem ili hidrolizom spojeva poput hafnijum sulfata i hafnijum oksiklorida. Sirovine za proizvodnju metalnih hafnijumskih i hafnijumskih legura. Koristi se kao vatrostalni materijali, anti radioaktivni premazi i katalizatori. [5] Nivo atomskog energije HFO je proizvod dobiven istovremeno prilikom izrade antičkog nivoa energije zro. Počevši od sekundarnog kloriranja, procesa pročišćavanja, smanjenja i vakuumske destilacije gotovo su identični onima cirkonijuma.
Hafnium tetrahlorid: Hafnijum (iv) hlorid, hafnijum tetraklorida molekularna formula HFCL4 Molekularna težina 320.30 Karakter: Bijeli kristalni blok. Osjetljiv na vlagu. Rastvorljiv u acetonu i metanolu. Hydrolyze u vodi za proizvodnju hafnijumskog oksiklorida (HFOCL2). Toplina na 250 ℃ i isparite. Nadražuje oči, respiratorni sistem i kožu.
Hafnijum hidroksid: hafnijum hidroksid (H4HFO4), obično prisutan kao hidrirani oksid HFO2 · NH2O, nerastvorljiv je u vodi, lako topljivim u neorganskim kiselinama, nerastvorljivog u amonijaku i rijetko topljivim u natrijum hidroksidu. Toplina do 100 ℃ za generiranje HAFNIUM Hydroxide HFO (oh) 2. Bijeli hafnijumski hidroksidni talog može se dobiti reagiranjem sa soli Hafnium (IV) sa amonijačnim vodom. Može se koristiti za proizvodnju drugih hafnijumskih spojeva.
Istraživačka istorija
Istorija otkrivanja:
1923. godine, švedski hemičar i holandski fizičar D. Koster otkrio je Hafnijum u cirkonu proizvedenom u Norveškoj i Grenlandu, a nazvao ga je Hafnijum, koji je porijeklom sa latino ime Kopenhagena. 1925. godine, Biljevši i COSTER razdvojeni cirkonij i titanijum koristeći metodu frakcijske kristalizacije fluoriniranih složenih soli za dobivanje čiste hafnijumske soli; I smanjite hafnijum sol s metalnim natrijumom za dobivanje čistog metalnog hafinija. Hervey je pripremio uzorak od nekoliko miligrama čistog hafnijuma.
Hemijski eksperimenti na cirkonijumu i hafnijumu:
U eksperimentu koji je proveo profesor Carl Collins na Univerzitetu u Teksasu 1998. godine. [8] HF178M2 (Hafnijum 178m2) ima najduži životni vijek među sličnim dugovječnim izotopima: HF178m2 (Hafnijum 178m2) ima poluživot od 31 godine, što rezultira prirodnom radioaktivnošću od oko 1,6 biliona Becquerela. Collinsov izvještaj navodi da jedan gram čistog HF178m2 (hafnijum 178m2) sadrži oko 1330 megajoula, što je ekvivalentno energiji oslobođenoj eksplozijom od 300 kilograma eksploziva. Collinsov izvještaj ukazuje da se sva energija u ovoj reakciji pušta u obliku rendgenskih zraka ili gama zraka, koji oslobađaju energiju po izuzetno brzini, a HF178m2 (hafnijum 178m2) i dalje mogu reagirati po izuzetno niskim koncentracijama. [9] Pentagon je izdvojio sredstva za istraživanje. U eksperimentu, omjer signala na buku bio je vrlo nizak (sa značajnim greškama), a od tada, uprkos višestrukim eksperimentima iz više organizacija, uključujući agenciju za provedbene projekte, a Collins nije pružio snažne dokaze da bi dokazao postojanje ove reakcije, Collins je predložio metodu inducirana Gamma Ray emisija za oslobađanje energije iz HF178m2 (hafnijum 178m2) [15], ali drugi naučnici teoretski su dokazani da se ta reakcija ne može postići. [16] HF178M2 (Hafnijum 178m2) široko se veruje u akademsku zajednicu da ne bude izvor energije
Polje za prijavu:
Hafnijum je vrlo koristan zbog svoje sposobnosti emitiranja elektrona, kao što se koristi kao filament u žaruljima sa žarnom niti. Koristi se kao katoda za rendgenske cijevi, a legure Hafnijum-a i volframa ili molibdena koriste se kao elektrode za visokonaponske cijevi za pražnjenje. Obično se koristi u katodnoj i volframskoj industriji žice za rendgenske snimke. Čisti hafnijum je važan materijal u industriji atomske energije zbog svoje plastičnosti, jednostavne obrade, visokoj temperaturnog otpora i otpornosti na koroziju. Hafnium ima veliki presjek za hvatanje termalnog neutrona i idealan je neutronski apsorber koji se može koristiti kao upravljački štap i zaštitni uređaj za atomske reaktore. Hafnijumski prah može se koristiti kao pogonska goriva za rakete. Katoda rendgenskih cijevi može se proizvesti u električnoj industriji. Hafnijum legura može poslužiti kao zaštitni sloj prema naprijed za raketne mlaznice i klizanje aviona za ponovno ulazak, dok se HF TA legura može koristiti za proizvodnju alatnih materijala i materijala otpora. Hafnijum se koristi kao aditivni element u legurama otpornog na toplinu, poput volfrana, molibdena i tantaluma. HFC se može koristiti kao aditiv za tvrde legure zbog velike tvrdoće i topljenja. Talište 4Tachfc iznosi oko 4215 ℃, što ga čini slojem s najpoznatom tačkom topljenja. Hafnijum se može koristiti kao getter u mnogim inflacijskim sistemima. Hafnijumski getteri mogu ukloniti nepotrebne gasove poput kisika i dušika prisutnih u sustavu. Hafnijum se često koristi kao aditiv u hidrauličnom ulju kako bi se spriječilo volatilizacija hidrauličkog ulja tijekom operacija visokog rizika i ima snažna svojstva protiv volatilnosti. Stoga se obično koristi u industrijskom hidrauličnom ulju. Medicinska hidraulična ulja.
Hafnijumski element se takođe koristi u najnovijim Intelom 45 nanoprocesorima. Zbog proizvodnje silikonskog dioksida (SIO2) i njegove sposobnosti smanjenja debljine za kontinuirano poboljšavanje performansi tranzistora, proizvođači procesora koriste silikonski dioksid kao materijal za dielektriku za silicijum. Kada je Intel predstavio 65 nanometrnog procesa proizvodnje nanometrom da se smanji debljina silikonskih dioksidnih vrata dielektrika do 1,2 nanometara, ekvivalentno 5 nanometra, a poteškoća u potrošnju energije i toplotne energije također bi se povećala na veličini atoma, što rezultira trenutnim otpadom i nepotrebnom toplinskom energijom. Stoga, ako se aktuelni materijali i dalje koriste, a debljina se dalje smanjuje, curenje dielektrike vrata značajno će se povećati, dovodeći tranzistorsku tehnologiju u svoje granice. Da bi se riješilo ovom kritičnom pitanju, Intel planira koristiti deblje visoke K materijale (Hafnium materijale) kao vrata za dielektriku umjesto silikonskog dioksida, koji je uspješno smanjio istjecanje za više od 10 puta. U odnosu na prethodnu generaciju 65nm tehnologije, Intelov proces 45nm povećava gustoću tranzistora za gotovo dva puta, što omogućava povećanje ukupnog broja tranzistora ili smanjenje zapremine procesora. Pored toga, snaga potrebna za prebacivanje tranzistora niža je, smanjujući potrošnju energije za gotovo 30%. Unutarnje veze su izrađene od bakrene žice uparene sa niskom K dielektričnom, glatkom poboljšanjem efikasnosti i smanjenjem potrošnje energije, a brzina prebacivanja je oko 20% brže
Raspodjela minerala:
Hafnium ima veću razijnsku izobilju od najčešće korištenih metala poput bizmuta, kadmija i žive, a ekvivalentna je sadržajem na berilijum, germanijum i uranijum. Svi minerali koji sadrže cirkonijum sadrže hafnijum. Cirkon koji se koristi u industriji sadrži 0,5-2% hafnijum. Beryllium cirkon (alvit) u sekundarnom cirkonijumsku rudu može sadržavati do 15% hafnijuma. Tu je i vrsta metamorfnog cirkona, jrtolita, koji sadrži preko 5% HFO-a. Rezerve potonjeg dva minerala su male i još nisu usvojene u industriji. Hafnijum se uglavnom oporavlja tokom proizvodnje cirkonijuma.
Postoji u većini cirkonijum-ruda. [18] [19] Jer u koru postoji vrlo malo sadržaja. Često koegzistira sa cirkonijom i nema zasebnu rudu.
Način pripreme:
1 Može se pripremiti magnezijumskim smanjenjem hafnijum-tetraklorida ili toplotnog raspadanja hafnijum-jodida. HFCL4 i K2HFF6 mogu se koristiti i kao sirovine. Proces elektrolitičke proizvodnje u NaCL KCL HFCL4 ili K2HFF6 topljenje sličan je onoj elektrolitičkoj proizvodnji cirkonijuma.
2. Hafnijumski koegzisti sa cirkonijom, a nema zasebnih sirovina za hafnijum. Sirovina za proizvodnju Hafnijuma je sirov hafnijum oksid odvojen tokom procesa proizvodnje cirkonijuma. Izdvojite hafnijum oksid pomoću jonske zamjene, a zatim koristite istu metodu kao i cirkonijum za pripremu metalnog hafnija iz ovog hafnijumskog oksida.
3. Može se pripremiti pomoću CO Grijanje hafnijum tetraklorida (HFCL4) sa natrijumom kroz smanjenje.
Najraniji metode za odvajanje cirkonijuma i hafinija bile su frakcionalna kristalizacija fluoriniranih složenih soli i frakcijskim padavinama fosfata. Ove metode su nezgrapne za rad i ograničene su na laboratorijsku upotrebu. Nove tehnologije za odvajanje cirkonijuma i hafinija, poput destilacije frakcioniranja, vađenje otapala, berza ionske i frakcionalne adsorpcije, pojavili su se jedan za drugim za drugim, a vađenje otapala je praktičnije. Dvojica najčešće korišteni sustavi za odvajanje su tiociyanat cikloheksanone sustav i sustav miridnog miljenja Tributil fosfata. Proizvodi dobiveni gore navedenim metodama su svi HAFNIUM hidroksid, a čisti hafnijum-oksid može se dobiti kalkaniranjem. HAFNIUM visoke čistoće može se dobiti metodom ionske razmjene.
U industriji, proizvodnja metalnog hafinija često uključuje i Kroll proces i proces Aker Debora. Kroll proces uključuje smanjenje hafnijum-tetraklorida pomoću metalnih magnezijuma:
2mg + HFCL4- → 2mgcl2 + HF
Debor Aker metoda, poznat i kao metoda jodziranja, koristi se za pročišćavanje spužve poput Hafinija i nabaviti kozicu METAL HAFNIUM.
5. Topionica hafinija u osnovi je isto kao i cirkonijum:
Prvi korak je raspadanje rude, što uključuje tri metode: kloriranje cirkona za dobivanje (ZR, HF) Cl. Alkali topljenje cirkona. Cirkon se topi s naohom na oko 600, a preko 90% od (ZR, HF) o (ZR, HF) O (ZR, HF) O, sa Silom se pretvori u nasio, koji se otopi u vodi za uklanjanje. Na (ZR, HF) O Može se koristiti kao originalno rješenje za odvajanje cirkonijuma i hafnijuma nakon rastvaranja u HNO-u. Međutim, prisustvo sio koloida otežava odvajanje vađenja otapala. Sinter s Ksifom i namočite u vodi za dobivanje rješenja K (ZR, HF) F. Rješenje može odvojiti cirkonijum i hafnijum kroz frakcijsku kristalizaciju;
Drugi korak je razdvajanje cirkonijuma i hafnijum-a, koji se mogu postići metodama odvajanja otapalaca za odvajanje otapala pomoću hidroklorovske kiseline MIBK (metil izobutil ketone) i HNO-TBP (Tributil fosfat) sistem. Tehnologija višestepenog frakcije koja koristi razliku u tlaku pare između HFCL i ZRCL-a u visokoj tlaku (iznad 20 atmosfera) dugo se može sačuvati, što može sačuvati sekundarni proces hloracije i smanjiti troškove. Međutim, zbog problema od korozije (ZR, HF) CL i HCL-a nije lako pronaći odgovarajuće frakcionalne stupce materijala, a također će smanjiti kvalitetu Zrcl i HFCL, povećavajući troškove pročišćavanja. 1970-ih, još je bilo u sceni posredne postrojenja;
Treći korak je sekundarno hlorisanje HFO-a za dobijanje sirovog HFCL-a za smanjenje;
Četvrti korak je pročišćavanje HFCL i magnezijumskih i magnezijuma. Ovaj je proces isti kao i pročišćavanje i smanjenje ZRCL-a, a rezultirajući poluproizvodni proizvod je grub spužva sa spužvom;
Peti korak je vakuum distill sirove spužva Hafnijum za uklanjanje MGCL-a i oporaviti višak metalnog magnezijuma, što rezultira gotovim proizvodom sunđera metala hafnijum. Ako redukcioni agent koristi natrijum umjesto magnezijuma, peti korak treba promijeniti u uranjanje vode
Način skladištenja:
Čuvati u hladnom i ventiliranom skladištu. Držite podalje od iskre i izvora toplote. Treba ga pohraniti odvojeno od oksidanata, kiselina, halogena itd. I izbjegavajte skladište za miješanje. Korištenje eksplozivnih i ventilacijskih sadržaja. Zabraniti upotrebu mehaničke opreme i alata koji su skloni iskrivima. Skladište bi trebalo biti opremljeno odgovarajućim materijalima za sadrže curenje.
Pošta: Sep-25-2023