Hafnijum, Metal HF, atomski broj 72, atomska težina 178.49, sjajni je srebrno sivi prijelazni metal.
Hafnium ima šest prirodno stabilnih izotopa: Hafnium 174, 176, 177, 178, 179 i 180. Hafnium ne reagira s razrijeđenom hidrohlornom kiselinom, razrijeđenom sumpornom kiselinom i jakim alkalnim otopinama, ali je topiv u hidrofluoričnoj kiselini i akvaturiji. Naziv elementa dolazi od latinskog imena Kopenhagen Cityja.
Godine 1925. švedski kemičar Hervey i nizozemski fizičar Koster dobili su čistu hafnijsku sol frakcijskom kristalizacijom fluoriranih složenih soli, a smanjili su je metalnim natrijem kako bi dobili čisti metalni hafnium. Hafnium sadrži 0,00045% Zemljine kore i često je povezan s cirkonijem u prirodi.
Naziv proizvoda: Hafnium
Simbol elementa: HF
Atomska težina: 178.49
Vrsta elemenata: metalni element
Fizička svojstva:
Hafnijumje srebrno sivi metal s metalnim sjajem; Postoje dvije varijante metalnog hafnija: α Hafnium je šesterokutna usko pakirana varijanta (1750 ℃) s većom temperaturom transformacije od cirkonija. Metal Hafnium ima alotropske varijante na visokim temperaturama. Metalni hafnium ima visoki presjek apsorpcije neutrona i može se koristiti kao upravljački materijal za reaktore.
Postoje dvije vrste kristalnih struktura: šesterokutno gusto pakiranje na temperaturama ispod 1300 ℃（ α-jednadžbe); Na temperaturama iznad 1300 ℃ to je kubična （β-jednadžba u tijelu). Metal s plastičnošću koji učvršćuje i postaje krhki u prisutnosti nečistoća. Stabilna u zraku, samo potamni na površini kad se izgara. Filamenti se mogu zapaliti plamenom utakmice. Svojstva slična cirkoniju. Ne reagira s vodom, razrijeđenim kiselinama ili jakim bazama, već je lako topiva u aqua regia i hidrofluornoj kiselini. Uglavnom u spojevima s a+4 valencijom. Poznato je da legura Hafnium (TA4HFC5) ima najvišu talište (otprilike 4215 ℃).
Kristalna struktura: Kristalna ćelija je šesterokutna
CAS Broj: 7440-58-6
Talina: 2227 ℃
Točka ključanja: 4602 ℃
Kemijska svojstva:
Kemijska svojstva Hafniuma vrlo su slična onima iz cirkonija, a ima dobru otpornost na koroziju i nije ih lako korodirati općim kiselim alkalnim vodenim otopinama; Lako topiv u hidrofluornoj kiselini kako bi se stvorio fluorirani kompleksi. Na visokim temperaturama, hafnium se također može izravno kombinirati s plinovima poput kisika i dušika kako bi nastao oksidi i nitridi.
Hafnium često ima+4 valenciju u spojevima. Glavni spoj jehafnium oksidHFO2. Postoje tri različite varijante hafnium oksida:hafnium oksidDobivena kontinuiranom kalcinacijom hafnij sulfata i klorida oksida je monoklinička varijanta; Hafnium oksid dobiven zagrijavanjem hidroksida hafnija na oko 400 ℃ je tetragonalna varijanta; Ako se kalcinira iznad 1000 ℃, može se dobiti kubična varijanta. Još jedan spoj jehafnium tetraklorid, koja je sirovina za pripremu metalnog hafniuma i može se pripremiti reakcijom plina klora na mješavini hafnium oksida i ugljika. Hafnium tetraklorid dolazi u kontakt s vodom i odmah hidrolizira u visoko stabilne HFO (4H2O) 2+ione. HFO2+ioni postoje u mnogim spojevima hafniuma i mogu kristalizirati igle hidrirani hafnium oksiklorid HFOCl2 · 8H2O kristala u otopini hidroklorične kiseline ukinuli hafnium tetraklorid.
4-valentni Hafnium također je sklon stvaranju kompleksa s fluoridom, koji se sastoji od K2HFF6, K3HFF7, (NH4) 2HFF6 i (NH4) 3HFF7. Ovi kompleksi korišteni su za odvajanje cirkonija i hafnija.
Uobičajeni spojevi:
Hafnium dioksid: ime hafnium dioksid; Hafnium dioksid; Molekularna formula: HFO2 [4]; Svojstvo: Bijeli prah s tri kristalne strukture: monoklinička, tetragonalna i kubična. Gustoće su 10,3, 10,1 i 10,43g/cm3, respektivno. Točka topljenja 2780-2920K. Točka ključanja 5400K. Koeficijent toplinskog ekspanzije 5,8 × 10-6/℃. Netopljivi u vodi, klorovodičnu kiselinu i dušičnu kiselinu, ali topivi u koncentriranoj sumpornoj kiselini i hidrofluornoj kiselini. Proizvedeno termičkom raspadanjem ili hidrolizom spojeva kao što su hafnium sulfat i hafnium oksiklorid. Sirovine za proizvodnju metalnih legura Hafnium i Hafnium. Koristi se kao vatrostalni materijali, anti radioaktivni premazi i katalizatori. [5] Atomska razina energije HFO je proizvod dobiven istodobno prilikom proizvodnje Atomske razine energije ZRO. Polazeći od sekundarnog kloriranja, procesi pročišćavanja, redukcije i vakuumske destilacije gotovo su identični onima u cirkoniju.
Hafnium tetraklorid: Hafnium (IV) klorid, hafnium tetraklorid Molekularna formula HFCL4 Molekularna masa 320.30 Karakter: bijeli kristalni blok. Osjetljiv na vlagu. Topiv u acetonu i metanolu. Hidroliziranje u vodi za proizvodnju hafnium oksiklorida (HFOCL2). Toplina na 250 ℃ i isparava. Iritantno na oči, respiratorni sustav i kožu.
Hafnium hidroksid: Hafnium hidroksid (H4HFO4), obično prisutan kao hidratizirani oksid HFO2 · NH2O, netopljiv je u vodi, lako topiv u anorganskim kiselinama, netopljivo u amonijaku, i rijetko se rješava u nadijumu. Toplina do 100 ℃ za stvaranje hafnij hidroksida HFO (OH) 2. Bijeli hafnijski hidroksid talog može se dobiti reakcijom Hafnium (IV) soli s amonijakom vodom. Može se koristiti za proizvodnju drugih hafnijskih spojeva.
Povijest istraživanja
Povijest otkrića:
Godine 1923. švedski kemičar Hervey i nizozemski fizičar D. Koster otkrili su Hafnium u cirkonu proizvedenom u Norveškom i Grenlandu, a nazvao ga je Hafnium, koji je nastao iz latinskog imena Hafnia iz Kopenhagena. Godine 1925. Hervey i Coster razdvojili su cirkonij i titanij primjenom metode frakcijske kristalizacije fluoriranih složenih soli kako bi dobili čiste hafnijske soli; I smanjite hafnijsku sol metalnim natrijem kako biste dobili čisti metalni hafnium. Hervey je pripremio uzorak od nekoliko miligrama čistog hafnija.
Kemijski eksperimenti na cirkoniju i hafniumu:
U eksperimentu koji je 1998. godine proveo profesor Carl Collins na Sveučilištu u Teksasu, tvrdilo se da gama ozlijeđen Hafnium 178M2 (izomer Hafnium-178M2 [7]) može osloboditi ogromnu energiju, što je pet reda veličine veće od kemijskih reakcija, ali tri naredbe magnitacije nižeg od nuklearnih nuklearnih reakcija. [8] HF178M2 (Hafnium 178M2) ima najduži životni vijek među sličnim dugovječnim izotopima: HF178M2 (Hafnium 178M2) ima poluživot od 31 godinu, što je rezultiralo prirodnom radioaktivnošću od oko 1,6 trilijuna. Collinsovo izvješće kaže da jedan gram čistog HF178M2 (Hafnium 178M2) sadrži otprilike 1330 megajoula, što je ekvivalent energiji koja je objavljena eksplozijom od 300 kilograma TNT eksploziva. Collinsovo izvješće pokazuje da se sva energija u ovoj reakciji oslobađa u obliku rendgenskih zraka ili gama zraka, koje oslobađaju energiju izuzetno brzom brzinom, a HF178M2 (Hafnium 178M2) i dalje mogu reagirati u izuzetno niskim koncentracijama. [9] Pentagon je dodijelio sredstva za istraživanje. U eksperimentu, omjer signal-šut bio je vrlo nizak (s značajnim pogreškama), a od tada, unatoč višestrukim eksperimentima znanstvenika iz više organizacija, uključujući Istraživačku agenciju za projektima Sjedinjenih Država (DARPA) i Jasonovu Savjetničku skupinu za obranu [13], nijedan znanstvenik nije mogao postići kocku koja je bila pod uvjetom da je dokazana u uvjetama koji su bili pod uvjetom da su uvjeti na kolinsu i kolutinu i nisu izloženi uvjetima, a kolutini su u stanjama o kojima je to bilo izložene u uvjetama koji su bili pod uvjetom da su se pojačali u uvjetama i kolunima Emisija gama zraka za oslobađanje energije iz HF178M2 (Hafnium 178M2) [15], ali drugi su znanstvenici teoretski dokazali da se ta reakcija ne može postići. [16] HF178M2 (Hafnium 178m2) široko se vjeruje u akademsku zajednicu da ne bude izvor energije
Polje prijave:
Hafnium je vrlo koristan zbog svoje sposobnosti emitiranja elektrona, kao što je to kao što se koristi kao filament u žaruljama sa žarnom niti. Koristi se kao katoda za rendgenske cijevi, te legure hafnija i volframa ili molibdena, koriste se kao elektrode za visokonaponske cijevi za ispuštanje. Obično se koristi u industriji proizvodnje katode i volframa za rendgenske zrake. Čisti Hafnium važan je materijal u industriji atomske energije zbog svoje plastičnosti, jednostavne obrade, visoke temperature i otpornosti na koroziju. Hafnium ima veliki presjek toplinskog neutrona i idealan je apsorber neutrona, koji se može koristiti kao upravljačka šipka i zaštitni uređaj za atomske reaktore. Hafnium prah može se koristiti kao pogonsko rakete. Katoda rendgenskih cijevi može se proizvesti u električnoj industriji. Legura Hafnium može poslužiti kao zaštitni sloj naprijed za raketne mlaznice i zrakoplove za ponovni ulazak, dok se HF TA legura može koristiti za proizvodnju materijala za čelik i otpor alata. Hafnium se koristi kao aditivni element u legurama otpornim na toplinu, poput volframa, molibdena i tantaluma. HFC se može koristiti kao aditiv za tvrde legure zbog velike tvrdoće i tališta. Točka topljenja 4TaCHFC je približno 4215 ℃, što ga čini spojem s najvišom poznatom talicom. Hafnium se može koristiti kao getter u mnogim inflacijskim sustavima. Hafnium getteri mogu ukloniti nepotrebne plinove poput kisika i dušika prisutnih u sustavu. Hafnium se često koristi kao aditiv u hidrauličkom ulju kako bi se spriječilo hlapljivo hidrauličko ulje tijekom visoko rizičnih operacija i ima snažna svojstva protiv nestabilnosti. Stoga se općenito koristi u industrijskom hidrauličkom ulju. Medicinsko hidraulično ulje.
Element Hafnium koristi se i u najnovijim nanoprocesorima Intel 45. Zbog proizvođača silicij -dioksida (SIO2) i njegove sposobnosti da smanji debljinu na kontinuirano poboljšanje performansi tranzistora, proizvođači procesora koriste silicij -dioksid kao materijal za dielektrike vrata. Kad je Intel uveo proces proizvodnje nanometra od 65, iako je uložio sve napore da smanji debljinu kapije silicijuma dioksida dielektrično na 1,2 nanometra, što je ekvivalentno 5 slojeva atoma, poteškoća u potrošnji energije i isključivanja topline također bi se povećala kada je tranzistor smanjen u aktualnom otpadu. Stoga, ako se i dalje koriste trenutni materijali i debljina se dodatno smanjuje, istjecanje kapije Dielektric značajno će se povećati, spuštajući tranzistorsku tehnologiju u svoje granice. Za rješavanje ovog kritičnog problema, Intel planira koristiti deblji visoki K materijal (materijali na bazi Hafniuma) kao dielektrike vrata umjesto silicij -dioksida, što je uspješno smanjilo istjecanje za više od 10 puta. U usporedbi s prethodnom generacijom tehnologije od 65 nm, Intelov proces od 45 nm povećava gustoću tranzistora za gotovo dva puta, omogućujući povećanje ukupnog broja tranzistora ili smanjenje volumena procesora. Pored toga, snaga potrebna za prebacivanje tranzistora je niža, smanjujući potrošnju energije za gotovo 30%. Unutarnje veze izrađene su od bakrene žice uparene s niskim k dielektričnim, glatko poboljšavajući učinkovitost i smanjujući potrošnju energije, a brzina prebacivanja je oko 20% brže
Distribucija minerala:
Hafnium ima veće obilje krusta od uobičajenih metala kao što su bizmut, kadmij i živa, a ekvivalentan je u sadržaju beriliju, germanijem i uraniju. Svi minerali koji sadrže cirkonij sadrže hafnium. Cirkon koji se koristi u industriji sadrži 0,5-2% hafnium. Berilijev cirkon (alvite) u sekundarnom cirkonijevom rudi može sadržavati do 15% hafnija. Tu je i vrsta metamorfnog cirkona, Ćirtolita, koji sadrži preko 5% HFO. Rezerve posljednja dva minerala su male i još nisu usvojene u industriji. Hafnium se uglavnom oporavlja tijekom proizvodnje cirkonija.
Postoji u većini cirkonijevih ruda. [18] [19] Jer u kore je vrlo malo sadržaja. Često koegzistira s cirkonijem i nema zasebnu rudu.
Način pripreme:
1. Može se pripremiti smanjenjem magnezija hafnium tetraklorida ili toplinskom raspadanjem hafnijskog jodida. HFCL4 i K2HFF6 također se mogu koristiti kao sirovine. Proces elektrolitičke proizvodnje u NaCl KCl HFCL4 ili K2HFF6 talini sličan je onom elektrolitičke proizvodnje cirkonija.
2. Hafnium koegzistira s cirkonijem, a za hafnium nema zasebne sirovine. Sirovina za proizvodnju hafnium je sirovi hafnium oksid odvojen tijekom procesa proizvodnje cirkonija. Ekstrakt hafnium oksida pomoću smole za razmjenu iona, a zatim koristite istu metodu kao cirkonij za pripremu metalnog hafnium iz ovog hafnium oksida.
3. To se može pripremiti CO grijanjem hafnium tetraklorida (HFCL4) s natrijem smanjenjem.
Najranije metode za odvajanje cirkonija i hafniuma bile su frakcijska kristalizacija fluoriranih složenih soli i frakcijske taloge fosfata. Ove su metode nezgodne za rad i ograničene su na laboratorijsku upotrebu. Nove tehnologije za odvajanje cirkonija i hafnija, poput destilacije frakcije, ekstrakcije otapala, izmjene iona i adsorpcije frakcioniranja, pojavile su se jedna za drugim, pri čemu je ekstrakcija otapala praktičnija. Dva najčešće korištena sustava odvajanja su tiocijanatni cikloheksanonski sustav i sustav dušične kiseline tributil fosfata. Proizvodi dobiveni gore navedenim metodama su svi hafnij hidroksid, a čisti hafniumijski oksid može se dobiti kalcinacijom. Hafnium visoke čistoće može se dobiti metodom razmjene iona.
U industriji, proizvodnja metalnog hafnija često uključuje i Kroll proces i postupak debora Akera. Proces Kroll uključuje smanjenje hafnij tetraklorida pomoću metalnog magnezija:
2mg+hfcl4- → 2mgcl2+hf
Metoda Debora Aker, poznata i kao metoda jodizacije, koristi se za pročišćavanje spužve poput hafnija i dobivanje korektnog metalnog hafnium.
5. Topiranje hafnija u osnovi je isto kao i cirkonij:
Prvi korak je raspadanje rude, koja uključuje tri metode: kloriranje cirkona za dobivanje (Zr, HF) Cl. Alkalno topljenje cirkona. Cirkon se topi s NaOH na oko 600, a preko 90% (Zr, HF) O pretvara se u Na (Zr, HF) O, s SiO -om transformiranim u Nasio, koji je otopljen u vodi za uklanjanje. Na (Zr, HF) O može se koristiti kao izvorna otopina za odvajanje cirkonija i hafnija nakon što je otopljen u HNO -u. Međutim, prisutnost SIO koloida otežava razdvajanje ekstrakcije otapala. Sinter s ksifom i natapajte u vodi kako bi se dobila K (Zr, HF) F otopina. Otopina može odvojiti cirkonij i hafnium kroz frakcijsku kristalizaciju;
Drugi korak je odvajanje cirkonija i hafniuma, koji se može postići primjenom metoda odvajanja ekstrakcije otapala pomoću sustava MIBK hidroklorne kiseline (metil izobutil keton) i sustava HNO-TBP (tributil fosfat). Tehnologija više faktora frakcije korištenjem razlike u tlaku pare između HFCL i ZRCL rastopih pod visokim tlakom (iznad 20 atmosfera) dugo je proučavana, što može uštedjeti postupak sekundarnog kloriranja i smanjiti troškove. Međutim, zbog problema s korozijom (Zr, HF) CL i HCl, nije lako pronaći prikladne materijale za frakcioniranje stupaca, a također će smanjiti kvalitetu ZRCL i HFCL, povećavajući troškove pročišćavanja. U 1970 -ima još uvijek je bio u fazi ispitivanja srednje biljke;
Treći korak je sekundarno kloriranje HFO -a za dobivanje sirovog HFCL -a za smanjenje;
Četvrti korak je pročišćavanje smanjenja HFCL i magnezija. Ovaj je postupak isti kao i pročišćavanje i smanjenje ZRCL-a, a rezultirajući polufinalni proizvod je gruba spužva Hafnium;
Peti korak je vakuumsko destiliranje sirove spužve Hafnium za uklanjanje MGCL -a i oporavak viška metalnog magnezija, što rezultira gotovim proizvodom spužvastog metala hafnium. Ako redukcijsko sredstvo koristi natrij umjesto magnezija, peti korak treba promijeniti u uranjanje u vodu
Način pohrane:
Čuvajte u hladnom i prozračenom skladištu. Držite se podalje od iskre i izvora topline. Treba ga čuvati odvojeno od oksidansa, kiselina, halogena itd. I izbjegavati miješanje skladištenja. Korištenje eksplozije otporne na rasvjetu i ventilaciju. Zabranite upotrebu mehaničke opreme i alata koji su skloni iskre. Područje skladištenja treba biti opremljen odgovarajućim materijalima za sadržavanje curenja.
Post Vrijeme: rujna-25-2023