Hafnium, metal Hf, nimewo atomik 72, pwa atomik 178.49, se yon metal klere ajan tranzisyon gri.
Hafnium gen sis izotòp natirèlman ki estab: Hafnium 174, 176, 177, 178, 179, ak 180. Hafnium pa reyaji ak asid idroklorik dilye, dilye asid silfirik, ak solisyon fò alkalin, men li idrosolubl nan asid fluoridrik ak aqua regia. Non eleman an soti nan non an Latin nan vil Copenhagen.
Nan lane 1925, Hervey Hervey ak fizisyen Olandè Koster te jwenn pi bon kalite sèl afnium pa kristalizasyon fraksyon nan fliyò sèl konplèks, epi redwi li ak sodyòm metalik pou jwenn hafnium metal pi bon kalite. Hafnium gen 0.00045% nan kwout tè a epi li souvan asosye ak zirkonyòm nan lanati.
Non pwodwi: hafnium
Senbòl eleman: Hf
Pwa atomik: 178.49
Kalite eleman: eleman metalik
Pwopriyete fizik:
Hafniumse yon metal ajan gri ak yon ekla metalik; Gen de varyant metal hafnium: α Hafnium se yon variant egzagonal byen chaje (1750 ℃) ak yon tanperati transfòmasyon ki pi wo pase zirkonyòm. Hafnium metal gen varyant allotrope nan tanperati ki wo. Hafnium metal gen yon gwo seksyon transvèsal absòpsyon netwon epi yo ka itilize kòm yon materyèl kontwòl pou réacteurs.
Gen de kalite estrikti kristal: egzagonal anbalaj dans nan tanperati ki anba a 1300 ℃（ α- Ekwasyon); Nan tanperati ki pi wo a 1300 ℃, li se kò ki santre (ekwasyon β-). Yon metal ak plastisit ki di epi ki vin frajil nan prezans enpurte. Ki estab nan lè a, sèlman fè nwa sou sifas la lè boule. Filaman yo ka limen pa flanm dife yon match. Pwopriyete ki sanble ak zirkonyòm. Li pa reyaji ak dlo, asid dilye, oswa baz fò, men li fasil idrosolubl nan aqua regia ak asid fluoridrik. Sitou nan konpoze ki gen yon valans + 4. Yo konnen alyaj Hafnium (Ta4HfC5) ki gen pi wo pwen k ap fonn (apeprè 4215 ℃).
Estrikti kristal: selil kristal la se egzagonal
Nimewo CAS: 7440-58-6
Pwen k ap fonn: 2227 ℃
Pwen bouyi: 4602 ℃
Pwopriyete chimik:
Pwopriyete chimik Hafnium yo sanble anpil ak zirkonyòm, epi li gen bon rezistans korozyon epi li pa fasil korode pa solisyon akeuz jeneral asid alkali; Fasil idrosolubl nan asid fliyò pou fòme konplèks fliyò. Nan tanperati ki wo, Hafnium kapab tou dirèkteman konbine avèk gaz tankou oksijèn ak nitwojèn pou fòme oksid ak nitrur.
Hafnium souvan gen yon valans + 4 nan konpoze. Konpoze prensipal la seoksid afniumHfO2. Gen twa varyant diferan nan oksid hafnium:oksid afniumjwenn pa kalsinasyon kontinyèl nan silfat hafnium ak oksid klori se yon variant monoklinik; Ksid nan hafnium jwenn nan chofe idroksid la nan hafnium nan alantou 400 ℃ se yon variant tetragonal; Si kalsine pi wo a 1000 ℃, ou ka jwenn yon variant kib. Yon lòt konpoze setetrachloride afnyom, ki se matyè premyè pou prepare metal hafnium epi yo ka prepare pa reyaji gaz klò sou yon melanj de oksid hafnium ak kabòn. Tetrachloride Hafnium vin an kontak ak dlo epi imedyatman idrolize nan HfO (4H2O) 2 + iyon trè ki estab. HfO2 + iyon egziste nan anpil konpoze nan hafnium, epi yo ka kristalize zegwi ki gen fòm idrate oksiklorur afnium HfOCl2 · 8H2O kristal nan asid idroklorik solisyon tetrachloride hafnium.
4-valent hafnium tou gen tandans pou fòme konplèks ak fliyò, ki fòme ak K2HfF6, K3HfF7, (NH4) 2HfF6, ak (NH4) 3HfF7. Konplèks sa yo te itilize pou separasyon zirkonyòm ak hafnium.
Konpoze komen:
Hafnium diyoksid: non Hafnium diyoksid; diyoksid Hafnium; Fòmil molekilè: HfO2 [4]; Pwopriyete: poud blan ak twa estrikti kristal: monoklinik, tetragonal, ak kib. Dansite yo se 10.3, 10.1, ak 10.43g/cm3, respektivman. Pwen k ap fonn 2780-2920K. Pwen bouyi 5400K. Koyefisyan ekspansyon tèmik 5.8 × 10-6/℃. Ensolubl nan dlo, asid idroklorik, ak asid nitrique, men idrosolubl nan asid silfirik konsantre ak asid fluoridrik. Pwodui pa dekonpozisyon tèmik oswa idroliz nan konpoze tankou silfat afnium ak oksiklorur afnium. Matyè premyè pou pwodiksyon an nan metal hafnium ak alyaj hafnium. Itilize kòm materyèl refractory, anti radyaktif kouch, ak katalis. [5] Nivo enèji atomik HfO se yon pwodwi ki te jwenn an menm tan lè yo fabrike nivo enèji atomik ZrO. Apati de klorinasyon segondè, pwosesis pou pirifye, rediksyon, ak distilasyon vakyòm yo prèske idantik ak sa yo ki nan zirkonyòm.
Tetrachloride Hafnium: Hafnium (IV) klori, Hafnium tetrachloride Molekilè fòmil HfCl4 Molekilè pwa 320.30 Karaktè: Blan kristal blòk. Sansib a imidite. Soluble nan asetòn ak metanol. Idwolize nan dlo pou pwodui oksiklorur afnium (HfOCl2). Chofe a 250 ℃ epi evapore. Irite je, sistèm respiratwa, ak po.
Idwoksid Hafnium: Idwoksid Hafnium (H4HfO4), anjeneral, prezan kòm yon oksid idrate HfO2 · nH2O, se ensolubl nan dlo, fasil idrosolubl nan asid inòganik, ensolubl nan amonyak, ak raman idrosolubl nan idroksid sodyòm. Chalè a 100 ℃ pou jenere afnium idroksid HfO (OH) 2. Ka presipite blan afnium idroksid ka jwenn lè yo reyaji sèl hafnium (IV) ak dlo amonyak. Li ka itilize pou pwodwi lòt konpoze Hafnium.
Istwa rechèch
Istwa Dekouvèt:
Nan lane 1923, swedwa Hervey chimis ak fizisyen Olandè D. Koster te dekouvri afnium nan zirkon ki te pwodwi nan Nòvèj ak Greenland, epi yo te rele li hafnium, ki soti nan non an Latin Hafnia nan Copenhagen. An 1925, Hervey ak Coster te separe zirkonyòm ak Titàn lè l sèvi avèk metòd kristalizasyon fraksyon nan sèl konplèks fliyò pou jwenn pi bon kalite sèl Hafnium; Epi redwi sèl hafnium ak sodyòm metalik pou jwenn hafnium metal pi bon kalite. Hervey te prepare yon echantiyon plizyè miligram hafnium pi.
Eksperyans chimik sou zirkonyòm ak hafnium:
Nan yon eksperyans pwofesè Carl Collins te fè nan University of Texas an 1998, yo te deklare ke gamma 178m2 afnium (isomère afnium-178m2 [7]) ka lage enèji menmen, ki se senk lòd nan grandè pi wo pase reyaksyon chimik men twa lòd nan grandè pi ba pase reyaksyon nikleyè. [8] Hf178m2 (hafnium 178m2) gen lavi ki pi long nan mitan izotòp ki dire lontan ki sanble: Hf178m2 (hafnium 178m2) gen yon mwatye lavi 31 ane, sa ki lakòz yon radyoaktivite natirèl apeprè 1.6 billions Becquerels. Rapò Collins fè konnen yon gram pi Hf178m2 (afnium 178m2) gen apeprè 1330 megajoules, ki ekivalan a enèji ki soti nan eksplozyon 300 kilogram eksplozif TNT. Rapò Collins a endike ke tout enèji nan reyaksyon sa a lage nan fòm X-ray oswa reyon gama, ki lage enèji nan yon vitès trè vit, ak Hf178m2 (afnium 178m2) ka toujou reyaji nan konsantrasyon ki ba anpil. [9] Pentagòn lan te resevwa lajan pou rechèch. Nan eksperyans la, rapò siyal-a-bri a te trè ba (ak erè enpòtan), e depi lè sa a, malgre plizyè eksperyans pa syantis ki soti nan plizyè òganizasyon ki gen ladan Depatman Defans Etazini Rechèch Pwojè Avanse Ajans (DARPA) ak JASON Defense Advisory. Gwoup [13], pa gen okenn syantis ki te kapab reyalize reyaksyon sa a nan kondisyon Collins te reklame yo, epi Collins pa te bay prèv solid pou pwouve egzistans reyaksyon sa a, Collins te pwopoze yon metòd pou itilize emisyon reyon gamma pwovoke pou libere enèji nan Hf178m2 (hafnium 178m2) [15], men lòt syantis teyorikman pwouve ke reyaksyon sa a pa ka reyalize. [16] Hf178m2 (hafnium 178m2) lajman kwè nan kominote akademik la pa dwe yon sous enèji.
Jaden aplikasyon:
Hafnium se trè itil akòz kapasite li nan emèt elektwon, tankou jan yo itilize kòm yon filaman nan lanp enkandesan. Itilize kòm katod pou tib radyografi, ak alyaj nan hafnium ak tengstèn oswa molybdène yo itilize kòm elektwòd pou tib egzeyat wo-vòltaj. Souvan yo itilize nan endistri manifakti katòd ak tengstèn fil pou radyografi. Hafnium pi se yon materyèl enpòtan nan endistri enèji atomik akòz plastisit li yo, pwosesis fasil, rezistans tanperati ki wo, ak rezistans korozyon. Hafnium gen yon gwo koup transvèsal kaptire netwon tèmik e li se yon absòbe netwon ideyal, ki ka itilize kòm yon baton kontwòl ak aparèy pwoteksyon pou réacteurs atomik. Poud Hafnium ka itilize kòm yon propellant pou wokèt. Katòd la nan tib radyografi ka fabrike nan endistri elektrik la. Alyaj Hafnium ka sèvi kòm kouch pwoteksyon pi devan pou bouch fize ak avyon re-antre glise, pandan y ap Hf Ta alyaj ka itilize pou fabrike asye zouti ak materyèl rezistans. Hafnium yo itilize kòm yon eleman aditif nan alyaj ki reziste chalè, tankou tengstèn, molybdène, ak Tantal. HfC ka itilize kòm yon aditif pou alyaj difisil akòz dite segondè li yo ak pwen k ap fonn. Pwen k ap fonn 4TaCHfC se apeprè 4215 ℃, sa ki fè li konpoze ak pi wo pwen k ap fonn li te ye. Hafnium ka itilize kòm yon getter nan anpil sistèm enflasyon. Hafnium getters ka retire gaz ki pa nesesè tankou oksijèn ak nitwojèn ki prezan nan sistèm nan. Hafnium se souvan itilize kòm yon aditif nan lwil idwolik yo anpeche volatilizasyon nan lwil idwolik pandan operasyon ki gen gwo risk, e li gen gwo pwopriyete anti volatilité. Se poutèt sa, li se jeneralman yo itilize nan lwil idwolik endistriyèl. Lwil idwolik medikal.
Eleman Hafnium yo itilize tou nan dènye nanoprosesè Intel 45 yo. Akòz fabrikasyon diyoksid Silisyòm (SiO2) ak kapasite li pou diminye epesè pou kontinye amelyore pèfòmans tranzistò, manifaktirè processeur sèvi ak diyoksid Silisyòm kòm materyèl pou dielectrics pòtay. Lè Intel te entwodwi pwosesis fabrikasyon 65 nanomèt la, byenke li te fè tout efò posiblite pou diminye epesè dielectric pòtay Silisyòm diyoksid la a 1.2 nanomèt, ekivalan a 5 kouch atòm, difikilte pou konsomasyon pouvwa ak dissipation chalè ta ogmante tou lè tranzistò a. te redwi a gwosè yon atòm, sa ki lakòz fatra aktyèl ak enèji chalè nesesè. Se poutèt sa, si materyèl aktyèl yo kontinye ap itilize ak epesè a pi lwen redwi, flit la nan dielectric pòtay la ap ogmante siyifikativman, Pote desann teknoloji tranzistò nan limit li yo. Pou adrese pwoblèm kritik sa a, Intel ap planifye pou itilize materyèl ki pi epè segondè K (materyèl ki baze sou hafnium) kòm dielectrics pòtay olye pou yo diyoksid Silisyòm, ki te avèk siksè redwi flit pa plis pase 10 fwa. Konpare ak jenerasyon anvan an nan teknoloji 65nm, pwosesis 45nm Intel a ogmante dansite tranzistò pa prèske de fwa, sa ki pèmèt pou yon ogmantasyon nan kantite total tranzistò oswa yon rediksyon nan volim processeur. Anplis de sa, pouvwa ki nesesè pou chanje tranzistò a pi ba, diminye konsomasyon pouvwa pa prèske 30%. Koneksyon entèn yo te fè nan fil kwiv ki asosye ak ba k dielectric, san pwoblèm amelyore efikasite ak diminye konsomasyon pouvwa, ak vitès la chanje se apeprè 20% pi vit.
Distribisyon mineral:
Hafnium gen yon abondans kwout ki pi wo pase metal yo souvan itilize tankou bismit, Kadmyòm, ak mèki, epi li ekivalan nan kontni ak Berilyòm, Jèmanyòm, ak iranyòm. Tout mineral ki gen zirkonyòm gen hafnium. Zikon yo itilize nan endistri gen 0.5-2% hafnium. Zirkon an beryllium (Alvite) nan minrè zirkonyòm segondè ka genyen jiska 15% hafnium. Genyen tou yon kalite zirkon metamòfik, cyrtolite, ki gen plis pase 5% HfO. Rezèv yo nan de dènye mineral yo piti epi yo poko te adopte nan endistri. Hafnium se sitou refè pandan pwodiksyon an nan zirkonyòm.
Li egziste nan pifò minre zirkonyòm. [18] [19] Paske gen anpil ti kontni nan kwout la. Li souvan coexist ak zirkonyòm epi li pa gen okenn minrè separe.
Metòd preparasyon:
1. Li ka prepare pa rediksyon mayezyòm nan tetrachloride afnium oswa dekonpozisyon tèmik nan yod afnium. HfCl4 ak K2HfF6 kapab tou itilize kòm matyè premyè. Pwosesis pwodiksyon elektwolitik nan fonn NaCl KCl HfCl4 oswa K2HfF6 se menm jan ak pwodiksyon elektwolitik zirkonyòm.
2. Hafnium coexist ak zirkonyòm, epi pa gen okenn matyè premyè separe pou Hafnium. Materyèl la anvan tout koreksyon pou fabrikasyon hafnium se oksid hafnium brit separe pandan pwosesis la nan fabrikasyon zirkonyòm. Ekstrè oksid hafnium lè l sèvi avèk résine echanj iyon, ak Lè sa a, sèvi ak metòd la menm jan ak zirkonyòm pou prepare metal hafnium soti nan oksid hafnium sa a.
3. Li ka prepare pa ko chofaj tetrachloride hafnium (HfCl4) ak sodyòm nan rediksyon.
Metòd yo pi bonè pou separe zirkonyòm ak hafnium yo te kristalize fraksyon nan sèl fliyò konplèks ak presipitasyon fraksyon nan fosfat. Metòd sa yo ankonbran pou opere epi yo limite a itilizasyon laboratwa. Nouvo teknoloji pou separe zirkonyòm ak hafnium, tankou distilasyon fraksyon, ekstraksyon sòlvan, echanj iyon, ak adsorption fraksyon, te parèt youn apre lòt, ak ekstraksyon sòlvan yo te pi pratik. De sistèm separasyon souvan itilize yo se sistèm cyclohexanone thiocyanate ak sistèm asid nitrique tributyl phosphate. Pwodwi yo jwenn nan metòd ki anwo yo se tout idroksid Hafnium, ak pi bon kalite oksid Hafnium ka jwenn pa kalsinasyon. Segondè pite Hafnium ka jwenn pa metòd echanj ion.
Nan endistri, pwodiksyon metal hafnium souvan enplike tou de pwosesis Kroll ak pwosesis Debor Aker. Pwosesis Kroll la enplike nan rediksyon tetrachloride afnium lè l sèvi avèk mayezyòm metalik:
2Mg+HfCl4- → 2MgCl2+Hf
Metòd Debor Aker, ke yo rele tou metòd iodizasyon, yo itilize pou pirifye eponj tankou hafnium epi jwenn hafnium metal pèrmeabl.
5. SMELTING nan hafnium se fondamantalman menm jan ak sa yo ki nan zirkonyòm:
Premye etap la se dekonpozisyon minrè a, ki enplike twa metòd: klorinasyon zirkon pou jwenn (Zr, Hf) Cl. Alkali k ap fonn nan zikon. Zirkon fonn ak NaOH nan anviwon 600, ak plis pase 90% nan (Zr, Hf) O transfòme nan Na (Zr, Hf) O, ak SiO transfòme nan NaSiO, ki fonn nan dlo pou retire li. Na (Zr, Hf) O ka itilize kòm solisyon orijinal la pou separe zirkonyòm ak hafnium apre yo fin fonn nan HNO. Sepandan, prezans nan koloid SiO fè separasyon ekstraksyon sòlvan difisil. Sinter ak KSiF epi tranpe nan dlo pou jwenn solisyon K (Zr, Hf) F. Solisyon an ka separe zirkonyòm ak hafnium atravè kristalizasyon fraksyon;
Dezyèm etap la se separasyon zirkonyòm ak hafnium, ki ka reyalize lè l sèvi avèk metòd separasyon sòlvan ekstraksyon lè l sèvi avèk asid idroklorik MIBK (methyl isobutyl ketone) sistèm ak HNO-TBP (tributil fosfat). Teknoloji a nan fraksyon milti-etap lè l sèvi avèk diferans lan nan presyon vapè ant HfCl ak ZrCl fonn anba presyon ki wo (pi wo pase 20 atmosfè) te etidye depi lontan, sa ki ka sove pwosesis la klorinasyon segondè epi redwi depans yo. Sepandan, akòz pwoblèm nan korozyon nan (Zr, Hf) Cl ak HCl, li pa fasil jwenn materyèl kolòn fractionnement apwopriye, epi li pral tou redwi bon jan kalite a nan ZrCl ak HfCl, ogmante depans pou pirifye. Nan ane 1970 yo, li te toujou nan etap tès plant entèmedyè;
Twazyèm etap la se klorinasyon segondè HfO pou jwenn HfCl brit pou rediksyon;
Katriyèm etap la se pirifye HfCl ak rediksyon mayezyòm. Pwosesis sa a se menm ak pirifikasyon ak rediksyon ZrCl, ak pwodwi semi-fini ki kapab lakòz se afnium eponj koryas;
Senkyèm etap la se vakyòm distile bit eponj hafnium pou retire MgCl ak refè depase mayezyòm metal, sa ki lakòz yon pwodwi fini nan eponj metal hafnium. Si ajan rediksyon an sèvi ak sodyòm olye pou yo mayezyòm, yo ta dwe chanje senkyèm etap la nan imèsyon dlo.
Metòd depo:
Sere nan yon depo fre ak vantile. Kenbe lwen etensèl ak sous chalè. Li ta dwe estoke separeman de oksidan, asid, alojèn, elatriye, epi evite melanje depo. Sèvi ak ekleraj eksplozyon-prèv ak enstalasyon vantilasyon. Entèdi itilize ekipman mekanik ak zouti ki gen tandans fè etensèl. Zòn depo a ta dwe ekipe ak materyèl apwopriye pou kenbe fwit yo.
Tan pòs: 25-Sep 2023