Hafnium, Metal HF, atómnúmer 72, atómþyngd 178.49, er glansandi silfurgrár umbreytingarmálmur.
Hafnium er með sex náttúrulega stöðugar samsætur: Hafnium 174, 176, 177, 178, 179 og 180. Hafnium bregst ekki við þynntri saltsýru, þynnt brennisteinssýru og sterkar basískar lausnir, heldur er það leysanlegt í vatnslusýru og Aqua Regia. Nafn frumefnisins kemur frá latnesku nafni Kaupmannahafnarborgar.
Árið 1925 fengu sænski efnafræðingurinn Hervey og hollenska eðlisfræðinginn Koster hreint hafnium salt með brotkristöllun flúoraðra flókinna sölt og minnkaði það með málmi natríum til að fá hreint málmhafnium. Hafnium inniheldur 0,00045% af jarðskorpunni og er oft tengt sirkon í náttúrunni.
Vöruheiti: Hafnium
Element tákn: HF
Atómþyngd: 178.49
Element Type: Metallic Element
Líkamlegir eiginleikar:
Hafniumer silfurgrá málmur með málmglugga; Það eru tvö afbrigði af málmhafnium: α hafnium er sexhyrnd náið pakkað afbrigði (1750 ℃) með hærra umbreytingarhita en sirkon. Hafnium úr málmi hefur allotrope afbrigði við hátt hitastig. Hafnium úr málmi hefur mikla nifteinda frásog þversnið og er hægt að nota það sem stjórnunarefni fyrir reaktora.
Það eru tvenns konar kristalbyggingar: sexhyrnd þétt pökkun við hitastig undir 1300 ℃（ α- jöfnu); Við hitastig yfir 1300 ℃ er það líkamsbundið rúmmetra （ß-jöfnu). Málmur með plastleika sem harðnar og verður brothætt í viðurvist óhreininda. Stöðugt í loftinu, dökknar aðeins á yfirborðinu þegar það er brennt. Hægt er að kveikja þráðurinn með loga leiksins. Eiginleikar svipaðir sirkon. Það bregst ekki við vatni, þynntum sýrum eða sterkum basa, heldur er það auðveldlega leysanlegt í Aqua Regia og vatnsfluorsýru. Aðallega í efnasamböndum með+4 gildis. Hafnium ál (TA4HFC5) er þekkt fyrir að hafa hæsta bræðslumark (um það bil 4215 ℃).
Kristalbygging: Kristalfruman er sexhyrnd
CAS númer: 7440-58-6
Bræðslumark: 2227 ℃
Suðumark: 4602 ℃
Efnafræðilegir eiginleikar:
Efnafræðilegir eiginleikar Hafnium eru mjög svipaðir og af sirkon og það hefur góða tæringarþol og er ekki auðveldlega tærður með almennum sýru alkalíum vatnslausnum; Auðveldlega leysanlegt í vatnsfluorsýru til að mynda flúorað fléttur. Við háan hita getur Hafnium einnig beint sameinað lofttegundum eins og súrefni og köfnunarefni til að mynda oxíð og nítríð.
Hafnium hefur oft+4 gildis í efnasamböndum. Aðal efnasambandið erHafniumoxíðHFO2. Það eru þrjú mismunandi afbrigði af hafniumoxíði:Hafniumoxíðfengin með stöðugri kalkun af hafnium súlfati og klóríðoxíði er einstofuafbrigði; Hafniumoxíðið sem fæst með því að hita hýdroxíð af hafnium við um það bil 400 ℃ er tetragonal afbrigði; Ef það er reiknað yfir 1000 ℃ er hægt að fá rúmmetra afbrigði. Annað efnasamband erHafnium tetrachloride, sem er hráefnið til að útbúa málmhafnium og hægt er að útbúa með því að bregðast við klórgasi á blöndu af hafniumoxíði og kolefni. Hafnium tetrachloride kemst í snertingu við vatn og vatnsrofnar strax í mjög stöðugt HFO (4H2O) 2+jóna. HFO2+jónir eru til í mörgum efnasamböndum af hafnium og geta kristallað nálarlaga vökvaða hafnium oxýklóríð hfocl2 · 8H2O kristalla í saltsýru sýru Hafnium tetrachloride lausn.
4-gilt hafnium er einnig tilhneigingu til að mynda fléttur með flúoríði, sem samanstendur af K2HFF6, K3HFF7, (NH4) 2HFF6, og (NH4) 3HFF7. Þessar fléttur hafa verið notaðar til að aðskilja sirkon og hafnium.
Algeng efnasambönd:
Hafnium Dioxide: Name Hafnium Dioxide; Hafnium díoxíð; Sameindaformúla: HFO2 [4]; Eign: Hvítt duft með þremur kristalbyggingum: einstofna, tetragonal og rúmmetra. Þéttleiki er 10,3, 10,1 og 10,43g/cm3, hver um sig. Melting Point 2780-2920K. Suðumark 5400K. Hitauppstreymisstuðull 5,8 × 10-6/℃. Óleysanlegt í vatni, saltsýru og saltpéturssýru, en leysanlegt í þéttri brennisteinssýru og vatnsfluorsýru. Framleitt með hitauppstreymi eða vatnsrof efnasambanda eins og Hafnium súlfat og hafnium oxýklóríð. Hráefni til framleiðslu á málmhafnium og hafnium málmblöndur. Notað sem eldfast efni, andstæðingur geislavirkrar húðun og hvata. [5] HFO atómorku er vara sem fæst samtímis þegar framleiðsla atómorkuþéttni ZRO. Byrjað er frá afleiddri klórun, eru ferlar hreinsunar, minnkunar og tómarúm eimingu næstum eins og sirkon.
Hafnium tetrachloride: Hafnium (IV) Klóríð, Hafnium tetraklóríð sameindaformúla HFCL4 Mólþunga 320.30 Persónu: Hvítur kristallaður blokk. Næmur fyrir raka. Leysanlegt í asetoni og metanóli. Vatnsrof í vatni til að framleiða hafnium oxýklóríð (HFOCL2). Hitið í 250 ℃ og gufaðu upp. Pirrandi fyrir augu, öndunarkerfi og húð.
Hafnium hýdroxíð: Hafnium hýdroxíð (H4HFO4), venjulega til staðar sem vökvað oxíð HFO2 · NH2O, er óleysanlegt í vatni, auðveldlega leysanlegt í ólífrænum sýrum, óleysanlegt í ammoníaki og sjaldan leysanlegt í natríumhýdroxíði. Hiti í 100 ℃ til að mynda hafnium hýdroxíð HFO (OH) 2. Hvít Hafnium hýdroxíð botnfall er hægt að fá með því að bregðast við Hafnium (IV) salt með ammoníakvatni. Það er hægt að nota til að framleiða önnur hafnium efnasambönd.
Rannsóknarsaga
Uppgötvunarsaga:
Árið 1923 uppgötvaði sænski efnafræðingurinn Hervey og hollenska eðlisfræðinginn D. Koster Hafnium í sirkon framleiddur í Noregi og Grænlandi, og nefndi það Hafnium, sem átti uppruna sinn í latnesku nafni Hafnia of Kaupmannahöfn. Árið 1925 skildu Hervey og Coster sirkon og títan með því að nota aðferð við brotkristöllun flúoraðra flókinna sölt til að fá hreint hafnium sölt; Og draga úr hafnium salti með málmi natríum til að fá hreint málmhafnium. Hervey útbjó sýnishorn af nokkrum milligrömmum af hreinu hafnium.
Efnafræðilegar tilraunir á sirkon og hafnium:
Í tilraun sem gerð var af prófessor Carl Collins við háskólann í Texas árið 1998 var því haldið fram að Gamma geislað Hafnium 178m2 (myndbrigði Hafnium-178m2 [7]) geti losað gríðarlega orku, sem er fimm stærðargráðu hærri en efnafræðileg viðbrögð en þrjár stærðargráðu lægri en kjarnorkuviðbrögð. [8] HF178M2 (Hafnium 178m2) er með lengsta líftíma meðal svipaðra langlífa samsætur: HF178M2 (Hafnium 178m2) hefur helmingunartíma 31 ár, sem leiðir til náttúrulegrar geislavirkni um það bil 1,6 billjón af því. Skýrsla Collins segir að eitt gramm af hreinu HF178M2 (Hafnium 178m2) hafi að geyma um það bil 1330 megajoules, sem jafngildir orkunni sem losnar við sprengingu 300 kíló af TNT sprengiefni. Skýrsla Collins bendir til þess að öll orka í þessum viðbrögðum losni í formi röntgengeisla eða gammageisla, sem losar orku með mjög hröðum hraða, og HF178M2 (Hafnium 178M2) getur samt brugðist við mjög lágum styrk. [9] Pentagon hefur úthlutað fé til rannsókna. Í tilrauninni var hlutfall-til-hávaða hlutfall mjög lítið (með verulegum villum), og síðan þá, þrátt fyrir margar tilraunir vísindamanna frá mörgum stofnunum, þar með talið ráðgjafarstofnun Bandaríkjanna (DARPA) og Jason Defense Group [13], hefur enginn vísindamaður ekki getað að það hafi náð því að viðbrögð, sem Collins, sem Collins hefur ekki gefið til kynna, hefur ekki veitt til þess að það hafi verið til þess að það sé tilhneigingu til þess að þetta sé tilhneigingu til þess að þetta sé tilhneigingu til að þetta sé tilhneigingu til þess að þetta sé tilhneigingu til að þetta sé tilhneigingu til að þetta hafi verið til þess að þetta hafi verið til þess að þessi viðbrögð hafi verið gerð af því losun gamma geislameðferð til að losa orku frá HF178M2 (Hafnium 178m2) [15], en aðrir vísindamenn hafa fræðilega sannað að ekki er hægt að ná þessum viðbrögðum. [16] HF178M2 (Hafnium 178m2) er víða talið í akademíska samfélaginu ekki vera orkugjafi
Umsóknarreit:
Hafnium er mjög gagnlegt vegna getu þess til að gefa frá sér rafeindir, svo sem eins og notaður er sem þráður í glóperum. Notað sem bakskaut fyrir röntgenrör og málmblöndur af hafnium og wolfram eða mólýbden eru notaðir sem rafskaut fyrir háspennu rör. Algengt er að nota í bakskaut og wolfram vírframleiðsluiðnaði fyrir röntgengeisla. Pure Hafnium er mikilvægt efni í atómorkuiðnaðinum vegna plastleika þess, auðveldrar vinnslu, háhitaþols og tæringarþols. Hafnium er með stóran hitauppstreymi þversniðs og er kjörinn nifteinda gleypni, sem hægt er að nota sem stjórnstöng og hlífðarbúnaður fyrir atóm reactors. Hafnium duft er hægt að nota sem drifefni fyrir eldflaugar. Hægt er að framleiða bakskaut röntgenrör í rafiðnaðinum. Hafnium ál getur þjónað sem framsóknarlag fyrir eldflaugar stút og svif aftur flugvélar, en hægt er að nota HF TA ál til að framleiða verkfæri stál og viðnámsefni. Hafnium er notað sem aukefni í hitaónæmum málmblöndur, svo sem wolfram, mólýbden og tantal. HFC er hægt að nota sem aukefni fyrir harða málmblöndur vegna mikillar hörku og bræðslumark. Bræðslumark 4TACHFC er um það bil 4215 ℃, sem gerir það að efnasambandinu með hæsta þekkta bræðslumark. Hafnium er hægt að nota sem getter í mörgum verðbólgukerfum. Hafnium getTers geta fjarlægt óþarfa lofttegundir eins og súrefni og köfnunarefni sem eru til staðar í kerfinu. Hafnium er oft notað sem aukefni í vökvaolíu til að koma í veg fyrir sveiflur vökvaolíu við áhættuaðgerðir og hefur sterka sveiflur eiginleika. Þess vegna er það almennt notað í iðnaðar vökvaolíu. Læknisfræðileg vökvaolía.
Hafnium frumefni er einnig notað í nýjustu Intel 45 nanoprocessors. Vegna framleiðslu kísildíoxíðs (SiO2) og getu þess til að draga úr þykkt til að bæta stöðugt afköst smára nota örgjörvaframleiðendur kísildíoxíð sem efnið fyrir hliðarvirkni. Þegar Intel kynnti 65 framleiðsluferlið nanómetra, þó að það hafi gert allt tilraun til að draga úr þykkt kísildíoxíðhliðsins í 1,2 nanómetra, jafngildir 5 lögum af atómum, myndi erfiðleikinn við orkunotkun og hitadreifingu einnig aukast þegar transistorinn var minnkaður í stærð atóms, sem leiddi til núverandi úrgangs og óþarfi hitaorku. Þess vegna, ef áfram er haldið áfram að nota núverandi efni og þykktin minnkar enn frekar, mun lekinn á rafstöðum hliðarinnar aukast verulega og dregur niður smára tækni að takmörkum. Til að takast á við þetta mikilvæga mál ætlar Intel að nota þykkari hátt K efni (Hafnium byggð efni) sem hliðargeymslu í stað kísildíoxíðs, sem hefur dregið úr leka um meira en 10 sinnum. Í samanburði við fyrri kynslóð 65nm tækni eykur 45nm ferli Intel smári þéttleika um nærri tvisvar, sem gerir kleift að fjölga heildarfjölda smára eða lækkun á rúmmáli örgjörva. Að auki er krafturinn sem þarf til að skipta um smári lægri og draga úr orkunotkun um næstum 30%. Innri tengingarnar eru gerðar úr koparvír sem eru paraðir með lágum K dielectric, bætir vel skilvirkni og dregur úr orkunotkun og skiptishraðinn er um það bil 20% hraðar
Steinefnadreifing:
Hafnium hefur hærra jarðskorpu en oft notaðir málmar eins og bismút, kadmíum og kvikasilfur, og jafngildir innihaldi við beryllíum, germanium og úran. Öll steinefni sem innihalda sirkon innihalda hafnium. Zirkon sem notað er í iðnaði inniheldur 0,5-2% hafnium. Beryllium zirkon (Alvite) í efri sirkon málmgrýti getur innihaldið allt að 15% hafnium. Það er einnig gerð myndbreytingar sirkon, cyrtolite, sem inniheldur yfir 5% HFO. Forðinn af síðarnefndu tveimur steinefnum er lítill og hefur ekki enn verið tekið upp í iðnaði. Hafnium er aðallega endurheimt við framleiðslu á sirkon.
Það er til í flestum sirkon málmgrýti. [18] [19] Vegna þess að það er mjög lítið efni í skorpunni. Það lifir oft með sirkon og hefur enga aðskildar málmgrýti.
Undirbúningsaðferð:
1. það er hægt að útbúa með magnesíum minnkun á hafnium tetraklóríði eða hitauppstreymi af hafnium joðíði. HFCL4 og K2HFF6 er einnig hægt að nota sem hráefni. Ferlið við rafgreiningarframleiðslu í NaCl KCl HFCL4 eða K2HFF6 bræðslu er svipað og rafgreiningarframleiðsla á sirkon.
2. Hafnium eru samhliða sirkon og það er ekkert sérstakt hráefni fyrir Hafnium. Hráefnið til framleiðslu á Hafnium er hrát hafniumoxíð aðskilið við framleiðslu sirkon. Dragðu út hafniumoxíð með því að nota jónaskipta plastefni og notaðu síðan sömu aðferð og sirkon til að útbúa málm hafnium úr þessu hafniumoxíði.
3.. Það er hægt að útbúa með CO hita hafnium tetraklóríði (HFCL4) með natríum með minnkun.
Elstu aðferðir til að aðgreina sirkon og hafnium voru brotkristöllun flúoraðra flókinna sölt og brot úrkomu fosfata. Þessar aðferðir eru fyrirferðarmiklar að starfa og takmarkast við notkun á rannsóknarstofu. Ný tækni til að aðgreina sirkon og hafnium, svo sem eimingu brots, útdrátt leysis, jónaskipti og aðsog í brotum, hefur komið fram á fætur annarri, þar sem útdráttur leysis er hagnýtari. Tvö sem oft notuðu aðskilnaðarkerfi eru tíósýanat sýklóhexanónkerfið og tributyl fosfat saltpéturssýrukerfið. Vörurnar sem fengnar eru með ofangreindum aðferðum eru allar hafnium hýdroxíð og hægt er að fá hreint hafniumoxíð með kalkun. Hafnium er hægt að fá með mikilli hreinleika með jónaskiptaaðferð.
Í iðnaði felur framleiðsla málmhafnium oft bæði í Kroll og Debor Aker ferlið. Kroll ferlið felur í sér að draga úr hafnium tetraklóríði með málmi magnesíum:
2mg+HFCL4- → 2MGCL2+HF
Debor Aker aðferðin, einnig þekkt sem jodization aðferðin, er notuð til að hreinsa svamp eins og hafnium og fá sveigjanlegt málm hafnium.
5.
Fyrsta skrefið er niðurbrot málmgrýti, sem felur í sér þrjár aðferðir: klórun zirkon til að fá (zr, hf) cl. Alkalí bráðnun sirkon. Zircon bráðnar með NaOH við um 600 og yfir 90% af (Zr, HF) O umbreytir í Na (Zr, HF) O, með SIO umbreytt í Nasio, sem er leyst upp í vatni til að fjarlægja. Na (Zr, HF) O er hægt að nota sem upprunalega lausnina til að aðgreina sirkon og hafnium eftir að hafa verið leyst upp í HNO. Hins vegar gerir tilvist SiO kolloids þó aðgreining leysiefnis erfitt. Sinter með ksif og liggja í bleyti í vatni til að fá K (Zr, HF) F lausn. Lausnin getur aðskilið sirkon og hafnium með brotakristöllun;
Annað skrefið er aðskilnaður sirkon og hafnium, sem hægt er að ná með því að nota aðgreiningaraðferðaraðferðir með leysi með því að nota hýdróklórsýru MIBK (metýl ísóbútýl ketón) kerfið og HNO-TBP (tributyl fosfat) kerfið. Tækni fjölþrepa brots með því að nota mismuninn á gufuþrýstingi milli HFCL og ZRCL bráðnar undir háum þrýstingi (yfir 20 andrúmsloft) hefur verið lengi rannsökuð, sem getur sparað aukaklórunarferlið og dregið úr kostnaði. Vegna tæringarvandans (Zr, HF) CL og HCl er það ekki auðvelt að finna viðeigandi brot á dálki og það mun einnig draga úr gæðum ZRCL og HFCL, sem eykur hreinsunarkostnað. Á áttunda áratugnum var það enn á milliprófiprófunarstiginu;
Þriðja skrefið er efri klórun HFO til að fá hráa HFCL til að draga úr;
Fjórða skrefið er hreinsun HFCL og magnesíums minnkunar. Þetta ferli er það sama og hreinsun og minnkun ZRCL og hálfkláruð vara sem myndast er gróft svamphafnium;
Fimmta þrepið er að ryksuga Distill hráa svamphaulium til að fjarlægja MGCL og endurheimta umfram málm magnesíum, sem leiðir til fullunnunnar afurð af svampmálm hafnium. Ef minnkunarefnið notar natríum í stað magnesíums, ætti að breyta fimmta skrefinu í vatnsdýfingu
Geymsluaðferð:
Geymið í köldum og loftræstum vöruhúsi. Haltu í burtu frá neistum og hitaheimildum. Það ætti að geyma aðskildar frá oxunarefnum, sýrum, halógenum osfrv., Og forðast að blanda geymslu. Notkun sprengingarþéttrar lýsingar og loftræstingaraðstöðu. Banna notkun vélræns búnaðar og verkfæra sem eru tilhneigð til neistaflug. Geymslusvæðið ætti að vera útbúið með viðeigandi efni til að innihalda leka.
Post Time: SEP-25-2023