ハフニウム、金属HF、原子番号72、アトミック重量178.49は、光沢のあるシルバーグレー遷移金属です。
ハフニウムには、ハフニウム174、176、177、178、179、および180の6つの天然安定同位体があります。ハフニウムは、希薄塩酸、希薄硫酸、および強力なアルカリ溶液と反応しませんが、ヒドロフルオール酸と水生生物に溶けます。要素名は、コペンハーゲン市のラテン名に由来しています。
1925年、スウェーデンの化学者ハービーとオランダの物理学者のコスターは、フッ素化複合体塩の分数結晶化により純粋なハフニウム塩を獲得し、金属ナトリウムでそれを還元して純粋な金属ハフニウムを得ました。ハフニウムには地球の地殻の0.00045％が含まれており、多くの場合、自然のジルコニウムに関連しています。
製品名：Hafnium
要素シンボル：HF
原子量：178.49
要素タイプ：金属要素
物理的特性：
ハフニウムメタリックな光沢を持つ銀の灰色の金属です。金属ハフニウムには2つのバリアントがあります：αハフニウムは、ジルコニウムよりも高い変換温度を持つ六角形の密接に詰められたバリアント（1750）です。メタルハフニウムには、高温で同種筋肉のバリアントがあります。金属ハフニウムは、中性子吸収断面が高く、反応器の制御材料として使用できます。
結晶構造には2種類のタイプがあります。1300°α方程式を下回る温度での六角形の密な梱包）。 1300を超える温度では、体中心の立方（β方程式です）。不純物の存在下で硬化し、脆くなる可塑性を持つ金属。空気中は安定して、燃やされたときに表面でのみ暗くなります。フィラメントは、マッチの炎によって点火することができます。ジルコニウムと同様の特性。水、希釈酸、または強い塩基とは反応しませんが、アクアレジアとフロア酸に簡単に溶けます。主に+4価の化合物で。 Hafnium Alloy（Ta4HFC5）は、最高の融点（約4215）を持つことが知られています。
結晶構造：結晶細胞は六角形です
CAS番号：7440-58-6
融点：2227℃
沸点：4602℃
化学的特性：
ハフニウムの化学的性質はジルコニウムの化学的性質と非常によく似ており、良好な腐食耐性を持ち、一般的な酸アルカリ水溶液によって容易に腐食することはありません。フッ素化複合体を形成するために、フッ化物酸に簡単に溶けます。高温では、ハフニウムは酸素や窒素などのガスと直接結合して酸化物や窒素を形成することもできます。
ハフニウムには、多くの場合、化合物に+4つの価があります。主な化合物はです酸化ハフニウムHFO2。酸化ハフニウムには3つの異なるバリアントがあります。酸化ハフニウム硫酸ハフニウムと酸化塩化物の継続的な焼成によって得られるのは、単眼liantです。約400℃でハフニウムの水酸化物を加熱することにより得られた酸化ハフニウムは、四角いバリアントです。 1000を超えて焼成すると、立方体のバリアントを取得できます。別の化合物です四塩化ハフニウム、これは金属ハフニウムを調製するための原料であり、酸化ハフニウムと炭素の混合物で塩素ガスを反応させることで調製できます。塩化ハフニウムは水と接触し、すぐに高度に安定したHFO（4H2O）2+イオンに加水分解します。 HFO2+イオンは、ハフニウムの多くの化合物に存在し、塩酸酸酸化鉄塩化ハフニウム溶液中の針型の水和塩酸ハフニウムHFOCL2・8H2O結晶を結晶化させることができます。
また、4バレントハフニウムは、K2HFF6、K3HFF7、（NH4）2HFF6、および（NH4）3HFF7で構成されるフッ化物と複合体を形成する傾向があります。これらの複合体は、ジルコニウムとハフニウムの分離に使用されています。
一般的な化合物：
二酸化ハフニウム：二酸化ハフニウム。二酸化ハフニウム;分子式：HFO2 [4];特性：3つの結晶構造を備えた白色粉末：単眼症、四角形、および立方体。密度はそれぞれ10.3、10.1、および10.43g/cm3です。融点2780-2920K。沸点5400K。熱膨張係数5.8×10-6/℃。水、塩酸、および硝酸に不溶ですが、濃縮硫酸とフッ化物酸には可変です。熱分解または硫酸ハフニウムやオキシクロリドハフニウムなどの化合物の加水分解によって生成されます。金属ハフニウムとハフニウム合金の生産のための原材料。難治性材料、抗放射性コーティング、および触媒として使用されます。 [5]原子エネルギーレベルHFOは、原子エネルギーレベルZROを製造するときに同時に得られた製品です。二次塩素化から始めて、精製、還元、および真空蒸留のプロセスは、ジルコニウムの蒸留とほぼ同じです。
四塩化ハフニウム：Hafnium（IV）塩化物、四塩化ハフニウム分子式HFCL4分子量320.30文字：白い結晶ブロック。湿気に敏感です。アセトンとメタノールに可溶です。水中で加水分解して、酸素塩ハフニウム（HFOCL2）を生成します。 250個に加熱し、蒸発します。目、呼吸器系、皮膚に刺激します。
水酸化ハフニウム：水酸化ハフニウム（H4HFO4）は、通常、水和酸化物HFO2・NH2Oとして存在し、水に不溶性であり、無機酸に容易に溶けやすく、アンモニアに不溶性であり、水酸化水ナトリウムにはめったに可溶性です。 100個まで加熱して、水酸化ハフニウムHFO（OH）2を生成します。2。水酸化物沈着沈着剤は、ハフニウム（IV）塩をアンモニア水と反応させることで得ることができます。他のハフニウム化合物を生産するために使用できます。
研究史
発見の歴史：
1923年、スウェーデンの化学者ハービーとオランダの物理学者D.コスターは、ノルウェーとグリーンランドで生産されたジルコンでハフニウムを発見し、コペンハーゲンのラテン名ハフニアから生まれたハフニウムと名付けました。 1925年、ハービーとコスターはジルコニウムとチタンを分離し、フッ素化した複合塩の分数結晶化の方法を使用して純粋なハフニウム塩を得ました。メタリックナトリウムでハフニウム塩を減らして純粋な金属ハフニウムを得ます。ハービーは、数ミリグラムの純粋なハフニウムのサンプルを準備しました。
ジルコニウムとハフニウムの化学実験：
1998年にテキサス大学のカールコリンズ教授が実施した実験では、ガンマ照射Hafnium 178M2（異性体Hafnium-178M2 [7]）が膨大なエネルギーを放出できると主張されました。 [8] HF178M2（Hafnium 178m2）は、同様の長寿命の同位体の中で最も長い寿命を持っています：HF178M2（Hafnium 178m2）は31年の半減期を持ち、約1.6兆個のベクレールの自然な放射能をもたらします。 Collinsの報告書によれば、1グラムの純粋なHF178M2（Hafnium 178M2）には約1330メガイールが含まれており、これは300キログラムのTNT爆発物の爆発によって放出されるエネルギーに相当します。 Collinsのレポートは、この反応のすべてのエネルギーが非常に速い速度でエネルギーを放出するX線またはガンマ線の形で放出され、HF178M2（Hafnium 178m2）は非常に低い濃度で反応する可能性があることを示しています。 [9]ペンタゴンは研究のための資金を割り当てました。実験では、シグナルと雑音の比率は非常に低く（重大なエラーがあります）、それ以来、米国国防総省先進プロジェクト研究機関（DARPA）やジェイソン国防アドバイザリーグループを含む複数の組織の科学者による複数の実験にもかかわらず、科学者はコリンズが主張する条件を提案するという強力なエビデンスの存在を証明するために、コリンズの存在を証明するためにこの反応を実証するために、この反応を提供することができませんでした。 HF178M2（Hafnium 178M2）[15]からエネルギーを放出するが、他の科学者は、この反応を達成できないことを理論的に証明している。 [16] HF178M2（Hafnium 178M2）は、学術コミュニティでエネルギー源ではないと広く信じられています
アプリケーションフィールド：
ハフニウムは、白熱灯のフィラメントとして使用されるような電子を放出する能力のために非常に便利です。 X線管のカソードとして使用され、ハフニウムとタングステンまたはモリブデンの合金は、高電圧放電チューブの電極として使用されます。 X線用にカソードおよびタングステンワイヤー製造業で一般的に使用されています。純粋なハフニウムは、その可塑性、簡単な加工、高温抵抗、耐食性のため、原子エネルギー産業の重要な材料です。 Hafniumには大きな熱中性子捕獲断面があり、理想的な中性子吸収体であり、原子反応器のコントロールロッドおよび保護装置として使用できます。ハフニウム粉末は、ロケットの推進剤として使用できます。 X線管のカソードは、電気産業で製造できます。 Hafnium Alloyは、ロケットノズルとグライド再入力航空機の順方向保護層として機能しますが、HF TA合金を使用してツールスチールおよび抵抗材料を製造できます。ハフニウムは、タングステン、モリブデン、タンタルなどの熱耐性合金の添加剤として使用されます。 HFCは、硬度と融点が高いため、硬い合金の添加物として使用できます。 4TACHFCの融点は約4215°であり、既知の融点が最も高い化合物になります。ハフニウムは、多くのインフレシステムのゲッターとして使用できます。ハフニウムゲッターは、システムに存在する酸素や窒素などの不必要なガスを除去できます。ハフニウムは、リスクの高い手術中の油圧油の揮発を防ぐために、油圧油の添加剤としてよく使用され、強力な耐揮発性特性を持っています。したがって、一般に産業用油圧油で使用されます。医療油圧油。
Hafnium Elementは、最新のIntel 45ナノプロセッサでも使用されています。二酸化シリコン（SIO2）の製造可能性と、厚さを減らしてトランジスタのパフォーマンスを継続的に改善する能力により、プロセッサメーカーはゲート誘電体の材料として二酸化シリコンを使用します。 Intelが65ナノメートルの製造プロセスを導入したとき、二酸化シリコンゲートの誘電体を1.2ナノメートルに減らすためにあらゆる努力を払っていましたが、5層の原子に相当するものであるため、トランジスタが原子のサイズに減少すると、電力消費量と熱散逸の難しさも増加し、現在の廃棄物と不変の熱エネルギーをもたらします。したがって、現在の材料を使用し続け、厚さがさらに減少すると、ゲート誘電体の漏れが大幅に増加し、トランジスタテクノロジーがその限界に陥ります。この重大な問題に対処するために、Intelは二酸化シリコンの代わりに厚い高K材料（Hafniumベースの材料）をゲート誘電体として使用することを計画しており、漏れが10倍以上縮小されました。 65NMテクノロジーの前世代と比較して、Intelの45NMプロセスはトランジスタ密度をほぼ2回増加させるため、トランジスタの総数が増加したり、プロセッサ量の減少が可能になります。さらに、トランジスタスイッチングに必要な電力は低く、消費電力がほぼ30％減少します。内部接続は、低いK誘電体と組み合わせた銅線で作られ、効率をスムーズに改善し、消費電力を削減し、スイッチング速度は約20％高速です
鉱物分布：
ハフニウムは、ビスマス、カドミウム、水銀などの一般的に使用される金属よりも高い地殻の存在量を持ち、ベリリウム、ゲルマニウム、ウランとの含有量に相当します。ジルコニウムを含むすべての鉱物にはハフニウムが含まれています。業界で使用されるジルコンには、0.5〜2％のハフニウムが含まれています。二次ジルコニウム鉱石のベリリウムジルコン（ALVITE）には、最大15％のハフニウムを含むことができます。 5％以上のHFOを含む変成ジルコン、シルトライトもあります。後者の2つの鉱物の埋蔵量は小さく、産業ではまだ採用されていません。ハフニウムは、主にジルコニウムの生産中に回収されます。
ほとんどのジルコニウム鉱石に存在します。 [18] [19]地殻にはコンテンツがほとんどないためです。多くの場合、ジルコニウムと共存し、独立した鉱石はありません。
準備方法：
1.四塩化ハフニウムのマグネシウム還元またはヨウ化ハフニウムの熱分解により調製できます。 HFCL4およびK2HFF6は、原材料としても使用できます。 NaCl KCl HFCL4またはK2HFF6メルトにおける電解産生のプロセスは、ジルコニウムの電解産生のプロセスに似ています。
2。ハフニウムはジルコニウムと共存しており、ハフニウムには別々の原料はありません。製造ハフニウムの原料は、ジルコニウムの製造プロセス中に分離された粗い酸化物です。イオン交換樹脂を使用して酸化ハフニウムを抽出し、ジルコニウムと同じ方法を使用して、この酸化ハフニウムから金属ハフニウムを調製します。
3.還元を通じてナトリウムを使用して、四塩化ハフニウム（HFCL4）を加熱することで調製できます。
ジルコニウムとハフニウムを分離するための最古の方法は、フッ素化複合体塩の分数結晶化とリン酸塩の分数沈殿でした。これらの方法は運用が面倒で、実験室での使用に限定されています。分別蒸留、溶媒抽出、イオン交換、分別吸着など、ジルコニウムとハフニウムを分離するための新しい技術が次々と現れ、溶媒抽出がより実用的であることがあります。一般的に使用される2つの分離システムは、チオシアン酸シクロヘキサノンシステムとリン酸トリビル酸硝酸システムです。上記の方法で得られた生成物はすべて水酸化ハフニウムであり、酸化ハフニウムは焼成によって得られます。高純度ハフニウムは、イオン交換法によって得ることができます。
業界では、金属ハフニウムの生産には、多くの場合、KrollプロセスとDebor Akerプロセスの両方が含まれます。 Krollプロセスには、金属マグネシウムを使用した四塩化ハフニウムの減少が含まれます。
2mg+hfcl4-→2mgcl2+hf
ヨウ素化法としても知られるDebor Akerメソッドは、スポンジをハフニウムのように精製し、順応性金属ハフニウムを得るために使用されます。
5.ハフニウムの製錬は、基本的にジルコニウムのものと同じです。
最初のステップは、3つの方法を含む鉱石の分解です。ジルコンのアルカリ融解。ジルコンは約600でNaOHで溶け、（Zr、HF）Oの90％以上がNa（Zr、HF）Oに変換され、SIOはNasioに変換され、除去のために水に溶解します。 NA（ZR、HF）Oは、HNOに溶解した後、ジルコニウムとハフニウムを分離するための元のソリューションとして使用できます。ただし、SIOコロイドの存在により、溶媒抽出分離が困難になります。 KSIFで焼結し、水に浸してK（ZR、HF）F溶液を取得します。この溶液は、分数結晶化を通じてジルコニウムとハフニウムを分離できます。
2番目のステップは、ジルコニウムとハフニウムの分離です。これは、塩酸MIBK（メチルイソブチルケトン）システムとHNO-TBP（リン酸トリビル）システムを使用した溶媒抽出分離法を使用して達成できます。 HFCLとZRCLの間の蒸気圧の違いを使用した多段階分別の技術は、高圧（20気圧を超える）で長い間研究されており、二次塩素化プロセスを節約してコストを削減できます。ただし、（ZR、HF）CLおよびHCLの腐食の問題により、適切な分別カラム材料を見つけるのは容易ではなく、ZRCLとHFCLの品質も低下し、精製コストが増加します。 1970年代、それはまだ中間植物の試験段階にありました。
3番目のステップは、還元のための粗HFClを取得するためのHFOの二次塩素化です。
4番目のステップは、HFClとマグネシウムの還元の精製です。このプロセスは、ZRCLの精製と還元と同じであり、結果として生成されるセミフィニッシュ製品は粗いスポンジハフニウムです。
5番目のステップは、真空を蒸留して粗スポンジハフニウムを蒸留してMGCLを除去し、過剰な金属マグネシウムを回収し、スポンジメタルハフニウムの完成産物をもたらすことです。還元剤がマグネシウムの代わりにナトリウムを使用している場合、5番目のステップを水に浸すように変更する必要があります
ストレージ方法：
涼しく換気された倉庫に保管してください。火花や熱源から遠ざけてください。酸化剤、酸、ハロゲンなどとは別に保管し、貯蔵の混合を避ける必要があります。爆発的な照明と換気施設の使用。スパークする傾向がある機械装置とツールの使用を禁止します。保管エリアには、漏れを含むのに適した材料を装備する必要があります。
投稿時間：Sep-25-2023