하프늄, 금속 HF, 원자 번호 72, 원자량 178.49는 반짝이는은 회색 전이 금속입니다.
Hafnium은 6 개의 자연적으로 안정적인 동위 원소를 가지고 있습니다 : Hafnium 174, 176, 177, 178, 179 및 180. Hafnium은 희석 된 염산, 희석 된 황산 및 강한 알칼리성 용액과 반응하지 않지만 수평선 유종 및 아쿠아 레지아에서는 용해합니다. 요소 이름은 코펜하겐시의 라틴어 이름에서 유래합니다.
1925 년, 스웨덴 화학 주의자 Hervey와 네덜란드 물리학 자 Koster는 불소화 된 복합체 염의 분획 결정화에 의해 순수한 하프 늄 염을 얻었고, 금속 나트륨으로 감소시켜 순수한 금속 하프 늄을 얻었습니다. Hafnium은 지각의 0.00045%를 함유하고 있으며 종종 지르코늄과 관련이 있습니다.
제품 이름 : Hafnium
요소 기호 : HF
원자 무게 : 178.49
요소 유형 : 금속 요소
물리적 특성 :
하프늄금속 광택이있는은 회색 금속입니다. 금속 hafnium에는 두 가지 변형이 있습니다. α hafnium은 지르코늄보다 더 높은 변환 온도를 갖는 육각형 밀접하게 포장 된 변형 (1750 ℃)이다. 금속 hafnium은 고온에서 할당 변이체를 가지고 있습니다. 금속 하프 늄은 높은 중성자 흡수 단면을 가지며 반응기의 대조군으로 사용될 수 있습니다.
결정 구조에는 두 가지 유형이 있습니다. 1300 ℃ 이상의 온도에서는 차체 중심 입방 (β- 방정식)입니다. 불순물의 존재하에 단단하고 부서지기 쉬운 가소성이있는 금속. 공기 중에 안정적이며 화상을 입을 때 표면에서만 어두워집니다. 필라멘트는 경기의 불꽃으로 발화 될 수 있습니다. 지르코늄과 유사한 특성. 그것은 물, 희석 된 산 또는 강한 염기와 반응하지 않지만 Aqua Regia 및 Hydrofluoric Acid에서 쉽게 용해됩니다. 주로+4 원자가를 갖는 화합물에서. Hafnium 합금 (TA4HFC5)은 가장 높은 융점 (약 4215 ℃)을 갖는 것으로 알려져있다.
결정 구조 : 결정 세포는 육각형입니다
CAS 번호 : 7440-58-6
용융점 : 2227 ℃
끓는점 : 4602 ℃
화학적 특성 :
Hafnium의 화학적 특성은 지르코늄의 화학적 특성과 매우 유사하며, 부식성이 우수하며 일반적인 산 알칼리 수성 용액에 의해 쉽게 부식되지 않습니다. 히드로 플루오르 산에 쉽게 용해되어 형광 화 복합체를 형성합니다. 고온에서 Hafnium은 산소 및 질소와 같은 가스와 직접 결합하여 산화물 및 질화물을 형성 할 수 있습니다.
Hafnium은 종종 화합물에서+4 원자가를 갖는다. 주요 화합물은입니다산화물 하프 늄HFO2. 산화물의 세 가지 변형이 있습니다.산화물 하프 늄황소 및 염화물 산화물의 연속 소환에 의해 수득된다. 약 400 ℃에서 하프 늄의 수산화물을 가열함으로써 수득 된 산화 하프 늄 산화물; 1000 ℃ 이상을 연합 시키면 입방 변형을 얻을 수있다. 또 다른 화합물입니다하프 늄 테트라 클로라이드, 이는 금속 하프 늄 제조의 원료이며 산화물과 탄소의 혼합물에 염소 가스를 반응하여 제조 할 수 있습니다. 하프 늄 테트라 클로라이드는 물과 접촉하여 즉시 매우 안정적인 HFO (4H2O) 2+이온으로 가수 분해됩니다. HFO2+이온은 하프 늄의 많은 화합물에 존재하며, 염소 산성화 된 하프 늄 사트라 클로라이드 용액 중에서 바늘 형태의 수화화 된 옥시 클로라이드 HFOCL2 · 8H2O 결정을 결정화 할 수있다.
4- 평가 하프 늄은 또한 K2HFF6, K3HFF7, (NH4) 2HFF6 및 (NH4) 3HFF7로 구성된 불소와 복합체를 형성하는 경향이있다. 이들 복합체는 지르코늄과 하프 늄의 분리에 사용되었다.
일반적인 화합물 :
Hafnium 이산화물 : 이름 Hafnium 이산화물; 이산화물 하프 늄; 분자식 : HFO2 [4]; 특성 : 3 가지 결정 구조를 가진 흰색 분말 : 모노 클리닉, 사수 및 입방. 밀도는 각각 10.3, 10.1 및 10.43g/cm3입니다. 용융점 2780-2920K. 끓는점 5400K. 열 팽창 계수 5.8 × 10-6/℃. 물, 염산 및 질산에 불용성이지만 농축 된 황산 및 하이드로 플루오산에 가용성이 있습니다. 황소 및 하프 늄 옥시 클로라이드와 같은 화합물의 열 분해 또는 가수 분해에 의해 생성된다. 금속 hafnium 및 hafnium 합금 생산을위한 원료. 내화성 물질, 항 방사성 코팅 및 촉매로 사용됩니다. [5] 원자 에너지 수준 HFO는 원자 에너지 수준 ZRO를 제조 할 때 동시에 얻은 제품입니다. 2 차 염소화에서 시작하여 정제, 감소 및 진공 증류 과정은 지르코늄의 과정과 거의 동일합니다.
하프 늄 테트라 클로라이드: Hafnium (IV) 클로라이드, Hafnium Tetrachloride 분자식 HFCL4 분자량 320.30 특성 : 백색 결정 블록. 수분에 민감합니다. 아세톤 및 메탄올에 가용성. 물에서 가수 분해하여 옥시 클로라이드 (HFOCL2)를 생성합니다 (HFOCL2). 250 ℃로 가열하고 증발하십시오. 눈, 호흡기 시스템 및 피부를 자극합니다.
하프 늄 수산화물 : 수화화 된 산화물 HFO2 · NH2O로서 일반적으로 수화 된 하프 늄 수산화물 (H4HFO4)은 물에 불용성이 없으며, 무인산에 쉽게 가용성이 없으며, 암모니아에 불용성이 없으며, hydroxide 나트륨에 용해되지 않습니다. Hafnium (IV) 염을 암모니아 물과 반응시킴으로써 하프 늄 수산화물 HFO (OH)를 생성하기 위해 100 ℃에서 가열 할 수있다. 다른 하프 늄 화합물을 생산하는 데 사용될 수 있습니다.
연구 이력
발견 이력 :
1923 년, 스웨덴 화학 주의자 인 Hervey와 네덜란드 물리학 자 D. Koster는 노르웨이와 그린란드에서 생산 된 지르콘에서 하프 늄을 발견했으며,이를 코펜하겐의 라틴어 이름 Hafnia에서 비롯된 Hafnium이라고지었습니다. 1925 년, Hervey와 Coster는 순수한 하프 늄 염을 얻기 위해 불소화 된 복합체 염의 분획 결정화 방법을 사용하여 지르코늄과 티타늄을 분리했습니다. 순수한 금속 하프 늄을 얻기 위해 금속 나트륨으로 하프 늄 염을 줄입니다. Hervey는 수 밀리그램의 순수한 hafnium 샘플을 준비했습니다.
지르코늄 및 하프 늄에 대한 화학 실험 :
1998 년 텍사스 대학교에서 칼 콜린스 교수가 실험 한 실험에서, 감마는 하프 늄 178m2 (이성질체 하프 늄 -178m2 [7])가 화학 반응보다 5 대의 크기가 높을 수 있지만 원자 반응보다 3 배나 낮을 수 있다고 주장했다. [8] HF178M2 (HAFNIUM 178M2)는 유사한 장기 동위 원소 중에서 가장 긴 수명을 가졌다 : HF178M2 (HAFNIUM 178M2)는 31 년의 반감기를 가지며 약 1.6 조의 자연의 방사능을 초래한다. Collins의 보고서는 순수한 HF178M2 (Hafnium 178M2)의 1 그램에는 약 1330 개의 메가 줄을 함유하고 있으며, 이는 300 킬로그램의 TNT 폭발물 폭발로 방출되는 에너지와 동일합니다. Collins의 보고서에 따르면이 반응의 모든 에너지는 매우 빠른 속도로 에너지를 방출하는 X- 레이 또는 감마선 형태로 방출되며 HF178M2 (HAFNIUM 178M2)는 여전히 매우 낮은 농도에서 반응 할 수 있습니다. [9] 국방부는 연구를 위해 자금을 할당했다. 실험에서 신호 대 잡음 비율은 매우 낮았으며 (상당한 오류가 있음), 그 이후로, 미국 국방부 고급 프로젝트 연구 기관 (DARPA) 및 Jason Defense Advisory Group을 포함한 여러 조직의 여러 실험에도 불구하고 Collins가 주장한 조건 하에서이 반응을 달성 할 수 없었던 과학자는이 반응에 대한 강력한 증거를 제공 할 수 없었습니다. HF178M2 (Hafnium 178M2)에서 에너지를 방출하기위한 감마선 방출 [15] 그러나 다른 과학자들은이 이론적 으로이 반응을 달성 할 수 없다는 것을 입증했습니다. [16] HF178M2 (Hafnium 178M2)
응용 프로그램 필드 :
Hafnium은 백열 램프에서 필라멘트로 사용되는 것과 같은 전자를 방출하는 능력으로 인해 매우 유용합니다. X- 선 튜브의 음극으로 사용되며, 하프 늄 및 텅스텐 또는 몰리브덴 합금은 고전압 배출 튜브의 전극으로 사용됩니다. X- 레이를 위해 음극 및 텅스텐 와이어 제조 산업에서 일반적으로 사용됩니다. Pure Hafnium은 가소성, 쉬운 가공, 고온 저항 및 부식 저항으로 인해 원자 에너지 산업에서 중요한 물질입니다. Hafnium은 큰 열 중성자 캡처 단면을 가지며 이상적인 중성자 흡수기이며, 원자 반응기를위한 제어로드 및 보호 장치로 사용될 수 있습니다. 하프 늄 분말은 로켓의 추진제로 사용될 수 있습니다. X- 선 튜브의 음극은 전기 산업에서 제조 될 수 있습니다. Hafnium 합금은 로켓 노즐 및 글라이드 리센트 항공기의 순방향 보호 층으로 작용할 수 있으며, HF TA 합금은 공구 강철 및 저항 재료를 제조하는 데 사용될 수 있습니다. Hafnium은 텅스텐, 몰리브덴 및 탄탈륨과 같은 열 내성 합금에서 첨가제 요소로 사용됩니다. HFC는 높은 경도 및 융점으로 인해 단단한 합금의 첨가제로 사용될 수 있습니다. 4TACHFC의 융점은 대략 4215 ℃로, 알려진 용융점이 가장 높은 화합물이다. Hafnium은 많은 인플레이션 시스템에서 게터로 사용될 수 있습니다. Hafnium getters는 시스템에 존재하는 산소 및 질소와 같은 불필요한 가스를 제거 할 수 있습니다. Hafnium은 종종 유압 오일의 첨가제로 사용되며 고위험 작업 중 유압 오일의 휘발을 방지하며 강력한 휘발성 특성을 갖습니다. 따라서 일반적으로 산업용 유압 오일에 사용됩니다. 의료 유압 오일.
Hafnium 요소는 최신 Intel 45 나노 프로세서에서도 사용됩니다. 이산화 실리콘 (SIO2)의 제조 가능성과 트랜지스터 성능을 지속적으로 향상시키기 위해 두께를 감소시키는 능력으로 인해, 프로세서 제조업체는 이산화 실리콘을 게이트 유전체의 재료로 사용합니다. 인텔이 65 나노 미터 제조 공정을 도입했을 때, 5 층의 원자와 동등한 이산화 실리 사이드 게이트 유전체의 실리콘 이산화 게이트 유전체의 두께를 줄이기 위해 모든 노력을 기울 였지만, 전력 소비 및 열 소산의 어려움은 원자의 크기로 감소 할 때 전력 소비 및 열 소산의 어려움이 증가 할 때, 전류 열 에너지 및 불확실한 열 에너지가 증가 할 때 증가 할 것이다. 따라서, 전류 재료가 계속 사용되고 두께가 추가로 감소되면, 게이트 유전체의 누출이 상당히 증가하여 트랜지스터 기술이 한계까지 떨어집니다. 이 중요한 문제를 해결하기 위해 인텔은 이산화 실리콘 대신 게이트 유전체로 더 두꺼운 높은 K 재료 (하프 늄 기반 재료)를 사용할 계획이며, 이는 누출을 10 배 이상 성공적으로 줄였습니다. 이전 세대 65NM 기술과 비교하여 인텔의 45NM 공정은 트랜지스터 밀도를 거의 두 번 증가시켜 총 트랜지스터 수를 증가시킬 수있게하거나 프로세서 부피의 감소를 허용합니다. 또한 트랜지스터 스위칭에 필요한 전력은 낮아 전력 소비가 거의 30%감소합니다. 내부 연결은 낮은 k 유전체와 쌍을 이루는 구리 와이어로 만들어져 효율성을 매끄럽게 개선하고 전력 소비를 줄이며 스위칭 속도는 약 20% 더 빠릅니다.
미네랄 분포 :
Hafnium은 Bismuth, Cadmium 및 Mercury와 같은 일반적으로 사용되는 금속보다 지각 풍부가 높으며 Beryllium, Germanium 및 Uranium과의 함량에 동등합니다. 지르코늄을 함유하는 모든 미네랄에는 하프 늄이 포함되어 있습니다. 산업에 사용되는 지르콘에는 0.5-2% Hafnium이 포함되어 있습니다. 2 차 지르코늄 광석의 베릴륨 지르콘 (Alvite)은 최대 15% 하프 늄을 함유 할 수 있습니다. 또한 5% 이상의 HFO를 포함하는 유형의 변성 지르콘, cyrtolite도 있습니다. 후자의 두 미네랄의 매장량은 작고 아직 산업에서 채택되지 않았습니다. 하프 늄은 주로 지르코늄 생산 중에 회수됩니다.
하프늄:
대부분의 지르코늄 광석에 존재합니다. [18] [19] 크러스트에는 내용이 거의 없기 때문에. 그것은 종종 지르코늄과 공존하며 별도의 광석이 없습니다.
준비 방법 :
1. 사 트라 클로 라이드의 하프 늄 감소 또는 요오드화 하프 늄의 열 분해에 의해 제조 될 수있다. HFCL4 및 K2HFF6도 원료로 사용될 수 있습니다. NaCl KCl HFCL4 또는 K2HFF6 용융물에서 전해 생산 공정은 지르코늄의 전해 생산과 유사하다.
2. Hafnium은 지르코늄과 공존하며 Hafnium에 대한 별도의 원료는 없습니다. hafnium을 제조하기위한 원료는 지르코늄 제조 과정에서 분리 된 조잡한 산화 조잡한 산화물이다. 이온 교환 수지를 사용하여 산화물을 추출한 다음 지르코늄과 동일한 방법을 사용 하여이 산화물로부터 금속 hafnium을 준비하십시오.
3. 감소를 통한 나트륨으로 사맥주 하프 코 클로라이드 (HFCL4)를 공동 가열하여 제조 할 수있다.
지르코늄 및 하프 늄을 분리하기위한 최초의 방법은 형광 화 된 복합체 염의 분획 결정화 및 인산염의 분획 침전이었다. 이 방법은 운영하기가 번거롭고 실험실 사용으로 제한됩니다. 분별 증류, 용매 추출, 이온 교환 및 분별 흡착과 같은 지르코늄 및 하프 늄을 분리하기위한 새로운 기술은 서로 상승하여 용매 추출이 더 실용적입니다. 일반적으로 사용되는 두 가지 분리 시스템은 티오 시아 네이트 사이클로 헥사 논 시스템과 트리 부틸 포스페이트 질산 시스템입니다. 상기 방법에 의해 수득 된 생성물은 모두 하프 늄 수산화물이며, 순수한 하프 늄 산화물은 소환에 의해 얻을 수있다. 고순도 하프 늄은 이온 교환 방법에 의해 얻을 수있다.
산업에서 금속 hafnium의 생산에는 종종 Kroll 프로세스와 Debor Aker 프로세스가 모두 포함됩니다. Kroll 공정은 금속 마그네슘을 사용하여 테트라 클로라이드의 하프 늄의 감소를 포함합니다.
2mg+hfcl4- → 2mgcl2+hf
요오드화 방법으로도 알려진 데보 aker 방법은 스폰지와 같은 스폰지를 정화하고 가단성 금속 하프 늄을 얻는 데 사용됩니다.
5. Hafnium의 제련은 기본적으로 지르코늄의 제련과 동일합니다.
첫 번째 단계는 광석의 분해이며, 여기에는 지르콘의 염소화 (Zr, HF) Cl. 지르콘의 알칼리 용융. 지르콘은 약 600에서 NaOH로 녹고 (Zr, HF) O의 90% 이상이 Na (Zr, HF) O로 변형되며, SIO는 NASIO로 변형되며, 이는 제거를 위해 물에 용해됩니다. Na (Zr, HF) O는 HNO에 용해 된 후 지르코늄 및 하프 늄을 분리하기위한 원래 용액으로 사용될 수있다. 그러나, SIO 콜로이드의 존재는 용매 추출 분리를 어렵게한다. KSIF를 사용한 소결 및 물에 담그기 위해 K (Zr, HF) F 용액을 얻습니다. 용액은 분획 결정화를 통해 지르코늄과 하프 늄을 분리 할 수 있습니다.
두 번째 단계는 지르코늄 및 하프 늄의 분리이며, 이는 염산 MIBK (메틸 이소 부틸 케톤) 시스템 및 HNO-TBP (Tributyl Phosphate) 시스템을 사용하여 용매 추출 분리 방법을 사용하여 달성 될 수 있습니다. 고압 (20 대기 이상) 하에서 HFCL과 ZRCL 용융물 사이의 증기압의 차이를 사용한 다단 분류 기술은 오랫동안 연구되어 왔으며, 이는 2 차 염소화 과정을 절약하고 비용을 줄일 수 있습니다. 그러나 (ZR, HF) CL 및 HCL의 부식 문제로 인해 적절한 분류 열 재료를 찾기가 쉽지 않으며 ZRCL 및 HFCL의 품질을 줄여 정제 비용이 증가합니다. 1970 년대에는 여전히 중간 플랜트 테스트 단계에있었습니다.
세 번째 단계는 감소를 위해 조잡한 HFCL을 얻기위한 HFO의 2 차 염소화입니다.
네 번째 단계는 HFCL 및 마그네슘 감소의 정제입니다. 이 과정은 ZRCL의 정제 및 감소와 동일하며, 결과적인 반제품 제품은 거친 스폰지 hafnium입니다.
다섯 번째 단계는 CRUDE SPONGE HAFNIUM을 진공 증류하여 MGCL을 제거하고 과도한 금속 마그네슘을 회수하여 스폰지 금속 하프 늄의 완제품을 초래하는 것입니다. 환원제가 마그네슘 대신 나트륨을 사용하는 경우 다섯 번째 단계는 물 침수로 변경되어야합니다.
스토리지 방법 :
시원하고 통풍이 잘되는 창고에 보관하십시오. 스파크와 가열로부터 멀리하십시오. 산화제, 산, 할로겐 등과 별도로 저장해야하며, 저장을 피해야합니다. 폭발 방지 조명 및 환기 시설 사용. 불꽃이 발생하기 쉬운 기계식 장비 및 도구의 사용을 금지합니다. 저장 영역에는 누출이 포함 된 적절한 재료가 장착되어 있어야합니다.
시간 후 : 9 월 25-2023 년