Hafnium, Metal HF, atómové číslo 72, atómová hmotnosť 178,49, je lesklý strieborný prechodný prechod.
Hafnium má šesť prirodzene stabilných izotopov: Hafnium 174, 176, 177, 178, 179 a 180. Hafnium nereaguje s zriedenou kyselinou hydrochlorovou, zriedenou kyselinou sírovou a silnými alkalickými rozlvami, ale je rozpustný v hydroflurovej kyseline a región akvalov. Názov prvku pochádza z latinského názvu mesta Kodaň.
V roku 1925 švédsky chemik Hervey a holandský fyzik Koster získali čistú hafniovú soľ frakčnou kryštalizáciou fluórovaných komplexných solí a znížili ju kovovým sodíkmi, aby sa získal čistý kovový hafnium. Hafnium obsahuje 0,00045% zemskej kôry a je často spojená s zirkónom v prírode.
Názov produktu: Hafnium
Symbol prvku: HF
Atómová hmotnosť: 178.49
Typ prvku: kovový prvok
Fyzické vlastnosti:
Hafniumje strieborný šedý kov s kovovým leskom; Existujú dva varianty kovového hafnium: a hafnium je šesťuholníkovo úzko zabalený variant (1750 ℃) s vyššou teplotou transformácie ako zirkón. Kov Hafnium má primerané varianty pri vysokých teplotách. Kov Hafnium má prierez vysokej absorpcie neutrónov a môže sa použiť ako kontrolný materiál pre reaktory.
Existujú dva typy kryštálových štruktúr: hexagonálne husté balenie pri teplotách pod 1300 ℃ （（（（（（（（（（（（（（（（（（（（（（); Pri teplotách nad 1300 ℃ je to kubická （β-rovnica zameraná na telo). Kov s plasticitou, ktorý stvrdne a stáva sa krehkým v prítomnosti nečistôt. Stabilný vo vzduchu, po spálení stmavne iba na povrchu. Filamenty môžu byť zapálené plameňom zápasu. Vlastnosti podobné zirkóniu. Nereaguje s vodou, zriedenými kyselinami alebo silnými základňami, ale je ľahko rozpustný v Aqua Regia a kyseline hydrofluorovej. Hlavne v zlúčeninách s valenciou A+4. Je známe, že zliatina Hafnium (TA4HFC5) má najvyšší bod topenia (približne 4215 ℃).
Kryštálová štruktúra: Kryštálová bunka je šesťuholníka
Číslo CAS: 7440-58-6
Bod topenia: 2227 ℃
Bod varu: 4602 ℃
Chemické vlastnosti:
Chemické vlastnosti hafnia sú veľmi podobné vlastnostiam zirkónia a má dobrú odolnosť proti korózii a nie je ľahko korodovaná všeobecnými kyslými alkalickými vodnými roztokmi; Ľahko rozpustné v kyseline hydrofluorovej za vzniku fluórovaných komplexov. Pri vysokých teplotách sa Hafnium môže tiež priamo kombinovať s plynmi, ako je kyslík a dusík, aby sa vytvorili oxidy a nitridy.
Hafnium má často valenciu A+4 v zlúčeninách. Hlavná zlúčenina jeoxid hafniumHFO2. Existujú tri rôzne varianty oxidu hafnium:oxid hafniumZískané kontinuálnou kalcináciou hafnium síranu a oxidu chloridu je monoklinický variant; Oxid hafnium získaný zahrievaním hydroxidu hafnium približne 400 ℃ je tetragonálny variant; Ak je možné získať kubický variant nad 1000 ℃, je možné získať kubický variant. Ďalšia zlúčenina jehafnium tetrachlorid, čo je surovina na prípravu kovu hafnium a môže sa pripraviť reagovaním plynného chlóru na zmesi oxidu a uhlíka hafnium. Hafnium tetrachlorid prichádza do kontaktu s vodou a okamžite sa hydrolyzuje do vysoko stabilného HFO (4H2O) 2+iónov. HFO2+ióny existujú v mnohých zlúčeninách hafnium a môžu kryštalizovať hydratovaný hydratovaný hafnium oxychlorid HFOCL2 · 8H2O v kryštáloch hydrochlorovej kyseliny kyseliny HAFNIUM Tetrachlorid roztok.
4-valenta Hafnium je tiež náchylné na tvorbu komplexov s fluoridom pozostávajúcim z K2HFF6, K3HFF7, (NH4) 2HFF6 a (NH4) 3HFF7. Tieto komplexy sa použili na separáciu zirkónia a hafnium.
Bežné zlúčeniny:
Oxid hafnium: názov oxidu hafnium; Oxid hafnium; Molekulárny vzorec: HFO2 [4]; Vlastnosť: biely prášok s tromi kryštálovými štruktúrami: monoklinické, tetragonálne a kubické. Hustoty sú 10,3, 10,1 a 10,43 g/cm3. Bod tavenia 2780-2920K. Bod varu 5400k. Koeficient tepelnej expanzie 5,8 × 10-6/℃. Nerozpustné vo vode, kyseline chlorovodíkovej a kyseliny dusičného, ale rozpustné v koncentrovanej kyseline sírovej a kyseliny hydrofluorovej. Produkované tepelným rozkladom alebo hydrolýzou zlúčenín, ako je hafnium síran a oxychlorid hafnium. Suroviny na výrobu zliatin kovu Hafnium a Hafnium. Používa sa ako refraktérne materiály, anti rádioaktívne povlaky a katalyzátory. [5] HFO na úrovni atómovej energie je produkt získaný súčasne pri výrobe zro atómovej energie. Od sekundárnej chlorácie sú procesy čistenia, redukcie a vysávača takmer identické s procesmi zirkónium.
Hafnium tetrachlorid: Hafnium (IV) chlorid, molekulárny vzorec hafnium tetrachloridu molekulárna vzorec HFCL4 Molekulová hmotnosť 320,30 znak: biely kryštalický blok. Citlivé na vlhkosť. Rozpustný v acetóne a metanolu. Hydrolyzujte vo vode na výrobu oxychloridu hafnium (HFOCL2). Zahrievajte na 250 ℃ a odparte sa. Podráždenie očí, respiračného systému a pokožky.
Hafnium hydroxid: Hafnium hydroxid (H4HFO4), zvyčajne prítomný ako hydratovaný oxid HFO2 · NH2O, je rozpustný vo vode, ľahko rozpustný v kyselinách anorganických, nerozpustných v amoniaku a zriedkavo rozpustný v hydroxidu sodného. Teplo na 100 ° Na generovanie HFO HFO (OH) 2 HAFNIUM Hydroxidu (OH) 2. Zrážačka hydroxidu hafnium je možné získať reakciou soli Hafnium (IV) s amoniakovou vodou. Môže sa použiť na výrobu iných zlúčenín hafnium.
História výskumu
História objavu:
V roku 1923 švédsky chemik Hervey a holandský fyzik D. Koster objavil Hafnium v zirkóne vyrobenom v Nórsku a Grónsku a nazval ho Hafnium, ktorý pochádza z latinského názvu Hafnia z Kodane. V roku 1925 Hervey a Coster oddelili zirkón a titán pomocou metódy frakčnej kryštalizácie fluórovaných komplexných solí, aby sa získali čisté hafniové soli; A znížte hafniovú soľ kovovým sodíkom, aby ste získali čistý kov Hafnium. Hervey pripravil vzorku niekoľkých miligramov čistého hafnium.
Chemické experimenty na zirkónium a hafnium:
V experimente, ktorý uskutočnil profesor Carl Collins na University of Texas v roku 1998, sa tvrdilo, že gama ožiarené HAFnium 178M2 (izomér HAFnium-178m2 [7]) môže uvoľňovať obrovskú energiu, čo je päť rádov vyššie ako chemické reakcie, ale tri súťaže s veľkosťou nižšie ako jadrové reakcie. [8] HF178M2 (HAFnium 178M2) má najdlhšiu životnosť medzi podobnými izotopmi s dlhou životnosťou: HF178M2 (HAFnium 178M2) má polčas 31 rokov, čo vedie k prirodzenej rádioaktivite približne 1,6 biliónov. Collinsova správa uvádza, že jeden gram čistého HF178M2 (Hafnium 178M2) obsahuje približne 1330 megajoulov, čo je ekvivalentné energii uvoľnenej výbuchom 300 kilogramov výbušnení TNT. Collinsova správa naznačuje, že všetka energia v tejto reakcii sa uvoľňuje vo forme röntgenových lúčov alebo gama lúčov, ktoré uvoľňujú energiu extrémne rýchlej rýchlosti a HF178M2 (HAFnium 178M2) môže stále reagovať pri extrémne nízkych koncentráciách. [9] Pentagon pridelil prostriedky na výskum. In the experiment, the signal-to-noise ratio was very low (with significant errors), and since then, despite multiple experiments by scientists from multiple organizations including the United States Department of Defense Advanced Projects Research Agency (DARPA) and JASON Defense Advisory Group [13], no scientist has been able to achieve this reaction under the conditions claimed by Collins, and Collins has not provided strong evidence to prove the existence of this reaction, Collins proposed a method of using induced gamma Emisia lúčov na uvoľnenie energie z HF178M2 (HAFnium 178M2) [15], ale iní vedci teoreticky dokázali, že túto reakciu nie je možné dosiahnuť. [16] HF178M2 (Hafnium 178M2) sa všeobecne verí v akademickej komunite, že nie je zdrojom energie
Pole aplikácie:
Hafnium je veľmi užitočné kvôli svojej schopnosti emitovať elektróny, napríklad tak, že sa používa ako vlákno v žiarovkách. Ako elektródy pre elektródy pre vysokorýchlostné vypúšťacie skúmavky sa používajú ako katóda pre röntgenové trubice a zliatiny hafnium a volfrámu alebo molybdénu. Bežne sa používajú v priemysle výroby drôtov v katóde a volfrámovom priemysle pre röntgenové lúče. Pure Hafnium je dôležitým materiálom v odvetví atómovej energie kvôli jeho plasticite, ľahkému spracovaniu, vysokej teplotnej odolnosti a odolnosti proti korózii. Hafnium má veľký prierez zachytávania tepelných neutrónov a je ideálnym absorbérom neutrónov, ktorý sa môže použiť ako kontrolná tyč a ochranné zariadenie pre atómové reaktory. Hafnium prášok sa môže použiť ako hnacianka pre rakety. Katóda röntgenových trubíc sa môže vyrábať v elektrickom priemysle. Zliatina Hafnium môže slúžiť ako predná ochranná vrstva pre raketové dýzy a kĺzanie lietadiel, zatiaľ čo zliatina HF TA sa môže použiť na výrobu nástrojovej ocele a odporových materiálov. Hafnium sa používa ako aditívny prvok v zliatinách odolných voči teplom, ako je volfrám, molybdén a tantalum. HFC môže byť použitý ako prísada pre tvrdé zliatiny kvôli svojej vysokej tvrdosti a bodu topenia. Bod topenia 4tachfc je približne 4215 ℃, čo z neho robí zlúčeninu s najvyšším známym bodom topenia. Hafnium sa môže použiť ako getter v mnohých inflačných systémoch. Getters Hafnium môžu v systéme odstrániť zbytočné plyny, ako je kyslík a dusík. Hafnium sa často používa ako prísada v hydraulickom oleji na zabránenie prchavosti hydraulického oleja počas vysokorizikových operácií a má silné vlastnosti proti volatility. Preto sa všeobecne používa v priemyselnom hydraulickom oleji. Lekársky hydraulický olej.
Element Hafnium sa používa aj v najnovších nanoprocesoroch Intel 45. Vzhľadom na výrobu oxidu kremíka (SIO2) a jeho schopnosti znížiť hrúbku, aby sa neustále zlepšovali výkonnosť tranzistora, výrobcovia procesorov používajú oxid kremíka ako materiál pre dielektriku brány. Keď spoločnosť Intel zaviedla proces výroby 65 nanometrov, hoci sa vynaložila všetko úsilie na zníženie hrúbky kremíkového oxidového dielektrika do 1,2 nanometrov, čo zodpovedá 5 vrstvám atómov, náročnosť spotreby energie a rozptyľovania tepla by sa tiež zvýšili, keď sa tranzistor znížil na veľkosť AMOM, čo by malo za následok prúdovú odpadovú časť a potrebnú odpadovú energiu. Preto, ak sa súčasné materiály naďalej používajú a hrúbka sa ďalej zníži, únik dielektrika brány sa výrazne zvýši, čím zníži tranzistorovú technológiu na svoje limity. Na vyriešenie tohto kritického problému spoločnosť Intel plánuje používať hrubšie materiály s vysokými K (materiály na báze Hafnium) ako dielektriky brány namiesto oxidu kremíka, ktorý úspešne znížil únik o viac ako 10 -krát. V porovnaní s predchádzajúcou generáciou technológie 65 Nm, proces 45nm spoločnosti Intel zvyšuje hustotu tranzistora takmer dvakrát, čo umožňuje zvýšenie celkového počtu tranzistorov alebo zníženie objemu procesora. Okrem toho je výkon potrebný na prepínanie tranzistora nižší, čím sa zníži spotreba energie takmer o 30%. Vnútorné spojenia sú vyrobené z medeného drôtu spárovaného s nízkym dielektrickým dielektrickým, hladko zlepšujú účinnosť a znižujú spotrebu energie a rýchlosť prepínania je asi o 20% rýchlejšia
Distribúcia minerálov:
Hafnium má vyššiu hojnosť kôry ako bežne používané kovy, ako sú bizmut, kadmium a ortuť, a je rovnocenné obsahom berylíliu, germániu a uránu. Všetky minerály obsahujúce zirkón obsahujú hafnium. Zirkón používaný v priemysle obsahuje 0,5-2% Hafnium. Zirkón berylia (Alvite) v sekundárnej zirkónnej rudi môže obsahovať až 15% hafnium. K dispozícii je tiež typ metamorfného zirkónu, cyrtolitu, ktorý obsahuje viac ako 5% HFO. Záhrady posledných dvoch minerálov sú malé a ešte neboli prijaté v priemysle. Hafnium sa obnovuje hlavne počas výroby zirkónia.
Existuje vo väčšine zirkónnych rud. [18] [19] Pretože v kôre je veľmi malý obsah. Často koexistuje so zirkónom a nemá samostatnú rudu.
Metóda prípravy:
1. Môže sa pripraviť redukciou horčíka hafnium tetrachloridu alebo tepelným rozkladom jodidu hafnium. HFCL4 a K2HFF6 sa môžu použiť aj ako suroviny. Proces elektrolytickej výroby v tavenine NaCl KCl HFCL4 alebo K2HFF6 je podobný ako pri elektrolytickej produkcii zirkónium.
2. Hafnium koexistuje so zirkónom a pre hafnium neexistuje samostatná surovina. Surovina na výrobu hafnium je hrubý oxid hafnium oddelený počas procesu výroby zirkónia. Extrahujte oxid hafnium pomocou iónovej výmennej živice a potom použite rovnakú metódu ako zirkónia na prípravu kovu hafnium z tohto oxidu hafnium.
3. Môže sa pripraviť CO zahrievaním hafnium tetrachloridu (HFCL4) sodíkom redukciou.
Najskoršími metódami separácie zirkónia a hafnium boli frakčná kryštalizácia fluórovaných komplexných solí a frakčné zrážanie fosfátov. Tieto metódy sú ťažkopádne na prevádzku a sú obmedzené na laboratórne použitie. Nové technológie na oddelenie zirkónium a hafnium, ako je detillácia frakcionácie, extrakcia rozpúšťadiel, výmena iónov a adsorpcia frakcionácie, sa objavili jeden po druhom, pričom extrakcia rozpúšťadla bola praktickejšia. Dva bežne používané separačné systémy sú systém tiocyanátu cyklohexanónu a systém kyseliny dusičnej dusičnej tributylfosfátom. Výrobky získané vyššie uvedenými metódami sú všetky hydroxid hafnium a čistý oxid hafnium sa dá získať kalcináciou. Hafnium s vysokou čistotou sa dá získať metódou výmeny iónov.
V priemysle sa výroba kovového hafnium často týka procesu Kroll a proces Debora Aker. Kroll proces zahŕňa redukciu hafnium tetrachloridu pomocou kovového horčíka:
2mg+HFCL4- → 2MGCL2+HF
Metóda Debora Aker, známa tiež ako metóda jodizácie, sa používa na čistenie špongie, ako je hafnium a získanie kovového hafnium.
5. Tavenie hafnium je v podstate rovnaké ako v zirkónii:
Prvým krokom je rozklad rudy, ktorý zahŕňa tri metódy: chloráciu zirkónu na získanie (Zr, HF) Cl. Alkali topenie zirkónu. Zirkón sa topí s NaOH približne 600 a viac ako 90% (ZR, HF) O sa transformuje na Na (Zr, HF) O, s SIO transformovaným na Nasio, ktoré sa rozpustí vo vode na odstránenie. NA (ZR, HF) O sa môže použiť ako pôvodný roztok na oddelenie zirkónia a hafnium po rozpustení v HNO. Prítomnosť SIO koloidov však sťažuje separáciu extrakcie rozpúšťadla. Spekajte s KSIF a namočte do vody, aby sa získal roztok K (Zr, HF) F. Roztok môže oddeliť zirkón a hafnium frakčnou kryštalizáciou;
Druhým krokom je separácia zirkónium a hafnium, ktoré je možné dosiahnuť pomocou metód separácie extrakcie rozpúšťadla pomocou systému MIBK kyseliny hydrochlorovodíkovej (metylizobutylketón) a HNO-TBP (tributylfosfátový) systém. Technológia viacstupňovej frakcionácie s využitím rozdielu v tlaku pary medzi HFCL a ZRCL sa topí pod vysokým tlakom (nad 20 atmosférami), čo môže ušetriť sekundárny chloračný proces a znížiť náklady. V dôsledku problému korózie (ZR, HF) CL a HCl však nie je ľahké nájsť vhodné materiály na frakcionáciu a tiež zníži kvalitu ZRCL a HFCL, čo zvyšuje náklady na čistenie. V 70. rokoch 20. storočia bola stále v štádiu testovania stredných rastlín;
Tretím krokom je sekundárna chlorácia HFO, aby sa získala surový HFCL na zníženie;
Štvrtým krokom je čistenie redukcie HFCL a horčíka. Tento proces je rovnaký ako čistenie a redukcia ZRCL a výsledným polotovarovým produktom je hrubá špongia hafnium;
Piatym krokom je vákuum destilovať surovú špongiu hafnium na odstránenie MGCL a obnovenie nadbytočného kovového horčíka, čo má za následok hotový produkt špongiového kovového hafnium. Ak redukčné činidlo používa sodík namiesto horčíka, piaty krok by sa mal zmeniť na ponorenie vody
Metóda ukladania:
Uložte do chladného a vetraného skladu. Držte sa ďalej od iskier a zdrojov tepla. Mal by sa skladovať oddelene od oxidantov, kyselín, halogénov atď. A vyhnúť sa miešaniu skladovania. Používanie osvetľovacích a ventilačných zariadení odolných voči výbuchu. Zakážte používanie mechanických zariadení a nástrojov, ktoré sú náchylné na iskry. Skladovací priestor by mal byť vybavený vhodnými materiálmi, ktoré obsahujú úniky.
Čas príspevku: 25. september-2023