ฮาฟเนียม, โลหะ Hf เลขอะตอม 72 น้ำหนักอะตอม 178.49 เป็นโลหะทรานซิชันสีเทาเงินมันเงา
แฮฟเนียมมีไอโซโทปเสถียรตามธรรมชาติ 6 ชนิด ได้แก่ แฮฟเนียม 174, 176, 177, 178, 179 และ 180 แฮฟเนียมไม่ทำปฏิกิริยากับกรดไฮโดรคลอริกเจือจาง กรดซัลฟิวริกเจือจาง และสารละลายอัลคาไลน์เข้มข้น แต่ละลายได้ในกรดไฮโดรฟลูออริกและกรดกัดทองในน้ำ ชื่อองค์ประกอบมาจากชื่อภาษาละตินของเมืองโคเปนเฮเกน
ในปี 1925 นักเคมีชาวสวีเดน Hervey และนักฟิสิกส์ชาวดัตช์ Koster ได้รับเกลือแฮฟเนียมบริสุทธิ์โดยการตกผลึกแบบแยกส่วนของเกลือเชิงซ้อนที่มีฟลูออริเนต แล้วรีดิวซ์ด้วยโซเดียมโลหะเพื่อให้ได้แฮฟเนียมโลหะบริสุทธิ์ ฮาฟเนียมประกอบด้วยเปลือกโลก 0.00045% และมักเกี่ยวข้องกับเซอร์โคเนียมในธรรมชาติ
ชื่อสินค้า: แฮฟเนียม
สัญลักษณ์ธาตุ: Hf
น้ำหนักอะตอม: 178.49
ประเภทองค์ประกอบ: องค์ประกอบโลหะ
คุณสมบัติทางกายภาพ:
ฮาฟเนียมเป็นโลหะสีเทาเงินที่มีความแวววาวของโลหะ โลหะฮาฟเนียมมีสองรูปแบบ: α แฮฟเนียมเป็นรูปแบบที่อัดแน่นเป็นรูปหกเหลี่ยม (1750 ℃) โดยมีอุณหภูมิการเปลี่ยนแปลงสูงกว่าเซอร์โคเนียม โลหะฮาฟเนียมมีรูปแบบที่จัดสรรได้หลากหลายที่อุณหภูมิสูง โลหะฮาฟเนียมมีส่วนตัดขวางการดูดกลืนนิวตรอนสูงและสามารถใช้เป็นวัสดุควบคุมเครื่องปฏิกรณ์ได้
โครงสร้างผลึกมีสองประเภท: การบรรจุหนาแน่นหกเหลี่ยมที่อุณหภูมิต่ำกว่า 1300 ℃ ( α- สมการ); ที่อุณหภูมิสูงกว่า 1300 ℃ ร่างกายจะมีลูกบาศก์เป็นศูนย์กลาง ( β- สมการ) โลหะที่มีความเป็นพลาสติกซึ่งจะแข็งตัวและเปราะเมื่อมีสิ่งสกปรก มีความเสถียรในอากาศ จะมืดลงเฉพาะบนพื้นผิวเมื่อถูกเผา เส้นใยสามารถจุดไฟได้ด้วยเปลวไฟจากไม้ขีด คุณสมบัติคล้ายกับเซอร์โคเนียม ไม่ทำปฏิกิริยากับน้ำ กรดเจือจาง หรือเบสแก่ แต่ละลายได้ง่ายในกรดอะควารีเจียและกรดไฮโดรฟลูออริก ส่วนใหญ่อยู่ในสารประกอบที่มีเวเลนซ์ a+4 โลหะผสมแฮฟเนียม (Ta4HfC5) เป็นที่รู้กันว่ามีจุดหลอมเหลวสูงสุด (ประมาณ 4215 ℃)
โครงสร้างผลึก: เซลล์คริสตัลเป็นรูปหกเหลี่ยม
หมายเลข CAS: 7440-58-6
จุดหลอมเหลว: 2227 ℃
จุดเดือด: 4602 ℃
คุณสมบัติทางเคมี:
คุณสมบัติทางเคมีของแฮฟเนียมมีความคล้ายคลึงกับเซอร์โคเนียมมาก และมีความต้านทานการกัดกร่อนได้ดี และไม่กัดกร่อนได้ง่ายด้วยสารละลายกรดด่างในน้ำทั่วไป ละลายได้ง่ายในกรดไฮโดรฟลูออริกเพื่อสร้างสารเชิงซ้อนฟลูออริเนต ที่อุณหภูมิสูง ฮาฟเนียมยังสามารถรวมตัวกับก๊าซ เช่น ออกซิเจนและไนโตรเจน ได้โดยตรงเพื่อสร้างออกไซด์และไนไตรด์
แฮฟเนียมมักมีเวเลนซ์ +4 ในสารประกอบ สารประกอบหลักคือแฮฟเนียมออกไซด์เอชเอฟโอ2 แฮฟเนียมออกไซด์มีสามสายพันธุ์ที่แตกต่างกัน:แฮฟเนียมออกไซด์ที่ได้จากการเผาแฮฟเนียมซัลเฟตและคลอไรด์ออกไซด์อย่างต่อเนื่องเป็นตัวแปรโมโนคลินิก ฮาฟเนียมออกไซด์ที่ได้จากการให้ความร้อนไฮดรอกไซด์ของแฮฟเนียมที่อุณหภูมิประมาณ 400 ℃ เป็นตัวแปรแบบเตตระโกนัล หากเผาที่อุณหภูมิสูงกว่า 1,000 ℃ จะได้ตัวแปรลูกบาศก์ สารประกอบอีกชนิดหนึ่งคือแฮฟเนียมเตตระคลอไรด์ซึ่งเป็นวัตถุดิบในการเตรียมแฮฟเนียมโลหะและสามารถเตรียมได้โดยการทำปฏิกิริยาก๊าซคลอรีนกับส่วนผสมของแฮฟเนียมออกไซด์และคาร์บอน แฮฟเนียม เตตระคลอไรด์สัมผัสกับน้ำและไฮโดรไลซ์ทันทีเป็น HfO (4H2O) 2+ไอออนที่มีความเสถียรสูง HfO2+ไอออนมีอยู่ในสารประกอบแฮฟเนียมหลายชนิด และสามารถตกผลึกแฮฟเนียมออกซีคลอไรด์ที่มีรูปทรงเข็มเป็นผลึก HfOCl2 · 8H2O ในสารละลายแฮฟเนียมเตตระคลอไรด์ที่ทำให้เป็นกรดของกรดไฮโดรคลอริก
ฮาฟเนียม 4 วาเลนต์ยังมีแนวโน้มที่จะเกิดสารเชิงซ้อนกับฟลูออไรด์อีกด้วย ซึ่งประกอบด้วย K2HfF6, K3HfF7, (NH4) 2HfF6 และ (NH4) 3HfF7 สารเชิงซ้อนเหล่านี้ถูกนำมาใช้เพื่อแยกเซอร์โคเนียมและฮาฟเนียม
สารประกอบทั่วไป:
แฮฟเนียมไดออกไซด์ ชื่อ แฮฟเนียมไดออกไซด์; แฮฟเนียมไดออกไซด์; สูตรโมเลกุล: HfO2 [4]; คุณสมบัติ: ผงสีขาวที่มีโครงสร้างผลึกสามแบบ: โมโนคลินิก เตตรากอนอล และคิวบิก ความหนาแน่นคือ 10.3, 10.1 และ 10.43g/cm3 ตามลำดับ จุดหลอมเหลว 2780-2920K. จุดเดือด 5400K. ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน 5.8 × 10-6/℃ ไม่ละลายในน้ำ กรดไฮโดรคลอริก และกรดไนตริก แต่ละลายได้ในกรดซัลฟิวริกเข้มข้นและกรดไฮโดรฟลูออริก ผลิตโดยการสลายตัวด้วยความร้อนหรือการไฮโดรไลซิสของสารประกอบ เช่น แฮฟเนียมซัลเฟต และแฮฟเนียมออกซีคลอไรด์ วัตถุดิบสำหรับการผลิตโลหะแฮฟเนียมและโลหะผสมแฮฟเนียม ใช้เป็นวัสดุทนไฟ สารเคลือบป้องกันกัมมันตภาพรังสี และตัวเร่งปฏิกิริยา [5] ระดับพลังงานปรมาณู HfO เป็นผลิตภัณฑ์ที่ได้รับพร้อมกันเมื่อผลิตระดับพลังงานปรมาณู ZrO เริ่มต้นจากการทำคลอรีนทุติยภูมิ กระบวนการทำให้บริสุทธิ์ การลดขนาด และการกลั่นแบบสุญญากาศแทบจะเหมือนกับกระบวนการของเซอร์โคเนียม
แฮฟเนียมเตตระคลอไรด์: แฮฟเนียม (IV) คลอไรด์, แฮฟเนียม เตตราคลอไรด์ สูตรโมเลกุล HfCl4 น้ำหนักโมเลกุล 320.30 ลักษณะ: บล็อกผลึกสีขาว ไวต่อความชื้น ละลายได้ในอะซิโตนและเมทานอล ไฮโดรไลซ์ในน้ำเพื่อผลิตแฮฟเนียมออกซีคลอไรด์ (HfOCl2) ตั้งความร้อนถึง 250 ℃ แล้วระเหย ระคายเคืองต่อดวงตา ระบบทางเดินหายใจ และผิวหนัง.
แฮฟเนียมไฮดรอกไซด์: แฮฟเนียมไฮดรอกไซด์ (H4HfO4) ซึ่งมักปรากฏเป็นไฮเดรตออกไซด์ HfO2 · nH2O ไม่ละลายในน้ำ ละลายได้ง่ายในกรดอนินทรีย์ ไม่ละลายในแอมโมเนีย และไม่ค่อยละลายในโซเดียมไฮดรอกไซด์ ให้ความร้อนถึง 100 ℃ เพื่อสร้างแฮฟเนียมไฮดรอกไซด์ HfO (OH) 2. ตะกอนแฮฟเนียมไฮดรอกไซด์สีขาวสามารถรับได้โดยการทำปฏิกิริยาเกลือแฮฟเนียม (IV) ด้วยน้ำแอมโมเนีย สามารถใช้ผลิตสารประกอบแฮฟเนียมอื่นๆ ได้
ประวัติการวิจัย
ประวัติการค้นพบ:
ในปี 1923 นักเคมีชาวสวีเดน Hervey และนักฟิสิกส์ชาวดัตช์ D. Koster ค้นพบแฮฟเนียมในเพทายที่ผลิตในนอร์เวย์และกรีนแลนด์ และตั้งชื่อให้ว่าแฮฟเนียม ซึ่งมีต้นกำเนิดมาจากชื่อภาษาละติน Hafnia แห่งโคเปนเฮเกน ในปี 1925 เฮอร์วีย์และคอสเตอร์แยกเซอร์โคเนียมและไทเทเนียมโดยใช้วิธีการตกผลึกแบบแยกส่วนของเกลือเชิงซ้อนที่มีฟลูออริเนตเพื่อให้ได้เกลือแฮฟเนียมบริสุทธิ์ และลดเกลือแฮฟเนียมด้วยโซเดียมโลหะเพื่อให้ได้แฮฟเนียมโลหะบริสุทธิ์ เฮอร์วีย์เตรียมตัวอย่างฮาฟเนียมบริสุทธิ์จำนวนหลายมิลลิกรัม
การทดลองทางเคมีกับเซอร์โคเนียมและแฮฟเนียม:
ในการทดลองที่ดำเนินการโดยศาสตราจารย์คาร์ล คอลลินส์ แห่งมหาวิทยาลัยเท็กซัสเมื่อปี 1998 อ้างว่าแฮฟเนียมที่ผ่านการฉายรังสีแกมมา 178 ตร.ม. (ไอโซเมอร์แฮฟเนียม-178 ตร.ม. [7]) สามารถปลดปล่อยพลังงานจำนวนมหาศาลได้ ซึ่งสูงกว่าปฏิกิริยาทางเคมีถึง 5 เท่า มีขนาดต่ำกว่าปฏิกิริยานิวเคลียร์สามเท่า [8] Hf178m2 (แฮฟเนียม 178m2) มีอายุขัยยาวนานที่สุดในบรรดาไอโซโทปที่มีอายุยืนยาวที่คล้ายกัน: Hf178m2 (แฮฟเนียม 178m2) มีครึ่งชีวิต 31 ปี ส่งผลให้มีกัมมันตภาพรังสีตามธรรมชาติประมาณ 1.6 ล้านล้านเบคเคอเรล รายงานของคอลลินส์ระบุว่า Hf178m2 บริสุทธิ์หนึ่งกรัม (แฮฟเนียม 178m2) มีประมาณ 1,330 เมกะจูล ซึ่งเทียบเท่ากับพลังงานที่ปล่อยออกมาจากการระเบิดของระเบิดทีเอ็นที 300 กิโลกรัม รายงานของคอลลินส์ระบุว่าพลังงานทั้งหมดในปฏิกิริยานี้ถูกปล่อยออกมาในรูปของรังสีเอกซ์หรือรังสีแกมมา ซึ่งปล่อยพลังงานในอัตราที่รวดเร็วมาก และ Hf178m2 (แฮฟเนียม 178m2) ยังคงสามารถทำปฏิกิริยาที่ความเข้มข้นต่ำมากได้ [9] เพนตากอนได้จัดสรรเงินทุนเพื่อการวิจัย ในการทดลอง อัตราส่วนสัญญาณต่อเสียงรบกวนต่ำมาก (โดยมีข้อผิดพลาดที่สำคัญ) และตั้งแต่นั้นมา แม้จะมีการทดลองหลายครั้งโดยนักวิทยาศาสตร์จากหลายองค์กร รวมถึงสำนักงานวิจัยโครงการขั้นสูงของกระทรวงกลาโหมสหรัฐอเมริกา (DARPA) และที่ปรึกษาด้านการป้องกันของ JASON กลุ่ม [13] ไม่มีนักวิทยาศาสตร์คนใดสามารถบรรลุปฏิกิริยานี้ภายใต้เงื่อนไขที่คอลลินส์อ้างสิทธิ์ และคอลลินส์ไม่ได้ให้หลักฐานที่หนักแน่นเพื่อพิสูจน์การมีอยู่ของปฏิกิริยานี้ คอลลินส์เสนอวิธีการใช้การปล่อยรังสีแกมมาเหนี่ยวนำเพื่อปลดปล่อยพลังงานจาก Hf178m2 (แฮฟเนียม 178m2) [15] แต่นักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ ได้พิสูจน์ในทางทฤษฎีแล้วว่าปฏิกิริยานี้ไม่สามารถทำได้ [16] Hf178m2 (แฮฟเนียม 178m2) เชื่อกันอย่างกว้างขวางในชุมชนวิชาการว่าไม่เป็นแหล่งพลังงาน
ฟิลด์แอปพลิเคชัน:
แฮฟเนียมมีประโยชน์มากเนื่องจากสามารถปล่อยอิเล็กตรอนออกมาได้ เช่น ใช้เป็นไส้หลอดในหลอดไส้ ใช้เป็นแคโทดสำหรับหลอดเอ็กซ์เรย์ และโลหะผสมของแฮฟเนียม ทังสเตน หรือโมลิบดีนัมถูกใช้เป็นอิเล็กโทรดสำหรับท่อระบายไฟฟ้าแรงสูง นิยมใช้ในอุตสาหกรรมการผลิตลวดแคโทดและทังสเตนสำหรับรังสีเอกซ์ ฮาฟเนียมบริสุทธิ์เป็นวัสดุที่สำคัญในอุตสาหกรรมพลังงานปรมาณูเนื่องจากมีความเป็นพลาสติก แปรรูปง่าย ทนต่ออุณหภูมิสูง และทนต่อการกัดกร่อน ฮาฟเนียมมีหน้าตัดจับนิวตรอนความร้อนขนาดใหญ่ และเป็นตัวดูดซับนิวตรอนในอุดมคติ ซึ่งสามารถใช้เป็นแกนควบคุมและอุปกรณ์ป้องกันสำหรับเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณู ผงแฮฟเนียมสามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงขับเคลื่อนจรวดได้ แคโทดของหลอดเอ็กซ์เรย์สามารถผลิตได้ในอุตสาหกรรมไฟฟ้า โลหะผสมแฮฟเนียมสามารถใช้เป็นชั้นป้องกันด้านหน้าสำหรับหัวฉีดจรวดและเครื่องบินร่อนกลับ ในขณะที่โลหะผสม Hf Ta สามารถใช้ในการผลิตเหล็กกล้าเครื่องมือและวัสดุต้านทาน แฮฟเนียมถูกใช้เป็นองค์ประกอบเสริมในโลหะผสมทนความร้อน เช่น ทังสเตน โมลิบดีนัม และแทนทาลัม HfC สามารถใช้เป็นสารเติมแต่งสำหรับโลหะผสมแข็งได้เนื่องจากมีความแข็งและจุดหลอมเหลวสูง จุดหลอมเหลวของ 4TaCHfC อยู่ที่ประมาณ 4215 ℃ ทำให้เป็นสารประกอบที่มีจุดหลอมเหลวสูงสุดที่ทราบ แฮฟเนียมสามารถใช้เป็นสารทะเยอทะยานได้ในระบบอัตราเงินเฟ้อหลายระบบ ตัวรับแฮฟเนียมสามารถกำจัดก๊าซที่ไม่จำเป็น เช่น ออกซิเจนและไนโตรเจนที่มีอยู่ในระบบได้ แฮฟเนียมมักถูกใช้เป็นสารเติมแต่งในน้ำมันไฮดรอลิกเพื่อป้องกันการระเหยของน้ำมันไฮดรอลิกในระหว่างการปฏิบัติงานที่มีความเสี่ยงสูง และมีคุณสมบัติป้องกันความผันผวนสูง ดังนั้นจึงมักใช้กับน้ำมันไฮดรอลิกอุตสาหกรรม น้ำมันไฮดรอลิกทางการแพทย์
องค์ประกอบฮาฟเนียมยังใช้ในโปรเซสเซอร์นาโน Intel 45 รุ่นล่าสุดอีกด้วย เนื่องจากความสามารถในการผลิตซิลิคอนไดออกไซด์ (SiO2) และความสามารถในการลดความหนาเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของทรานซิสเตอร์อย่างต่อเนื่อง ผู้ผลิตโปรเซสเซอร์จึงใช้ซิลิกอนไดออกไซด์เป็นวัสดุสำหรับไดอิเล็กทริกเกต เมื่อ Intel เปิดตัวกระบวนการผลิต 65 นาโนเมตร แม้ว่าจะพยายามทุกวิถีทางเพื่อลดความหนาของอิเล็กทริกเกทซิลิคอนไดออกไซด์เหลือ 1.2 นาโนเมตร ซึ่งเทียบเท่ากับอะตอม 5 ชั้น ความยากในการใช้พลังงานและการกระจายความร้อนก็จะเพิ่มขึ้นเช่นกันเมื่อทรานซิสเตอร์ ถูกลดขนาดลงเหลือเท่าอะตอม ส่งผลให้เกิดของเสียในปัจจุบันและพลังงานความร้อนที่ไม่จำเป็น ดังนั้น หากยังคงใช้วัสดุในปัจจุบันต่อไปและความหนาลดลงอีก การรั่วไหลของไดอิเล็กตริกเกตจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก ซึ่งเป็นการนำเทคโนโลยีทรานซิสเตอร์ไปสู่ขีดจำกัด เพื่อแก้ไขปัญหาที่สำคัญนี้ Intel กำลังวางแผนที่จะใช้วัสดุ K สูงที่มีความหนามากขึ้น (วัสดุที่ใช้แฮฟเนียม) เป็นเกตไดอิเล็กตริกแทนซิลิคอนไดออกไซด์ ซึ่งประสบความสำเร็จในการลดการรั่วไหลได้มากกว่า 10 เท่า เมื่อเปรียบเทียบกับเทคโนโลยี 65 นาโนเมตรรุ่นก่อนหน้า กระบวนการ 45 นาโนเมตรของ Intel ช่วยเพิ่มความหนาแน่นของทรานซิสเตอร์ได้เกือบสองเท่า ทำให้สามารถเพิ่มจำนวนทรานซิสเตอร์ทั้งหมดหรือลดปริมาณโปรเซสเซอร์ลงได้ นอกจากนี้ พลังงานที่จำเป็นสำหรับการสลับทรานซิสเตอร์ยังลดลง ช่วยลดการใช้พลังงานได้เกือบ 30% การเชื่อมต่อภายในทำจากลวดทองแดงจับคู่กับอิเล็กทริก k ต่ำ ปรับปรุงประสิทธิภาพได้อย่างราบรื่นและลดการใช้พลังงาน และความเร็วในการเปลี่ยนเร็วขึ้นประมาณ 20%
การกระจายแร่ธาตุ:
ฮาฟเนียมมีความอุดมสมบูรณ์ของเปลือกโลกสูงกว่าโลหะที่ใช้กันทั่วไป เช่น บิสมัท แคดเมียม และปรอท และมีปริมาณเทียบเท่ากับเบริลเลียม เจอร์เมเนียม และยูเรเนียม แร่ธาตุทั้งหมดที่มีเซอร์โคเนียมประกอบด้วยแฮฟเนียม เพทายที่ใช้ในอุตสาหกรรมมีแฮฟเนียม 0.5-2% เบริลเลียมเพทาย (Alvite) ในแร่เซอร์โคเนียมทุติยภูมิสามารถมีฮาฟเนียมได้มากถึง 15% นอกจากนี้ยังมีเพทายแปรสภาพประเภทหนึ่งคือไซโตไลต์ซึ่งมี HfO มากกว่า 5% ปริมาณสำรองของแร่ธาตุทั้งสองชนิดหลังมีขนาดเล็กและยังไม่ได้ถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรม แฮฟเนียมส่วนใหญ่จะได้รับการกู้คืนในระหว่างการผลิตเซอร์โคเนียม
มันมีอยู่ในแร่เซอร์โคเนียมส่วนใหญ่ [18] [19] เนื่องจากมีเนื้อหาอยู่ในเปลือกโลกน้อยมาก มักอยู่ร่วมกับเซอร์โคเนียมและไม่มีแร่แยกจากกัน
วิธีการเตรียม:
1. สามารถเตรียมได้โดยการลดแมกนีเซียมของแฮฟเนียมเตตระคลอไรด์หรือการสลายตัวทางความร้อนของแฮฟเนียมไอโอไดด์ HfCl4 และ K2HfF6 ยังสามารถใช้เป็นวัตถุดิบได้อีกด้วย กระบวนการผลิตด้วยไฟฟ้าในการหลอม NaCl KCl HfCl4 หรือ K2HfF6 นั้นคล้ายคลึงกับการผลิตเซอร์โคเนียมด้วยไฟฟ้า
2. แฮฟเนียมอยู่ร่วมกับเซอร์โคเนียม และไม่มีวัตถุดิบแยกต่างหากสำหรับแฮฟเนียม วัตถุดิบสำหรับการผลิตแฮฟเนียมคือแฮฟเนียมออกไซด์ดิบที่แยกจากกันในระหว่างกระบวนการผลิตเซอร์โคเนียม แยกแฮฟเนียมออกไซด์โดยใช้เรซินแลกเปลี่ยนไอออน จากนั้นใช้วิธีการเดียวกับเซอร์โคเนียมในการเตรียมโลหะแฮฟเนียมจากแฮฟเนียมออกไซด์นี้
3. สามารถเตรียมได้โดยการให้ความร้อนร่วมกับแฮฟเนียมเตตระคลอไรด์ (HfCl4) กับโซเดียมโดยการรีดิวซ์
วิธีแรกสุดในการแยกเซอร์โคเนียมและแฮฟเนียมคือการตกผลึกแบบแยกส่วนของเกลือเชิงซ้อนที่มีฟลูออริเนต และการตกตะกอนแบบแยกส่วนของฟอสเฟต วิธีการเหล่านี้ยุ่งยากในการใช้งานและจำกัดเฉพาะการใช้ในห้องปฏิบัติการเท่านั้น เทคโนโลยีใหม่สำหรับการแยกเซอร์โคเนียมและแฮฟเนียม เช่น การกลั่นแบบแยกส่วน การสกัดด้วยตัวทำละลาย การแลกเปลี่ยนไอออน และการดูดซับแบบแยกส่วน ได้เกิดขึ้นทีละส่วน ด้วยการสกัดด้วยตัวทำละลายซึ่งใช้งานได้จริงมากขึ้น ระบบแยกที่ใช้กันทั่วไปสองระบบคือระบบไทโอไซยาเนตไซโคลเฮกซาโนนและระบบกรดไนตริกไตรบิวทิลฟอสเฟต ผลิตภัณฑ์ที่ได้จากวิธีการข้างต้นคือแฮฟเนียมไฮดรอกไซด์ทั้งหมด และสามารถรับแฮฟเนียมออกไซด์บริสุทธิ์ได้โดยการเผา ฮาฟเนียมที่มีความบริสุทธิ์สูงสามารถหาได้โดยวิธีแลกเปลี่ยนไอออน
ในอุตสาหกรรม การผลิตโลหะฮาฟเนียมมักเกี่ยวข้องกับทั้งกระบวนการ Kroll และกระบวนการ Debor Aker กระบวนการ Kroll เกี่ยวข้องกับการลดแฮฟเนียมเตตระคลอไรด์โดยใช้แมกนีเซียมของโลหะ:
2Mg+HfCl4- → 2MgCl2+Hf
วิธี Debor Aker หรือที่เรียกว่าวิธีการเติมไอโอดีน ใช้ในการทำให้ฟองน้ำ เช่น แฮฟเนียมบริสุทธิ์ และได้รับแฮฟเนียมโลหะอ่อนได้
5. การถลุงฮาฟเนียมโดยพื้นฐานแล้วจะเหมือนกับการถลุงเซอร์โคเนียม:
ขั้นตอนแรกคือการสลายตัวของแร่ ซึ่งเกี่ยวข้องกับสามวิธี: การคลอรีนของเพทายเพื่อให้ได้ (Zr, Hf) Cl อัลคาไลละลายของเพทาย เพทายละลายด้วย NaOH ที่ประมาณ 600 และมากกว่า 90% ของ (Zr, Hf) O เปลี่ยนเป็น Na (Zr, Hf) O โดยที่ SiO จะถูกเปลี่ยนเป็น NaSiO ซึ่งถูกละลายในน้ำเพื่อกำจัดออก Na (Zr, Hf) O สามารถใช้เป็นสารละลายดั้งเดิมสำหรับแยกเซอร์โคเนียมและแฮฟเนียมหลังจากละลายใน HNO อย่างไรก็ตาม การมีอยู่ของคอลลอยด์ SiO ทำให้การแยกตัวด้วยตัวทำละลายทำได้ยาก เผาด้วย KSiF แล้วแช่ในน้ำเพื่อให้ได้สารละลาย K (Zr, Hf) F สารละลายสามารถแยกเซอร์โคเนียมและแฮฟเนียมได้โดยการตกผลึกแบบเศษส่วน
ขั้นตอนที่สองคือการแยกเซอร์โคเนียมและแฮฟเนียม ซึ่งสามารถทำได้โดยใช้วิธีการแยกด้วยตัวทำละลายโดยใช้ระบบ MIBK (เมทิลไอโซบิวทิลคีโตน) ของกรดไฮโดรคลอริก และระบบ HNO-TBP (ไตรบิวทิลฟอสเฟต) เทคโนโลยีการแยกส่วนแบบหลายขั้นตอนโดยใช้ความแตกต่างของความดันไอระหว่าง HfCl และ ZrCl ละลายภายใต้แรงดันสูง (มากกว่า 20 บรรยากาศ) ได้รับการศึกษามานานแล้ว ซึ่งสามารถประหยัดกระบวนการคลอรีนทุติยภูมิและลดต้นทุนได้ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากปัญหาการกัดกร่อนของ (Zr, Hf) Cl และ HCl ทำให้การค้นหาวัสดุคอลัมน์การแยกส่วนที่เหมาะสมไม่ใช่เรื่องง่าย และยังจะลดคุณภาพของ ZrCl และ HfCl อีกด้วย ทำให้ต้นทุนการทำให้บริสุทธิ์เพิ่มขึ้น ในช่วงทศวรรษปี 1970 ยังอยู่ในขั้นตอนการทดสอบพืชขั้นกลาง
ขั้นตอนที่สามคือการเติมคลอรีนทุติยภูมิของ HfO เพื่อให้ได้ HfCl ดิบสำหรับรีดิวซ์
ขั้นตอนที่สี่คือการทำให้ HfCl และแมกนีเซียมลดลง กระบวนการนี้เหมือนกับการทำให้บริสุทธิ์และการลด ZrCl และผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูปที่ได้คือแฮฟเนียมฟองน้ำหยาบ
ขั้นตอนที่ห้าคือการกลั่นฮาฟเนียมฟองน้ำดิบด้วยสุญญากาศเพื่อกำจัด MgCl และนำแมกนีเซียมของโลหะส่วนเกินกลับคืนมา ส่งผลให้ได้ผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปของฟองน้ำโลหะฮาฟเนียม ถ้าตัวรีดิวซ์ใช้โซเดียมแทนแมกนีเซียม ขั้นตอนที่ห้าควรเปลี่ยนเป็นการแช่น้ำ
วิธีการเก็บรักษา:
เก็บในคลังสินค้าที่เย็นและมีอากาศถ่ายเท เก็บให้ห่างจากประกายไฟและแหล่งความร้อน ควรเก็บแยกจากสารออกซิแดนท์ กรด ฮาโลเจน ฯลฯ และหลีกเลี่ยงการจัดเก็บแบบผสม ใช้อุปกรณ์ส่องสว่างและการระบายอากาศที่ป้องกันการระเบิด ห้ามใช้อุปกรณ์เครื่องจักรกลและเครื่องมือที่เสี่ยงต่อการเกิดประกายไฟ พื้นที่จัดเก็บควรมีวัสดุที่เหมาะสมเพื่อป้องกันการรั่วซึม
เวลาโพสต์: Sep-25-2023