Hafniyum, metal HF, atom sayısı 72, atom ağırlığı 178.49, parlak gümüş gri bir geçiş metalidir.
Hafnium'un doğal olarak kararlı altı izotopu vardır: Hafnium 174, 176, 177, 178, 179 ve 180. Hafnium, seyreltik hidroklorik asit, seyreltik sülfürik asit ve güçlü alkalin çözeltileri ile reaksiyona girmez, ancak hidroflorik asit ve aqua regia'da çözünür. Öğe adı Kopenhag Şehri'nin Latince adından geliyor.
1925'te İsveçli kimyager Hervey ve Hollandalı fizikçi Koster, florlu kompleks tuzların fraksiyonel kristalleşmesi ile saf Hafnium tuzu elde ettiler ve saf metal Hafnium elde etmek için metalik sodyum ile azalttı. Hafnium, Dünya kabuğunun% 0.00045'ini içerir ve genellikle doğada zirkonyum ile ilişkilidir.
Ürün Adı: Hafnium
Element sembolü: HF
Atom ağırlığı: 178.49
Eleman Türü: Metalik Eleman
Fiziksel Özellikler:
Hafniyummetalik bir parlaklık ile gümüş gri bir metaldir; Metal Hafnium'un iki varyantı vardır: α Hafnium, zirkonyumdan daha yüksek bir dönüşüm sıcaklığına sahip altıgen yakından dolu bir varyanttır (1750 ℃). Metal Hafnium, yüksek sıcaklıklarda allotrop varyantlarına sahiptir. Metal Hafnium yüksek nötron emilim kesitine sahiptir ve reaktörler için bir kontrol malzemesi olarak kullanılabilir.
İki tip kristal yapı vardır: 1300 ℃（ α-denkleminin altındaki sıcaklıklarda altıgen yoğun ambalaj); 1300 ℃ üzerindeki sıcaklıklarda, vücut merkezli kübik （β- denklemidir). Safsızlıkların varlığında sertleşen ve kırılgan olan plastisiteye sahip bir metal. Havada stabil, sadece yakıldığında yüzeye kararır. Filamentler bir maçın alevi tarafından ateşlenebilir. Zirkonyum'a benzer özellikler. Su, seyreltik asitler veya güçlü bazlarla reaksiyona girmez, ancak aqua regia ve hidroflorik asitte kolayca çözünür. Esas olarak+4 değerliğine sahip bileşiklerde. Hafnium alaşımının (TA4HFC5) en yüksek erime noktasına sahip olduğu bilinmektedir (yaklaşık 4215 ℃).
Kristal Yapı: Kristal hücre altıgendir
CAS Numarası: 7440-58-6
Erime noktası: 2227 ℃
Kaynama Noktası: 4602 ℃
Kimyasal Özellikler:
Hafnium'un kimyasal özellikleri zirkonyumunkine çok benzer ve iyi korozyon direncine sahiptir ve genel asit alkali sulu çözeltiler tarafından kolayca aşındırılmaz; Florlu kompleksler oluşturmak için hidrofluorik asit içinde kolayca çözünür. Yüksek sıcaklıklarda Hafnium, oksijen ve nitrürler oluşturmak için oksijen ve azot gibi gazlarla doğrudan birleştirebilir.
Hafnium genellikle bileşiklerde+4 değerliğine sahiptir. Ana bileşikHafnium oksitHFO2. Hafnium oksitin üç farklı varyantı vardır:Hafnium oksitHafnium sülfat ve klorür oksidin sürekli kalsinasyonu ile elde edilen bir monoklinik varyanttır; Hafnium'un hidroksitinin yaklaşık 400 ℃ olarak ısıtılmasıyla elde edilen Hafnium oksit, dörtgen bir varyanttır; 1000 ℃ üzerinde kalsine edilirse, kübik bir varyant elde edilebilir. Başka bir bileşikHafnium tetraklorürMetal Hafnium'u hazırlamak için hammadde olan ve klor gazının bir Hafnium oksit ve karbon karışımına reaksiyona girerek hazırlanabilir. Hafnium tetraklorür su ile temas eder ve hemen yüksek derecede kararlı HFO (4H2O) 2+iyonlarına hidrolize olur. HFO2+iyonları, Hafnium'un birçok bileşiğinde bulunur ve hidroklorik asitli Hafnium tetraklorür çözeltisi içinde iğne şekilli hidratlı Hafnium oksiklorür HFocl2 · 8H2O kristallerini kristalleştirebilir.
4-Valent Hafnium ayrıca K2HFF6, K3HFF7, (NH4) 2HFF6 ve (NH4) 3HFF7'den oluşan florür ile kompleksler oluşturmaya eğilimlidir. Bu kompleksler zirkonyum ve Hafnium'un ayrılması için kullanılmıştır.
Ortak bileşikler:
Hafnium dioksit: adı Hafnium dioksit; Hafnium dioksit; Moleküler formül: HFO2 [4]; Özellik: Üç kristal yapıya sahip beyaz toz: monoklinik, tetragonal ve kübik. Yoğunluklar sırasıyla 10.3, 10.1 ve 10.43g/cm3'tür. Erime noktası 2780-2920k. Kaynama noktası 5400k. Termal Genişleme Katsayısı 5.8 × 10-6/℃. Su, hidroklorik asit ve nitrik asitte çözünmez, ancak konsantre sülfürik asit ve hidrofluorik asit içinde çözünür. Hafnium sülfat ve Hafnium oksiklorür gibi bileşiklerin termal ayrışması veya hidrolizi ile üretilir. Metal Hafnium ve Hafnium alaşımlarının üretimi için hammaddeler. Refrakter malzemeler, anti radyoaktif kaplamalar ve katalizörler olarak kullanılır. [5] Atom enerji seviyesi HFO, atom enerji seviyesi Zro üretilirken aynı anda elde edilen bir üründür. İkincil klorinasyondan başlayarak, saflaştırma, azaltma ve vakum damıtma işlemleri zirkonyum ile neredeyse aynıdır.
Hafnium tetraklorür: Hafnium (IV) Klorür, Hafnium tetraklorür moleküler formül HFCL4 moleküler ağırlık 320.30 Karakter: Beyaz kristal blok. Neme duyarlı. Aseton ve metanolde çözünür. Hafnium oksiklorür (HFOCL2) üretmek için suda hidrolize. 250 ℃ ısıtın ve buharlaşın. Gözlere, solunum sistemi ve cilde tahriş edici.
Hafnium hidroksit: genellikle hidratlanmış bir oksit HFO2 · NH2O olarak bulunan Hafnium hidroksit (H4HFO4), su içinde çözünmez, inorganik asitlerde kolayca çözünür, amonyak içinde çözünmez ve sodyum hidroksür içinde nadir çözünmez. Hafnium hidroksit HFO (OH) üretmek için 100 ℃ Isı. Diğer Hafnium bileşikleri üretmek için kullanılabilir.
Araştırma geçmişi
Keşif Geçmişi:
1923'te İsveçli kimyager Hervey ve Hollandalı fizikçi D. Koster, Norveç ve Grönland'da üretilen Zircon'da Hafnium'u keşfetti ve Kopenhag Hafnia adından kaynaklanan Hafnium adını verdi. 1925'te Hervey ve Coster, saf Hafnium tuzları elde etmek için florlu kompleks tuzların fraksiyonel kristalleşmesi yöntemini kullanarak zirkonyum ve titanyumu ayırdı; Ve saf metal Hafnium elde etmek için Hafnium tuzunu metalik sodyum ile azaltın. Hervey, birkaç miligram saf Hafnium örneği hazırladı.
Zirkonyum ve Hafnium üzerinde kimyasal deneyler:
Profesör Carl Collins tarafından 1998 yılında Texas Üniversitesi'nde yapılan bir deneyde, gamlamın Hafnium 178m2'nin (Hafnium-178m2 [7] izomeri, kimyasal reaksiyonlardan beş büyüklük sırası olan ancak nükleer reaksiyonlardan üç büyüklük sırası olan muazzam enerjiyi serbest bırakabileceği iddia edildi. [8] HF178M2 (Hafnium 178m2) benzer uzun ömürlü izotoplar arasında en uzun ömre sahiptir: HF178M2 (Hafnium 178m2) 31 yıllık bir yarı ömre sahiptir, bu da yaklaşık 1.6 trilyon boşluklu doğal radyoaktiviteye neden olur. Collins'in raporu, bir gramın saf HF178m2 (Hafnium 178m2), 300 kilogram TNT patlayıcının patlamasıyla salınan enerjiye eşdeğer olan yaklaşık 1330 megajoule içerdiğini belirtiyor. Collins'in raporu, bu reaksiyondaki tüm enerjinin, enerjiyi son derece hızlı bir oranda salan ve HF178M2 (Hafnium 178m2) hala son derece düşük konsantrasyonlarda reaksiyona girebilecek X-ışınları veya gama ışınları şeklinde salındığını göstermektedir. [9] Pentagon araştırma için fon tahsis etti. 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 Ray emisyonu HF178M2'den (Hafnium 178m2) [15] enerji salmak için, ancak diğer bilim adamları teorik olarak bu reaksiyonun elde edilemeyeceğini kanıtlamışlardır. [16] HF178M2 (Hafnium 178m2), akademik topluluğa bir enerji kaynağı olmadığına inanılmaktadır.
Uygulama alanı:
Hafnium, akkor lambalarda filament olarak kullanılan gibi elektron yayma yeteneği nedeniyle çok yararlıdır. X-ışını tüpleri için katot olarak kullanılan ve Hafnium ve tungsten veya molibden alaşımları, yüksek voltajlı deşarj tüpleri için elektrot olarak kullanılır. X-ışınları için katot ve tungsten tel üretim endüstrisinde yaygın olarak kullanılır. Saf Hafnium, plastisitesi, kolay işleme, yüksek sıcaklık direnci ve korozyon direnci nedeniyle atom enerji endüstrisinde önemli bir malzemedir. Hafnium, büyük bir termal nötron yakalama kesitine sahiptir ve atomik reaktörler için bir kontrol çubuğu ve koruyucu cihaz olarak kullanılabilen ideal bir nötron emicisidir. Hafnium tozu roketler için itici olarak kullanılabilir. X-ışını tüplerinin katotu elektrik endüstrisinde üretilebilir. Hafnium alaşımı, roket nozulları ve kayma yeniden giriş uçakları için ileri koruyucu katman olarak hizmet edebilirken, HF TA alaşımı takım çelik ve direnç malzemeleri üretmek için kullanılabilir. Hafnium, tungsten, molibden ve tantal gibi ısıya dayanıklı alaşımlarda ilave bir element olarak kullanılır. HFC, yüksek sertliği ve erime noktası nedeniyle sert alaşımlar için bir katkı maddesi olarak kullanılabilir. 4TACHFC'nin erime noktası yaklaşık 4215 ℃'dir, bu da onu bilinen en yüksek erime noktasına sahip bileşik yapar. Hafnium birçok enflasyon sisteminde bir alıcı olarak kullanılabilir. Hafnium alıcıları sistemde bulunan oksijen ve azot gibi gereksiz gazları giderebilir. Hafnium, yüksek riskli operasyonlar sırasında hidrolik yağın halatilasyonunu önlemek için hidrolik yağda bir katkı olarak kullanılır ve güçlü anti-volatilite özelliklerine sahiptir. Bu nedenle, genellikle endüstriyel hidrolik yağda kullanılır. Tıbbi hidrolik yağı.
Hafnium elemanı ayrıca en son Intel 45 nanoprocessors'ta da kullanılır. Silikon dioksitin (SIO2) üretilebilirliği ve transistör performansını sürekli olarak iyileştirmek için kalınlığı azaltma yeteneği nedeniyle, işlemci üreticileri kapı dielektrikleri için malzeme olarak silikon dioksit kullanır. Intel, 65 nanometre üretim sürecini tanıttığında, silikon dioksit kapısı dielektrikinin kalınlığını 1.2 nanometreye indirmek için her türlü çabayı gösterdi, 5 kat atoma eşdeğer, transistör bir atomun zorluğu, akım ve benzersiz ısı enerjisi büyüklüğüne azaltıldığında artacaktır. Bu nedenle, mevcut malzemeler kullanılmaya devam ederse ve kalınlık daha da azalırsa, geçit dielektrikinin sızıntısı önemli ölçüde artacak ve transistör teknolojisini sınırlarına indirecektir. Bu kritik sorunu ele almak için Intel, daha kalın yüksek k malzemeleri (Hafnium bazlı malzemeler) silikon dioksit yerine kapı dielektrikleri olarak kullanmayı planlıyor ve bu da sızıntıyı 10 kattan fazla başarıyla azalttı. Önceki 65nm teknolojisi ile karşılaştırıldığında, Intel'in 45nm işlemi transistör yoğunluğunu yaklaşık iki kez arttırır ve toplam transistör sayısında bir artış veya işlemci hacminde bir azalma sağlar. Ek olarak, transistör anahtarlaması için gereken güç daha düşüktür ve güç tüketimini yaklaşık%30 oranında azaltır. Dahili bağlantılar, düşük K dielektrik ile eşleştirilmiş bakır telden yapılmış, verimliliği sorunsuz bir şekilde iyileştirir ve güç tüketimini azaltır ve anahtarlama hızı yaklaşık% 20 daha hızlıdır
Mineral dağılımı:
Hafnium, Bismut, kadmiyum ve cıva gibi yaygın olarak kullanılan metallerden daha yüksek bir kabuk bolluğuna sahiptir ve içerikte berilyum, germanyum ve uranyumla eşdeğerdir. Zirkonyum içeren tüm mineraller Hafnium içerir. Endüstride kullanılan zirkon% 0.5-2 Hafnium içerir. İkincil zirkonyum cevherindeki berilyum zirkon (Alvite)% 15'e kadar Hafnium içerebilir. Ayrıca% 5'ten fazla HFO içeren bir tür metamorfik zirkon, cyrtolit vardır. Son iki mineralin rezervleri küçüktür ve henüz endüstride kabul edilmemiştir. Hafnium esas olarak zirkonyum üretimi sırasında geri kazanılır.
Çoğu zirkonyum cevherinde bulunur. [18] [19] Kabukta çok az içerik olduğu için. Genellikle zirkonyum ile bir arada bulunur ve ayrı cevheri yoktur.
Hazırlık Yöntemi:
1. Hafnium tetraklorürün magnezyum azaltılması veya Hafnium iyodürün termal ayrışması ile hazırlanabilir. HFCL4 ve K2HFF6 hammadde olarak da kullanılabilir. NaCl KCL HFCL4 veya K2HFF6 eriyiğinde elektrolitik üretim süreci, zirkonyumun elektrolitik üretimine benzer.
2. Hafnium zirkonyum ile bir arada bulunur ve Hafnium için ayrı bir hammadde yoktur. Hafnium üretimine yönelik hammadde, zirkonyum üretimi sırasında ayrılmış ham Hafnium oksittir. İyon değişim reçinesi kullanılarak Hafnium oksit ekstraktı ve daha sonra bu Hafnium oksitten metal Hafnium hazırlamak için zirkonyum ile aynı yöntemi kullanın.
3. CO ısıtma Hafnium tetraklorür (HFCL4), azalma yoluyla sodyum ile hazırlanabilir.
Zirkonyum ve Hafnium'un ayrılması için en eski yöntemler, florlu kompleks tuzların fraksiyonel kristalleşmesi ve fosfatların fraksiyonel çökelmesidir. Bu yöntemler çalıştırmak için hantaldır ve laboratuvar kullanımı ile sınırlıdır. Fraksiyonlama damıtma, solvent ekstraksiyonu, iyon değişimi ve fraksiyonlama adsorpsiyonu gibi zirkonyum ve Hafnium'u ayıran yeni teknolojiler, solvent ekstraksiyonu daha pratiktir. Yaygın olarak kullanılan iki ayırma sistemi tiyosiyanat sikloheksanon sistemi ve tributil fosfat nitrik asit sistemidir. Yukarıdaki yöntemlerle elde edilen ürünlerin tümü Hafnium hidroksittir ve saf Hafnium oksit kalsinasyon ile elde edilebilir. Yüksek saflıkta Hafnium iyon değişim yöntemi ile elde edilebilir.
Endüstride, metal Hafnium üretimi genellikle hem Kroll sürecini hem de Debor Aker sürecini içerir. Kroll işlemi, metalik magnezyum kullanarak Hafnium tetraklorürün azaltılmasını içerir:
2mg+hfcl4- → 2mgcl2+hf
İyodizasyon yöntemi olarak da bilinen Debor Aker yöntemi, Süngeri Hafnium gibi saflaştırmak ve dövülebilir metal Hafnium elde etmek için kullanılır.
5. Hafnium'un eritilmesi temel olarak zirkonyum ile aynıdır:
İlk adım, üç yöntem içeren cevherin ayrışmasıdır: zirkonun (zr, hf) cl elde etmek için klorlanması. Alkali zirkon eritme. Zirkon, NaOH ile yaklaşık 600'de erir ve (Zr, HF) O'nun% 90'ından fazlası Na (Zr, HF) O'ya dönüşür, Sio, çıkarılması için su içinde çözünmüş Nasio'ya dönüşür. Na (Zr, HF) o, HNO'da çözüldükten sonra zirkonyum ve Hafnium'u ayırmak için orijinal çözüm olarak kullanılabilir. Bununla birlikte, SIO kolloidlerinin varlığı, çözücü ekstraksiyon ayrılmasını zorlaştırır. KSIF ile sinter ve K (Zr, HF) F çözeltisini elde etmek için suya batırın. Çözelti, fraksiyonel kristalleşme yoluyla zirkonyum ve Hafnium'u ayırabilir;
İkinci adım, hidroklorik asit MIBK (metil izobutil keton) sistemi ve HNO-TBP (tributil fosfat) sistemi kullanılarak çözücü ekstraksiyon ayırma yöntemleri kullanılarak elde edilebilen zirkonyum ve Hafnium'un ayrılmasıdır. Yüksek basınç altında HFCL ve ZRCL erir (20 atmosferin üzerinde) eriyen buhar basıncındaki farkı kullanan çok aşamalı fraksiyonlama teknolojisi uzun zamandır incelenmiştir, bu da ikincil klorlama işlemini koruyabilir ve maliyetleri azaltabilir. Bununla birlikte, (Zr, HF) Cl ve HCL'nin korozyon problemi nedeniyle, uygun fraksiyonlama kolon malzemeleri bulmak kolay değildir ve ayrıca saflaştırma maliyetlerini artırarak ZRCL ve HFCL kalitesini azaltacaktır. 1970'lerde hala ara bitki test aşamasındaydı;
Üçüncü adım, azaltma için ham HFCL elde etmek için HFO'nun ikincil klorlanmasıdır;
Dördüncü adım, HFCL ve magnezyum azaltmanın saflaştırılmasıdır. Bu işlem ZRCL'nin saflaştırılması ve azaltılması ile aynıdır ve ortaya çıkan yarı bitmiş ürün kaba sünger Hafnium'dur;
Beşinci adım, MGCL'yi çıkarmak ve fazla metal magnezyumu geri kazanmak için ham pullu sünger hafnium'u vakumlamaktır, bu da sünger metal Hafnium'un bitmiş bir ürünü ile sonuçlanır. İndirgeyici ajan magnezyum yerine sodyum kullanıyorsa, beşinci adım suya daldırılmalıdır
Depolama yöntemi:
Serin ve havalandırılmış bir depoda saklayın. Kıvılcımlardan ve ısı kaynaklarından uzak durun. Oksidanlardan, asitlerden, halojenlerden, vb. Patlamaya dayanıklı aydınlatma ve havalandırma tesislerini kullanma. Mekanik ekipman ve kıvılcımlara eğilimli araçların kullanılmasını yasaklayın. Depolama alanı, sızıntı içerecek şekilde uygun malzemelerle donatılmalıdır.
Post süresi: 25 Eylül-2023