|  | ||||||
3,0.10-4 % van de aardkost (tot 16 km diepte) bestaat uit hafnium; het is het 46e element in rangorde van voorkomen.
Men treft het aan in hafnon (HfSiO4), in zirkonium mineralen (tot ca. 5 % HfO2) en in thortveïtiet {(Sc,Y)2Si2O7}, met ca. 2 % HfO2.
De belangrijkste wingebieden liggen in Brazilië, Noorwegen en Madagascar.
De naam is afgeleid van Hafnia, de oude Latijnse naam voor Kopenhagen, de stad waar hafnium ontdekt werd (in het laboratorium van N. Bohr).
Oorspronkelijk was Celtium als naam voorgesteld, naar de Kelten, die onder meer uit Denemarken afkomstig waren.
Hafnium werd, n.a.v. de theorie van N. Bohr, in 1923 met behulp van röntgenspectroscopie gevonden in een Noors zirkoonmineraal door de Nederlander D. Coster (later: Universiteit Groningen) en G. von Hevesy. Verbindingen van het metaal werden voor het eerst geïsoleerd door G. von Hevesy en T. Jantzen, door scheiding van zirkonium- en hafniumammoniumfluoride.
Het metaal werd voor het eerst in zeer zuivere toestand verkregen door A. E. van Arkel en J. H. de Boer, door ontleding van hafniumjodide op een gloeiende wolfraamdraad.
Hafnium werd bereid door de (in geringe mate) in zirkonium mineralen voorkomende hafniumverbindingen om te zetten in ammonium- of kaliumhafniumhexafluoride. Zirkoniumverbindingen worden omgezet in zirkoniumhexafluoride. Door herhaalde gefractioneerde kristallisatie werden beide dubbelzouten gescheiden, waarna door reductie van de verkregen hafniumverbinding met natrium, hafnium werd verkregen.
Hafnium wordt bereid door het in zirkoon aanwezige hafnium te scheiden door gefractioneerde destillatie van zirkoon met POCl3, waarbij het gevormde ZrOCl2 en HfOCl2 van elkaar worden gescheiden. Ook wordt voor de scheiding gebruik van vloeistofextractie, ionenwisseling of absorptie aan silicagel.
Oplossen van HfOCl2 in methanol en toevoeging van ammonia doet HfO2 neerslaan. Hiervan wordt eerst HfCl4 gemaakt. Hieruit wordt hafnium verkregen door reductie met magnesium:
HfCl4 + 2 Mg → Hf + 2 MgCl2
Hafnium is in zeer zuivere toestand te bereiden door thermische dissociatie van HfI4, het zogenoemde van Arkel-de Boer-proces (zie 40 - Zirkonium; bereiding).
De wereldproductie bedraagt ongeveer 100 ton per jaar.
Kernonderzeeër, kernreactorregeling
Hafnium wordt gebruikt voor controle-, regel- of remstaven voor neutronen in kernreactoren. Het metaal is een zeer goede neutronenvanger en is bestand tegen voortdurende blootstelling aan straling. Bovendien is het zeer corrosiebestendig en heeft het zeer goede mechanische eigenschappen. Het is daardoor uitermate geschikt voor watergekoelde kernreactoren. Het wordt bij voorkeur gebruikt in kleinere reactoren, bijvoorbeeld aan boord van kernonderzeeërs. De Nautilus, de eerste kernonderzeeër, die vooral bekend werd door in 1958 als eerste onder de ijskap door te varen en de Noordpool te bereiken, was hiermee uitgerust.
Hafnium is tevens zeer geschikt als materiaal voor stralingsschilden en tanks voor de splijtstof van kernreactoren. Er wordt zowel zuiver hafnium als een legering van hafnium met zirkonium gebruikt.
Gasvanger vacuümbuis
Hafnium is goed in staat (sporen van) gassen te absorberen en wordt daarom toegepast in vacuümbuizen die worden gebruikt in de hoogfrequent-techniek.
Straalmotor
Voor straalmotoren van vliegtuigen worden legeringen met hafnium gebruikt, zoals nikkel met hafnium en wolfraam met tantaal, hafnium, niobium en/of zirkonium. Deze legeringen zijn zeer sterk en hittebestendig. Ze worden ook gebruikt voor de straalpijpen van raketten.
Ook wordt veel gebruik gemaakt van zeer harde, corrosie- en hittebestendige verbindingen als hafniumboride, -oxide en -carbide.
Gereedschap
Voor het aanbrengen van snijvlakken op boor- en snijgereedschap wordt gebruik gemaakt van zeer harde verbindingen als hafniumboride, -oxide en -carbide. Deze verbindingen worden ook als beschermlaag op metaal aangebracht.
Toepassingen als niet-ontleedbare stof (element) of als legering:
gloeidraad in (flits)lampen (zuiver en in legering met W)
Toepassingen als ontleedbare stof (verbinding):
isolator voor thermokoppels HfO2 etsen van glas HfF4