72  Hf
Hafnium 


Voorkomen
Wingebieden
Naam
Ontdekking
Bereiding vroeger
Bereiding nu
Toepassingen en toelichting
Verdere toepassingen

 

 

 

VOORKOMEN

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 thortveÔ­tiet {(Sc,Y)2Si2O7}, met ca. 2 % HfO2

WINGEBIEDEN

De belangrijkste wingebieden liggen in BraziliŽ, Noorwe­gen en Madagascar.   

NAAM

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.    

ONTDEKKING

Hafnium werd, n.a.v. de theorie van N. Bohr, in 1923 met behulp van rŲnt­gen­spec­troscopie 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 geÔsoleerd 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. 

BEREIDING VROEGER

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.

BEREIDING NU

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.

TOEPASSINGEN EN TOELICHTING

KernonderzeeŽr, 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 kernonderzeeŽrs. De Nautilus, de eerste kernonderzeeŽr, 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 vacuŁmbuis

Hafnium is goed in staat (sporen van) gassen te absorbe­ren en wordt daarom toegepast in vacuŁmbuizen 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.

VERDERE TOEPASSINGEN

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