Биологического значения для человека этот элемент не имеет. Однако без него невозможно создание космической техники, компьютеров, оптики. Гафний признан стратегическим материалом.
Доля гафния в них исчисляется единичными процентами.
Глобальные резервы чистого металла оцениваются 600 тысячами тонн.
Месторождения, добыча и получение
Мировые ресурсы гафния распределены по следующим странам (%):
- Австралия – 60;
- ЮАР – 29;
- США – 10;
- Индия – 0,7;
- Бразилия – 0,1.
Запасы выявлены и у России.
Тонна земной коры содержит 4 грамма гафния.
Ежегодный глобальный объем добычи – 68-69 тонн.
Он – постоянный «сосед» циркония, добывается переработкой циркониевого сырья. Гафния не более трех процентов, поэтому руду обогащают.
Далее выделяют гафний. Процесс получения технологически сложен, трудоемок, затратен.
Физико-химические характеристики
На практике интерес представляют следующие характеристики металла:
- Твердость, тугоплавкость.
- Инертность вследствие образования на поверхности оксидной пленки.
- Устойчивость к кислотам, сопоставимая со стеклом.
Кубик из гафния с ребром 1 см весит 13,09 грамма.
Зависимость теплоемкости элемента от температуры ученые объяснить не могут: она не подчиняется известным физическим законам.
| Га́фний / Hafnium (Hf), 72 |
| 178,49(2) а. е. м. (г/моль) |
| [Xe]4f14 5d2 6s2 |
| 167 пм |
| 144 пм |
| (+4e) 78 пм |
| 1,3 (шкала Полинга) |
| 0, 2, 3, 4 |
| 575,2 (5,96) кДж/моль (эВ) |
| 13,31 г/см³ |
| 2506 K (2233 °C, 4051 °F) |
| 4876 K (4603 °C, 8317 °F) |
| 25,1 кДж/моль |
| 575 кДж/моль |
| 25,7 Дж/(K·моль) |
| 13,6 см³/моль |
| гексагональная |
| a=3,196 нм; c=5,051 нм |
| 1,580 |
| (300 K) 23,0 Вт/(м·К) |
| 7440-58-6 |
Это аналог циркония (например, не смачивается водой), но отличия существенны:
- Химическая стойкость в разы больше.
- Цирконий – «сито» для нейтронов, гафний – ловушка.
Последнее свойство делает элемент желанным для атомщиков.
Топливные стержни атомных объектов делают из циркония, регулирующие – из гафния.
Где и как используется
Для практических целей применяются соединения и сплавы гафния.
Применение соединений
Главные сферы применения материала – атомный, космический сегменты, металлургия, специальная оптика:
- Борид, оксид, карбид элемента входят в материал стержней-регуляторов, защитных экранов от нейтронных потоков, стекла, керамики для атомных объектов.
- Оксид, фторид используют производители стекла для волоконной оптики, амальгамы зеркал (включая тепловизоры, другие гаджеты ночного видения).
- Тугоплавкие борид, карбид становятся компонентом сверхтвердых сплавов, материалом прочной проволоки, покрытий.
- Карбид, как одно из наиболее тугоплавких соединений, задействован в производстве узлов ракет и реактивных двигателей на ядерном топливе.
Самый известный аппарат, детали которого изготовлены из карбида гафния, – американский модуль-луноход.
Двойной борид элемента плюс никель – апробированный композит. Диоксид и силицид используются корпорацией Intel.
Тигель с гафнием
Использование сплавов
Гафний как металл нашел применение в качестве легирующей добавки и полноценного компонента сплавов:
- Из сплавов титана с гафниевой лигатурой выполняются детали судовых двигателей.
- Сплавы со скандием – исходник при изготовлении пленок для нужд микроэлектроники.
- Добавка микродозы вещества к никелю кратно увеличивает стойкость к коррозии, прочность, кондиции сварных швов.
- Сплав с вольфрамом и танталом – материал номер один для прокачки топлива двигателей ракет.
- Тантало-гафниевый карбид устойчив к жаре, перепадам температур. Из него выполняют детали ракет, электроды для резки металлов.
- Гафний как лигатура в разы повышает порог прочности кобальтовых сплавов. Материал закупают производители турбин, нефтяники, химики, пищевики.
- Металлурги ценят тугоплавкий элемент как упрочнитель кобальтовых, никелевых, титановых сплавов.
Сплав карбидов тантала и гафния (4:1) – самый тугоплавкий. Микродобавка карбида титана поднимает температуру его плавления еще на 180 единиц, до 4400°С.
Одного процента гафния достаточно, чтобы сплавы алюминия стали сверхпрочными. Попутно повышается стойкость к вибрации, порог прочности при деформации.
Перспективы
Диэлектрики на основе оксида гафния в первой трети века вытеснят из сегмента микроэлектроники оксид кремния.
Чипы станут более емкими. А Кремниевую долину, возможно, переименуют в Гафниевую.
Металл как объект инвестирования
Гафний признан незаменимым в топовых отраслях промышленности.
Малые объемы добычи, трудности производства уравнивают его по ценности с золотом и платиной. Финансисты советуют вкладываться в металл.
Формы разные:
- Хранение физического металла в хранилищах, защищенных по стандартам швейцарских банков.
- Открытие счета.
Металл признан стратегическим, замены в обозримом будущем не предвидится, вложения надежны.
Конспирология
В разгар «холодной войны» (1960-е годы) прошлого столетия ученые двух супердержав – США и СССР – трудились над созданием «гафниевой бомбы».
Исходили из процессов, используемых производителями лазеров:
- «Перепрыгивая» на следующий энергетический уровень, электрон поглощает квант энергии.
- На более низком уровне квант испускается.
- Процесс проходит на атомном уровне.
Например, в атоме гафния (изотоп Hf176). Вычислили, что грамм такого вещества заменяет 50 кг тротила.
Однако технология оказалась нерентабельной. Создание «» свернули (по официальной версии).
Стоимость
На российском рынке предлагают купить металл (пруток, слитки, проволоку), порошок, соединения.
Цена (тыс. руб. /кг):
- металл (99,9%) – 2 700;
- порошок – 17,5 – 20;
- стружка – 70 – 400;
- проволока (1-2 мм) – 200;
- гафнат лантана – 45,5.
Ценятся все виды гафниевого материала. Можно заработать, сдавая отслужившие мониторы, телевизоры, радиодетали.
Источник: