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铪(Hafnium,Hf)是一种银灰色的过渡金属,原子序数72,位于元素周期表第ⅣB族。其熔点高达2233°C,密度13.31 g/cm³,兼具高硬度与延展性,且化学性质与锆(Zr)高度相似。1923年,荷兰科学家科斯特与匈牙利化学家赫维西通过X射线光谱法首次从锆矿石中分离出铪,并以哥本哈根的拉丁名“Hafnia”命名。自然界中,铪几乎不单独存在,而是以类质同象形式与锆共生,锆铪质量比约为50:1。
铪的独特性能使其在多个领域不可替代:
核工业:铪的热中子吸收截面高达105靶恩,是核反应堆控制棒的核心材料,用于调节裂变速率。
高温材料:碳化铪(HfC)熔点达3890°C,用于火箭喷嘴涂层;铪基合金(如Hf-Ta)可提升航空发动机叶片的耐高温性能。
微电子:氧化铪(HfO₂)作为高介电材料,替代二氧化硅用于45纳米以下芯片的栅极介质层,降低漏电量。
铪的提取挑战与关键技术
铪的提取核心难题在于其与锆的化学性质极度相似。传统方法如分步结晶法、熔盐精馏法存在流程长、能耗高、污染大等问题。而离心萃取技术的引入,通过高效传质与快速分相,成为工业化分离锆铪的主流方案。
(一)离心萃取技术原理离心萃取机利用高速旋转(分离因数>1000g)产生的离心力,加速两相(水相与有机相)的混合与分层,实现锆铪的选择性分离。
其优势包括:
高效性:单级萃取时间缩短至秒级,级效率提升50%以上。
环保性:溶剂循环利用率达90%,废水排放量减少60%。
适应性:可处理强酸(如硝酸、盐酸)体系,兼容多种萃取剂(如TBP、MIBK)。
(二)典型工艺流程以TBP-HNO₃体系为例,流程分为三阶段:
逆流萃取:含锆铪的硝酸溶液与磷酸三丁酯(TBP)逆流接触,锆优先与TBP络合进入有机相,铪富集于水相。
洗涤纯化:负载锆的有机相用稀酸洗涤,去除夹带的微量铪。
反萃取:以盐酸反萃有机相中的锆,获得核级二氧化锆;水相中的铪经沉淀煅烧得高纯氧化铪。
新型全防腐增强材质离心萃取设备
ZKCQ新型高效锂电化工离心萃取机是基于自动化技术及新材料应用,中科新能打造的具备高分离因数、强稳定性的国标级设备。针对强酸、强碱、强腐蚀性场合,设备可选用全防腐增强材质。相平衡短,可实现多级串/错流萃取和洗涤,适于深度提取。
一、设备原理
ZKCQ新型高效离心萃取原型机荣获国家科学大会奖、安徽省高新技术产品、安徽省科学进步奖以及多项发明专利。
二、设备应用
新能源新材料医化生产精细化工、资源再生、湿法冶金、环境治理、食品加工、生物工程萃取及各类原料中间体等生产/液液分离:锂电池回收/盐湖提锂等。$国机通用(SH600444)$ $中核科技(SZ000777)$