Hafnium
Tuotanto

Hafniumilla on tapana muodostaa epäorgaanisia yhdisteitä, joissa hafnium on hapetusasteella +4. Halogeenit reagoivat sen kanssa muodostaen tetrahalideja. Korkeammissa lämpötiloissa, hafnium reagoi hapen, typen, hiilen, boorin, rikin sekä piin kanssa. Kuudennen jakson alkuaineiden lantanidikutistuman vuoksi zirkoniumilla ja hafniumilla on lähes identtinen ionisäde. Zr4+:n ionisäde on 0.79 ångströmiä ja Hf4+:n 0.78 ångströmiä.
Hafnium(IV)kloridilla ja hafnium(IV)jodidilla on joitakin käyttökohteita hafniummetallin tuotannossa ja puhdistuksessa. Ne ovat reaktioherkkiä kiinteitä aineita, joilla on polymeerinen rakenne. Nämä tetrakloridit ovat esivaiheita eräille orgaanohafniumyhdisteille, kuten hafnoceenidikloridille ja tetrabensyylihafniumille.
Valkoinen hafnium(IV)oksidi ( {\ce {HfO2}}), jonka sulamispiste on 2 812 °C ja kiehumispiste noin 5 100 °C, on hyvin samanlaista kuin zirkonia, mutta hieman emäksisempää. Hafniumkarbidi on kaikkein kuumuutta kestävin binäärinen yhdiste joka tunnetaan, sen sulamispiste on yli 3 890 °C, ja hafniumnitridi on kuumuutta kestävin tunnettu metallinitridi, sen sulamispiste on 3 310 °C. Tämä on johtanut ehdotuksiin, että hafnium tai sen karbidit voisivat olla hyödyllisiä materiaaleja rakenteissa, jotka altistuvat erittäin korkeille lämpötiloille. Karbidisekoite tantaalihafniumkarbidilla (Ta4HfC5) on kaikista tunnetuista yhdisteistä korkein sulamispiste: 4 215 °C. Viimeaikaiset supertietokonesimulaatiot osoittavat eräälle hafniumyhdisteelle sulamispistettä 4 400 K.
Titaanimalmien ilmeniitin ja rutiilin raskaiden mineraalihiekkojen malmiesiintymät tuottavat suurimman osan zirkoniumista ja siten myös hafniumista.
Zirkonium on hyvä pinnoitemateriaali ydinreaktoreiden polttoainesauvoille, hyvinä ominaisuuksina erittäin pieni neutronien kaappauspinta-ala ja hyvä kemiallinen vakaus korkeissa lämpötiloissa. Sen sijaan hafniumin neutroneja imevien ominaisuuksien takia hafniumepäpuhtaudet zirkoniumissa tekisivät sen paljon vähemmän käyttökelpoisemmaksi ydinreaktoreissa. Siksi zirkonium ja hafnium on lähes täysin eroteltava toisistaan, jotta niitä voidaan hyödyntää ydinvoimassa. Hafniumista puhdistetun zirkoniumin tuotanto on hafnium tärkein lähde.
Ensimmäisenä käytetyt menetelmät ammoniumfluoridisuolojen jakokiteytys tai kloridin jakotislaus eivät ole osoittautuneet sopiviksi teollisen mittakaavan tuotantoon. Sen jälkeen, kun zirkonium valittiin materiaaliksi ydinreaktoriohjelmiin 1940-luvulla, erottelumenetelmä oli kehitettävä. Neste-neste-erotteluprosesseja useiden eri liuottimien kanssa kehitettiin ja niitä käytetään yhä hafniumin tuotannossa. Erottelun lopputuloksena saadaan hafnium(IV)kloridia. Puhdistettu hafnium(IV)kloridi muutetaan metalliksi magnesiumin tai natriumin kanssa pelkistämällä, kuten Krollin prosessissa.
Suurempi puhtausaste saavutetaan kemiallisen kuljetusreaktion avulla, jonka kehittivät Arkel ja de Boer. Suljetussa astiassa hafnium reagoi jodin kanssa 500 °C lämmössä, muodostaen hafnium(IV)jodidia, volframilangan luona 1 700 °C lämmössä päinvastainen reaktio tapahtuu ja jodi sekä hafnium vapautuvat. Hafnium muodostaa volframilangalle kiinteän pinnoitteen ja jodi voi reagoida jälleen uuden hafniumin kanssa, tuottaen jatkuvan prosessin.
Vaikka hafniumia käytetään monipuolisesti, markkinat ovat melko pienet – vuosittain tuotetaan vain noin 70 tonnia hafniumia. Kysynnän odotetaan kuitenkin kasvavan, ensisijaisesti ydinteollisuudessa; World Nuclear Associationin mukaan tällä hetkellä rakennetaan 60 uutta ydinreaktoria maailmanlaajuisesti.