奇妙的化学元素—镓

Gallium这个词来自于法国以前的名字高卢。也有人说这个词来源于发现镓的人的拉丁语名字。

镓在夏天会成为液态
镓是银白色的金属,其熔点是29.8℃左右,在属中仅高于水银和铯,甚至在炎热的夏天都会直接熔化成液体。镓是带有一丝蓝色的银白色的软金属,在人体体温下就可以熔化。它很容易粘附在其他物质上,所以常常直接覆盖在其他金属上。

镓是半导体的重要材料
镓很多时候还用在半导体上,是电脑、手机等制作中不可或缺的原材料。其中,氮化镓还是蓝色发光二极管的材料。而蓝色发光二极管LED等上的应用非常广泛。砷化镓(俗称为镓砷化合物)在红色发光二极管中使用也很多,在半导体激光中也有使用。

镓(Ga)在地壳中的含量仅为0.0015％, 是典型的稀有分散金属, 镓不单独形成矿物, 通常以类质同象的方式进入其它矿物中, 由于Ga3+、Al3+、Cr3+和Fe3+的离子半径相接近, 且价数相同, 所以镓多出现在铝土矿、铅锌矿中, 自然界中的镓矿物主要有硫镓铜矿(CuGaS2)和硫铜镓矿((Cu,Fe,Zn)GaS4),但无矿床形成; 含镓矿物中, 铝土矿含镓为0.002％～0.02％, 闪锌矿含镓0.01％～0.02％, 锗石矿中镓含量最高, 约0.1％～0.8％。另外, 在煤中也含有镓, 且储量丰富。

镓只能在生产主金属的同时, 作为副产品综合回收, 目前工业上的镓主要以副产品的形式从铝土矿生产氧化铝时的铝酸钠循环液中以及闪锌矿湿法炼锌时的粗锌蒸馏残渣中提取, 少量从某些粉煤灰中回收。在氧化铝生产过程中, 原料中80％～85％的镓富集于循环母液中, 少数进入赤泥中, 且提镓方法不复杂,生产成本低, 因此目前全球90％的镓作为炼铝工业的副产物而产出, 我国是氧化铝生产大国, 且镓资源储量丰富, 因此镓生产在我国铝工业中占有举足轻重的地位, 中国是全球镓生产大国之一。

镓是半导体的重要材料
镓很多时候还用在半导体上,是电脑、手机等制作中不可或缺的原材料。其中,氮化镓还是蓝色发光二极管的材料。而蓝色发光二极管LED等上的应用非常广泛。砷化镓(俗称为镓砷化合物)在红色发光二极管中使用也很多,在半导体激光中也有使用。铜铟镓硒CIGS(含Cu10％, In28％, Ga10％, Se52％)薄膜太阳能电池作为第三代太阳能电池, 具有生产、安装、使用成本低, 光电转换率高的优势, 因而在众多太阳能电池产品中发展最快, 发展潜力巨大, 其消耗镓的用量也在不断增加。

在供应端, 全球原生镓产量每年约300 t左右,且金属镓回收产业已有一定发展, 每年再生镓回收量约占镓总消费的40％～50％。随着镓消费量的不断增长以及镓应用领域的拓展, 金属镓的重要性已经被越来越多的国家注意。2011年, 我国将镓列为战略储备金属, 计划在适当的时候对镓进行战略储备,美国、日本数年前已经将金属镓定位为“战略资源”,欧盟则将镓列入了“紧缺名单”。