鎵性質(zhì)、用途與生產(chǎn)工藝
鎵是一種化學(xué)元素,化學(xué)符號“Ga”,原子序31,位于元素周期表的第13族,為一種貧金屬,與鋁、銦和鉈具有相似的特性。在自然界中常以微量散存于鋅礦、鋁礬土礦等礦石中。在標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓力下,鎵元素是一種質(zhì)地柔軟的銀色金屬;而在低溫下則為脆性固體。當(dāng)溫度高于29.76°C(85.57°F)則為液體,因此此金屬會融化于人的手中(一般人的體溫為37°C(99°F))。
1871年,俄國化學(xué)家門得列夫以他的元素周期律,預(yù)測“鎵”的存在,稱之為“eka-aluminium”,意思“鋁下元素”(鋁下一行的元素)。其密度、熔點(diǎn)、氧化的特征、和氯的鍵結(jié)與隨后發(fā)現(xiàn)“鎵”實(shí)值相差無幾。
1875年,德布瓦博德蘭檢測在閃鋅礦樣品的原子光譜時,發(fā)現(xiàn)兩條紫色譜線,后來經(jīng)過電解氫氧化鎵的氫氧化鉀溶液得到鎵。德布瓦博德蘭以“高盧”(Gallia)為這個元素命名,在拉丁語中這是對法國高盧的稱呼。也有人認(rèn)為是運(yùn)用不同語言的雙關(guān)語而用他的名字(其中包含“Lecoq”)命名:Le coq在法語中是“公雞”(rooster)之意,而后者在拉丁語中又是“吊帶”(gallus,與鎵gallium相近)的意思。不過1877年德布瓦博德蘭寫文章否定這個猜測。 德布瓦博德蘭原本認(rèn)為鎵的密度是4.7 g/cm3,和門得列夫預(yù)測的數(shù)值不相符。在門得列夫的建議下,德布瓦博德蘭重新測量,并且得到和門得列夫預(yù)測幾乎相同的數(shù)值:5.9 g/cm3。從1875年鎵的發(fā)現(xiàn),到今天半導(dǎo)體的時代以來,鎵主要應(yīng)用于高溫測溫儀以及制造安定性高或是容易融化的合金。
67Ga在自然環(huán)境中不存在,主要由回旋加速器加速的質(zhì)子轟擊鋅靶產(chǎn)生,核反應(yīng)式為68Zn(p,2n)67Ga。
鎵的熔點(diǎn)可作為溫度參考點(diǎn)。鎵合金亦可應(yīng)用于溫度計,作為代替汞的無毒和環(huán)保的替用品,并且可以承受比汞更高的溫度。鎵銦錫合金(62–95%鎵,5–22%銦和0–16%錫)具有較低的熔點(diǎn)-19°C(-2°F),遠(yuǎn)低于水的凝固點(diǎn)。自1875年發(fā)現(xiàn)以來,鎵一直被用于制造低熔點(diǎn)合金。它還用于半導(dǎo)體,作為半導(dǎo)體基材的摻雜劑。
不同純度的鎵的用途也不盡相同,比如:
4N金屬鎵≥99.99%可用于光伏襯底、磁性材料、高溫溫度計、低熔點(diǎn)合金、光學(xué)玻璃等。
5N金屬鎵≥99.999%可用于熱傳導(dǎo)介質(zhì)以及制作高溫真空泵、紫外線燈泡等。
6N高純鎵≥99.9999%可用于LED用GaAs,GaP,GaSb,及NB-Fe-B高級磁性材料。
7N高純鎵≥99.99999%用于制絕緣GaAs,供IC作襯底。
8N(MBE)超純鎵≥∞%可用于分子束外延的源,制作GaN藍(lán)色LED和LD,微波電路、量子器件。
鎵是煉鋁和煉鋅過程中的一種副產(chǎn)品,然而從閃鋅礦中得到的鎵很少。大部分的鎵萃取自于拜耳法中粗煉的氫氧化鋁溶液。通過汞電池的電解和氫氧化鈉中汞齊的水解得到鎵酸鈉,再由電解得到鎵。半導(dǎo)體鎵則要用區(qū)域熔融技術(shù)提純,或從熔融物中提取單晶(即柴氏法)。99.9999%純的鎵已經(jīng)能例行取得,并且在商業(yè)上有廣泛應(yīng)用。
化學(xué)性質(zhì)
金黃色,有金屬光澤,質(zhì)柔軟而延展性大(面心立方結(jié)晶)。熔點(diǎn)1064.43℃。沸點(diǎn)3080℃。相對密度19.3。溶于王水、氰化鉀,不溶于酸、冷水和熱水。在室溫下,其表面能被鹵素溶液腐蝕。非常不活潑,不受酸、空氣或氧腐蝕。商品常制成海綿狀、粉狀等。
用途
半導(dǎo)體工業(yè)用作鍍金材料。
用途
用于制造化合物半導(dǎo)體材料和高純合金。用于鎵鹽制備在核反應(yīng)堆中用作熱交換介質(zhì)。
生產(chǎn)方法
將高純氯化金溶液加入反應(yīng)器中,在攪拌下加入草酸進(jìn)行還原反應(yīng),過濾,用無離子水洗滌,制得高純金成品。
生產(chǎn)方法
工業(yè)生產(chǎn)以工業(yè)級金屬鎵為原料,用電解法、減壓蒸餾法、分步結(jié)晶法、區(qū)域熔融法進(jìn)一步提純,制得高純鎵。電解法 以99.99%的工業(yè)級金屬鎵為原料,經(jīng)電解精煉等工藝,制得高純鎵的純度≥99.999%。
以≥99.999%的高純鎵為原料,經(jīng)拉制單晶或其他提純工藝進(jìn)一步提純,制得高純鎵的純度≥99.99999%。
類別
腐蝕物品
可燃性危險特性
遇堿產(chǎn)生易燃?xì)錃?
儲運(yùn)特性
庫房通風(fēng)低溫干燥
滅火劑
二氧化碳、砂土
鎵
上下游產(chǎn)品信息
上游原料
下游產(chǎn)品