什么是镓?

[拼音]：jia

[外文]：gallium

元素符号Ga，银白色金属，在元素周期表中属ⅢA族，原子序数31，原子量69.714，正斜方晶体，常见化合价为+3。镓是在人体温度(37℃)下能熔化成液体的三种金属之一（另外两种为铯和汞）。

1871年俄国人门捷列夫 (Д.И.Μенделеев)曾根据元素周期律预言自然界存在一种和铝性质相近的元素，称之为“类铝”。1875年，法国人布瓦博德朗(P.┵.L.deBoisbaudran)在闪锌矿中找到了“类铝”这个元素，为了纪念发现者的故乡Gallia，命名为gallium。

镓的地壳丰度高于锑、银、铋、钨、钼。自然界中镓的矿物有硫镓铜矿(CuGaS2)。镓和铝、锌、锗的离子半径相近，化学性质相似，所以镓常和这三种元素的矿物共生。铝土矿中含镓 0.01～0.002％，闪锌矿中含镓0.01～0.02％，而锗石中含镓0.1～0.8％。此外，含锗的煤中也含镓。70年代氧化铝生产过程中的循环母液是生产镓的主要原料。

镓在常温空气中稳定，因为表面覆有一层薄的氧化膜，即使在红热时也不再被空气氧化。镓的熔点低，沸点高，是液态范围最大的金属。

镓主要用于制备Ⅲ-V族化合物半导体材料。在微波器件领域内，砷化镓是最有前途的半导体材料。用镓砷磷、镓铝砷制成的红色发光管，用磷化镓制成的绿色发光管等，已在电子计算机及其他电子仪器中广泛应用。砷化镓、镓铝砷还可作固体激光器材料，用于光导纤维通信，还能用作太阳能电池的材料以及制作大规模高速集成电路。钆镓石榴石（GGG）用作磁泡存储器，是镓的一种新用途，这使镓的生产出现新的高峰。钒镓化合物(V3Ga)可用作超导材料。镓有很高的光反射能力，可把它挤压在两块玻璃板之间制成镜子。镓还用于制备易熔合金。镓化合物可用作分析化学、医药和有机合成的催化剂。

20世纪50年代末期，世界每年镓的消耗量还不足100公斤，1979年即达14～16吨。镓的主要生产国有瑞士、美国、联邦德国、加拿大和中国等。1979年美国镓的价格为750美元／公斤。

在氧化铝生产过程中，镓富集在循环液中。烧结法循环液中镓的含量较低，可在溶液中加入石灰乳，使铝成为难溶的铝酸钙沉淀，滤去沉淀后，再通入二氧化碳，便得富镓化合物的沉淀。用氢氧化钠溶液溶解沉淀，然后进行电解，即可制得纯度为 99.99％的金属镓。用拜耳法处理含氧化铝较高的铝土矿时，在铝酸钠溶液水解后的循环母液中含镓量为原矿的20倍。从返回液中制取富镓化合物的沉淀可采用碳酸化的方法。铝和镓沉淀的pH不同，在第一次碳酸化时，将反应进行到析出约90％的铝为止，此时大部分镓留在溶液中。第二次碳酸化后，镓和氢氧化铝共沉淀，Ga2O3在沉淀中的含量为1～2％。再用氢氧化钠溶解，经水溶液电解制取金属镓（见铝）。

焙烧含镓较高的硫化锌精矿，镓进入焙砂。 用酸浸出锌时， 大部分镓进入渣中，可用烟化炉或回转窑处理浸出渣，所得氧化锌烟尘经H2SO4浸出(见浸取)，锌粉置换沉淀，镓进入置换渣（锗也同时进入渣中）。用酸浸出后，可用烷基磷酸和氧肟酸(


，其中R为C5～C9)作为溶剂萃取剂，如果酸度选择适当，可同时萃取镓和锗。用稀硫酸反萃，镓进入水相（锗留在有机相中），经过水解、碱化造液后电解，得含量为99.99％的镓（见锌）。

作为制备化合物半导体的超纯金属，镓的纯度要求达到99.9999～99.99999％。 中国采用化学处理、电解精炼和拉晶提纯等方法，可以制得纯度为99.9999％以上的超纯镓。在纯度为99.99％的粗镓中，杂质集中于表层氧化膜，用3N的高纯盐酸在60～70℃下酸洗处理，除去电极电势较负的杂质如锌、铝、铁、钙、镁等，可得纯度为99.995％的镓，供进一步提纯。

在进行碱性电解提纯时，首先采用高电流密度进行预电解，使电解液中的杂质在阴极先析出，然后再用净化的电解液进行电解。电解槽用有机玻璃制成，阳极和阴极均用铂丝，外有套管，中有隔板，阳极和阴极的电流密度为200安／米2，槽电压为2～3伏，温度为40～50℃。精炼得到的镓纯度能达到99.999％以上。

进一步提纯使用拉晶提纯法，籽晶杆用水冷却，用红外加热器加热熔体，严格控制温度，并在熔体表面覆盖一层5～10％的超纯盐酸，采用低速拉晶可以达到较好的提纯效果。拉晶提纯对除去微量的铜、锌、银、镍、锡等杂质有明显的效果，镓的纯度能提高到99.9999％以