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小金属科普| 带你了解铟、镓、锗
时间:2023-11-30 11:20:02浏览次数:857次

性质

铟是一种金属元素,元素符号为In,原子序数为49,位于元素周期表第五周期IIIA族。

其单质是一种银白色并略带淡蓝色的金属,质地非常软,能用指甲刻痕。可塑性强,有延展性,可压成片。

金属铟具有延展性好,可塑性强,熔点低,沸点高,低电阻,抗腐蚀等优良特性,且具有较好的光渗透性和导电性,被广泛应用于宇航、无线电和电子工业、医疗、国防、高新技术、能源等领域。

分布及供应

美国地质矿产调查局(USGS)2008年资料显示,世界铟储量为11000吨,储量基础为16000吨。美国美铟公司有关专家曾经估计全球铟的资源量(包括证实储量、可能储量、推断储量等)可以达到5万吨。中国国土资源部最新资料显示,截止2017年底,中国含铟矿区有76处,查明资源储量为16745.64吨。

虽然确定有5种独立矿种如硫铟铜矿(CuInS2)、硫铟铁矿(FeInS4)、水铟矿[In(OH)3]等,但这些矿物在自然界也很少见,铟主要呈类质同象存在于铁闪锌矿(铟的含量为0.0001%~0.1%)、赤铁矿、方铅矿以及其他多金属硫化物矿石中。此外锡矿石、黑钨矿、普通角闪石中也含有铟。因此铟被归类为稀有金属。铟资源比较丰富的国家有中国、秘鲁、美国、加拿大和俄罗斯,上述国家铟储量占全球铟储量的80.6%。

应用

预计2021年全球铟需求约为1750 吨。ITO靶材(用于生产液晶显示器和平板屏幕)是铟锭的主要消费领域,占全球铟消费量的70%;其次电子半导体领域,占全球消费量的11%;焊料和合金领域占12%;光伏薄膜占4%;其他领域占3%。

性质

镓(Gallium)是灰蓝色或银白色的金属,元素符号Ga,原子量69.723。

镓的熔点很低,但沸点很高。纯液态镓有显著的过冷的趋势,在空气中易氧化,形成氧化膜,是液态范围******的金属。

镓和镓的化合物有微弱的毒性,但是没有任何文献表明镓有生殖毒性。相反,硝酸镓可以用于治疗某些疾病。镓容易附着到桌面、手、还有手套上留下黑色的斑迹。

分布及供应

镓的分布很广泛,但不以纯金属状态存在,而以硫镓铜矿(CuGaS2)形式存在。镓是闪锌矿、黄铁矿、矾土、锗石工业处理过程中的副产品。

自然界中镓常以微量分散于铝土矿、闪锌矿等矿石中,由铝土矿中提取制得。在高温灼烧锌矿时,镓就以化合物的形式挥发出来,在烟道里凝结,镓常与铟和铊共生。经电解、洗涤可以制得粗镓,再经提炼可得高纯度镓。

世界90%以上的原生镓都是在生产氧化铝过程中提取的,是对矿产资源的一种综合利用,通过提取金属镓增加了矿产资源的附加值,提高氧化铝的品质降低了废弃物“赤泥”的污染,因此非常符合当前低碳经济以最小的自然资源代价获取利用价值的原则。

全球镓的金属储量约为23万吨,其中中国镓金属储量19万吨、美国0.45万吨、南美洲1.14万吨、非洲5.39万吨和欧洲1.95万吨

据统计全球镓远景储量超100万吨,其中伴生在铝土矿中的镓资源约100万吨,主要分布在非洲、大洋洲、南美洲(含加勒比)、亚洲和其他地区,所占比重分别为32%、23%、21%、18%和6%,如中国豫西铝土矿矿床。伴生在Pb-Zn矿中的镓资源量约19万吨,主要分布于北美中部;涉及国家有美国、加拿大、意大利、波兰、奥地利等,典型矿床为美国三州(Tri State)矿床、上密西西比(Upper Mississippi)矿床等;富镓的沉积型多金属矿床多分布在非洲和北美洲等地,如墨西哥的吨izapa矿床。

目前,生产镓产品主要有原生镓与再生镓,根据产品品质的不同,原生镓分为粗镓与精镓。据最新数据统计,全球共有30余镓企业生产粗镓,主要分布在中国、日本、乌克兰、哈萨克斯坦和加拿大等国,其中中国出产粗镓产量约为470 吨,占全球产量的83%。

生产粗镓的企业主要为有色金属冶炼厂和大型氧化铝厂,如中国的中国铝业股份有限公司,乌克兰尼古拉耶夫铝厂,哈萨克斯坦的巴甫洛达铝厂等。全球精镓的主要生产企业分布在日本和美国,主要有日本同和矿业和美国世界镓股份有限公司等。再生镓的生产国家主要是美国和日本。日本再生镓的主要生产公司主要有住友化学株式会社和拉莎工业株式会社等。

应用

镓主要应用于工业领域及医学用途。

工业上,镓可以制造半导体氮化镓、砷化镓、磷化镓、锗半导体掺杂元;纯镓及低熔合金可作核反应的热交换介质;高温温度计的填充料;有机反应中作二酯化的催化剂。

砷化镓是镓的******消费领域,占镓全球消费量的 80%;其次是氮化镓,占全球镓消费量的7%;CIGS 薄膜电池作为镓的新用途,约占镓消费 量的5%。砷化镓在雷达、卫星电视广播、通 信、源器件、LED、可见光激光器等领域有广泛的用途。

性质

锗(Germanium)是一种化学元素,元素符号Ge,原子序数32,原子量72.64,在化学元素周期表中位于第4周期、第IVA族。

锗单质是一种灰白色准金属,有光泽,质硬,属于碳族,化学性质与同族的锡与硅相近,不溶于水、盐酸、稀苛性碱溶液,溶于王水、浓硝酸或硫酸,具有两性,故溶于熔融的碱、过氧化碱、碱金属硝酸盐或碳酸盐,在空气中较稳定。

分布及供应

锗在自然界分布很散很广。铜矿、铁矿、硫化矿以至岩石,泥土和泉水中都含有微量的锗。

然而,锗却非常分散,几乎没有比较集中的锗矿,因此,被人们称为“稀散金属”。

已发现的锗矿有硫银锗矿(含锗5~7%)、锗石(含锗10%),硫铜铁锗矿(含锗7%) 

研究表明,全球锗资源储量少,分布却较集中,主要分布在中国、美国、俄罗斯等国家,我国作为锗资源储量和消费大国,建立了相对完善的产业链。

据最新数据显示,全球已经探明锗资源的储量8600吨,主要分布在亚洲、欧洲和北美,涉及国家有美国、中国和俄罗斯。其中,美国锗资源储量3870吨,占全球储量的45%,居于首位;中国次之,储量3500吨,占全球储量的41%;俄罗斯860吨,占全球储量的10%。

我国是世界锗矿主要生产国,年产量占全球总产量的71%。我国锗矿生产基地主要集中在云南、 江苏、内蒙古,主要生产企业有云南锗业、四环锌锗、 中储科技、通力锗业、驰宏锌锗、韶关冶炼厂等。

应用

锗具备多方面的特殊性质,在半导体、航空航天测控、核物理探测、光纤通讯、红外光学、太阳能电池、化学催化剂、生物医学等领域都有广泛而重要的应用,是一种重要的战略资源。在电子工业中,在合金预处理中,在光学工业上,还可以作为催化剂。

锗是优良半导体,可作高频率电流的检波和交流电的整流用,此外,可用于红外光材料、精密仪器、催化剂。锗的化合物可用以制造荧光板和各种折射率高的玻璃。

全球光纤网络市场尤其是北美和日本光纤市场的复苏拉动了光纤市场的快速增长。21世纪全球光纤需求年增长率已经达到了20%。未来中国光纤到户、3G建设及村通工程将拉动中国光纤用锗需求快速增长。

锗在红外光学领域的年需求量占锗消费量的20-30%,锗红外光学器件主要作为红外光学系统中的透镜、棱镜、窗口、滤光片等的光学材料。红外市场对锗产品的未来需求增长主要体现于两个方面:军事装备的日益现代化带动了对红外产品的需求和民用市场对红外产品的需求。

太阳能电池用锗占据锗总消耗量的15%,太阳能电池领域对锗系列产品的未来需求增长主要体现于两个方面:航空航天领域及卫星市场快速发展和地面光伏产业快速增长。

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