稀有金屬(講稿)課件

鎵銦鍺

目錄

1鎵2銦

3鍺

1鎵（Ga）

鎵在巴黎由布瓦博得朗于1875年發(fā)現(xiàn)，位于第四周期第ⅢA族，原子序數(shù)為31，原子量為69.72。鎵是淡藍(lán)色或銀白色的金屬，純液態(tài)鎵有顯著的過冷的趨勢(shì)，在空氣中很穩(wěn)定淡藍(lán)色金屬，在29.76℃時(shí)變?yōu)殂y白色液體。密度是5.904g/cm3，熔點(diǎn)29.78℃，沸點(diǎn)2403

℃。微溶于汞，形成鎵汞齊。鎵能浸潤(rùn)玻璃，故不宜使用玻璃容器存放。受熱至熔點(diǎn)時(shí)變?yōu)橐后w，再冷卻至0℃而不固化，由液體轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w時(shí)，其體積約增大3.2%。1-1鎵的理化性質(zhì)

圖1-1金屬鎵1-2礦藏分布鎵在地殼中占重量的0.0015%，在地殼中它的分布很廣泛，但不以純金屬狀態(tài)存在，而以硫鎵銅礦（CuGaS2）形式存在，這是因?yàn)殒壴诖笞匀恢泻芊稚?，沒有形成集中的鎵礦。因而鎵是一種伴生礦，99%以上的鎵伴生鋁、鋅、鍺的礦物共生，沒有獨(dú)立的礦床，因而提煉比較困難。據(jù)估計(jì)鎵的世界儲(chǔ)量約為23萬(wàn)噸，我國(guó)金屬鎵資源儲(chǔ)量約占世界總量的75%，也占世界第一位。中國(guó)、德國(guó)、日本、烏克蘭和法國(guó)是鎵的生產(chǎn)大國(guó)，日本是目前世界上最大的生產(chǎn)國(guó)。截止2008年底，我國(guó)鎵礦查明礦區(qū)總數(shù)166個(gè)，在全國(guó)25個(gè)?。ㄊ小^(qū)）均有分布。資源儲(chǔ)量13.66萬(wàn)噸，其中基礎(chǔ)儲(chǔ)量0.71噸。攀枝花釩鈦磁鐵礦中的金屬鎵儲(chǔ)量為9.24萬(wàn)噸，約占世界儲(chǔ)量的41~42%，占國(guó)內(nèi)金屬鎵儲(chǔ)量的54～55%。排名在前五的省份分別是廣西、貴州、河南、山西、云南，查明資源儲(chǔ)量合計(jì)占全國(guó)的88.2%。鎵金屬上市公司有南風(fēng)化工、中國(guó)鋁業(yè)、西部礦業(yè)、株冶集團(tuán)。鎵（Ga）鎵（Ga）

1-3應(yīng)用領(lǐng)域電子工業(yè)鎵最大的用途是生產(chǎn)砷化鎵用于半導(dǎo)體，制作半導(dǎo)體材料，用于發(fā)光二級(jí)管、電視和電腦的顯示器件，砷化鎵正在被大量用于手機(jī)核心電路、計(jì)算機(jī)芯片、光電傳輸?shù)确矫妗８邷販囟扔?jì)鎵的沸點(diǎn)很高為2430℃，熔點(diǎn)很低為29.78℃。這一性質(zhì)決定用鎵來測(cè)定29.78~2430℃的溫度最為合適，把鎵充入耐高溫的石英細(xì)管中制成高溫溫度計(jì)。醫(yī)學(xué)鎵的合金可用作牙科醫(yī)療器件和醫(yī)用材料，鎵72使用于診斷，鎵黃對(duì)蛋白質(zhì)起凝集作用可用于治療骨癌。砷化鎵(GaAs)太陽(yáng)能電池砷化鎵太陽(yáng)能電池最高轉(zhuǎn)換率達(dá)18%。2銦（In）2-1銦的理化性質(zhì)銦位于第五周期第ⅢA族，原子序數(shù)為49，原子量為114.8。銦是銀白色并略帶淡藍(lán)色的金屬，質(zhì)地非常軟，能用指甲刻痕銦是一種銀灰色，質(zhì)地極軟的易熔金屬。熔點(diǎn)156.61℃，沸點(diǎn)2060℃，密度為7.3g/cm3。液態(tài)銦能浸潤(rùn)玻璃，并且會(huì)粘附在接觸過的表面上留下黑色的痕跡。銦有微弱的放射性，天然銦有兩種主要同位素，其一為銦-113為穩(wěn)定核素，銦-115為β-

衰變。銦雖然無(wú)毒，但應(yīng)避免與皮膚接觸和食入。圖2-1銦銦（In）從常溫到熔點(diǎn)之間，銦與空氣中的氧作用緩慢，表面形成極薄的氧化膜（In2O3），溫度更高時(shí)，與活潑非金屬作用。大塊金屬銦不與沸水和堿溶液反應(yīng)，但粉末狀的銦可與水緩慢的作用，生成氫氧化銦。銦與冷的稀酸作用緩慢，易溶于濃熱的無(wú)機(jī)酸和乙酸、草酸。銦能與許多金屬形成合金（尤其是鐵，粘有鐵的銦會(huì)顯著的被氧化）。銦的主要氧化態(tài)為+1和+3，主要化合物有In2O3、In(OH)3、InCl3，與鹵素化合時(shí)，能分別形成一鹵化物和三鹵化物。2-3應(yīng)用領(lǐng)域由于銦具有良好的延展性和傳導(dǎo)性，可塑性強(qiáng)。因此銦是一種多用途的金屬,且隨著科技的進(jìn)步其應(yīng)用范圍在不斷擴(kuò)大，特別是在高科技領(lǐng)域。ITO靶材目前銦的最大應(yīng)用領(lǐng)域是用作功能材料，主要是以銦-錫氧化物(ITO)的形式做透明電極，用作平面顯示器，廣泛用于電子信息產(chǎn)業(yè)作薄膜晶體管、液晶顯示器、等離子顯示器等，這一用途是銦的主要消費(fèi)領(lǐng)域，占全球銦消費(fèi)量的70%。電子半導(dǎo)體和無(wú)線電領(lǐng)域銦具有沸點(diǎn)高、低電阻和抗腐蝕等特性，在電子半導(dǎo)體和無(wú)線電行業(yè)也有廣泛應(yīng)用。有相當(dāng)大部分的金屬銦用于生產(chǎn)半導(dǎo)體材料。在無(wú)線電工業(yè)和電子工業(yè)中，銦用于制造特殊的接觸裝置，即將銦和銀的氧化物經(jīng)混合后壓制而成。銦在焊料和合金領(lǐng)域的應(yīng)用金屬銦在工業(yè)上最初的應(yīng)用領(lǐng)域是制造工業(yè)軸承。銦和鎵的合金可以對(duì)滑動(dòng)元件起潤(rùn)滑作用因此也被用于電動(dòng)真空儀器中。銦的許多易熔合金用作釬焊料，利用銦可以使壓電材料制作成的零件相互牢固的焊接在一起。鍺化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，常溫下不與空氣或水蒸汽作用，但在600～700℃時(shí)，很快生成二氧化鍺。與鹽酸、稀硫酸不起作用。濃硫酸在加熱時(shí)，鍺會(huì)緩慢溶解。在硝酸、王水中，鍺易溶解。已知鍺共有兩種氧化物：二氧化鍺和一氧化鍺。二氧化鍺GeO2

具有金剛石型的四方晶型和介穩(wěn)的α–石英型的六方晶型。前者熔點(diǎn)1086℃，密度6.24g/cm3，不溶于水；后者熔點(diǎn)1115℃，密度4.25g/cm3，微溶于水。二氧化鍺在常溫或在加熱條件下都比較穩(wěn)定，難溶于酸；易溶于強(qiáng)堿溶液，生成鍺酸鹽。金屬鍺或硫化鍺在空氣中灼燒均可制得二氧化鍺。它主要用于制造高折射率的光學(xué)玻璃，也是制備金屬鍺的原料。一氧化鍺GeO

黑色針狀晶體，700℃分解，不溶于水，易溶于酸和濃強(qiáng)堿溶液；在空氣中加熱易轉(zhuǎn)化成二氧化鍺，隔絕空氣加熱易發(fā)生歧化反應(yīng)。在加熱條件下，用氫氣或一氧化碳還原二氧化鍺可制備一氧化鍺。其他化合物主要為四氯化鍺（GeCl4）為無(wú)色液體，在濕空氣中因水解而產(chǎn)生煙霧，易揮發(fā)。其熔點(diǎn)為-51.50℃，沸點(diǎn)為86.55℃，密度為1.88g/cm3；溶于乙醇和乙醚，遇水發(fā)生水解。鍺3-3應(yīng)用領(lǐng)域半導(dǎo)體方面的應(yīng)用鍺管具有非常小的飽和電阻、幾乎無(wú)熱輻射功耗等優(yōu)點(diǎn)，在某些器件方面是其它材料所無(wú)法代替的。紅外技術(shù)方面的應(yīng)用由于鍺在紅外領(lǐng)域具有獨(dú)特的優(yōu)異性能，因而被廣泛地應(yīng)用于紅外激光器、熱成像儀、夜間監(jiān)視器和熱探測(cè)器等成像部件，如窗口材料、透鏡和濾光片等。

光導(dǎo)纖維方面的應(yīng)用鍺作為理想的摻雜劑使用于光纖中，可以提高纖維芯的折射率、降低色散損耗?；し矫娴膽?yīng)用鍺在化工方面主要是用來作為PET樹脂(聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酷樹脂)的催化劑。用鍺作催化劑制作的PET樹脂具有安全無(wú)毒、耐熱耐壓、有玻璃一樣的高透明度且表面有光澤、重量輕而不會(huì)開裂、氣密性好等優(yōu)點(diǎn)。小結(jié)小結(jié)注：有色金屬的均價(jià)由中國(guó)有色網(wǎng)提供，為2015年5月29日當(dāng)日價(jià)格。（1）鎵、銦、鍺三種元素密度小、熔點(diǎn)低、沸點(diǎn)高，顏色在不同的狀態(tài)下分別具有不同顏色，并且