2、金属镓的性质:元素符号Ga,原子序数31,是IIIA族金属。密度为5.904克/立方厘米,熔点为29.76°C (302.91 K,85.57℉),沸点为2204℃ (2477 K,3999℉)。固体镓为蓝灰色,液体镓为银白色。镓在低温时硬而脆,而一超过室温就熔融,溶于酸和碱中,微溶于汞,腐蚀性很强。镓在干燥的空气中比较稳定,表面会生成氧化物薄膜阻止继续氧化,在潮湿空气中便失去光泽。镓的凝固点很低,由液态转化为固态时,膨胀率为3.1%,镓能浸润玻璃,故不宜使用玻璃容器存放,宜存放于塑料容器中。
3、镓的赋存状态:镓在地壳中的含量为0.0015%。自然界中的镓分布比较分散,多以伴生矿存在,主要赋存在铝土矿中,少量存在于锡矿、钨矿和铅锌矿中。
4、镓的用途:目前,我国金属镓的消费领域包括半导体和光电材料、太阳能电池、合金、医疗器械、磁性材料等,其中半导体行业已成为镓最大的消费领域,约占总消费量的80%。随着镓下游应用行业的快速发展,尤其是半导体行业和太阳能电池行业,未来金属镓需求也将稳步增长。
4.1 半导体材料
镓是一种低熔点高沸点的稀散金属,有“电子工业脊梁”的美誉。镓的化合物是优质的半导体材料,被广泛应用到光电子工业和微波通信工业,用于制造微波通讯与微波集成、红外光学与红外探测器件、集成电路、发光二极管等。例如我们在电脑上看到的红光和绿光就是由磷化镓二极管发出的。
镓用于半导体
4.2 太阳能电池
镓应用于太阳能电池的制造中,如砷化镓三五族太阳能电池,该电池具有良好的耐热、耐辐射等特性,其光电转换率非常高。
镓用于太阳能电池
4.3 合金
镓与铟、铊、锡、铋、锌等可在3℃-65℃之间组成一系列低熔合金,用于温度测控、仪表中的代汞物、珠定业作中支撑物、金属涂层、电子工业及核工业的冷却回路。例如,含25%铟的镓合金为低熔点合金,在16℃时便熔化,可用于自动灭火装置中。镓与铜、镍、锡、金等可组成冷焊剂,适于难焊接的异型薄壁,金属间及其与陶瓷间的冷焊接与空洞堵塞。
低熔合金
4.4 医学领域
镓可用于医疗诊断,例如使用枸橼酸镓(67Ga)来诊断肺癌和肝癌等。镓的合金还可以应用到医疗器件和医用材料中,例如使用镓合金作为牙齿填充材料,使用“铟镓合金”制作体温计等。
镓铟体温计
4.4 玻璃制造
镓能增强玻璃折射率,可以用来制造特种光学玻璃。镓对光的反射能力特别强,可以把70%以上折射来的光反射出去,同时又能很好地附着在玻璃上,承受较高的温度,因而被应用到反光镜中。
镓用于反光镜
4.5 化工行业
镓的卤化物具有较高的活性,可以用于聚合和脱水等工艺,例如使用三氯化镓(GaCl3)作催化剂生产乙基苯、丙基苯和酮。而来自美国和丹麦科研人员开发的一种新的镍-镓催化剂,可以用来转化氢和二氧化碳为甲醇。此外,为了提高石油开采的经济效益,包括中国在内的一些国家都在研究使用硝酸镓的新型石油催化剂。
镓盐催化剂
4.6 其他用途
(1)在原子能工业中,镓可以作为热传导物质,将反应堆中的热量传导出来。此外,镓还可以吸收中子,从而达到控制中子数目和反应速度的效果。(2)镓还可以用来制造阴极蒸汽灯。将碘化镓加入到高压水银灯中,可以增大水银灯的辐射强度。(3)由于镓具有“热缩冷胀”性质,所以具有较好的铸造性,可以用来制造铅字合金,使字体清晰。(4)镓蒸汽压很低,可以在真空装置中做密封液。
镓空心阴极灯
5、镓的储量与分布:根据美国地质调查局2015年发布的数据,全球铝土矿中镓的储量超过100万吨,锌矿中还有一定储量的镓资源。虽然铝土矿和锌矿中所含的镓资源相对较多,但目前能从中开发回收的镓资源量却很少。
截止2008年底,我国共探明镓矿矿区总数166个,在全国25个省(市、区)均有分布,资源储量为13.66万吨,基础储量为0.71万吨。镓资源储量较多的省份除内蒙古外,还有广西、贵州、河南、山西、云南5省。从镓资源分布类型来看,广西、贵州、河南、山西、吉林、山东等省区的镓主要存在于铝土矿中,云南、黑龙江等省的镓主要存在于锡矿或煤矿中,湖南等省区的镓主要存在于闪锌矿中。
高纯镓锭 Ga≥99.99% 1500元/kg
硝酸镓 99% 2000元/kg
氧化钾 1400元/kg
8.1镓对人体健康的影响
人体内镓的含量特别低,例如,体重为70kg的人体内只含有0.7mg的镓。人体内的镓可能来源于水源、食物等。
纯镓并不会对接触者产生危害,而且有些镓的放射性化合物也被应用到医学领域,如枸橼酸镓(67Ga)常用于肺癌和肝癌的诊断、淋巴系统肿瘤的诊断和分期、肿瘤疗效观察和活动性炎症灶的探查。此外,有研究报告指出,微量元素镓是人体的抗癌及强骨固钙剂,对大骨节病有防治效果。
虽然小剂量的镓对人体没有危害,但镓的一些化合物,尤其是含有砷、碲、磷、氯等有毒物质的化合物,如果摄入过量,则会对人体产生不良影响,例如短时间接触大剂量的氯化镓( III )就会引起不良反应,如咽喉发炎、呼吸困难、胸痛等,而它的烟雾则能引起更严重的不良反应,如肺水肿和局部瘫痪。因而人们在接触大剂量的镓化合物前应确认该物质是否会对健康产生不良影响,并采取相应保护措施,如戴手套、穿工作服等。