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，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)鎵的世界儲量約為23萬噸，我國金屬鎵資源儲量約占世界總量的75%，也占世界第一位。中國、德國、日本、烏克蘭和法國是鎵的生產(chǎn)大國，日本是目前世界上最大的生產(chǎn)國。截止2008年底，我國鎵礦查明礦區(qū)總數(shù)166個，在全國25個?。ㄊ?、區(qū)）均有分布。資源儲量13.66萬噸，其中基礎(chǔ)儲量0.71噸。攀枝花釩鈦磁鐵礦中的金屬鎵儲量為9.24萬噸，約占世界儲量的41~42%，占國內(nèi)金屬鎵儲量的54～55%。排名在前五的省份分別是廣西、貴州、河南、山西、云南，查明資源儲量合計(jì)占全國的88.2%。鎵金屬上市公司有南風(fēng)化工、中國鋁業(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，鎵黃對蛋白質(zhì)起凝集作用可用于治療骨癌。砷化鎵(GaAs)太陽能電池砷化鎵太陽能電池最高轉(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)銦能浸潤玻璃，并且會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滑動元件起潤滑作用因此也被用于電動真空儀器中。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、幾乎無熱輻射功耗等優(yōu)點(diǎn)，在某些器件方面是其它材料所無法代替的。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