負荷預測

[拼音]：jia

[英文]：gallium

元素符號Ga，銀白色金屬，在元素週期表中屬ⅢA族，原子序數31，原子量69.714，正斜方晶體，常見化合價為+3。鎵是在人體溫度(37℃)下能熔化成液體的三種金屬之一（另外兩種為銫和汞）。

1871年俄國人門捷列夫 (Д.И.Μенделеев)曾根據元素週期律預言自然界存在一種和鋁性質相近的元素，稱之為“類鋁”。1875年，法國人布瓦博德朗(P.┵.L.deBoisbaudran)在閃鋅礦中找到了“類鋁”這個元素，為了紀念發現者的故鄉Gallia，命名為gallium。

鎵的地殼丰度高於銻、銀、鉍、鎢、鉬。自然界中鎵的礦物有硫鎵銅礦(CuGaS2)。鎵和鋁、鋅、鍺的離子半徑相近，化學性質相似，所以鎵常和這三種元素的礦物共生。鋁土礦中含鎵 0.01～0.002％，閃鋅礦中含鎵0.01～0.02％，而鍺石中含鎵0.1～0.8％。此外，含鍺的煤中也含鎵。70年代氧化鋁生產過程中的迴圈母液是生產鎵的主要原料。

性質和用途

鎵在常溫空氣中穩定，因為表面覆有一層薄的氧化膜，即使在紅熱時也不再被空氣氧化。鎵的熔點低，沸點高，是液態範圍最大的金屬。

鎵主要用於製備Ⅲ-V族化合物半導體材料。在微波器件領域內，砷化鎵是最有前途的半導體材料。用鎵砷磷、鎵鋁砷製成的紅色發光管，用磷化鎵製成的綠色發光管等，已在電子計算機及其他電子儀器中廣泛應用。砷化鎵、鎵鋁砷還可作固體鐳射器材料，用於光導纖維通訊，還能用作太陽能電池的材料以及製作大規模高速積體電路。釓鎵石榴石（GGG）用作磁泡儲存器，是鎵的一種新用途，這使鎵的生產出現新的高峰。釩鎵化合物(V3Ga)可用作超導材料。鎵有很高的光反射能力，可把它擠壓在兩塊玻璃板之間製成鏡子。鎵還用於製備易熔合金。鎵化合物可用作分析化學、醫藥和有機合成的催化劑。

20世紀50年代末期，世界每年鎵的消耗量還不足100公斤，1979年即達14～16噸。鎵的主要生產國有瑞士、美國、聯邦德國、加拿大和中國等。1979年美國鎵的價格為750美元／公斤。

鎵的冶金

從鋁土礦冶煉過程中回收鎵

在氧化鋁生產過程中，鎵富集在迴圈液中。燒結法迴圈液中鎵的含量較低，可在溶液中加入石灰乳，使鋁成為難溶的鋁酸鈣沉澱，濾去沉澱後，再通入二氧化碳，便得富鎵化合物的沉澱。用氫氧化鈉溶液溶解沉澱，然後進行電解，即可製得純度為 99.99％的金屬鎵。用拜耳法處理含氧化鋁較高的鋁土礦時，在鋁酸鈉溶液水解後的迴圈母液中含鎵量為原礦的20倍。從返回液中製取富鎵化合物的沉澱可採用碳酸化的方法。鋁和鎵沉澱的pH不同，在第一次碳酸化時，將反應進行到析出約90％的鋁為止，此時大部分鎵留在溶液中。第二次碳酸化後，鎵和氫氧化鋁共沉澱，Ga2O3在沉澱中的含量為1～2％。再用氫氧化鈉溶解，經水溶液電解制取金屬鎵（見鋁）。

從溼法煉鋅過程中回收鎵

焙燒含鎵較高的硫化鋅精礦，鎵進入焙砂。 用酸浸出鋅時， 大部分鎵進入渣中，可用煙化爐或迴轉窯處理浸出渣，所得氧化鋅煙塵經H2SO4浸出(見浸取)，鋅粉置換沉澱，鎵進入置換渣（鍺也同時進入渣中）。用酸浸出後，可用烷基磷酸和氧肟酸(

，其中R為C5～C9)作為溶劑萃取劑，如果酸度選擇適當，可同時萃取鎵和鍺。用稀硫酸反萃，鎵進入水相（鍺留在有機相中），經過水解、鹼化造液後電解，得含量為99.99％的鎵（見鋅）。

超純鎵的製備

作為製備化合物半導體的超純金屬，鎵的純度要求達到99.9999～99.99999％。 中國採用化學處理、電解精煉和拉晶提純等方法，可以製得純度為99.9999％以上的超純鎵。在純度為99.99％的粗鎵中，雜質集中於表層氧化膜，用3

N

的高純鹽酸在60～70℃下酸洗處理，除去電極電勢較負的雜質如鋅、鋁、鐵、鈣、鎂等，可得純度為99.995％的鎵，供進一步提純。

在進行鹼性電解提純時，首先採用高電流密度進行預電解，使電解液中的雜質在陰極先析出，然後再用淨化的電解液進行電解。電解槽用有機玻璃製成，陽極和陰極均用鉑絲，外有套管，中有隔板，陽極和陰極的電流密度為200安／米2，槽電壓為2～3伏，溫度為40～50℃。精煉得到的鎵純度能達到99.999％以上。

進一步提純使用拉晶提純法，籽晶杆用水冷卻，用紅外加熱器加熱熔體，嚴格控制溫度，並在熔體表面覆蓋一層5～10％的超純鹽酸，採用低速拉晶可以達到較好的提純效果。拉晶提純對除去微量的銅、鋅、銀、鎳、錫等雜質有明顯的效果，鎵的純度能提高到99.9999％以