第一節(jié) 鎵的定義

鎵，是銀白色金屬。密度5.904克/厘米3。熔點(diǎn)29.78℃。沸點(diǎn)2403℃。化合價(jià)2和3。第一電離能5.999電子伏特。凝固點(diǎn)很低。由于穩(wěn)定固體的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，純液體有顯著的過(guò)冷的趨勢(shì)，可以放在冰浴內(nèi)幾天不結(jié)晶。質(zhì)軟、性脆，在空氣中表現(xiàn)穩(wěn)定。加熱可溶于酸和堿；與沸水反應(yīng)劇烈，但在室溫時(shí)僅與水略有反應(yīng)。高溫時(shí)能與大多數(shù)金屬作用。由液態(tài)轉(zhuǎn)化為固態(tài)時(shí)，膨脹率為3.1%，宜存放于塑料容器中。

第二節(jié) 鎵生產(chǎn)工藝概述

鎵主要是作為從鋁土礦中提取鋁或從鋅礦石中提取鋅時(shí)的副產(chǎn)物得到的，也有少量鎵來(lái)自于煤中伴生元素鎵的回收。目前世界上90％以上的原生鎵都是從生產(chǎn)氧化鋁的種分母液中提取的。

一、從煉鋁副產(chǎn)物中提取鎵

汞齊電解法：該方法以汞為陰極，電解含鎵溶液獲得鎵汞齊，然后從鎵汞齊中回收鎵。含鎵溶液可以是氧化鋁生產(chǎn)的含鎵循環(huán)鋁酸鈉堿液，也可以是鉛電解或鋅電解的含鎵酸性溶液。1955年匈牙利首先使用該方法從氧化鋁生產(chǎn)的循環(huán)鋁酸鈉溶液中提取鎵。20世紀(jì)60年代，意大利、法國(guó)及蘇聯(lián)等國(guó)都相繼采用這種方法生產(chǎn)鎵，并改進(jìn)了這項(xiàng)生產(chǎn)工藝。我國(guó)于70年代初開(kāi)始使用這種方法從堿石灰燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁的循環(huán)鋁酸鈉堿液中提取鎵，也對(duì)該技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)。汞齊法的優(yōu)點(diǎn)是工藝、設(shè)備均比較簡(jiǎn)單，投資低，在回收純度較高的金屬鎵的同時(shí)還可以回收釩。但由于該方法使用有劇毒的汞，所以現(xiàn)在已經(jīng)被大多數(shù)國(guó)家禁用。

石灰乳法：該方法由美國(guó)鋁業(yè)公司(Alcoa)于1952年 研究 成功，我國(guó)和蘇聯(lián)于1957年用于工業(yè)生產(chǎn)。該方法的原理是用石灰乳處理氧化鋁生產(chǎn)的循環(huán)鋁酸鈉溶液，使鎵與鋁分離，然后回收富集的鎵。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是能從鎵濃度低的循環(huán)鋁酸鈉溶液中回收鎵，缺點(diǎn)是使循環(huán)堿液中的NaOH轉(zhuǎn)化為NaHCO3及Na2CO3，需要使用大量石灰苛化后才能返回氧化鋁生產(chǎn)流程。

溶劑萃取法：該法所用的萃取劑昂貴且萃取劑長(zhǎng)期與強(qiáng)堿性鋁酸鈉溶液接觸，溶解損失較大，溶解于種分母液中的萃取劑對(duì)后序工藝中的電解也有不利影響。

離子交換法：該方法從拜耳母液中回收金屬鎵，無(wú)需往鋁酸鈉溶液中加任何試劑，不會(huì)影響氧化鋁生產(chǎn)工藝，且其工藝流程短，周期作業(yè)，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，成本較低，是目前從氧化鋁生產(chǎn)中回收鎵的最經(jīng)濟(jì)的方法，并且已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。

二、從煉鋅副產(chǎn)品中提取鎵

還原焙燒磁選工藝：該法利用鎵的親鐵特性，通過(guò)強(qiáng)化浸鋅渣的還原過(guò)程，使鎵定向富集于金屬鐵中，然后采用磁選的方法從焙燒渣中分離富集的鎵金屬。

絡(luò)合吸附法：在一定條件下，單寧和鎵生成有色的絡(luò)合物，利用活性炭從鹽酸體系中提取鎵，使單寧-鎵絡(luò)合物吸附在活性炭上。通過(guò)過(guò)濾分離和灼燒濾渣，得到的灰分含有較高的鎵，從而實(shí)現(xiàn)了鎵的分離、富集和提取。該方法的回收率達(dá)99%，是一種富集和提取鎵的新方法，由奚長(zhǎng)生、龍來(lái)濤等人提出。

乳狀液膜萃取法：該方法是近年來(lái)萃取技術(shù)中新的發(fā)展方向。將K4Fe(CN)6、三烷基氧磷(TPRO)、磺化煤油和CMS(表面活性劑)混合，形成乳狀液膜體系。含有TPRO和磺化煤油的萃取劑為油膜，作流動(dòng)相，含有K4Fe(CN)6的反萃劑為內(nèi)水相。將此體系與含鎵溶液混合，油膜中的萃取劑萃取溶液中的鎵，同時(shí)油膜中的鎵又被內(nèi)水相反萃取，并與K4Fe(CN)6作用生成沉淀，從而使鎵從水相轉(zhuǎn)入內(nèi)水相。

三、從粉煤灰中提取鎵

沉淀法：該法將煤灰煙塵與三氯化鋁、氧化鈣等熔劑混合，氧化鎵通過(guò)高溫熔融轉(zhuǎn)化為水溶性的鎵酸鹽，用碳酸鈉浸出鎵，再經(jīng)三次碳酸化得到富鎵沉淀，用氫氧化鈉溶液溶解該沉淀后再經(jīng)過(guò)電解法即可得到金屬鎵。

萃取法：該方法用酸性溶液直接從煙塵中浸出鎵，再用萃取劑從浸出液中回收鎵。

還原熔煉萃取法及堿熔化法：該工藝是指首先對(duì)粉煤灰粗篩選后進(jìn)行焚燒，酸浸過(guò)濾后得到含鎵濾液，然后用吸附塔吸附此濾液，用堿性絡(luò)合淋洗劑淋洗后電解即可得鎵金屬。據(jù)報(bào)道英國(guó)某公司已經(jīng)采取此法成功地從粉煤灰中提取了金屬鎵。

第三節(jié) 鎵的應(yīng)用和需求

鎵是一種價(jià)格貴重的稀散金屬，應(yīng)用范圍比較廣泛。最重要的用途是它和As、Sb、P等組成的二元化合物能被用作半導(dǎo)體材料，鎵還可用于低熔點(diǎn)合金、超導(dǎo)材料、原子反應(yīng)堆中的熱載體等。鎵的氧化物是一種多功能材料，在磁學(xué)、催化、半導(dǎo)體和光學(xué)領(lǐng)域都備受關(guān)注，除用做計(jì)算機(jī)內(nèi)存、磁泡存儲(chǔ)元件的芯片外，還廣泛用于隱藏式通訊、紅外線輻射二極管振蕩器、鐵磁材料、光電材料、熒光材料等領(lǐng)域。鎵鹽可用做催化劑、用于制備治療癌癥及骨質(zhì)疏松等病癥的藥物，市場(chǎng)前景較好。

作為現(xiàn)代高新技術(shù)的支撐材料，稀散金屬鎵在國(guó)防、寬帶光纖通信、航空航天、電子技術(shù)等領(lǐng)域得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展及人民生活和健康水平的提高，對(duì)鎵的需求量也越來(lái)越大。

由于金屬鎵的某些物理化學(xué)性質(zhì)同鋁、鋅、鐵等相似，常異類質(zhì)同象伴生于鋁礦、閃鋅礦、煤炭等中。目前世界上90%的鎵是作為煉鋁工業(yè)的副產(chǎn)品獲得，其余10%主要從鋅冶煉的殘?jiān)谢厥眨倭繌哪承┟夯抑谢厥?。從不同原料中回收鎵?研究 正在發(fā)展，一些方法已經(jīng)工業(yè)化，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著。

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