稀有金属(讲稿)

1、 镓铟锗 目录 1 镓2 铟 3 锗 1镓（Ga） 镓在巴黎由布瓦博得朗于1875年发现，位于第四周期第A族，原子序数为31，原子量为69.72。镓是淡蓝色或银白色的金属，纯液态镓有显著的过冷的趋势，在空气中很稳定淡蓝色金属，在29.76时变为银白色液体。密度是5.904g/cm3 ，熔点29.78，沸点2403 。微溶于汞，形成镓汞齐。镓能浸润玻璃，故不宜使用玻璃容器存放。受热至熔点时变为液体，再冷却至0而不固化，由液体转变为固体时，其体积约增大3.2%。1-1 镓的理化性质 图1-1 金属镓 镓在干燥空气中较稳定并生成氧化物薄膜阻止继续氧化，在潮湿空气中失去光泽。镓在潮湿空气中氧化，加热至

2、500时着火。室温时跟水反应缓慢，跟沸水反应剧烈生成氢氧化镓放出氢气。加热时溶于无机酸或苛性碱溶液。能跟卤素、硫、磷、砷、锑等反应。与碱反应放出氢气，生成镓酸盐。能被冷浓盐酸浸蚀，对热硝酸显钝性，高温时能与多数非金属反应；溶于酸和碱中，镓在化学反应中存在+1、+2和+3化合价，其中+3为其主要化合价。镓的活动性与锌相似，却比铝低。镓是两性金属，既能溶于酸（产生Ga3+）也能溶于碱。 镓和镓的化合物有微弱的毒性，镓的毒性是和生物的种类相关的，在服用浓度高于750mg/kg时才会表现出对人肾脏的毒性。但是没有任何文献表明镓有生殖毒性。相反，硝酸镓可以用于治疗某些疾病。镓容易附着到桌面、手、还有手套

3、上留下黑色的斑迹。镓（Ga）1-2 矿藏分布 镓在地壳中占重量的0.0015% ，在地壳中它的分布很广泛，但不以纯金属状态存在，而以硫镓铜矿（CuGaS2）形式存在，这是因为镓在大自然中很分散，没有形成集中的镓矿。因而镓是一种伴生矿，99%以上的镓伴生铝、锌、锗的矿物共生，没有独立的矿床，因而提炼比较困难。 据估计镓的世界储量约为23 万吨，我国金属镓资源储量约占世界总量的75%，也占世界第一位。中国、德国、日本、乌克兰和法国是镓的生产大国，日本是目前世界上最大的生产国。截止2008年底，我国镓矿查明矿区总数166个，在全国25个省（市、区）均有分布。资源储量13.66万吨，其中基础储量0.7

4、1吨。攀枝花钒钛磁铁矿中的金属镓储量为9.24万吨，约占世界储量的4142%，占国内金属镓储量的5455%。排名在前五的省份分别是广西、贵州、河南、山西、云南，查明资源储量合计占全国的88.2%。 镓金属上市公司有南风化工、中国铝业、西部矿业、株冶集团。镓（Ga）镓（Ga）1-3 应用领域电子工业 镓最大的用途是生产砷化镓用于半导体，制作半导体材料，用于发光二级管、电视和电脑的显示器件，砷化镓正在被大量用于手机核心电路、计算机芯片、光电传输等方面。高温温度计 镓的沸点很高为2430，熔点很低为29.78。这一性质决定用镓来测定29.782430的温度最为合适，把镓充入耐高温的石英细管中制成高温

5、温度计。医学 镓的合金可用作牙科医疗器件和医用材料，镓72使用于诊断，镓黄对蛋白质起凝集作用可用于治疗骨癌。砷化镓(GaAs)太阳能电池 砷化镓太阳能电池最高转换率达18%。2 铟（In）2-1 铟的理化性质 铟位于第五周期第A族，原子序数为49，原子量为114.8。铟是银白色并略带淡蓝色的金属 ，质地非常软，能用指甲刻痕铟是一种银灰色，质地极软的易熔金属。熔点156.61，沸点2060，密度为7.3g/cm3。液态铟能浸润玻璃，并且会粘附在接触过的表面上留下黑色的痕迹。 铟有微弱的放射性，天然铟有两种主要同位素，其一为铟-113为稳定核素，铟-115为- 衰变。铟虽然无毒，但应避免与皮肤接触

6、和食入。图2-1 铟铟（In） 从常温到熔点之间，铟与空气中的氧作用缓慢，表面形成极薄的氧化膜（In2O3），温度更高时，与活泼非金属作用。大块金属铟不与沸水和碱溶液反应，但粉末状的铟可与水缓慢的作用，生成氢氧化铟。铟与冷的稀酸作用缓慢，易溶于浓热的无机酸和乙酸、草酸。铟能与许多金属形成合金（尤其是铁，粘有铁的铟会显著的被氧化）。 铟的主要氧化态为+1和+3，主要化合物有In2O3、In(OH)3、InCl3，与卤素化合时，能分别形成一卤化物和三卤化物。2-2 矿藏分布 铟属稀有金属, 铟在地壳中的含量与银相似，为110-5 %，但产量仅为银的1%。地壳中的铟矿物有:硫铟铜矿(CuInS2)、

7、硫铟铁矿(FeInS4)和水铟矿In(OH)3等，但迄今未发现单一的或以铟为主要成分的天然的铟矿床。此外，锡石、黑钨矿、普通角闪石中也含铟。 从表1可知, 世界铟储量主要赋存于北美和亚洲，特别是加拿大和中国。近3年，我国的原生铟产量为300吨左右，我国铟资源集中分布在广西、云南和内蒙古等地，广西的储量居全国首位。从2003年开始，我国跨越法国成为世界第一铟生产国，日本是世界第二大铟生产国。我国铟的生产首要集中在湖南（株洲、湘潭）、广西（柳州、南丹），江苏（南京锗厂）、广东（韶关）、云南和辽宁（葫芦岛锌厂），其中湖南原生铟产量最大。2-3 应用领域 由于铟具有良好的延展性和传导性，可塑性强。因此

8、铟是一种多用途的金属, 且随着科技的进步其应用范围在不断扩大，特别是在高科技领域。ITO靶材 目前铟的最大应用领域是用作功能材料，主要是以铟-锡氧化物(ITO)的形式做透明电极，用作平面显示器，广泛用于电子信息产业作薄膜晶体管、液晶显示器、等离子显示器等，这一用途是铟的主要消费领域，占全球铟消费量的70%。电子半导体和无线电领域 铟具有沸点高、低电阻和抗腐蚀等特性，在电子半导体和无线电行业也有广泛应用。有相当大部分的金属铟用于生产半导体材料。在无线电工业和电子工业中，铟用于制造特殊的接触装置，即将铟和银的氧化物经混合后压制而成。铟在焊料和合金领域的应用 金属铟在工业上最初的应用领域是制造工业轴

9、承。铟和镓的合金可以对滑动元件起润滑作用因此也被用于电动真空仪器中。 铟的许多易熔合金用作钎焊料，利用铟可以使压电材料制作成的零件相互牢固的焊接在一起。3 锗（Ge）3-1 理化性质 锗位于第四周期、第IVA族。原子序数为32，原子量为72.64。它是一种灰白色类金属，有光泽，质硬，属于碳族，粉末状呈暗蓝色，结晶状为银白色脆金属。密度为5.35g/cm3，熔点为938.25， 沸点为2833。化合价+2和+4。就其导电的本领而言，优于一般非金属，劣于一般金属，这在物理学上称为“半导体”，对固体物理和固体电子学的发展有重要作用。晶胞结构为面心立方，每个晶胞含有4个金属原子。据X射线研究证明，锗晶

10、体里的原子排列与金刚石差不多，所以锗与金刚石一样硬而且脆。图3-1 锗 锗化学性质稳定，常温下不与空气或水蒸汽作用，但在600700时，很快生成二氧化锗。与盐酸、稀硫酸不起作用。浓硫酸在加热时，锗会缓慢溶解。在硝酸、王水中，锗易溶解。已知锗共有两种氧化物：二氧化锗和一氧化锗。u二氧化锗GeO2 具有金刚石型的四方晶型和介稳的石英型的六方晶型。前者熔点1086，密度6.24g/cm3，不溶于水；后者熔点1115，密度4.25g/cm3，微溶于水。二氧化锗在常温或在加热条件下都比较稳定，难溶于酸；易溶于强碱溶液，生成锗酸盐。金属锗或硫化锗在空气中灼烧均可制得二氧化锗。它主要用于制造高折射率的光学玻

11、璃，也是制备金属锗的原料。u一氧化锗GeO 黑色针状晶体，700分解，不溶于水，易溶于酸和浓强碱溶液；在空气中加热易转化成二氧化锗，隔绝空气加热易发生歧化反应。在加热条件下，用氢气或一氧化碳还原二氧化锗可制备一氧化锗。 其他化合物主要为四氯化锗（GeCl4）为无色液体，在湿空气中因水解而产生烟雾，易挥发。其熔点为-51.50，沸点为86.55，密度为1.88g/cm3；溶于乙醇和乙醚，遇水发生水解。 锗3-2 矿藏分布 锗在地壳中的含量为一百万分之七，比之于氧、硅等常见元素当然是少，但是，却比砷、铀、汞、碘、银、金等元素都多。然而，锗却非常分散，几乎没有比较集中的锗矿，因此，被人们称为“稀散金

12、属”。已发现的锗矿有硫银锗矿（含锗57%)、锗石(含锗10%)、硫铜铁锗矿(含锗7%)。 目前，全世界已探明的锗保有储量约为8600吨，而世界已查明的黄金储量约为8.9万吨，锗储量明显少于黄金。像其他稀散稀有金属一样，我国锗资源储量位居世界前列。从目前情况看，我国是全球第二大锗资源国，已探明锗矿产地约35处，在全球已探明的8600吨保有储量当中，我国的保有储量约3500吨，而远景储量达到约9600吨，在世界上占有明显优势。我国的已探明锗储量主要分布在12个地区，其中广东、云南、内蒙古、吉林、山西、广西、贵州等省区储量较多，约占全国锗总储量的96%。云南的锗产量达到60吨，约占全国产量60%。

13、3-3 应用领域 半导体方面的应用 锗管具有非常小的饱和电阻、几乎无热辐射功耗等优点，在某些器件方面是其它材料所无法代替的。 红外技术方面的应用 由于锗在红外领域具有独特的优异性能，因而被广泛地应用于红外激光器、热成像仪、夜间监视器和热探测器等成像部件，如窗口材料、透镜和滤光片等。 光导纤维方面的应用 锗作为理想的掺杂剂使用于光纤中，可以提高纤维芯的折射率、降低色散损耗。 化工方面的应用 锗在化工方面主要是用来作为PET树脂(聚对苯二甲酸乙二醇酷树脂)的催化剂。用锗作催化剂制作的PET树脂具有安全无毒、耐热耐压、有玻璃一样的高透明度且表面有光泽、重量轻而不会开裂、气密性好等优点。小结小结注：有色金属的均价由中国有色网提供，为2015年5月29日当日