稀有分散金属元素镓

一、镓的特征和主要用途

镓是最具有“分散”特征的稀有分散金属，银白色，密度5.904g/m3，熔点29.78℃，在手里就可熔化，是熔点在人体温度之下的三种液态金属(镓、铯、汞)之一。但其沸点却很高，高达2403℃。

镓的液态范围很大，而是这3种低熔点、高沸点液态金属中液态范围最大，达2373℃。因此，将镓装入石英温度计内，可用来测量1500℃的高温。人们常用这种温度计来测量反应炉、原子反应堆的温度。

镓在由液体变成固体时体积会增大3.2%，并由银白色转变为蓝灰色。镓的__电离能仅为5.999电子伏特，因此凝固点很低。由于具有稳定固体的复杂结构，纯液态镓有显著的过冷趋势，在固相点之下仍能长时间保持液态，放在冰水内也可以几天内不结晶。

低温时镓有良好的超导性能，在接近-373℃时电阻几乎等于零，因此在超导材料领域中占有一席之地。

镓是一种性能优良的电子材料，被誉为“电子工业的脊梁”，是高新技术的基础资源。镓主要用于制造半导体材料、光学玻璃、真空管、发光二极管和砷化镓激光二极管等。

镓质软、性脆，富延展性，在空气中表现稳定。镓液体的密度高于固体密度，凝固时体积膨胀，膨胀率为3.1%，由于它的这种“热缩冷胀”性，镓具有较好的铸造特性，被用来制造铅字合金，使字体清晰。

在原子能工业中，用镓作为热传导介质，把反应堆中的热量传导出来。镓还具有吸收中子的能力，因此在原子反应堆中，镓可以起到控制中子数量和反应速度的作用。放射性镓可用来诊断癌症。

镓加热能溶于硝酸、王水等强酸以及强碱液中，因此镓具有**。与沸水反应剧烈，但在室温时仅与水略有反应。镓的蒸气压很低，在1000℃时只有10-3帕，故可在真空装置中做密封液。

镓的化学性质不活泼，化学性质与铝、锌、锗相似，化合价为2和3。在常温下几乎不与氧和水发生反应。镓高温时能与大多数金属作用。加入铝中可制得易热处理的合金。镓锡合金弧光灯具有纯粹的红光，并可防止锡蒸发附在玻璃管壁上，避免冷却时破裂。镓与金的合金应用在装饰和镶牙方面，也可用作有机合成的催化剂。镓能提高一些合金的硬度，并能提高镁合金的耐腐蚀能力。镓与许多金属，如铋、铅、锡、镉，铟、铊等，生成熔点低于60℃的易熔合金。其中如含铟25%的镓铟合金(熔点16℃)，含锡8%的镓锡合金(熔点20℃)，可以用在电路熔断器和各种保险装置上，温度一高，它们就会自动熔化断开，起到安全保险的作用。

镓有增强玻璃折射率的效能，可以用来制造特种光学玻璃。镓具有很强的光反射能力，同时又能很好地附着在玻璃上，承受较高的温度，可把它挤压在两块加热的玻璃之间制成优质反光镜。镓镜能把70%以上射来的光反射出去。

在高温的环境下，镓能与硫、硒、碲、磷、砷、锑等发生反应，生成的以GaAs、GaP、GaSb为主的镓系列化合物都是优质的半导体材料，在光电子学领域和微波通讯领域应用极为广泛，可制造整流器、晶体管、光电器件、注射激光器、微波二极管等，被人们认为是最有发展前途的半导体材料，成为电子工业的新宠。镓的化合物半导体材料做成的太阳能电池，能把太阳能直接转变成电能，效率高达百分之十八，而且抵抗辐射的能力比硅电池强一倍，因此可作为人造卫星电源。人们用砷化镓做元件制成了激光器，这是一种体积小、效率高的新型激光器。磷化镓是制作半导体发光元件的优质材料。用磷化镓二极管能放出红光和绿光，我们在电脑上看到的红光和绿光，就是由它放出的。为此，人们将镓誉为“半导体材料的新粮食”。

镓还可以用来制造阴极蒸气灯，将碘化镓加入高压水银灯中，可以增大水银灯的辐射强度。

镓化合物可用于分析化学、有机合成以及医药中的催化剂。

镓化合物还用于光导纤维通讯系统，可制作大规模集成电路，作为核能工业的热载体，甚至在超导材料领域中也有一席之地。

二、资源储量及其分布

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0.71万吨。广西的资源量最高，达2.90万吨，占全国的21.2%。排列在前5位的分别是广西、贵州、河南、山西、云南，查明资源储量合计占全国的88.2%。

镓的世界资源储量约为18万吨。国外镓的资源储量约4～5万吨，国内镓的储量约为13～14万吨。我国金属镓的资源储量约占世界总量的75%。

三、镓矿床主要工业类型及赋存状态

(一)主要工业类型

在自然界中镓常以微量元素与铝、锌、锗的矿物共生。镓的地壳丰度为15×10-6，比其它分散元素的地壳含量高出1～2个数量级;镓在锗石中含量较高，铝土矿和闪锌矿中也含有少量的镓。

目前我国尚未发现独立的镓矿床。而且在目前已知的富镓矿床中，一般的富集系数约4～5，只有在少数矿床的闪锌矿和赭石中其富集系数可高达约330，与其他的分散元素成矿作用无法相比。

镓矿床的主要工业类型有：含镓铝土矿矿石;含镓铜、锌矿石与其它多金属矿硫化物;含镓煤矿。

(二)赋存状态

镓总是以类质同相形式存在于有关的矿物中，不会形成独立的具有单独开采价值的镓矿床，只能随开采主金属矿床时在选冶中加以综合回收利用。

河南、吉林、山东、广西等省区的镓主要赋存在铝土矿中;黑龙江、云南等省的镓主要赋存在煤矿或锡矿中;湖南等省的镓主要赋存在闪锌矿中。

四、提取方法

1.以副产品的形式提取镓。目前，工业上镓主要以副产品的形式从处理铝土矿生产氧化铝时的铝酸钠循环液中以及闪锌矿湿法炼锌工艺的粗锌蒸馏残渣中提取，也可以从煤焦化烟尘中回收。

2.萃取法提取镓。在一定的酸度下，采用药剂P538可以从Ga、In与伴生元素如Zn、Co、Cd、Ni以及碱金属和碱土金属的硫酸体系中取到Ga、In、Ti，用一定的反萃取剂可以分别萃取出Ga、In、Ti，并能实现Ga、In、Ti的有效分离。

五、国内外市场供需形势分析

我国是镓的生产大国，但产量不稳定。2000年原生镓产量为7.6吨，2005年为17.78吨，2007年33.22吨，2008年有可能达到40吨。

根据需求推算，2008年__产量总计为85吨。其中，中国金属镓(4N)的产量约占__产量的一半。

近年来我国电子信息产业的快速发展，国内镓的消费稳定增长。据海关统计，2008年中国未锻轧金属镓出口量为26吨。以此测算，2008年中国国内金属镓的表观消费量约在14吨左右。

据中国电子材料网对GaAS的市场调研预测，由于GaAs晶体生长技术和器件制作技术已趋于成熟，预计在未来10年内，以GaAs为主的化合物半导体材料和器件的需求量将以年均10%～15%的速度增长。

自2000 年__镓消费量达到200吨的顶峰之后，受市场价格波动等原因的影响，__镓消费量出现大幅度下滑，2006年已降到100吨左右。2008年下半年金融危机对实体经济的冲击加剧了这种下滑趋势，去年全年镓消费量进一步下降到85吨左右。我国镓消费量约占世界的16.5%。

在__金融危机的影响下，2008年中国金属镓的价格一路下滑，年初价格为5800～6300元/千克，11月中旬降到到3500元/千克的低点后，年底略有小幅回升。2009年初进一步下降到3400～3700元/千克。

六、我国镓矿资源开发利用中存在的问题

1. 镓的提取困难。镓作为一种稀散金属，自然界中几乎不存在单一的、具有工业开采价值的镓矿床，只能从冶炼其它金属如Al，Zn过程的副产物中加以回收。然而，由于镓在其它金属矿床中的含量也极低，经过一定富集后也只能达到几百g/t，因而镓的提取非常困难。

2. 镓资源浪费严重。国内大多数企业都是将含镓物料弃置不用，造成镓资源的大量浪费。

3. 镓产品附加值低。国内目前没有掌握金属镓深加工生产技术，产品主要以初级原材料方式出口，附加价值不高。山东铝业公司、长城铝业公司等少数企业曾试图将3～4N产品提纯到6～7N产品，并进一步加工成GaAs、GaP产品出口，但市场障碍较大，尚未取得明显进展。

七、我国对镓产品管理的现行政策

1.《2007年出口许可证管理货物目录》、《2008年出口许可证管理货物目录》将未锻轧的镓、锻轧的镓等列入出口许可证管理货物目录。

2.《2008年加工贸易禁止类商品目录》(商务部、海关总署公告2008年第22号)规定，未锻轧的镓、镓废碎料、镓粉末、锻轧的镓及其制品禁止以加工贸易的名义出口。

八、政策建议

1. 加强镓的提取工艺研究，提高镓的综合回收利用水平。

2.提高未锻轧的镓、镓废碎料、镓粉末、锻轧的镓及其制品出口关税，控制过度出口。

3. 由国家对镓金属实施战略储备。