我国镓的生产工艺和应用及需求

第一节 镓的定义

镓，是银白色金属。密度5.904克/厘米3。熔点29.78℃。沸点2403℃。化合价2和3。第一电离能5.999电子伏特。凝固点很低。由于稳定固体的复杂结构，纯液体有显著的过冷的趋势，可以放在冰浴内几天不结晶。质软、性脆，在空气中表现稳定。加热可溶于酸和碱；与沸水反应剧烈，但在室温时仅与水略有反应。高温时能与大多数金属作用。由液态转化为固态时，膨胀率为3.1%，宜存放于塑料容器中。

第二节 镓生产工艺概述

镓主要是作为从铝土矿中提取铝或从锌矿石中提取锌时的副产物得到的，也有少量镓来自于煤中伴生元素镓的回收。目前世界上90％以上的原生镓都是从生产氧化铝的种分母液中提取的。

一、从炼铝副产物中提取镓

汞齐电解法：该方法以汞为阴极，电解含镓溶液获得镓汞齐，然后从镓汞齐中回收镓。含镓溶液可以是氧化铝生产的含镓循环铝酸钠碱液，也可以是铅电解或锌电解的含镓酸性溶液。1955年匈牙利首先使用该方法从氧化铝生产的循环铝酸钠溶液中提取镓。20世纪60年代，意大利、法国及苏联等国都相继采用这种方法生产镓，并改进了这项生产工艺。我国于70年代初开始使用这种方法从碱石灰烧结法生产氧化铝的循环铝酸钠碱液中提取镓，也对该技术进行了改进。汞齐法的优点是工艺、设备均比较简单，投资低，在回收纯度较高的金属镓的同时还可以回收钒。但由于该方法使用有剧毒的汞，所以现在已经被大多数国家禁用。

石灰乳法：该方法由美国铝业公司(Alcoa)于1952年 研究 成功，我国和苏联于1957年用于工业生产。该方法的原理是用石灰乳处理氧化铝生产的循环铝酸钠溶液，使镓与铝分离，然后回收富集的镓。这种方法的优点是能从镓浓度低的循环铝酸钠溶液中回收镓，缺点是使循环碱液中的NaOH转化为NaHCO3及Na2CO3，需要使用大量石灰苛化后才能返回氧化铝生产流程。

溶剂萃取法：该法所用的萃取剂昂贵且萃取剂长期与强碱性铝酸钠溶液接触，溶解损失较大，溶解于种分母液中的萃取剂对后序工艺中的电解也有不利影响。

离子交换法：该方法从拜耳母液中回收金属镓，无需往铝酸钠溶液中加任何试剂，不会影响氧化铝生产工艺，且其工艺流程短，周期作业，易于实现自动化操作，成本较低，是目前从氧化铝生产中回收镓的最经济的方法，并且已经实现了工业化生产。

二、从炼锌副产品中提取镓

还原焙烧磁选工艺：该法利用镓的亲铁特性，通过强化浸锌渣的还原过程，使镓定向富集于金属铁中，然后采用磁选的方法从焙烧渣中分离富集的镓金属。

络合吸附法：在一定条件下，单宁和镓生成有色的络合物，利用活性炭从盐酸体系中提取镓，使单宁-镓络合物吸附在活性炭上。通过过滤分离和灼烧滤渣，得到的灰分含有较高的镓，从而实现了镓的分离、富集和提取。该方法的回收率达99%，是一种富集和提取镓的新方法，由奚长生、龙来涛等人提出。

乳状液膜萃取法：该方法是近年来萃取技术中新的发展方向。将K4Fe(CN)6、三烷基氧磷(TPRO)、磺化煤油和CMS(表面活性剂)混合，形成乳状液膜体系。含有TPRO和磺化煤油的萃取剂为油膜，作流动相，含有K4Fe(CN)6的反萃剂为内水相。将此体系与含镓溶液混合，油膜中的萃取剂萃取溶液中的镓，同时油膜中的镓又被内水相反萃取，并与K4Fe(CN)6作用生成沉淀，从而使镓从水相转入内水相。

三、从粉煤灰中提取镓

沉淀法：该法将煤灰烟尘与三氯化铝、氧化钙等熔剂混合，氧化镓通过高温熔融转化为水溶性的镓酸盐，用碳酸钠浸出镓，再经三次碳酸化得到富镓沉淀，用氢氧化钠溶液溶解该沉淀后再经过电解法即可得到金属镓。

萃取法：该方法用酸性溶液直接从烟尘中浸出镓，再用萃取剂从浸出液中回收镓。

还原熔炼萃取法及碱熔化法：该工艺是指首先对粉煤灰粗筛选后进行焚烧，酸浸过滤后得到含镓滤液，然后用吸附塔吸附此滤液，用碱性络合淋洗剂淋洗后电解即可得镓金属。据报道英国某公司已经采取此法成功地从粉煤灰中提取了金属镓。

第三节 镓的应用和需求

镓是一种价格贵重的稀散金属，应用范围比较广泛。最重要的用途是它和As、Sb、P等组成的二元化合物能被用作半导体材料，镓还可用于低熔点合金、超导材料、原子反应堆中的热载体等。镓的氧化物是一种多功能材料，在磁学、催化、半导体和光学领域都备受关注，除用做计算机内存、磁泡存储元件的芯片外，还广泛用于隐藏式通讯、红外线辐射二极管振荡器、铁磁材料、光电材料、荧光材料等领域。镓盐可用做催化剂、用于制备治疗癌症及骨质疏松等病症的药物，市场前景较好。

作为现代高新技术的支撑材料，稀散金属镓在国防、宽带光纤通信、航空航天、电子技术等领域得到越来越广泛的应用。近年来，随着科学技术的飞速发展及人民生活和健康水平的提高，对镓的需求量也越来越大。

由于金属镓的某些物理化学性质同铝、锌、铁等相似，常异类质同象伴生于铝矿、闪锌矿、煤炭等中。目前世界上90%的镓是作为炼铝工业的副产品获得，其余10%主要从锌冶炼的残渣中回收，少量从某些煤灰中回收。从不同原料中回收镓的 研究 正在发展，一些方法已经工业化，经济效益和社会效益显著。

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