稀散金屬(由鎵、銦、鉈、鍺、硒等組成的化學元素)

稀散金屬通常是指由鎵(Ga)、銦(In)、鉈(Tl)、鍺(Ge)、硒(Se)、碲(Te)和錸(Re)7個元素組成的一組化學元素。但也有人將銣、鉿、鈧、釩和鎘等包括在內。這7個元素從1782年發現碲以來，直到1925年發現錸才被全部發現。這一組元素之所以被稱為稀散金屬，一是因為它們之間的物理及化學性質等相似，劃為一組；二是由於它們常以類質同象形式存在有關的礦物當中，難以形成獨立的具有單獨開採價值的稀散金屬礦床，(在四川省石棉縣發現一處以碲為主的碲鉍礦床)；三是它們在地殼中平均含量較低，以稀少分散狀態伴生在其他礦物之中，只能隨開採主金屬礦床時在選冶中加以綜合回收、綜合利用。

基本介紹

• 中文名：稀散金屬
• 劃分原因：物理及化學性質等相似
• 包含元素：鎵、銦、鉈、鍺、硒、碲和錸
• 劃分時間：1925年
• 特性：地殼中平均含量較低
• 開發：在選冶中加以綜合回收、綜合利用

用途

稀散金屬具有極為重要的用途，是當代高科技新材料的重要組成部分。由稀散金屬與有色金屬組成的一系列化合物半導體、電子光學材料、特殊合金、新型功能材料及有機金屬化合物等，均需使用獨特性能的稀散金屬。用量雖說不大，但至關重要，缺它不可。因而廣泛用於當代通訊技術、電子計算機、宇航開發、醫藥衛生、感光材料、光電材料、能源材料和催化劑材料等。

礦產資源

中國稀散金屬礦產豐富，為發展稀散金屬工業提供了較好的資源條件。

稀散元素在自然界里主要以分散狀態賦存在有關的金屬礦物中，如閃鋅礦一般都富含鎘、鍺、鎵、銦等，個別還含有鉈、硒與碲；黃銅礦、黝銅礦和硫砷銅礦經常富含鉈、硒及碲，個別的還富含銦與鍺；方鉛礦也常富含銦、鉈、硒及碲；輝鉬礦和斑銅礦富含錸，個別的還富含硒；黃鐵礦常富含鉈、鎵、硒、碲等。

目前，雖然已發現有近200種稀散元素礦物，但由於稀少而未富集成具有工業開採的獨立礦床，迄今只發現有很少見的獨立鍺礦、硒礦、碲礦，但礦床規模都不大。

鎵介紹

鎵是一種有白色光澤的軟金屬。熔點出奇的低，只有29.78℃。取一小粒鎵放在手心裡，過不多久就熔化成小液珠滾來滾去，像水銀珠一樣。

人們認識鎵歷史

人們認識鎵這個元素已經有一百多年的歷史了。它是在1875年被法國化學家布瓦菩德朗發現的。像在地殼中的量約為0. 0004%，與錫差不多，不算太少。然而，錫礦比較集中，鎵在自然界的分布卻非常分散，幾乎沒有單獨存在的鎵礦。所以鎵又稱作“稀散金屬”。鎵有時和鋁混合在一起，存在於鋁土礦里。這是因為鎵和鋁在元素周期表里都屬於第三主族，而鎵離子和鋁離子大小也差不多，所以它們就容易在一種礦石里共存。又因為鎵原子和鋅原子大小也接近，所以鎵和鋅也容易同處於散鋅礦中。鎵還容易和鍺共存於煤中。所以煤燃燒後剩下的煙道灰里就含有微量的鎵和鍺。

鎵的寶貴特性

鎵的很多寶貴特性和它的純度有關。用普通化學方法提煉，最多只能得到 99. 99%的純度，也就是平常說的四個九。近半個世紀以來，人們在鎵的提純方面獲得極大進展，從而推進了鎵的套用。

鎵的化學性質

鎵的化學性質和鋁很相似，也和同一族的金屬銦、鉈很相似。在平常的溫度下，鎵在乾燥的空氣中不起變化。只有赤熱時，才能被空氣氧化。鎵對水也非常穩定。在室溫下，金屬像就能和氯或溴強烈作用。硫酸，特別是鹽酸容易溶解鎵。強酸溶液或氫氧化銨溶液也容易溶解鎵。鎵的氫氧化物也能溶解於強鹼溶液之中，生成鎵酸鹽。氫氧化鎵的酸性比氫氧化鋁還要強些。在化學上，這叫做具有“兩性”性質。就是說，這種物質既具有鹼性，也具有酸性。

鎵的熔點

鎵的熔點很低。它熔化後不容易凝固。當鎵處於液體狀態的時候，受熱後體積均勻地膨脹。鎵的沸點高達2070℃。從熔點30℃到沸點2070℃溫度範圍很寬，這樣，鎵就可以做高溫溫度計的材料。平常的水銀溫度計對測量煉鋼爐、原子能反應堆的高溫無能為力，因為水銀在356.9℃化作蒸汽。

人們還利用稼熔點低的特性，把鎵跟鋅、錫、鋼這些金屬摻在一起，製成低熔點合金，把它用到自動救火龍頭的開關上。一旦發生火災，溫度升高，這種易熔合金做的開關保險熔化，水便從龍頭自動噴出滅火。

液體鎵

液體鎵也用來代替水銀，用於各種高真空泵，或者紫外線燈泡。在原子反應堆里，還用鎵來作熱傳導介質，把反應堆中的熱量傳導出來。鎵能緊密地粘在玻璃上，因此，可以製成反光鏡，用在一些特殊的光學儀器上。

鎵有冷脹熱縮奇妙的特性

鎵還有一些奇妙的特性。大多數金屬是熱脹冷縮的。然而鎵卻是冷脹熱縮。當鎵從液體凝結成固體時，體積要膨脹3%。所以，像跟大多數的金屬相反，液體的比重反而比固體的大。因此，金屬稼應當存放在塑膠的或橡膠制的容器里。如果裝在玻璃瓶子裡，一旦液態的鎵凝固時，體積膨脹，會把瓶子撐破。

鎵——半導體材料

鎵屬於元素周期表的第三族。它和第五族元素——砷、銻、磷、氮化合後，形成一系列具有半導體性能的化合物。例如砷化鎵、銻化鎵、磷化鎵等，都具有良好的半導體性能，是目前實際套用較多的半導體材料。

原先以真空電子管為核心的電子設備大多笨重。自從以鎵等金屬為原料的半導體出現以後，使許許多多的電子設備體積大為縮小，從而實現了小型化、微型化、甚至還可以製成集成板塊電路。在整個電子工業技術領域引起一場深刻的革命。砷和鎵的化合物——砷化鎵，是近年來新發展起來的一種性能優良的半導體材料。用砷化鎵可以製成砷化鎵雷射器。這是一種功效高、體積小的新型雷射器。鎵和磷的化合物——磷化鎵是一種半導體發光材料。它能夠發射出紅光或綠光。人們把它做成各種阿拉伯數字形狀。在有的電子計算機里，就利用它來顯示計算結果。

與稀土狀況類似，金屬鎵也是中國的優勢資源，金屬鎵作為重要的半導體材料，以製造業和電子工業起家的日本和韓國由於其自身資源短缺，對金屬鎵的依賴不言而喻。美國、日本數年前已經將金屬鎵定位為“戰略資源”，並進行收儲，歐盟委員會也發布了題為《對歐盟生死攸關的原料報》，將14種重要礦產原料列入“緊缺名單”，鎵名列其中。長期以來，低價出口金屬鎵給國內稀缺資源造成流失。近些年來，中國政府也開始關注金屬鎵的收儲。2011年末，一份《有色金屬工業“十二五”規劃》引發業界高度關注。根據該規劃，國家對鎢、鉬、錫、銻、鎵、稀土等戰略小金屬的發展做出專項規劃，並提出“建立完整的國家儲備體系”。

金屬鎵

金屬鎵還有一個奇異的特性，就是它在低溫時，有良好的“超導性”。在接近絕對零度即-273℃時，電阻變得極低，幾乎等於零。這時，它的導電性能非常好。如果在這樣低的溫度下通電，電流的損失是微不足道的。這種性質叫做“超導性”。早在 1911年，人們就發現了超導現象。用超導材料製造電機，不僅可以節省能量消耗，而且大大節約原材料。一台常規的八千馬力電機重379噸，採用超導材料後僅重40噸。總造價下降一半。要建造500萬千瓦以上的大型電機，幾乎非用超導技術不可。採用超導材料作遠距離輸電線十分經濟，輸送效率可達99.5%以上，損耗極少。

現在人們正在千方百計地努力尋找在較高溫度下，甚至在室溫下還保持超導性能的新材料。一個像原子和三個釩原子化合所形成的化合物（俗稱“釩三鎵”），是超導材料。

要注意的問題

應當注意的是，鎵及其化合物有毒。毒性遠遠超過汞和砷！醫學家們發現，鎵可以損傷腎，破壞骨髓。鎵沉積在軟組織中，造成神經、肌肉中毒。它可能與引起腫瘤、抑制正常生長有關。