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稀散金属

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概述编辑本段回目录

定义

稀散金属通常是指由镓(Ga)、铟(In)、铊(Tl)、锗(Ge)、硒(Se)、碲(Te)和铼(Re)7个元素组成的一组化学元素。但也有人将铷、铪、钪、钒和镉等包括在内。

这7个元素从1782年发现碲以来,直到1925年发现铼才被全部发现。其共同特点是在地壳中储量很分散,在地壳中几乎是平均分布的,没有单独的矿物,更没有单独的矿床,它们经常是以微量杂质形态存在于其它矿物的晶格中。

这一组元素之所以被称为稀散金属,一是因为它们之间的物理及化学性质等相似,划为一组;二是由于它们常以类质同象形式存在有关的矿物当中,难以形成独立的具有单独开采价值的稀散金属矿床,(在四川省石棉县发现一处以碲为主的碲铋矿床);三是它们在地壳中平均含量较低,以稀少分散状态伴生在其他矿物之中,只能随开采主金属矿床时在选冶中加以综合回收、综合利用。

用途编辑本段回目录

稀散金属具有极为重要的用途,是当代高科技新材料的重要组成部分。由稀散金属与有色金属组成的一系列化合物半导体、电子光学材料、特殊合金、新型功能材料及有机金属化合物等,均需使用独特性能的稀散金属。用量虽说不大,但至关重要,缺它不可。因而广泛用于当代通讯技术、电子计算机、宇航开发、医药卫生、感光材料、光电材料、能源材料和催化剂材料等。

矿产资源编辑本段回目录

中国稀散金属矿产丰富,为发展稀散金属工业提供了较好的资源条件。

稀散元素在自然界里主要以分散状态赋存在有关的金属矿物中,如闪锌矿一般都富含镉、锗、镓、铟等,个别还含有铊、硒与碲;黄铜矿、黝铜矿和硫砷铜矿经常富含铊、硒及碲,个别的还富含铟与锗;方铅矿也常富含铟、铊、硒及碲;辉钼矿和斑铜矿富含铼,个别的还富含硒;黄铁矿常富含铊、镓、硒、碲等。

目前,虽然已发现有近200种稀散元素矿物,但由于稀少而未富集成具有工业开采的独立矿床,迄今只发现有很少见的独立锗矿、硒矿、碲矿,但矿床规模都不大。

性质

镓是一种有白色光泽的软金属。熔点出奇的低,只有29.78℃。取一小粒镓放在手心里,过不多久就熔化成小液珠滚来滚去,像水银珠一样。
人们认识镓这个元素已经有一百多年的历史了。它是在1875年被法国化学家布瓦菩德朗发现的。像在地壳中的量约为0. 0004%,与锡差不多,不算太少。然而,锡矿比较集中,镓在自然界的分布却非常分散,几乎没有单独存在的镓矿。所以镓又称作“稀散金属”。镓有时和铝混合在一起,存在于铝土矿里。这是因为镓和铝在元素周期表里都属于第三主族,而镓离子和铝离子大小也差不多,所以它们就容易在一种矿石里共存。又因为镓原子和锌原子大小也接近,所以镓和锌也容易同处于散锌矿中。镓还容易和锗共存于煤中。所以煤燃烧后剩下的烟道灰里就含有微量的镓和锗。
镓的很多宝贵特性和它的纯度有关。用普通化学方法提炼,最多只能得到  99. 99%的纯度,也就是平常说的四个九。近半个世纪以来,人们在镓的提纯方面获得极大进展,从而推进了镓的应用。
镓的化学性质和铝很相似,也和同一族的金属很相似。在平常的温度下,镓在干燥的空气中不起变化。只有赤热时,才能被空气氧化。镓对水也非常稳定。在室温下,金属像就能和氯或溴强烈作用。硫酸,特别是盐酸容易溶解镓。强酸溶液或氢氧化铵溶液也容易溶解镓。镓的氢氧化物也能溶解于强碱溶液之中,生成镓酸盐。氢氧化镓的酸性比氢氧化铝还要强些。在化学上,这叫做具有“两性”性质。就是说,这种物质既具有碱性,也具有酸性。
镓的熔点很低。它熔化后不容易凝固。当镓处于液体状态的时候,受热后体积均匀地膨胀。镓的沸点高达2070℃。从熔点30℃到沸点2070℃温度范围很宽,这样,镓就可以做高温温度计的材料。平常的水银温度计对测量炼钢炉、原子能反应堆的高温无能为力,因为水银在356.9℃化作蒸汽。

用途

人们还利用稼熔点低的特性,把镓跟锌、锡、钢这些金属掺在一起,制成低熔点合金,把它用到自动救火龙头的开关上。一旦发生火灾,温度升高,这种易熔合金做的开关保险熔化,水便从龙头自动喷出灭火。

液体镓也用来代替水银,用于各种高真空泵,或者紫外线灯泡。在原子反应堆里,还用镓来作热传导介质,把反应堆中的热量传导出来。镓能紧密地粘在玻璃上,因此,可以制成反光镜,用在一些特殊的光学仪器上。
镓还有一些奇妙的特性。大多数金属是热胀冷缩的。然而镓却是冷胀热缩。当镓从液体凝结成固体时,体积要膨胀3%。所以,像跟大多数的金属相反,液体的比重反而比固体的大。因此,金属稼应当存放在塑料的或橡胶制的容器里。如果装在玻璃瓶子里,一旦液态的镓凝固时,体积膨胀,会把瓶子撑破。
稼属于元素周期表的第三族。它和第五族元素——砷、锑、磷、氮化合后,形成一系列具有半导体性能的化合物。例如砷化镓、锑化镓、磷化镓等,都具有良好的半导体性能,是目前实际应用较多的半导体材料。
原先以真空电子管为核心的电子设备大多笨重。自从以镓等金属为原料的半导体出现以后,使许许多多的电子设备体积大为缩小,从而实现了小型化、微型化、甚至还可以制成集成板块电路。在整个电子工业技术领域引起一场深刻的革命。砷和镓的化合物——砷化镓,是近年来新发展起来的一种性能优良的半导体材料。用砷化镓可以制成砷化镓激光器。这是一种功效高、体积小的新型激光器。镓和磷的化合物——磷化镓是一种半导体发光材料。它能够发射出红光或绿光。人们把它做成各种阿拉伯数字形状。在有的电子计算机里,就利用它来显示计算结果。
金属镓还有一个奇异的特性,就是它在低温时,有良好的“超导性”。在接近绝对零度即-273℃时,电阻变得极低,几乎等于零。这时,它的导电性能非常好。如果在这样低的温度下通电,电流的损失是微不足道的。这种性质叫做“超导性”。早在 1911年,人们就发现了超导现象。用超导材料制造电机,不仅可以节省能量消耗,而且大大节约原材料。一台常规的八千马力电机重379吨,采用超导材料后仅重40吨。总造价下降一半。要建造500万千瓦以上的大型电机,几乎非用超导技术不可。采用超导材料作远距离输电线十分经济,输送效率可达99.5%以上,损耗极少。
现在人们正在千方百计地努力寻找在较高温度下,甚至在室温下还保持超导性能的新材料。一个像原子和三个钒原子化合所形成的化合物(俗称“钒三镓”),是超导材料。
应当注意的是,镓及其化合物有毒。毒性远远超过汞和砷!医学家们发现,镓可以损伤肾,破坏骨髓。镓沉积在软组织中,造成神经、肌肉中毒。它可能与引起肿瘤、抑制正常生长有关。

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