Galliul este un metal minor coroziv, de culoare argintie, care se topește aproape de temperatura camerei și este cel mai adesea utilizat în producerea de compuși semiconductori.
Proprietăți:
- Simbol atomic: Ga
- Numărul atomic: 31
- Categorie de elemente: metal post-tranziție
- Densitate: 5,91 g / cm³ (la 73 ° F / 23 ° C)
- Punctul de topire: 29,76 ° C
- Punctul de fierbere: 2204 ° C
- Duritatea lui Moh: 1,5
caracteristici:
Galiul pur este alb argintiu și se topește la temperaturi sub 85 ° F (29,4 ° C). Metalul rămâne într-o stare topită până la aproape 4000 ° F (2204 ° C), oferindu-i cea mai mare gamă lichidă din toate elementele metalice.
Galliul este unul dintre doar câteva metale care se extinde pe măsură ce se răcește, crescând în volum cu puțin peste 3%.
Deși galiul se alătură ușor cu alte metale, este corosiv, difuzând în zăbrele și slăbind majoritatea metalelor. Punctul său de topire scăzut îl face însă util în anumite aliaje cu topire scăzută.
Spre deosebire de Mercur, care este, de asemenea, lichid la temperatura camerei, galiul udă atât pielea, cât și sticla, ceea ce face mai dificil de manevrat. Galliul nu este aproape la fel de toxic ca mercurul.
Istorie:
Descoperită în 1875 de Paul-Emile Lecoq de Boisbaudran în timp ce examina minereurile de sphalerită, galiul nu a fost utilizat în nicio aplicație comercială până în ultima parte a secolului XX.
Galliul este de mică folosință ca metal structural, dar valoarea sa în multe dispozitive electronice moderne nu poate fi subestimată.
Utilizările comerciale ale galiului s-au dezvoltat în urma cercetărilor inițiale privind diodele cu emisie de lumină (LED-uri) și tehnologia de semiconductor radio-frecvență III-V (RF), care a început la începutul anilor '50.
În 1962, cercetările fizicianului IBM J.B. Gunn asupra arsenidei de galiu (GaAs) au dus la descoperirea oscilației de înaltă frecvență a curentului electric care curge prin anumite solide semiconductoare - acum cunoscute sub numele de „Efectul Gunn”. Această descoperire a deschis calea construirii de detectori militari timpurii folosind diode Gunn (cunoscute și sub numele de dispozitive de transfer de electroni) care au fost utilizate de atunci în diferite dispozitive automate, de la detectoare de radar auto și controlere de semnal la detectoare de conținut de umiditate și antiefracție alarme.
Primele LED-uri și lasere bazate pe GaAs au fost produse la începutul anilor '60 de cercetătorii RCA, GE și IBM.
Inițial, LED-urile au fost capabile să producă doar lumini infraroșii invizibile, limitând luminile la senzori și aplicații foto-electronice. Dar potențialul lor ca surse de lumină compacte eficiente din punct de vedere energetic a fost evident.
La începutul anilor 1960, Texas Instruments a început să ofere LED-uri în comerț. În anii '70, sistemele de afișare digitale timpurii, utilizate în ceasuri și afișoare de calculatoare, au fost curând dezvoltate folosind sisteme de iluminare cu iluminare LED.
Cercetările ulterioare din anii 1970 și 1980 au dus la tehnici de depunere mai eficiente, ceea ce face ca tehnologia LED să fie mai fiabilă și mai rentabilă. Dezvoltarea compușilor semiconductori de galiu-aluminiu-arsen (GaAlAs) a dus la LED-uri de zece ori mai strălucitoare decât anterior, în timp ce spectrul de culori disponibil pentru LEDDe asemenea, s-a avansat pe baza unor substraturi semiconductoare noi, care conțin galiu, cum ar fi nitrura de indiu-galiu (InGaN), arsenida-fosfura de galiu (GaAsP) și fosfura de galiu (GaP).
Până la sfârșitul anilor 1960, proprietățile conductoare GaAs erau de asemenea cercetate ca parte a surselor de energie solară pentru explorarea spațiului. În 1970, o echipă de cercetare sovietică a creat primele celule solare cu heterostructură GaAs.
Critică pentru fabricarea dispozitivelor optoelectronice și a circuitelor integrate (ICs), cererea de napolitane GaA a scăzut până la sfârșitul anului Anii 1990 și începutul secolului XXI în corelație cu dezvoltarea comunicațiilor mobile și a energiei alternative tehnologii.
Nu este surprinzător, ca răspuns la această cerere în creștere, între 2000 și 2011 producția globală de galiu primar este mai mare de două ori de la aproximativ 100 de tone metrice (MT) pe an la peste 300MT.
Producție:
Conținutul mediu de galiu în scoarța terestră este estimat la aproximativ 15 părți pe milion, aproximativ similar cu litiu și mai frecvent decât conduce. Cu toate acestea, metalul este dispersat pe scară largă și este prezent în puține corpuri de minere extractibile din punct de vedere economic.
Până la 90% din galiul primar produs este extras în prezent din bauxită în timpul rafinării aluminei (Al2O3), un precursor al aluminiu. O cantitate mică de galiu este produsă ca produs secundar zinc extracția în timpul rafinării minereului de sphalerită.
În timpul procesului Bayer de rafinare a minereului de aluminiu la alumină, minereul zdrobit este spălat cu o soluție fierbinte de hidroxid de sodiu (NaOH). Aceasta transformă alumina în aluminat de sodiu, care se instalează în rezervoare, în timp ce lichidul cu hidroxid de sodiu care conține acum galiu este colectat pentru reutilizare.
Deoarece acest lichior este reciclat, conținutul de galiu crește după fiecare ciclu, până când atinge un nivel de aproximativ 100-125 ppm. Amestecul poate fi apoi luat și concentrat sub formă de galat prin extracție de solvent folosind agenți de chelare organici.
Într-o baie electrolitică la temperaturi de 40-160 ° F (40-60 ° C), galatul de sodiu este transformat în galiu impur. După spălare în acid, acesta poate fi apoi filtrat prin plăci ceramice sau de sticlă poroasă pentru a crea 99,9-99,99% metal galiu.
99,99% este gradul precursor standard pentru aplicațiile GaAs, dar noile utilizări necesită purități mai mari care pot fi obținute prin încălzirea metalului sub vid pentru îndepărtarea elementelor volatile sau purificarea electrochimică și cristalizarea fracționată metode.
În ultimul deceniu, o mare parte din producția mondială de galiu primar s-a mutat în China, care acum furnizează aproximativ 70% din galiul mondial. Alte țări producătoare primare includ Ucraina și Kazahstan.
Aproximativ 30% din producția anuală de galiu este extrasă din resturi și materiale reciclabile, cum ar fi napolitane IC care conțin GaAs. Cea mai mare parte a reciclării de galiu are loc în Japonia, America de Nord și Europa.
Sondaj Geologic al SUA estimează că în 2011 a fost produs 310MT de galiu rafinat.
Cei mai mari producători din lume includ Zhuhai Fangyuan, Beijing Jiya Semiconductor Materials și Recapture Metals Ltd.
Aplicații:
Când galiul aliat are tendința de a coroda sau de a produce metale ca. oţel fragil. Această trăsătură, împreună cu temperatura extrem de scăzută de topire, înseamnă că galiul este de mică folosire în aplicațiile structurale.
În forma sa metalică, galiul este utilizat în lipituri și aliaje cu topire scăzută, cum ar fi galinstanul®, dar se găsește cel mai adesea în materialele cu semiconductor.
Principalele aplicații Gallium pot fi clasificate în cinci grupuri:
1. Semiconductori: care reprezintă aproximativ 70% din consumul anual de galiu, napolitanele GaA sunt coloana vertebrală a multor electronice moderne dispozitive, cum ar fi smartphone-urile și alte dispozitive de comunicație fără fir care se bazează pe capacitatea de economisire a energiei și de amplificare IC-urile GaAs.
2. Diodele cu emisie de lumină (LED-uri): Începând cu 2010, cererea globală de galiu din sectorul LED s-a dublat, datorită utilizării LED-urilor cu luminozitate ridicată pe ecranele de afișare cu ecran mobil și plat. Mișcarea globală către o mai mare eficiență energetică a dus, de asemenea, la sprijinul guvernului pentru utilizarea iluminatului LED la o iluminare fluorescentă incandescentă și compactă.
3. Energie solară: utilizarea Gallium în aplicațiile de energie solară este axată pe două tehnologii:
- Celule solare concentratoare GaAs
- Celule solare cu film subțire cadmiu-indiu-galiu-selenid (CIGS)
Ca celule fotovoltaice extrem de eficiente, ambele tehnologii au avut succes în specializare aplicații, în special în domeniul aerospațial și militar, dar încă se confruntă cu bariere la scară mare uz comercial.
4. Materiale magnetice: rezistență mare, permanentă magneți sunt o componentă cheie a computerelor, automobilelor hibride, a turbinelor eoliene și a altor alte echipamente electronice și automatizate. În unele magneți permanente se folosesc adaosuri mici de galiu, inclusiv neodimfier-bor Magneți (NdFeB).
5. Alte aplicații:
- Aliajele și lipiturile de specialitate
- Oglinzi umede
- Cu plutoniu ca stabilizator nuclear
- Nichel-mangan-aliat de memorie în formă de gel
- Catalizator de petrol
- Aplicații biomedicale, inclusiv produse farmaceutice (azotat de galiu)
- fosforescente
- Detectarea neutrinilor
surse:
Softpedia. Istoricul LED-urilor (Diodele cu emisie de lumină).
Sursă: https://web.archive.org/web/20130325193932/http://gadgets.softpedia.com/news/History-of-LEDs-Light-Emitting-Diodes-1487-01.html
Anthony John Downs, (1993), „Chimia aluminiului, a galiului, a indiului și a taliului”. Springer, ISBN 978-0-7514-0103-5
Barratt, Curtis A. "Semiconductori III-V, o istorie în aplicațiile RF." ECS Trans. 2009, volumul 19, numărul 3, paginile 79-84.
Schubert, E. Fred. Diode emitatoare de lumina. Rensselaer Polytechnic Institute, New York. Mai 2003.
USGS. Rezumate despre mărfuri minerale: Gallium.
Sursă: http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/gallium/index.html
Raport SM Metale subproduse: relația aluminiu-galiu.
Adresa URL: www.strategic-metal.typepad.com