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稀散金屬(scattered metals,SM)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。其特點是在地殼中儲量很分散,大多數沒有單獨形成礦物與礦床,它們經常是以微量雜質形態存在於其它礦物的晶格中。

 

1 稀散金屬 -概述

定義

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。其共同特點是在地殼中儲量很分散,在地殼中幾乎是平均分佈的,沒有單獨的礦物,更沒有單獨的礦床,它們經常是以微量雜質形態存在於其它礦物的晶格中。

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。

2 稀散金屬 -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。

3 稀散金屬 -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。

性質

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,鎵在自然界的分佈卻非常分散,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裡都屬於第三主族,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。所以煤燃燒后剩下的煙道灰里就含有微量的鎵和鍺。
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,從而推進了鎵的應用。
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。
鎵的熔點很低。它熔化后不容易凝固。當鎵處於液體狀態的時候,受熱后體積均勻地膨脹。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鍊鋼爐、原子能反應堆的高溫無能為力,因為水銀在356.9℃化作蒸汽。

用途

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料的或橡膠制的容器里。如果裝在玻璃瓶子里,一旦液態的鎵凝固時,體積膨脹,會把瓶子撐破。
稼屬於元素周期表的第三族。它和第五族元素——砷、銻、磷、氮化合后,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,是目前實際應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激光器。這是一種功效高、體積小的新型激光器。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。
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,採用超導材料后僅重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。
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。

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