第四周期ⅢA族元素，符號為Ga。1875年由法國的P.E.L.de布瓦博德朗在用光譜分析從閃鋅礦得到的提取物時(shí)發(fā)現(xiàn)，為了紀(jì)念該發(fā)現(xiàn)者的祖國而將其命名為gallium，因法國的古代名稱為Gallia。鎵是一種稀有且分散的元素，自然界中常以微量分散于鋁土礦、閃鋅礦等礦石中。固體為藍(lán)灰色，熔點(diǎn)為29.78℃，沸點(diǎn)為2403℃，相對密度為5.907，外表與鋅相仿，液態(tài)為銀白色，很像汞。它是近室溫(21～30℃)下為液態(tài)的3種金屬(汞、銫、鎵)之一。

其固體具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)，純液態(tài)鎵有顯著的過冷趨勢，可過冷到-120℃，可以在冰浴內(nèi)幾天不結(jié)晶。它質(zhì)軟、性脆，在空氣中穩(wěn)定。加熱可溶于酸和堿，與沸水反應(yīng)劇烈，室溫時(shí)僅與水略有反應(yīng)，高溫時(shí)能與大多數(shù)金屬作用。由液態(tài)轉(zhuǎn)化為固態(tài)時(shí)，膨脹率為3.1%，宜存放于塑料容器中。鎵常用做光學(xué)玻璃、真空管、半導(dǎo)體的原料，特別是其液態(tài)溫度范圍極寬，可用來制作高溫測量用溫度計(jì)。鎵加入鋁中可制得可熱處理的合金，鎵和金的合金應(yīng)用在裝飾和鑲牙方面，也用做有機(jī)合成的催化劑。它的幾種化合物，如砷化物、銻化物、磷化物，具有半導(dǎo)體性能，用于電氣和激光器、微波發(fā)生器、場致發(fā)光器件等固體裝置上。鎵可由鋅礦熔煉出鋅后的富集物中制得。

1. 金屬鎵的全球分布及儲量

全球金屬鎵主要分布在中國、加拿大、德國、法國、日本、哈薩克斯坦、澳大利亞和俄羅斯等國。2008年，鎵的世界資源儲量約18萬噸。國外鎵的資源儲量約4～5萬噸，國內(nèi)鎵的儲量約13～14萬噸，我國金屬鎵的資源儲量約占世界總量的75%。2010年，內(nèi)蒙古準(zhǔn)格爾發(fā)現(xiàn)了一個(gè)世界上獨(dú)特的與煤伴生的超大型鎵礦床，據(jù)估算該礦床鎵的保有儲量為85.7萬噸，這一發(fā)現(xiàn)改變金屬鎵的全球儲量巨變，中國鎵資源儲量占世界總量的95%以上。

2. 金屬鎵的中國分布

中國金屬鎵主要分布在廣西，貴州，河南，山西，云南等地。2005年，代世峰等人發(fā)現(xiàn)內(nèi)蒙古準(zhǔn)格爾礦區(qū)高鋁粉煤灰、煤矸石中金屬鎵的含量在12-230μg/g，極具開發(fā)價(jià)值。2010年探明儲量后，使得我國鎵的資源分布發(fā)生了巨大變化。從鎵資源分布類型來看，內(nèi)蒙古的鎵主要賦存在粉煤灰及煤矸石中，廣西、貴州、河南、山西、吉林、山東等省區(qū)的鎵主要存在于鋁土礦中，云南、黑龍江等省的鎵主要存在于錫礦或煤礦中，湖南等省區(qū)的鎵主要存在于閃鋅礦中。

應(yīng)用領(lǐng)域：

鎵常用作光學(xué)玻璃、真空管、半導(dǎo)體的原料。特別是它的液態(tài)溫度范圍大(熔點(diǎn)29.8℃，沸2403℃)，可用來制作測高溫的溫度計(jì)。鎵加入鋁中可制得易受熱處理的合金，鎵和金的合金應(yīng)用在裝飾和鑲牙方面，也用來作有機(jī)合成的催化劑。鎵的幾種化合物，如砷化物、銻化物、磷化物具有半導(dǎo)體性能，用于電器和激光器、微波發(fā)生器、場致發(fā)光器件等固體裝置上。鎵可由鋅礦中熔煉出鋅后的富集物中制得。

金屬鎵的用途與當(dāng)今世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展所倡導(dǎo)的低碳經(jīng)濟(jì)、綠色能源等發(fā)展有著密切的關(guān)系，與現(xiàn)代科技的很多高新產(chǎn)業(yè)密不可分。鑒于金屬鎵的重要性，越來越多的企業(yè)致力于鎵產(chǎn)品的開發(fā)。目前我國金屬鎵的消費(fèi)領(lǐng)域包括半導(dǎo)體和光電材料、太陽能電池、磁性材料、石油化工、醫(yī)療器械、新型合金等，其中半導(dǎo)體行業(yè)已成為鎵*大的消費(fèi)領(lǐng)域，約占總消費(fèi)量的80%。隨著鎵行業(yè)的快速發(fā)展，尤其是半導(dǎo)體和太陽能電池行業(yè)，以及我國政府對LED行業(yè)發(fā)展規(guī)劃的推動(dòng)，金屬鎵市場將會(huì)面臨更大的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，據(jù)歐盟預(yù)測顯示在未來10～20年內(nèi)，金屬鎵的全球消費(fèi)量將會(huì)增加四倍。此外，我國國內(nèi)金屬鎵回收能力較小，所以對鎵的需求全部依靠原生鎵支撐，這也將推動(dòng)我國對鎵回收技術(shù)研發(fā)。

1）從鋁冶煉工業(yè)副產(chǎn)物中提取

金屬鎵目前，世界上約90%的金屬鎵是從煉鋁工業(yè)的副產(chǎn)物中得到的。由于鎵和元素鋁的地球化學(xué)性質(zhì)十分相似，所以自然界中的鎵絕大部分以伴生的形式存在于鋁土礦中。在對鋁土礦進(jìn)行溶解處理提取鋁的過程中，鎵與鋁一起被溶解，以鎵酸鈉形式與鋁酸鈉一起進(jìn)入溶液，從這種鋁酸鈉溶液中可獲得金屬鎵。研究了用鹽酸溶解鋁土礦從中提取鎵的工藝條件。含鎵鋁土礦磨細(xì)至200目，在500℃溫度條件下焙燒3h，然后用6mol/L的鹽酸溶液在液固體積質(zhì)量比2.5∶1條件下浸出12h，鎵以GaCl-4配離子形式進(jìn)入溶液，浸出率大于94%。

2）從浸出液中提取鎵通?？刹捎贸恋?電解法、

萃取法、樹脂吸附法等。文獻(xiàn)報(bào)道，向含Na2CO3120～376g/L、NaOH13～65g/L、Al2O36～32g/L、Ga0.01～0.1g/L的浸出液中通入CO2，維持溫度在65～98℃范圍內(nèi)，攪拌2.5～7h，鎵、鋁以無定形水合物形式沉淀析出。從濕法煉鋅渣中提取金屬鎵鋅浸出渣是濕法煉鋅的第yi副產(chǎn)物，由于其中富含鎵、銦、鍺等稀散金屬，對其進(jìn)行綜合處理，具有較大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。文獻(xiàn)報(bào)道，采用還原焙燒-磁選工藝，可有效地富集鋅浸出渣中的鎵。該方法是使鋅浸出渣在1100℃下經(jīng)回轉(zhuǎn)窯焙燒15min，使渣中Zn、Pb等有價(jià)元素?fù)]發(fā)析出，且使殘?jiān)M可能不產(chǎn)生液相，以避免殘?jiān)械逆壍扔袃r(jià)元素形成多元復(fù)雜化合物，然后將揮發(fā)殘?jiān)ㄟ^磁選分離富集Fe和Ga。研究表明，鋅浸出渣中鋅的揮發(fā)率達(dá)98.42%。揮發(fā)殘?jiān)?jīng)磁選所得精礦含鐵90.16%，含鎵2164g/t，鐵、鎵的回收率分別為87.78%和92.42%。窯渣或焙燒渣經(jīng)酸浸，鎵進(jìn)入浸出液。從浸出液中富集鎵可采用萃取法、樹脂吸附法等。文獻(xiàn)報(bào)道，以仲辛基苯氧基乙酸(簡稱CA-12)為萃取劑，在鹽酸體系中可有效地萃取Ga3+。有機(jī)相為CA-12的煤油溶液，CA-12的濃度為4.6×10-3mol/L，有機(jī)相與水相的體積比為1∶1，pH=4.2，室溫，萃取時(shí)間30min，鎵的萃取率可達(dá)100%。除CA-12外，用2-乙基己基膦酸-單-2-乙基己基酯、有機(jī)磷化合物、Cyanex925等作萃取劑，均能有效地從浸出液中萃取Ga3+。

3）從剛玉渣中提取鎵

剛玉渣是以鋁礬土為原料，煉制棕剛玉時(shí)得到的低硅鐵合金，其主要成分為：ΣFe68.8%，Si9.21%，Al2O311.61%，Ga0.034%。文獻(xiàn)報(bào)道，以剛玉渣為原料，用硫酸浸出后，再中和沉淀除鐵，然后用堿浸出、經(jīng)電解提取金屬鎵。每噸渣中可提取金屬鎵0.25kg，同時(shí)可得到2.8t硫酸亞鐵，100kgAl(OH)、370kgNa2CO3，43kg氧鐵紅。文獻(xiàn)介紹了一種利用剛玉渣生產(chǎn)金屬鎵的裝置。該裝置由浸出塔、轉(zhuǎn)盤萃取塔、反萃取塔、除雜萃取塔、蒸發(fā)罐等組成。將粉碎至40～60目的剛玉渣裝入浸出塔中，用23%的鹽酸溶液于60℃下浸出，浸出液用1∶1的磷酸三丁酯和甲苯溶液萃取，得到含鎵有機(jī)相，然后在反萃取塔中用水反萃取，再在除雜萃取塔中用乙醚萃取含鎵水相兩次，得到含鎵乙醚有機(jī)相，蒸發(fā)除去乙醚得到含鎵水相，此時(shí)鎵的質(zhì)量濃度大于0.1g/L。加NaOH除鐵后，再通過沉淀、電解即可得到金屬鎵。

4）從礦石中提取金屬鎵

以含鎵和鍺的復(fù)合礦石為原料，用硫酸直接浸出可提取金屬鎵。復(fù)合礦石中含Ga0.037%，Ge0.0965%，F(xiàn)e16.9%，Zn1.52%，Si34.5%。礦石磨細(xì)后，經(jīng)3段浸出得到富含有價(jià)金屬Ga，Ge，Cu的浸出液。該浸出液用鐵置換除銅，加H2S沉鍺，溶劑萃取除鐵后，加氨水使鎵以Ga(OH)3形式沉淀析出。進(jìn)一步溶解Ga(OH)3沉淀并純化、電解即可得到金屬鎵。其中在3段浸出過程中，第1段采用40%的硫酸溶液，第2段采用連續(xù)通入SO2的100～120g/L的硫酸溶液或0.5～7mol/LH2SO4和0.15mol/LNa2S2O3的混合溶液，第3段用325～350g/L的H2SO4和一定量CaF2溶液浸出。經(jīng)3步浸出，礦石中Ga和Ge的提取率分別達(dá)到98%和78%～80%。其中加入CaF2能促進(jìn)Ga和Ge的浸出。研究表明，采用硫酸和SO2或用硫酸和硫代硫酸鈉可從低品位復(fù)合礦石中直接提取Ga和Ge。文獻(xiàn)報(bào)道，在含鎵溶液中加入于500～800℃溫度下焙燒活化過的含Al2O3的礦物如鋁土礦作鎵的萃取劑，利用鋁和鎵同族性質(zhì)相似的特性，通過700～1400℃的高溫作用，可實(shí)現(xiàn)鎵的萃取，然后用純堿或氫氧化鈉溶液將Al、Ga溶解，得到含鎵的偏鋁酸鈉溶液，或者用酸將Al、Ga溶解后，用氨水將Al、Ga沉淀析出，再用氫氧化鈉溶液處理沉淀得到含鎵的偏鋁酸鈉溶液。該溶液用一般的電解法處理即可得到金屬鎵。在用Al萃取鎵時(shí)，需加入萃取加工助劑如硫酸銨或硫酸鈣等。

5）從釩渣中提取金屬鎵

釩渣是釩鈦磁鐵礦(Ga的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約0.004%)經(jīng)霧化法提釩后得到的殘?jiān)?。渣中鎵可富集?.01%～0.03%，是一種較好的提鎵原料。文獻(xiàn)報(bào)道，在含鎵釩渣物料中，加入含有氯鹽、碳粉、碳酸鈉的焙燒劑，進(jìn)行高溫氯化焙燒，可將釩渣中的V、Ga分離，得到Ga質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.18%以上的富集物，鎵的提取率達(dá)80%以上。富集物經(jīng)浸出、提純、電解可得到純度99.9%以上的金屬鎵。所用焙燒劑中的氯鹽可以是NaCl，CaCl2或NH4Cl。焙燒劑的配比按料重的10%～60%加入，其中氯鹽5%～40%，碳粉(或石油焦)3%～20%，碳酸鈉5%～20%，氯化焙燒溫度800～1300℃。