金属镓元素的特性、储量和应用场合-浩瀚科普

镓元素是一种很稀有的化学元素，符号为Ga，原子序数为31，属于元素周期表中的第13族，该族中还包括铝、铟和铊。

金属镓的物理特性

作为一种金属元素，镓元素在20℃的标准大气压下是一种柔软的银色金属，但是金属镓的熔点非常低，只有29.7646℃，也就是说如果将一块金属镓放在手心的话，人体体温就足以将它融化。

虽然金属镓的熔点很低，但是它的沸点却很高，达到了2400℃。室温状态下固体金属镓的密度大约为5.91克/立方厘米，室温状态下液体金属镓的密度大约为6.095克/立方厘米。

金属镓是一种无毒材料，但是它的几种化合物却是有毒的。

金属镓的化学性质

在室温体检下，金属镓不会和空气或水发生反应，因为它会在表面形成一层钝态的保护性氧化层。但是在较高温度下，金属镓会和空气中的氧气反应形成氧化镓。

在1050℃的高温下，金属镓还会和氨发生反应从而形成氮化镓(GaN)，这是一种很重要的化合物，相信大家都听说过氮化镓充电器。

强酸和强碱都能够溶解金属镓。总的来说，金属镓的化学特性和同族的铝元素有一定的相似性。

金属镓的储量数据

在自然界中，镓并不能以游离元素的形态存在，有一些含镓量很高的矿物，比如镓石(CuGaS2)，但是这种矿物太过于稀少，所以不具备开采利用价值。

地壳中的镓元素丰度约为16.9ppm，这个含量其实不算太少，和铅、钴和铌的地壳丰度差不多。然而与这些元素不同的是，镓元素不会形成自己的矿床。而在锌矿石和铝矿石中，镓元素的浓度大约是50ppm，还是非常低的，不具备开采价值。

但是好在可以将镓元素当做是锌矿和铝矿的副产品来提取。根据统计全世界铝土矿和锌矿中大约有100万吨镓元素，此外一些烟煤中也含有镓元素，因此，镓元素的产量其实主要取决于铝矿、锌矿和烟煤的产量多少，特别是产量巨大的铝矿是金属镓的主要来源。

金属镓的产量数据

前面说了，镓元素主要存在于铝土矿、锌矿和烟煤中，每年铝土矿中能够提取的金属镓总量可以达到2100吨，从硫化锌矿石中提取的金属镓产量大约为85吨，而从烟煤中提取的金属镓产量为590吨。

当然，以上的数据是理论中可以提取的镓元素，但是实际上在2016年全世界只生产了大约375吨金属镓。低品位的金属镓的单价为120美元/千克。

这其中我国是世界上最大的金属镓产国，大约占全世界金属镓产量的80%~95%。

金属镓的重要用途

金属镓主要应用在半导体行业中，大约有98%的金属镓用在这个行业中，剩下的2%的金属镓还被应用在合金制造、生物医学等行业中。

极高纯度(>99.9999%)金属镓可用于半导体行业。2007年，电子元件中使用的砷化镓（GaAs）和氮化镓（GaN）约占美国镓消费量的98%。美国约66%的半导体镓用于集成电路（主要是砷化镓），例如用于手机低噪声微波前置放大器的超高速逻辑芯片和MESFET的制造。其中约20%的镓用于光电领域。

在全球范围内，砷化镓占全球镓年消费量的95%。2016年这一数字达到75亿美元，其中53%来自手机，27%来自无线通信，其余来自汽车、消费、光纤和军事应用。

砷化镓和氮化镓也存在于各种光电器件中，2015年市场份额为153亿美元，2016年市场份额为185亿美元。砷化铝镓(AlGaAs)用于高功率红外激光二极管。半导体氮化镓和氮化铟镓用于蓝色和紫色光电器件，主要是激光二极管和发光二极管。例如，氮化镓405nm二极管激光器用作更高密度蓝光光盘紧凑数据光盘驱动器的紫色光源。