Galij je korozivan, minimalan metal srebrne boje, koji se topi blizu sobne temperature i najčešće se koristi u proizvodnji poluvodičkih spojeva.
Svojstva:
- Atomski simbol: Ga
- Atomski broj: 31
- Kategorija elemenata: Post-tranzicijski metal
- Gustoća: 5,91 g / cm³ (pri 73 ° F / 23 ° C)
- Talište: 29,76 ° C
- Vrelište: 2204 ° F
- Mohova tvrdoća: 1.5
Karakteristike:
Čisti galij je srebrno bijele boje, a topi se na temperaturama ispod 85 ° F (29,4 ° C). Metal ostaje u topljenom stanju do skoro 4000 ° F (2204 ° C), što mu daje najveći raspon tekućina od svih metalnih elemenata.
Galij je jedan od svega nekoliko metala koji se širi kad se hladi, povećavajući volumen za nešto više od 3%.
Iako se galij lako legira s drugim metalima, takav je nagrizajući, difundiranje u rešetku i slabljenje većine metala. Međutim, njegova niska talište čini ga korisnim u određenim legurama s niskim talištem.
Za razliku od Merkur, koja je tekuća i na sobnoj temperaturi, galij mokri i kožu i staklo, što otežava rukovanje. Galij nije ni približno toksičan kao živa.
Povijest:
Otkriven 1875. godine od Paul-Emile Lecoq de Boisbaudran tijekom ispitivanja shaleritnih ruda, galij se nije koristio u bilo kojoj komercijalnoj primjeni sve do drugog dijela 20. stoljeća.
Galij je od male koristi kao konstrukcijski metal, ali njegovu vrijednost u mnogim modernim elektroničkim uređajima nije moguće zanemariti.
Komercijalna upotreba galija razvijena je od početnih istraživanja diode za proizvodnju svjetlosti (LED) i III-V radiofrekvencijske (RF) tehnologije, koje su započele ranih 1950-ih.
1962. godine, IBM-ov fizičar J.B. Gunn-ova istraživanja o galijevom arsenidu (GaAs) dovela su do otkrića visokofrekventnih oscilacija električne struje koja prolazi kroz određene poluvodičke krute tvari - danas poznate kao "Gunnov efekt". Ovaj proboj otvorio je put konstrukciji ranih vojnih detektora pomoću Gunn dioda (poznatih i kao uređaji za prijenos elektrona) koji se od tada koriste u raznim automatiziranim uređajima, od detektora automobila i kontrolera signala do detektora sadržaja vlage i provalnika alarmi.
Prve LED i lasere na temelju GaAs proizveli su početkom 1960-ih istraživači iz RCA, GE i IBM.
U početku su LED-ovi mogli proizvoditi samo nevidljive infracrvene svjetlosne valove, ograničavajući svjetla na senzore i foto-elektroničke aplikacije. Ali njihov potencijal kao energetski učinkoviti kompaktni izvori svjetlosti bio je očit.
Početkom 1960-ih, Texas Instruments počeo je komercijalno nuditi LED-ove. 1970-ih, rani digitalni sustavi za prikaz, koji se koriste u satovima i ekranima kalkulatora, ubrzo su razvijeni pomoću LED pozadinskih osvjetljenja.
Daljnja istraživanja 1970-ih i 1980-ih rezultirala su učinkovitijim tehnikama taloženja, što LED tehnologiju čini pouzdanijom i isplativijom. Razvoj poluvodičkih spojeva galija-aluminij-arsen (GaAlAs) rezultirao je LED-ima koji su deset puta svjetliji od prethodnih, dok je spektar boja dostupan LEDtakođer je napredna na temelju novih poluprovodnih podloga koje sadrže galij, poput indija-galij-nitrida (InGaN), galij-arsenid-fosfida (GaAsP) i galij-fosfida (GaP).
Do kasnih 1960-ih, GaAs provodljiva svojstva također su istraživana kao dio solarnih izvora energije za istraživanje svemira. 1970. sovjetski istraživački tim stvorio je prve solarne ćelije za heterostrukturu GaAs.
Kritična za proizvodnju optoelektroničkih uređaja i integriranih krugova (IC) potražnja je za GaAs reznicama porasla u kasnim razdobljima 1990. i početak 21. stoljeća u korelaciji s razvojem mobilne komunikacije i alternativne energije tehnologije.
Nije iznenađujuće, kao odgovor na ovu rastuću potražnju, između 2000. i 2011. globalna proizvodnja primarnog galija više nego dvostruko, od oko 100 metričkih tona (MT) godišnje do preko 300MT.
Proizvodnja:
Procjenjuje se da prosječni sadržaj galija u zemljinoj kori iznosi oko 15 dijelova na milijun, otprilike sličan litijumu i češći od voditi. Međutim, metal je široko disperziran i prisutan u malom rudno tijelu koje se može ekonomski izvući.
Čak 90% svih primarnih proizvedenih galija trenutačno se izvlači iz boksita tijekom rafiniranja glinice (Al2O3), preteča aluminijum. Mala količina galija proizvodi se kao nusproizvod od cinkov ekstrakcija tijekom rafiniranja sfaleritne rude.
Tijekom Bayerovog procesa rafiniranja aluminijske rude u glinici, drobljena ruda ispere se vrućom otopinom natrijevog hidroksida (NaOH). Ovo pretvara glinicu u natrijev aluminat, koji se taloži u spremnicima, dok se tekućina natrijevog hidroksida koja sada sadrži galij sakuplja za ponovnu upotrebu.
Budući da se ta tekućina reciklira, udio galija povećava se nakon svakog ciklusa, sve dok ne dosegne razinu od oko 100-125 ppm. Smjesa se zatim može uzeti i koncentrirati u obliku galata ekstrakcijom otapala koristeći organska helatna sredstva.
U elektrolitičkoj kupki pri temperaturama od 40 do 60 ° C od 104-140 ° F natrijev galat se pretvara u nečisti galij. Nakon pranja kiselinom, to se zatim može filtrirati kroz porozne keramičke ili staklene ploče kako bi se stvorio metalni galij od 99,9-99,99%.
99,99% je standardna ocjena prekursora za aplikacije GaAs, ali nove uporabe zahtijevaju veću čistoću koju mogu postići zagrijavanje metala pod vakuumom za uklanjanje isparljivih elemenata ili elektrokemijsko pročišćavanje i frakcijska kristalizacija metode.
Tijekom proteklog desetljeća, velik dio primarne proizvodnje galija u svijetu preselio se u Kinu koja sada opskrbljuje oko 70% svjetskog galija. Ostale zemlje koje su primarno proizvođači uključuju Ukrajinu i Kazahstan.
Oko 30% godišnje proizvodnje galija izvlači se iz otpada i materijala koji se mogu reciklirati, kao što su IC ploče koje sadrže GaAs. Većina recikliranja galija odvija se u Japanu, Sjevernoj Americi i Europi.
Američki geološki zavod procjenjuje da je 2011. proizvedeno 310MT rafiniranog galija.
Najveći svjetski proizvođači uključuju Zhuhai Fangyuan, Beijing Jiya Semiconductor Materials i Recapture Metals Ltd.
Prijave:
Kada se legirani galij korodira ili stvara metale poput željezo krhki. Ova osobina, zajedno s ekstremno niskom temperaturom taljenja, znači da je galij malo koristan u strukturnim primjenama.
U svom metalnom obliku, galij se koristi u lemilicama i legurama s malim stopama, poput Galinstan®, ali se najčešće nalazi u poluvodičkim materijalima.
Glavne aplikacije tvrtke Gallium mogu se svrstati u pet skupina:
1. Poluvodiči: koji čine oko 70% godišnje potrošnje galija, GaAs rezne ploče su okosnica mnogih modernih elektroničkih uređaja uređaje poput pametnih telefona i drugih bežičnih komunikacijskih uređaja koji se oslanjaju na mogućnost uštede energije i pojačanja GaAs IC-ovi.
2. Diode koje emitiraju svjetlost (LED): Od 2010. godine, globalna potražnja za galijem iz LED sektora navodno se udvostručuje, zahvaljujući upotrebi LED-ova velike svjetline na mobilnim i ravnim ekranima. Globalni pomak ka većoj energetskoj učinkovitosti također je doveo do državne potpore za korištenje LED rasvjete za užarenu i kompaktnu fluorescentnu rasvjetu.
3. Solarna energija: upotreba Galliuma u primjenama solarne energije usmjerena je na dvije tehnologije:
- GaAs koncentrirane solarne ćelije
- Kadmij-indijum-galij-selenid (CIGS) tankoslojne solarne ćelije
Kao visoko učinkovite fotonaponske stanice, obje su tehnologije uspjele u specijaliziranim primjene, posebice povezane s zrakoplovnim i vojnim, ali još uvijek suočavaju se s preprekama velikih razmjera Komercijalna upotreba.
4. Magnetski materijali: Visoka čvrstoća, trajna magneti su ključna sastavnica računala, hibridnih automobila, vjetrenjača i razne druge elektroničke i automatizirane opreme. Mali dodaci galija koriste se u nekim trajnim magnetima, uključujući neodim-željezo-bor (NdFeB) magneti.
5. Ostale aplikacije:
- Specijalne legure i prodavači
- Vlažno ogledala
- S plutonijem kao nuklearnim stabilizatorom
- nikl-mangan-legure pamučnog oblika
- Naftni katalizator
- Biomedicinska primjena, uključujući lijekove (galij nitrat)
- fosfora
- Otkrivanje neutrina
izvori:
Softpedia. Povijest LED dioda (svjetlosne diode).
Izvor: https://web.archive.org/web/20130325193932/http://gadgets.softpedia.com/news/History-of-LEDs-Light-Emitting-Diodes-1487-01.html
Anthony John Downs, (1993), "Kemija aluminija, galija, indija i talija". Springer, ISBN 978-0-7514-0103-5
Barratt, Curtis A. "III-V poluvodiči, povijest u RF primjenama." ECS Trans. 2009, svezak 19, broj 3, stranice 79-84.
Schubert, E. Fred. Svetleće diode. Politehnički institut Rensselaer, New York. Svibnja 2003.
USGS. Sažeci mineralnih sirovina: Galij.
Izvor: http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/gallium/index.html
SM Izvještaj. Metali nusproizvoda: Odnos aluminija i galija.
URL: www.strategic-metal.typepad.com