金属嫁的生产、利用现状及存在的问题

胡素丽

（贵州理工学院材料与冶金工程学院， 贵州 贵阳 550003）

金属嫁的生产、利用现状及存在的问题

胡素丽

（贵州理工学院材料与冶金工程学院， 贵州 贵阳 550003）

介绍了金属镓的分布、生产及利用现状，针对目前国内金属镓存在的问题进行详细探讨，主要包括回收利用少、高纯镓发展弱、再生镓生产落后、镓消耗量低等，建议应加大对镓废料的回收、高纯镓的制备技术以及其高端产品的研究和应用等，以提高高纯镓的产量，减少镓的消耗，扭转我国高价进口高纯镓的局面。

金属镓 铝土矿 高纯镓 半导体

镓，原子序数31，ⅢA族，硼族元素，是过渡元素之后的主族元素之一。其沸点极高（2 403℃），熔点极低（29.78℃），具有保持较大温度范围的液体状态，且能吸收中子、控制反应速率、蒸汽压低等，被广泛应用于半导体、医疗器械、太阳能电池、石油化工、磁性材料等行业领域[1-7]。

镓资源在全球范围内以中国储量最大。2008年时国内镓资源储量约有13～14万t，国外约4～5万t（主要分布在澳大利亚、日本、加拿大、德国、法国、哈萨克斯坦、俄罗斯等国）。2005年在内蒙古准格尔矿区发现了世界上储量最大的镓矿，该镓矿与煤矿伴生，并于2010年探明储量85.7万t[8-9]。这一发现改变了金属镓在全球储量的巨变，并且使我国镓资源储量占世界总量的百分比由之前的75%提升到95%以上。

1 国内金属镓的生产

镓是典型的稀有分散金属，没有独立的矿床，常以吸附状态、类质同象、微细粒独立矿物伴生在铝土矿、铅锌矿、煤矿等中。因此镓常常在主矿物的提取过程中得以富集，例如生产氧化铝过程中产生的副产物，锌在湿法冶炼过程中产生的浸出渣，煤经过燃烧后剩下的粉煤灰。

目前市场上从生产氧化铝过程中产生的副产物中回收提取的镓约有90%，采用的主要方法有碱处理法、溶剂萃取法，对萃淋树脂法也有相应的研究。碱处理法的优点在于其操作简单，对于不同性质的稀有金属较易分离，但缺点是回收率低，对设备要求较高；溶剂萃取法中镓金属的回收率可以达到85.74%[10]，但是所需要的萃取剂价格较高或需要大量的酸；萃淋树脂法相对以上两种投资比较少，但该工艺还不成熟，树脂破坏较大，操作复杂。目前生产的金属镓主要有原生镓和再生镓两种，其中国内主要以前者为主，国外在2005年开始对再生镓进行研究，回收镓产业已有一定的发展，并且占全球总消耗量的比例不断增加，我国的镓废料回收也有一定的发展。

我国是镓资源储量大国，同时也是全球镓的生产大国之一。随着科技的进步以及对金属镓提取工艺研究的进展，工业上生产镓的能力逐渐提高，到目前我国镓产能出现严重过剩现象。据不完全统计，在2012年我国镓产量270 t，实际产能达330 t，2015年镓的产量444t，实际产能约596t。由于市场上对金属镓的需求远赶不上其产量，这种供求关系导致金属镓的价格在2013-2015年出现长时间的下行走势，就2015年一年，国内工业镓价格已由1200～1250元/kg下滑至750～800元/kg[11-12]。为保障我国产业镓的可持续发展，在面对市场上长期存在的金属镓恶性竞争和库存压力的问题，2016年上半年，我国主要生产镓的多家企业采取产业联盟，全面开启减停产模式，把现有库存镓消耗掉，以重振金属镓的价位和市场。到2016年7—8月，国内金属镓市场基本保持平静，10月后，国内主要供应商库存基本见底，均处于惜售状态，金属镓的价格走势逐渐得到巩固，并开始起稳回升[13]。

2 镓的利用现状

由于金属镓的特殊性而被广泛应用于半导体、医疗器械、太阳能电池、石油化工、磁性材料等行业领域[1-7]。其中砷化镓作为半导体重要原件，占全球镓消费量的80%，已成为金属镓消耗的最大领域；氮化镓是制备LED和雷达的重要材料，占全球镓消费量的7%，是镓的第二大消费领域；铜铟镓硒太阳能薄膜电池是金属镓的新消耗行业，约占全球镓消费的5%，其他行业消耗占剩余的8%。

对于金属镓消耗的第一大领域的砷化镓主要被用于制作无线通讯（卫星通讯、移动通讯）、光纤通讯、汽车电子等用的微波器件，其中无线通讯的消耗量约占80%。手机作为无线通讯的主要器材，对砷化镓在无线通讯领域的应用贡献突出，再加上近几年智能手机的升级换代以及智能手机在销售总量所占的比重越来越大，将会加大对砷化镓的发展和需求量。

镓是制备LED芯片的必备材料，多用于LED灯、液晶显示屏等。目前市场上出现的发出不同颜色的LED灯，手机、相机、笔记本等液晶显示屏都被广泛接受和采用，例如LED灯具有发光效率高、使用寿命长、响应时间短、环保、电压低等优点，在不久的将来将逐步替代大多数白炽灯。

作为第三代太阳能电池的铜铟镓硒太阳能薄膜电池，是金属镓的新消耗行业，因其生产、安装、使用成本低，且光电转换率高等优势，成为近几年发展最快、发展潜力巨大的太阳能电池。但因铟、硒是非常稀缺的稀有金属资源，从长远来看该电池的发展受到铟、硒产量的制约。

3 国内存在的问题

3.1 回收利用少，资源浪费

我国是镓资源储量最大的国家，占世界总量的95%以上。但目前全球有90%的镓是从氧化铝生产过程中的副产物中提取的，在提取过程中存有资源浪费现象，例如：国内学者对铝土矿中伴生元素重视不够且研究程度较低，就连国内六大氧化铝厂中镓的回收率都未达到1/3，有些甚至尚未进行镓的回收。湿法炼锌过程中的浸出渣、煤燃烧过程中的粉煤灰中伴生的稀散元素的研究程度相对更低，回收率占总量的10%左右。

3.2 高纯镓工业发展较弱，需高价进口

高纯镓主要有 Ga-06、Ga-07、MBE三种级别号，市场上以Ga-06和Ga-07居多，其中国家标准对 Ga-07 高纯镓的要求是[14]，Fe、Si、Pb、Zn、Sn、Mg、Cu、Mn、Cr、Ni、Na、Ca等杂质含量（质量分数）的总和不大于10×10-6，Cu和Mn分别不大于0.2×10-6和0.3×10-6，其他各杂质均不大于0.5×10-6。目前国内高纯镓的生产技术和能力相对较弱，虽有很多相关机构对镓的提纯进行研究，但公开提纯的方法很少。国内高纯镓的生产不能满足市场的需求，致使我国对高纯镓的需求大部分依靠高价进口。

3.3 再生镓生产落后

目前生产的金属镓主要有原生镓和再生镓两种。随着科学技术的发展和对循环经济、资源重要性的深入认识，再加上再生镓对原生镓的替代性较好，2005年美、日、德开始着手研究再生镓。目前全球镓回收产业已有一定发展，主要回收国家有加拿大、德国、日本、英国、美国，我国对镓废料回收也有一定发展，但相对落后。

3.4 储量、生产量大，却消耗量低

在过去的若干年里，日本因半导体工业的发展，一直占据世界消耗金属镓的第一宝座，美国紧追其后，位于第二。据统计，2013年全球镓消耗280 t，我国镓消耗只有40 t，占全球镓消耗的14%，而日本、美国两个国家占全球镓消耗总量的80%。我国虽然是镓资源储量和生产的大国，但不是镓消耗的大国。

4 结语

随着镓行业的快速发展，未来对金属镓的需求将逐年增长。我国是镓资源储量大国，再加上内蒙古准格尔矿区的发现，加大对铝土矿、煤矿中伴生金属镓以及镓废料综合回收的研究显得尤为重要；应该设立相应的监管制度和监管部门，严厉打击那些在炼铝工业、湿法炼锌、煤燃烧过程中未对富含伴生的稀散元素进行回收的企业和部门，防止镓资源的过度浪费现象发生；高纯镓在价格和应用上都优越于粗镓，应提高高纯镓的产量，扭转我国高价进口高纯镓的局面；对于镓的消耗方面，应加大镓在高端产量和制成品方面的研究和应用，例如国内正在发展的LED市场和手机通讯灯等行业，其利润将远远高于半成品和矿物提取方面。

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[12] 刘麦.2016年上半年镓市场分析报告[J].中国铅锌，2016（7）：39-41.

[13] 赵飞燕，张小东，郭昭华.金属镓的分布、生产及应用前景[J].轻金属，2017（3）：1-3.

[14] 中国国家标准化管理委员会.高纯镓：GB/T 10118—2009[S].北京：中国标准出版社，2010.

（编辑：王瑾）

Production,Current Situation and Existing Problems of Gallium

Hu Suli
（School of Materials and Metallurgical Engineering,Guizhou Institute of Technology,Guiyang Guizhou 550003）

The distribution,production and current situation of the metal gallium are introduced.In view of the existing problems in domestic gallium,mainly including less recycling,weak development of high purity gallium,backward production of regenerated gallium,low consumption of gallium,it is suggested that the recovery of gallium waste,the preparation technology of high-purity gallium and the research and application of high-end products should be increased,in order to improve the yield of high-purity gallium,reduce consumption of gallium,reverse the situation of China's imported high-purity gallium.

metallic gallium，bauxite,high-purity gallium,semiconductor

TF843.1

A

1672-1152（2017）04-0063-03

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2017.04.24

2017-07-02

胡素丽(1988—)，女，硕士，毕业于贵州大学，讲师，研究方向为赤泥回收有价金属。