镓——一种新兴的战略矿产资源

镓,位于元素周期表中第Ⅳ周期第Ⅲ主族,原子序数为31,元素符号为Ga。在自然界中,镓有2个稳定同位素——镓69和镓71。镓的熔点仅为29.78 ℃,放在手中就会熔化,沸点却高达2 403 ℃,是自然界中液相温区的金属元素。镓具有过冷现象（即熔化后不易凝固）,可过冷到–120 ℃。

镓在地壳中的含量为15×10-6,在许多矿物和岩石中分散存在,很难形成独立矿物,因而是典型的稀散元素。目前发现的富镓矿物只有4个,分别为硫镓铜矿、羟镓石、羟氧镓石和砷镓铅矾。在我国青海锡铁山、吉林郭家岭和广东凡口等铅锌矿床中,已发现硫镓铜矿和羟镓石2个镓的独立矿物。

巨大潜力

目前镓的世界总储量约23万吨,中国的镓金属储量居世界,约占世界总储量的80%~85%;国外金属镓的储量约为4~5万吨。全球镓资源潜力巨大,据美国地质调查局资料,世界铝土矿中镓的资源量超过100万吨。全球铝土矿资源量约为55亿~750亿吨,其中镓的含量一般为20×10-6~200×10-6。在现有的技术条件下,只有不到10%的镓可以成为潜在资源。锌矿中也含有相当数量的镓,目前世界上已查明的锌资源量约为19亿吨,还有许多未发现的锌资源,闪锌矿中镓的含量为0.01%~0.02%。随着镓回收技术的提高,全球镓资源潜力也将大幅度提高。

战略地位

镓早在第二次世界大战期间就被认为是一种战略性和关键金属,因为它是制造原子弹的主要原料Ga—Po合金的必要组成部分。在现代社会中,镓的应用越来越广泛。

砷化镓（GaAs）作为第二代半导体材料的代表,在高频、高速、高温及抗辐照等微电子器件研制中占有主要地位。半绝缘砷化镓材料主要用于雷达、卫星电视广播、微波及毫米波通信、无线通信（以手机为代表）及光纤通信等领域;半导体砷化镓材料主要应用于光通信有源器件（LD）、半导体发光二极管（LED）、可见光激光器、近红外激光器、量子阱大功率激光器和高效太阳能电池等光电子领域;砷化镓（GaAs）聚光太阳能电池,具有良好的耐热、耐辐射等特性,被应用在航天工业和军工领域,多聚光砷化镓太阳能多用于大规模发电站。

氮化镓（GaN）作为典型的第三代半导体材料,是目前世界上最先进的半导体材料,是新兴半导体光电产业的核心材料和基础器件,在手机快充、5G通信、电源、新能源汽车、LED以及雷达等方面具有远大的应用前景。

铜铟镓硒（CIGS）薄膜电池以其成本低、性能稳定、轻柔便携、透光性好等特点,适用于边远山区独立电站、小型户用屋顶组件、大型商用屋顶轻质组件、太阳能电站组件、建筑材料一体化应用、超大规模太阳能应用项目等多个领域。

镓的一系列化合物GaAs、GaSb、GaP、GaAsP、GaAlP、GaAlIn和GaAlAs 等可作为半导体材料,用于发光二级管、电视和电脑的显示器件。GaN蓝光LED的发明让基于白光LED和全色显示成为可能,成就了我们多姿多彩的今天。该发现也因此获得了2014年诺贝尔物理学奖。

镓在医学领域也有重要作用。镓是继铂之后第二种治疗癌症的有效元素,并可抑制骨的再吸收,进而提高骨钙含量。利用镓的放射性同位素（镓67）可以对淋巴瘤组织进行显像,为临床诊断、治疗、预后判断提供可靠的影像学依据。

镓是理想的高温温度计材料。镓与不同元素组合,可得到不同的低熔点合金材料,各种低熔点合金多用于自动化、电子工业及信号系统、过真空的密封（液封）涂润金属改善性能和自动防火装置等方面。

任重道远

未来,镓的主要应用仍是半导体领域。砷化镓是镓的消费领域,占镓全球消费量的80%;其次是氮化镓,占全球镓消费量的7%;CIGS薄膜电池作为镓的新用途,约占镓消费量的5%。砷化镓在雷达、卫星电视广播、通信、源器件、LED、可见光激光器等领域有广泛的用途。普通照明和汽车应用中基于砷化镓的LED的使用,以及光纤通信、军事雷达等领域的使用,使得砷化镓在镓的整个消费领域中仍占有重大比例。氮化镓未来在手机快充、5G通信、电源、新能源汽车、LED以及雷达等方面也具有远大的应用前景,特别是随着5G手机的到来,其消费量也会增加。在节能环保的大环境下,必然带动CIGS高效太阳能电池的广泛使用,未来对镓的需求也将呈现增长趋势。