El galio es un metal menor corrosivo de color plateado que se funde cerca de la temperatura ambiente y se usa con mayor frecuencia en la producción de compuestos semiconductores.
Propiedades:
- Símbolo atómico: Ga
- Número atómico: 31
- Categoría del elemento: metal posterior a la transición
- Densidad: 5.91 g / cm³ (a 73 ° F / 23 ° C)
- Punto de fusión: 85.58 ° F (29.76 ° C)
- Punto de ebullición: 3999 ° F (2204 ° C)
- Dureza de Moh: 1.5
Características:
El galio puro es de color blanco plateado y se derrite a temperaturas inferiores a 85 ° F (29.4 ° C). El metal permanece en estado fundido hasta casi 4000 ° F (2204 ° C), lo que le da la mayor gama de líquidos de todos los elementos metálicos.
El galio es uno de los pocos metales que se expande a medida que se enfría, aumentando su volumen en poco más del 3%.
Aunque el galio se alea fácilmente con otros metales, es corrosivo, difundiéndose en la red y debilitando la mayoría de los metales. Sin embargo, su bajo punto de fusión lo hace útil en ciertas aleaciones de baja fusión.
Opuesto a mercurio, que también es líquido a temperatura ambiente, el galio humedece la piel y el vidrio, lo que hace que sea más difícil de manejar. El galio no es tan tóxico como el mercurio.
Historia:
Descubierto en 1875 por Paul-Emile Lecoq de Boisbaudran al examinar los minerales de esfalerita, el galio no se usó en ninguna aplicación comercial hasta la última parte del siglo XX.
El galio es de poca utilidad como metal estructural, pero su valor en muchos dispositivos electrónicos modernos no puede ser subestimado.
Los usos comerciales del galio se desarrollaron a partir de la investigación inicial sobre diodos emisores de luz (LED) y tecnología de semiconductores de radiofrecuencia (RF) III-V, que comenzó a principios de la década de 1950.
En 1962, la investigación del físico de IBM J.B. Gunn sobre arseniuro de galio (GaAs) condujo al descubrimiento de la oscilación de alta frecuencia de la corriente eléctrica que fluye a través de ciertos sólidos semiconductores, ahora conocidos como el 'efecto Gunn'. Este avance allanó el camino para la construcción de detectores militares tempranos utilizando diodos Gunn (también conocido como dispositivos de transferencia de electrones) que desde entonces se han utilizado en varios dispositivos automatizados, desde detectores de radar de automóviles y controladores de señales hasta detectores de contenido de humedad y ladrones alarmas
Los primeros LED y láseres basados en GaAs fueron producidos a principios de la década de 1960 por investigadores de RCA, GE e IBM.
Inicialmente, los LED solo podían producir ondas de luz infrarrojas invisibles, limitando las luces a sensores y aplicaciones fotoelectrónicas. Pero su potencial como fuentes de luz compactas energéticamente eficientes era evidente.
A principios de la década de 1960, Texas Instruments comenzó a ofrecer LED comercialmente. En la década de 1970, los primeros sistemas de visualización digital, utilizados en relojes y pantallas de calculadora, pronto se desarrollaron utilizando sistemas de retroiluminación LED.
Investigaciones posteriores en los años setenta y ochenta dieron como resultado técnicas de deposición más eficientes, haciendo que la tecnología LED sea más confiable y rentable. El desarrollo de compuestos semiconductores de galio-aluminio-arsénico (GaAlAs) dio como resultado LED que eran diez veces más brillantes que los anteriores, mientras que el espectro de color disponible para LEDs también avanzado basado en nuevos sustratos semiconductores que contienen galio, tales como nitruro de indio-galio (InGaN), fosfuro de arseniuro de galio (GaAsP) y fosfuro de galio (GaP).
A fines de la década de 1960, las propiedades conductoras de GaAs también se estaban investigando como parte de las fuentes de energía solar para la exploración espacial. En 1970, un equipo de investigación soviético creó las primeras células solares de heteroestructura GaAs.
Crítico para la fabricación de dispositivos optoelectrónicos y circuitos integrados (IC), la demanda de obleas GaAs se disparó a finales de Década de 1990 y principios del siglo XXI en correlación con el desarrollo de la comunicación móvil y la energía alternativa. tecnologías
No es sorprendente que, en respuesta a esta creciente demanda, entre 2000 y 2011 la producción mundial de galio primario sea más del doble, de aproximadamente 100 toneladas métricas (TM) por año a más de 300MT.
Producción:
Se estima que el contenido promedio de galio en la corteza terrestre es de aproximadamente 15 partes por millón, aproximadamente similar al litio y más común que dirigir. Sin embargo, el metal está ampliamente disperso y presente en pocos cuerpos de mineral económicamente extraíbles.
Hasta el 90% de todo el galio primario producido se extrae actualmente de la bauxita durante el refinado de alúmina (Al2O3), un precursor de aluminio. Se produce una pequeña cantidad de galio como subproducto de zinc extracción durante el refinado de mineral de esfalerita.
Durante el proceso Bayer de refinar mineral de aluminio a alúmina, el mineral triturado se lava con una solución caliente de hidróxido de sodio (NaOH). Esto convierte la alúmina en aluminato de sodio, que se deposita en tanques mientras que el licor de hidróxido de sodio que ahora contiene galio se recoge para su reutilización.
Debido a que este licor se recicla, el contenido de galio aumenta después de cada ciclo hasta alcanzar un nivel de aproximadamente 100-125ppm. La mezcla se puede tomar y concentrar como galato mediante extracción con solvente usando agentes quelantes orgánicos.
En un baño electrolítico a temperaturas de 104-140 ° F (40-60 ° C), el galato de sodio se convierte en galio impuro. Después de lavar con ácido, esto se puede filtrar a través de placas de vidrio o cerámica porosas para crear un 99,9-99,99% de metal galio.
99.99% es el grado precursor estándar para aplicaciones de GaAs, pero los nuevos usos requieren mayor pureza que se puede lograr con calentar el metal al vacío para eliminar elementos volátiles o purificación electroquímica y cristalización fraccionada métodos.
Durante la última década, gran parte de la producción primaria mundial de galio se ha trasladado a China, que ahora suministra alrededor del 70% del galio mundial. Otras naciones productoras primarias incluyen Ucrania y Kazajstán.
Alrededor del 30% de la producción anual de galio se extrae de chatarra y materiales reciclables, como las obleas IC que contienen GaAs. La mayoría del reciclaje de galio ocurre en Japón, América del Norte y Europa.
los Servicio Geológico de EE. UU. estima que se produjeron 310MT de galio refinado en 2011.
Los productores más grandes del mundo incluyen Zhuhai Fangyuan, Beijing Jiya Semiconductor Materials y Recapture Metals Ltd.
Aplicaciones:
Cuando el galio aleado tiende a corroerse o producir metales como acero frágil. Este rasgo, junto con su temperatura de fusión extremadamente baja, significa que el galio es de poca utilidad en aplicaciones estructurales.
En su forma metálica, el galio se usa en soldaduras y aleaciones de baja fusión, como Galinstan®, pero se encuentra con mayor frecuencia en materiales semiconductores.
Las principales aplicaciones de Gallium se pueden clasificar en cinco grupos:
1. Semiconductores: representando aproximadamente el 70% del consumo anual de galio, las obleas GaAs son la columna vertebral de muchos sistemas electrónicos modernos. dispositivos, como teléfonos inteligentes y otros dispositivos de comunicación inalámbrica que dependen de la capacidad de ahorro de energía y amplificación de GaAs ICs.
2. Diodos emisores de luz (LED): desde 2010, la demanda mundial de galio del sector de LED se ha duplicado, debido al uso de LED de alto brillo en pantallas de visualización de pantallas planas y móviles. El movimiento global hacia una mayor eficiencia energética también ha llevado al apoyo del gobierno para el uso de iluminación LED sobre iluminación fluorescente compacta e incandescente.
3. Energía solar: el uso del galio en aplicaciones de energía solar se centra en dos tecnologías:
- Células solares concentradoras de GaAs
- Células solares de película delgada de cadmio-indio-galio-seleniuro (CIGS)
Como células fotovoltaicas altamente eficientes, ambas tecnologías han tenido éxito en aplicaciones, particularmente relacionadas con el sector aeroespacial y militar, pero aún enfrentan barreras a gran escala uso comercial.
4. Materiales magnéticos: alta resistencia, permanente imanes son un componente clave de computadoras, automóviles híbridos, turbinas eólicas y otros equipos electrónicos y automatizados. Se usan pequeñas adiciones de galio en algunos imanes permanentes, incluido el neodimio.hierro-boro (NdFeB) imanes.
5. Otras aplicaciones:
- Aleaciones y soldaduras especiales.
- Espejos humectantes
- Con plutonio como estabilizador nuclear
- Níquel-manganeso-aleación de memoria de forma de galio
- Catalizador de petróleo
- Aplicaciones biomédicas, incluidos productos farmacéuticos (nitrato de galio)
- Fósforos
- Detección de neutrinos
Fuentes:
Softpedia Historia de los LED (diodos emisores de luz).
Fuente: https://web.archive.org/web/20130325193932/http://gadgets.softpedia.com/news/History-of-LEDs-Light-Emitting-Diodes-1487-01.html
Anthony John Downs, (1993), "Química del aluminio, galio, indio y talio". Springer, ISBN 978-0-7514-0103-5
Barratt, Curtis A. "Semiconductores III-V, una historia en aplicaciones de RF". ECS Trans. 2009, Volumen 19, Número 3, páginas 79-84.
Schubert, E. Fred La luz emite diodos. Instituto Politécnico Rensselaer, Nueva York. Mayo de 2003.
USGS Resúmenes de productos minerales: galio.
Fuente: http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/gallium/index.html
Informe SM. Metales subproductos: la relación aluminio-galio.
URL: www.strategic-metal.typepad.com