镓

镓(Gallium）元素符号Ga，相对原子质量69.72。

1．产品性能

镓熔点为29.76℃，固体镓20℃时相对密度5.904，液体镓在29.8℃时相对密度为6.095，沸点1983℃，电导率等于2s/m。有10种同位素。

2．生产方法

99.9％的镓用硝酸溶解，得到的硝酸镓与氨水作用生成氢氧化镓沉淀，再加1：1硫酸转变成硫酸镓，冷却析晶后再重结晶一次，得到的硫酸镓用碱转变成镓酸钠，电解得到99.999％镓，再真空蒸馏得99.9999％超纯镓。

3．工艺流程

4．生产工艺

将两份0.5kg的金属镓(99.9%）置于两只3000mL三角烧瓶中（或分置于5只1000mL烧杯中），分批加入王水缓缓加热使其溶解（或直接加硝酸）。反应开始时作用较为剧烈，待反应平静后倾出上层的反应液，再加王水，直至全部溶解，共用王水4800mL(如直接加硝酸溶解要加热蒸发驱赶NO₂，过滤）。

将上述的氯化镓，装在滴液漏斗内，在不断的搅拌下滴入20%氨水中，直至pH为6-7，停止加液。用布袋自然过滤或用小型不锈钢离心机甩干，氨水用量为3-4kg。

将配好的1：1硫酸缓慢地注入盛有Ga(OH)₃的容器中，使其完全溶解，并用水浴保温于75℃下，溶液pH控制为2-3，立刻通入净化的H₂S气体，2h后停止保温，用保暖三角漏斗趁热过滤。

将滤液静置过夜即得第一次硫酸镓结晶，约用1200mL热电导水（温度70-80℃）将结晶全部溶解，调整溶液pH为5一6。温度不宜过高，水浴控温70℃左右，否则会导致结晶分解给操作带来困难，溶解后趁热通入净化的H₂S lh，用保暖三角漏斗过滤，滤液冷却取出结晶。

将重结晶的硫酸镓再溶于约1000mL电导水中，在不断搅拌下缓慢地滴入20%氨水，控制pH=6-7，则得到第二次氢氧化镓沉淀。抽滤，用电导水洗去SO₄^2- 。将沉淀物置于塑料容器中，加入20％ NaOH溶液至pH=9-11,溶解，生成镓酸钠。滤去不溶物，滤液留作电解用。

电解条件：电压为5-7V；电流密度50A/dm²；电解温度35-40℃；电解浓度接近饱和；阳极材料为铂片，阴极材料为铂丝，电解槽用有机玻璃制得。电解得到99.999％高纯镓。

将电解得到的99.999％高纯镓放入石英舟中，再送入石英管内，用管式电炉加热，逐步升温至900℃。石英管另一端抽真空（残压13.3Pa)。连续8h，使一些低沸点杂质（如S,Ca,Zn,Mg,Cd,Hg等）发生升华而除去，制得纯度99.9999％的高纯镓。

说明：①通过两次通H₂S和两次重结晶，可以大大减少可溶性杂离子和重金属阳离子。重金属离子以硫化物状态析出沉淀。

②利用氢氧化镓具有两重性的特点，加入20%氢氧化钠溶液，使其溶解生成镓酸钠。

Ga(OH)₃＋3NaOH→Na₃[Ga(OH)₆]

而较活泼的杂质离子如镁、钙、镍等的氢氧化物不溶于氢氧化钠，经过滤可使其分离。

③在电解液中大量存在的离子有钠、氢、镓、氢氧根和镓酸根等，另外还有一些离子浓度很小的杂质金属离子。但是，并不是所有的离子都能在电极上发生氧化还原反应。这主要取决于这些离子的氧化还原能力的强弱。在电化学中一般以电极电位来衡量离子得失电子的能力。电极电位主要取决于溶液性质及离子浓度。在生产条件下，根据电极电位的大小，并考虑到超电位的存在，在阳极、阴极上发生下列氧化还原反应。

钠离子在上述条件下是不可能还原的，因此，在阴极上可以收集到高纯的镓。

电解中有氧气、氢气逸出，设计电解槽时须特别注意防止氢、氧爆炸事故！电解时要特别注意阴阳极不要相碰，否则会造成短路，烧坏铂片。电解一次后，阴极铂片表面会产生一层黑色氧化物，可用硝酸浸洗或用去污粉轻擦后再酸洗。

④生产高纯镓还可以采用镓的区熔提纯法。

5．产品标准（高纯）

(1）含量 ≥99.9999%

(2)杂质最高含量（× 10^-6）

6．产品用途

用于半导体生产中的外延、扩散工序。