O gálio é um metal menor corrosivo e prateado, que derrete perto da temperatura ambiente e é mais frequentemente usado na produção de compostos semicondutores.
Propriedades:
- Símbolo atômico: Ga
- Número atômico: 31
- Categoria do elemento: Metal pós-transição
- Densidade: 5,91 g / cm³ (a 73 ° F / 23 ° C)
- Ponto de fusão: 85,58 ° F (29,76 ° C)
- Ponto de ebulição: 2204 ° C (3999 ° F)
- Dureza de Moh: 1,5
Características:
O gálio puro é branco prateado e derrete a temperaturas abaixo de 29,4 ° C (85 ° F). O metal permanece em um estado derretido até quase 40004 F (2204 ° C), proporcionando a maior faixa líquida de todos os elementos metálicos.
O gálio é um dos poucos metais que se expande à medida que esfria, aumentando em volume pouco mais de 3%.
Embora o gálio seja facilmente ligado a outros metais, é corrosivo, difundindo-se na rede e enfraquecendo a maioria dos metais. Seu baixo ponto de fusão, no entanto, o torna útil em certas ligas de baixo ponto de fusão.
Ao contrário de mercúrio, que também é líquido à temperatura ambiente, o gálio molha a pele e o vidro, dificultando o manuseio. O gálio não é tão tóxico quanto o mercúrio.
História:
Descoberto em 1875 por Paul-Emile Lecoq de Boisbaudran ao examinar minérios de esfalerita, o gálio não foi usado em nenhuma aplicação comercial até a última parte do século XX.
O gálio é de pouca utilidade como metal estrutural, mas seu valor em muitos dispositivos eletrônicos modernos não pode ser subestimado.
Os usos comerciais do gálio foram desenvolvidos a partir da pesquisa inicial sobre a tecnologia de semicondutores de diodos emissores de luz (LEDs) e III-V por radiofrequência (RF), iniciada no início dos anos 50.
Em 1962, a pesquisa do físico da IBM J.B. Gunn sobre arseneto de gálio (GaAs) levou à descoberta de oscilação de alta frequência da corrente elétrica que flui através de certos sólidos semicondutores - agora conhecido como 'Efeito Gunn'. Essa descoberta abriu caminho para a construção de detectores militares antigos usando diodos Gunn (também conhecidos como dispositivos de transferência de elétrons) que já foram utilizados em vários dispositivos automatizados, desde detectores de radar de carro e controladores de sinal até detectores de conteúdo de umidade e ladrões alarmes.
Os primeiros LEDs e lasers baseados em GaAs foram produzidos no início dos anos 60 por pesquisadores da RCA, GE e IBM.
Inicialmente, os LEDs eram capazes de produzir ondas de luz infravermelha invisíveis, limitando as luzes a sensores e aplicativos fotoelétricos. Mas seu potencial como fontes de luz compactas com eficiência energética era evidente.
No início dos anos 60, a Texas Instruments começou a oferecer LEDs comercialmente. Na década de 1970, os primeiros sistemas de exibição digital, usados em relógios e mostradores de calculadora, logo foram desenvolvidos usando sistemas de luz de fundo LED.
Outras pesquisas nas décadas de 1970 e 1980 resultaram em técnicas de deposição mais eficientes, tornando a tecnologia LED mais confiável e econômica. O desenvolvimento de compostos semicondutores de gálio-alumínio-arsênico (GaAlAs) resultou em LEDs dez vezes mais brilhantes que o anterior, enquanto o espectro de cores disponível para CONDUZIUs também avançou com base em novos substratos semicondutores contendo gálio, como nitreto de índio e gálio (InGaN), fosfeto de arseneto de gálio (GaAsP) e fosfeto de gálio (GaP).
No final da década de 1960, as propriedades condutoras do GaAs também estavam sendo pesquisadas como parte de fontes de energia solar para exploração espacial. Em 1970, uma equipe de pesquisa soviética criou as primeiras células solares de heteroestrutura de GaAs.
Crítica para a fabricação de dispositivos optoeletrônicos e circuitos integrados (ICs), a demanda por bolachas GaAs disparou no final 1990 e início do século XXI em correlação com o desenvolvimento da comunicação móvel e da energia alternativa tecnologias.
Não é de surpreender que, em resposta a essa demanda crescente, entre 2000 e 2011, a produção global global de gálio mais que duplique, passando de aproximadamente 100 toneladas métricas por ano para mais de 300MT.
Produção:
O teor médio de gálio na crosta terrestre é estimado em cerca de 15 partes por milhão, aproximadamente semelhante ao lítio e mais comum que conduzir. O metal, no entanto, é amplamente disperso e está presente em poucos corpos de minério economicamente extraíveis.
Atualmente, 90% de todo o gálio primário produzido é extraído da bauxita durante o refino da alumina (Al2O3), um precursor da alumínio. Uma pequena quantidade de gálio é produzida como subproduto de zinco extração durante o refino de minério de esfalerita.
Durante o processo Bayer de refinar o minério de alumínio em alumina, o minério triturado é lavado com uma solução quente de hidróxido de sódio (NaOH). Isso converte alumina em aluminato de sódio, que se deposita em tanques enquanto o licor de hidróxido de sódio que agora contém gálio é coletado para reutilização.
Como esse licor é reciclado, o teor de gálio aumenta após cada ciclo até atingir um nível de cerca de 100-125 ppm. A mistura pode então ser tomada e concentrada como galato por extração com solvente usando agentes quelantes orgânicos.
Em um banho eletrolítico a temperaturas de 104-140 ° F (40-60 ° C), o galato de sódio é convertido em gálio impuro. Após a lavagem com ácido, este pode ser filtrado através de placas de vidro ou cerâmica porosa para criar 99,9-99,99% de metal de gálio.
99,99% é o grau precursor padrão para aplicações de GaAs, mas novos usos exigem maior pureza que pode ser alcançada por aquecimento do metal sob vácuo para remover elementos voláteis ou purificação eletroquímica e cristalização fracionada métodos.
Na última década, grande parte da produção primária de gálio do mundo foi transferida para a China, que agora fornece cerca de 70% do gálio do mundo. Outras nações produtoras primárias incluem a Ucrânia e o Cazaquistão.
Cerca de 30% da produção anual de gálio é extraída de sucata e materiais recicláveis, como bolachas de IC contendo GaAs. A maior parte da reciclagem de gálio ocorre no Japão, América do Norte e Europa.
o Pesquisa Geológica dos EUA estima que 310MT de gálio refinado foram produzidos em 2011.
Os maiores produtores do mundo incluem Zhuhai Fangyuan, Beijing Jiya Semiconductor Materials e Recapture Metals Ltd.
Formulários:
Quando o gálio ligado tende a corroer ou fabricar metais como aço frágil. Essa característica, juntamente com sua temperatura de fusão extremamente baixa, significa que o gálio é de pouca utilidade em aplicações estruturais.
Na sua forma metálica, o gálio é usado em soldas e ligas de baixo ponto de fusão, como Galinstan®, mas é mais frequentemente encontrado em materiais semicondutores.
As principais aplicações do gálio podem ser categorizadas em cinco grupos:
1. Semicondutores: respondendo por cerca de 70% do consumo anual de gálio, as bolachas GaAs são a espinha dorsal de muitas tecnologias eletrônicas modernas. dispositivos, como smartphones e outros dispositivos de comunicação sem fio que dependem da capacidade de economia e amplificação de energia ICs de GaAs.
2. Diodos emissores de luz (LEDs): Desde 2010, a demanda global por gálio do setor de LED dobrou, devido ao uso de LEDs de alto brilho em telas móveis e de tela plana. A mudança global em direção a uma maior eficiência energética também levou ao apoio do governo ao uso de iluminação LED em vez de iluminação fluorescente incandescente e compacta.
3. Energia solar: o uso do gálio em aplicações de energia solar está focado em duas tecnologias:
- Células solares do concentrador GaAs
- Células solares de película fina de cádmio-índio-gálio-seleneto (CIGS)
Como células fotovoltaicas altamente eficientes, ambas as tecnologias tiveram sucesso em aplicações, particularmente relacionadas ao setor aeroespacial e militar, mas ainda enfrentam barreiras à uso comercial.
4. Materiais magnéticos: Alta resistência, permanente ímãs são um componente essencial de computadores, automóveis híbridos, turbinas eólicas e vários outros equipamentos eletrônicos e automatizados. Pequenas adições de gálio são usadas em alguns ímãs permanentes, incluindo neodímioferro-boro (NdFeB) ímãs.
5. Outras aplicações:
- Ligas e soldas especiais
- Espelhos umectantes
- Com plutônio como estabilizador nuclear
- Níquel-manganêsde memória com forma de gálio
- Catalisador de petróleo
- Aplicações biomédicas, incluindo produtos farmacêuticos (nitrato de gálio)
- Fósforos
- Detecção de neutrinos
Fontes:
Softpedia. História dos LEDs (diodos emissores de luz).
Fonte: 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 do alumínio, gálio, índio e tálio". Springer, ISBN 978-0-7514-0103-5
Barratt, Curtis A. "III-V Semiconductors, uma história em aplicações de RF". ECS Trans. 2009, Volume 19, Edição 3, Páginas 79-84.
Schubert, E. Fred. Diodos emissores de luz. Instituto Politécnico Rensselaer, Nova York. Maio de 2003.
USGS. Resumos de commodities minerais: Gálio.
Fonte: http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/gallium/index.html
Relatório SM. Metais de subprodutos: a relação alumínio-gálio.
URL: www.strategic-metal.typepad.com