Soil Profile Concentration Distributions of Aluminum, Gallium, Indium and Thallium across Southeastern Missouri

The soil chemistry of gallium, indium, and thallium is not well defined, particularly with emerging evidence that these elements have toxic properties and may influence food safety. The purpose of this investigation was to estimate the soil concentrations of gallium, indium, and thallium and determine if these elements have a soil chemistry like aluminum and therefore demonstrate significant concentration correlations with aluminum. Twenty-seven soil series were selected, and the elemental concentrations were determined using aqua regia digestion with analytical determination performed using inductively coupled plasma emission-mass spectroscopy. The concentrations of gallium, indium, and thallium generally compared with the known literature. Aluminum-gallium and aluminum-thallium exhibited significant concentration correlations across the soil horizons of the sampled soils. Aluminum, gallium, and thallium did demonstrate concentration increases in soil horizons having illuviation of phyllosilicates, implying these phyllosilicates have adsorption and isomorphic substitution behaviors involving these elements.

中国稀散金属矿资源概况

中国稀散金属资源丰富,在全球占有重要的战略地位。对中国542处矿产地(包括759个矿床/点)的稀散金属资源调查数据分析表明,目前中国已查明稀散金属资源储量102.82万t,其中,镓矿44.65万t,锗矿1.39万t,铟矿2.52万t,铊矿2.96万t,镉矿47.12万t,硒矿2.56万t,碲矿1.53万t,铼矿893.00 t。中国稀散金属资源具有如下特征:①分布广泛,但主要集中在西南地区、中南地区和华北地区,云南、河南、广西、内蒙古、山西、贵州、广东等是稀散金属资源较丰富的省(区);②独立矿床极少,但资源储量占到全国稀散金属资源总量的6.64%;③矿床规模以中、小型为主,但大型矿床和超大型矿床资源储量占全国稀散金属资源总量的80%以上;④主要伴生在铅锌多金属矿、铝土矿和煤矿中,3类矿床中的稀散金属资源储量占全国稀散金属资源总量的80%左右;⑤总体综合利用率较低。中国镓、锗、铊资源的储备充足,但硒、碲、铼、铟、镉资源相对缺乏。

锌冶炼过程中提取镓的技术研究及其进展

针对镓从锌冶炼过程中回收占比低的问题,总结分析了锌冶炼过程中镓回收技术研究进展.在鼓风炉炼锌(ISP)工艺中,镓主要富集在鼓风炉炉渣里,其质量分数通常在0.025%~0.031%,从鼓风炉炉渣中回收镓主要有还原蒸发法、高温氯化挥发法、硫酸浸出法、碱熔–浸出法、还原熔炼–电解法和还原熔炼–熔融造渣法等方法,但这些工艺普遍流程长,回收率低,加工成本偏高,部分工艺环境污染大,难以工业化应用.传统的湿法炼锌工艺中,大于93.5%的镓富集在浸出渣中,浸出渣处理以火法还原挥发工艺为主,在回转窑挥发浸出渣工艺中90%的镓保留在窑渣中,导致镓的回收流程长且回收率低,湿法处理浸出渣存在镓和铁分离的难题,至今未得到有效解决.氧压浸出炼锌工艺中,镓主要富集在锌粉置换渣里,锌粉置换渣采用酸性浸出和萃取工艺分离富集镓,最终制备金属镓,镓的综合回收率达到71%.通过对火法和湿法炼锌中镓回收工艺进行分析,对镓回收工艺中存在的关键问题和分离技术进行了总结,提出萃取分离、乳状液膜和树脂吸附有望成为锌冶炼过程中回收镓的绿色高效短流程关键技术.

峨眉大火成岩省攀西钒钛磁铁矿矿集区钴、镓、钪资源及综合利用潜力

峨眉大火成岩省内带攀西地区的攀枝花、红格、白马、太和等矿床的钒钛磁铁矿矿石量约100亿t,V_(2)O_(5)储量1580万t、TiO_(2)储量8.7亿t,此外还蕴含着丰富的Co、Ga、Sc、Cr等十多种稀有金属。尽管自20世纪八九十年代V和Ti逐渐得到了利用,但是Co、Ga、Sc、Cr等元素尚未得到综合利用,这些矿床的尾矿中还有巨量的各种金属元素。本文对近年来获得的磁铁矿、钛铁矿、单斜辉石电子探针和激光等离子质谱原位分析数据进行了系统分析,发现Ga和Cr主要赋存在磁铁矿中,Co主要赋存在硫化物和磁铁矿中,Sc主要赋存在单斜辉石和钛铁矿中;而且不同岩体中的磁铁矿、钛铁矿和单斜辉石中各种元素的含量存在差异。这些分析为矿石、尾矿甚至某些岩石中这些元素的综合利用提供了重要信息。

试论稀散金属矿产与新质生产力

稀散金属(锗、镓、铟、铊、铼、镉、硒、碲)并不被社会大众所熟悉,但在我国却属于优势矿产资源。稀散金属在传统产业中的用途比较局限,用量也不大,有的金属全世界一年也就用十几吨。但是,这8种金属个个“身怀绝技”,对战略性新兴产业和未来产业至关重要。比如,镓在液态金属、锗和铟在电子工业、镉在军工领域、铼在战机发动机、碲和硒在光电产业、硒和铊在生物医学领域都具有不可限量的发展潜力。战略性新兴产业和未来产业又是国际竞争的关键环节和焦点领域,需要新质生产力来支撑。加快形成与稀散金属密切相关的新质生产力,是实现高质量发展、构建新发展格局的重要路径,也是保障国家经济安全的客观需要。稀散金属也是我国矿产资源领域安全保障体系的重要组成部分。因此,加强对稀散金属矿产资源的勘查、开发与管理,理清稀散金属与新质生产力之间的内在逻辑,探索关键矿产找矿工作部署的战略构想,通过创新引领,加快新一轮找矿突破战略行动的实施步伐,加深社会各界对于稀散金属重要性的认知程度,鼓励全社会加大地质找矿投入的力度,对于保障能源资源安全、增强发展新动能具有重要的意义。

Ga-N熔体热力学性质及钠助熔剂法制备GaN单晶的研究进展

作为第三代半导体的关键材料之一,Ⅲ族氮化物在过去几十年中因其应用于光电子和微电子器件而得到了广泛的研究,如发光二极管(LED)、激光二极管(LD)和高电子迁移率晶体管(HEMT)。Na助熔剂法已成为生长高质量GaN晶体的重要技术之一。综述和讨论了Na助熔剂法GaN结晶的发展历程与最新技术,包括Ga-N的结晶热力学性质、熔体结构、助熔剂选择、单点籽晶技术、多点籽晶技术、孔隙与位错控制、形貌演化与生长条件优化等。最后,对比其他体GaN技术,展望了Na助熔剂法的挑战与机遇。

钙钛矿/铜铟镓硒叠层太阳电池的发展及展望

综述近年来钙钛矿/铜铟镓硒叠层太阳电池的发展现状,介绍钙钛矿/铜铟镓硒叠层太阳电池技术在效率和可靠性方面的优势。从工艺优化、结构协同设计和性能优化等方面对钙钛矿/铜铟镓硒叠层太阳电池进行总结,着重讨论叠层结构的每个子单元太阳电池复杂的协同效应。

基于大数据的中国稀散金属矿成矿规律定量研究

地质大数据推动地球科学研究逐渐从定性研究向半定量研究、定量研究迈进。稀散金属(锗、镓、铟、铊、铼、镉、硒、碲)是我国的优势矿产资源,因传统用途局限,研究相对不足。本文通过对759处稀散金属矿床(点)资料的系统梳理,定量分析了542处稀散金属矿产地(含矿点)的成矿密度、成矿强度及各成矿期稀散金属矿的成矿强度问题。研究结果表明:中国稀散金属矿床空间分布广泛但相对集中,可划分为七大主要资源集中区;广西、云南矿床(点)数量最多(61处),云南资源储量最大(24×10^(4)t),河南是稀散金属矿成矿密度最大、成矿强度最强的省份(3.4处/10^(4)km^(2)、8100 t/10^(4)km^(2))。中国稀散金属矿床时间分布不平衡,燕山期是主要成矿阶段,成矿密度最大达2.3处/Ma,而喜马拉雅期成矿强度最强,稀散金属资源储量超4000 t/Ma。划分了18个稀散金属矿集区,兰坪-普洱(DM-J13)成矿强度最大。今后应加强稀散金属综合研究,加强其地质找矿与开发利用,促进新质生产力的形成与发展。

锌粉置换渣浸出过程中镓的溶解行为及改善方法

针对丹霞冶炼厂锌粉置换渣浸出过程中镓浸出率偏低问题,采用ICP-AES、XRD与SEM-EDS对不同批次锌粉置换渣化学成分、物相与形貌进行详细分析。与正常生产锌粉置换渣相比,异常锌粉置换渣中镓主要赋存于黄钾铁矾之中,造成镓浸出困难。对锌粉置换渣氧压浸出过程进行分析,镓、砷和铁溶出规律较为一致:增大硫酸浓度和液固比有利于镓、铁和砷的浸出,但提高温度和氧气分压对镓、铁和砷溶出不利。依据上述研究结果,提出强化镓浸出效率的改善措施,弱化一段氧压浸出(分别降低反应温度和压缩空气总压至90℃和0.2 MPa)与强化三段常压浸出(分别提高硫酸浓度和反应温度至160 g/L和85℃),镓的浸出效率由77.83%提高至96.46%。

低成本高结晶GaN纳米线柔性薄膜制备及其场发射性能

旨在探究非贵金属Cu替代贵金属Au作为催化剂在柔性碳膜上制备高结晶的GaN纳米线的可行性,并研究其场发射特性及机理。采用非贵金属Cu替代贵金属Au作为催化剂,在柔性碳膜上制备了直径为20~100 nm、长度为3~15μm的高结晶的GaN纳米线,并通过工艺参数对其结构与尺寸进行调控,得到GaN纳米线薄膜的催化生长机制。通过对其场发射特性进行研究,发现其场发射性能与其纳米结构紧密相关,催化剂厚度以及薄膜弯曲状态可显著影响其场发射性能。结果表明,采用Cu作为催化剂所制备的GaN纳米线柔性薄膜的场发射电流具有较好的稳定性。该研究为GaN纳米线的低成本制备方法提供了可借鉴思路,同时也为场发射柔性器件的制作提供了可行的技术手段。

浅埋巨厚富镓煤层的非均质性与反射波响应特征

华北石炭系—二叠系部分煤层富含战略性金属镓。为了探讨利用反射波响应解译浅埋巨厚煤中镓元素含量的可能性,以研究程度较深的准格尔煤田黑岱沟矿6号煤为例,综合样品实测、地震岩石物理建模、主成分分析等方法,表征煤层中物质组成、镓元素含量及载体矿物、弹性参数的纵向非均质性;综合煤层反射波响应正演模拟、地震属性分析和AVO分析等方法,表征煤层反射波运动学、动力学和AVO响应与煤层矿物富集类型间的相关关系。研究结果表明,按煤质可以将6号煤划分为三个层段,每个层段的矿物富集类型有明显区别;中上层段煤层巨厚,煤中镓元素的主要载体矿物为勃姆石,勃姆石与镓元素含量强线性正相关,纵波阻抗等弹性参数与勃姆石、镓元素含量正相关;当煤层流体饱和状态已知时,煤层顶底板反射波的双程旅行时差与振幅交会图可以有效区分煤层的矿物富集类型;煤层顶底板反射波的AVO截距与梯度交会图,可以有效区分煤层的流体饱和状态和矿物富集类型,是解译煤中镓元素含量的一种有效方法。本次研究成果不仅能够直接应用于浅埋巨厚煤中镓资源勘探,还能为煤中其他战略性金属的勘探研究提供方法借鉴。

用于定标海表测温辐射计的镓黑体辐射源

设计了镓黑体对海表测温辐射计进行定标。首先,介绍了该黑体的结构与工作原理,对黑体发射率进行仿真,并开展发射率的测量实验,讨论其不确定度的来源。然后,开展了电加热和水浴加热下镓的相变复现实验,讨论电加热功率对镓相变复现的影响。最后,通过红外海面温度自主辐射计实验对该黑体进行验证。结果表明:该黑体基于蒙特卡罗软件仿真的发射率优于0.9988,实验测得的黑体辐射源发射率结果与仿真结果较为吻合,测量重复性(标准偏差)达0.1%;相变温度坪台的复现性均优于±0.03 K;相变温坪附近时,红外海面温度自主辐射计和FLUKE 1524测温仪测得的黑体腔附近温度的数据差值均在±0.15 K以内。设计的镓黑体可以应用到海表测温辐射计进行校准,为发展自主知识产权的海表测温设备提供校准源。

铂镓合金板材焊接接头组织与力学性能研究

探索及分析铂镓合金板材的焊接工艺,旨在为铂镓合金催化网的焊接提供理论基础。试验制备了Pt-2Ga、Pt-3Ga-2Ru与Pt-5Ga的1 mm厚度板材,采用氩弧焊与不同功率的激光焊对合金进行焊接,对其焊接后的拉伸性能、断口形貌、热影响区宽度、焊接区域的微观组织以及焊接区域元素成分的偏析程度等进行研究。结果表明,Pt-5Ga合金脆性较大无法满足催化网制备条件,Pt-3Ga-2Ru合金的焊接性能优于Pt-2Ga合金,同时晶粒尺寸有大幅减小的趋势。激光焊焊接件的焊接性能优于氩弧焊焊接件,热影响区的宽度更窄,元素的偏析程度也有所减小。将不同功率下的激光焊接试样进行对比后发现:焊接功率设定在350 W时对Pt-3Ga-2Ru合金的拉伸性能最好。

全球金属镓、锗贸易网络格局演变与供应危机传播研究

镓和锗是广泛应用于高新技术领域的重要战略资源。为了估测原产地发生供应危机对全球各国造成的影响,选取了2002—2022年金属镓、锗的贸易数据,运用贸易网络分析方法探究全球金属镓、锗贸易网络格局演变;建立级联失效(雪崩)模型,确立参数r_(1)=r_(2)=7,模拟2022年不同爆发源供应危机传播状况。研究发现:从全球贸易格局演变来看,金属镓、锗贸易规模和贸易平均度上升,亚洲国家与美国的贸易依赖关系有所减弱,南美洲对美国消费市场的贸易依赖指数增强;从网络供应危机传播来看,中国危机传播规模最大,传播轮次最多,美国和德国次之;在未锻轧金属镓、锗产品的贸易中,美国不会受中国供应危机的直接影响,而是通过比利时和瑞士受到间接影响。

煤系战略性金属锂镓的富集分离研究进展

煤系物中存在丰富的锂、镓等战略性金属矿物,从中提取利用这些金属,既促进了资源再利用还可以增加我国战略性金属储备。由于锂镓的富集分离必经以厘清煤系锂、镓的赋存状态为前提,故先阐述了锂、镓含量检测和赋存形态研究,继而提出锂镓的预富集方法和分离提取方法,详细分析了物理分选法、化学分选法等富集方法,以及化学沉淀法、溶剂萃取法、离子交换吸附法和膜分离法等分离方法的技术原理和适用性。针对煤系锂、镓富集分离研究现状,提出了未来的发展方向,包括探清目标元素与有害元素的组合形式和成矿机理,提高煤系锂、镓的活化适应性和选择性,突破金属分离的技术瓶颈并优化生产工艺,实现酸碱溶液循环利用。研究成果可为煤系物的资源化利用和其他战略性金属的提取利用提供有益参考。

镓精矿氢氧化钠浸出过程镓的浸出行为

从湿法炼锌工艺中得到的镓精矿是制备金属镓重要的中间产品,氢氧化钠浸出镓精矿制备电积前液是制备高品质金属镓的生产关键环节。通过研究氢氧化钠浸出镓精矿过程中添加剂的种类、添加剂用量、氢氧化钠浓度、浸出液固比、反应温度和浸出时间等工艺参数,分析了各工艺参数在镓精矿浸出过程中对Ga、Al的浸出率及浸出滤液过滤性能的影响。结果表明,在添加剂CaO 15%、NaOH浓度3 mol/L、液固比L/S=10、反应温度80℃、浸出时间120 min的最优条件下,Ga的浸出率为98.15%,Al的浸出率为53.01%,浸出滤液过滤速度为108.88 mL/min,添加剂CaO在反应过程中生成的铝酸钙作为滤饼支撑骨架,有效改善了浸出滤液的过滤性能。

磁性镓基液态金属复合材料的研究进展

镓基液态金属具有高导电性、高导热性、高流动性和优良的生物相容性,是一种具有很大发展和应用前景的功能材料。镓基液态金属与其他不同物理化学性质的材料组合而成的镓基液态金属复合材料为基础研究与应用研究提供了一个新的方向,为解决柔性电子、热调控和生物医学等各个领域的挑战性问题提供了新的思路并表现出重大潜力。磁性粒子的引入可以使镓基液态金属具有良好的磁性能。作为一种新兴的磁性功能材料或磁性智能材料,磁性镓基液态金属复合材料在柔性电子、微电机、靶向给药、热调控、屏蔽与吸波等领域已展现出初步的研究和应用价值。本文系统地总结和评述了磁性镓基液态金属复合材料的研究进展。从基础研究、磁力控制、磁热控温、屏蔽与吸波四个方面综述了磁性镓基液态金属复合材料的性能和应用,说明了这种复合策略的有效性。这可为磁性镓基液态金属复合材料的进一步研究与开发提供思路。

煤矸石富镓母液中低浓度硫酸镓水解沉淀制备氧化镓

我国煤矸石中蕴藏大量镓资源,镓的伴生回收利用逐渐成为研究热点。伴生镓经酸法提取与富镓母液电解造液制备金属镓,镓综合回收率仅60%。随着氧化镓需求量增加,研究富镓母液直接水解沉淀制备氧化镓新工艺,通过缩减金属镓制备流程,显著提高镓产品综合回收率。然而富镓母液中镓离子浓度低、且与硫酸根共同作用水解转化机制尚不明确,为实现低浓度硫酸镓母液中氧化镓的高效制备,开展水解过程工艺和转化机理研究。通过正交试验考察硫酸体系下镓水解过程的反应温度、反应时间、搅拌转速、体系pH、初始镓浓度等因素对镓沉淀率和水解产物的影响,结合理论计算不同pH下镓的羟基配离子形态变化,明确低浓度硫酸镓溶液水解过程镓的转化机理,进一步通过单因素试验优化得到最优镓水解参数,水解产物经过煅烧制备得到氧化镓。结果表明,镓水解过程影响因素排序依次为体系pH、反应时间、初始镓浓度、搅拌速率、反应温度。硫酸体系不同沉淀pH下镓羟基配离子形态转变与沉淀物相对应规律为pH<3.5时,溶液中Ga^(3+)和Ga(OH)^(2+)占据主要优势,在硫酸根与镓离子的亲和作用下沉淀物相为镓明矾石;3.56.5时,溶液中以Ga(OH)_(4)^(-)为主,沉淀物相由无定形氢氧化镓氧化缩合为羟基氧化镓。根据正交和单因素试验优化得到硫酸镓溶液沉淀工艺参数为pH=5.0、初始镓质量浓度1 000 mg/L、反应时间20 min、搅拌速率150 r/min、反应温度20~25℃,镓回收率达99.5%以上,沉淀物相为无定形氢氧化镓。

电磁轨道发射装置材料损伤抑制方法研究现状

电磁轨道发射是利用洛伦兹力在数毫秒内将电枢和负载加速到超高速的发射技术。电枢通过紧固式或填塞式装填在轨道内,在大电流强磁场环境下进行超高速滑动,不可避免伴随有轨道刨削、轨道沟槽、电枢融化和电枢转捩损伤发生。电磁轨道发射器的损伤问题是限制其工程化的关键,针对电枢轨道材料损伤抑制问题,总结国内外电磁轨道损伤机理研究现状,分析电枢轨道4类表面材料损伤成因。针对损伤机理介绍了改进电枢轨道结构、使用新型材料及整流驱动电流3种抑制损伤方案。最后介绍了一种具有高导电性、高导热性、高沸点和低熔点特性的镓基液态金属,讨论了用该金属制备电枢涂层抑制电枢轨道间机械磨损,减轻熔蚀损伤并推迟转捩发生的可行性,并对电磁轨道发射装置损伤抑制研究进行了展望。

NH_(3)/N_(2)复合热退火技术改善高浓度Mg掺杂GaN材料性能

研究了NH_(3)/N_(2)复合热退火技术对高浓度Mg掺杂GaN材料晶体质量、发光性质及导电性能的影响。实验结果表明,相较于传统N_(2)氛围高温热退火后处理工艺而言,NH_(3)氛围高温热退火后处理工艺可以改善高浓度Mg掺杂GaN材料的晶体质量,同时可以增进Mg受主原子的有效掺杂,使得其光致发光谱中蓝光峰强度增强。采用NH_(3)氛围高温热退火结合N_(2)氛围低温热退火后处理工艺复合技术制备得到的高浓度Mg掺杂GaN材料内部背景电子浓度显著降低。这是由于在NH_(3)氛围高温热退火后处理工艺中,NH_(3)的热分解产物能够有效降低材料内N空位和间隙Ga原子等浅施主型缺陷浓度,最终改善高浓度Mg掺杂GaN材料的导电性能。