Добыча и технология производства германия

Германий — химический элемент с символом Ge, атомным номером 32 (32 протона и 32 электрона) с атомной массой 72 ед.

При комнатной температуре германий находится в твердом состоянии. Это полуметалл, принадлежащий к группе 14 Периодической классификации элементов.

Обнаруженный в 1886 году немецким химиком Клеменсом Винклером при анализе руды из Фрайберга, Саксония, германий, тем не менее, был предсказан Менделеевым за 15 лет до этого, который назвал его ака-кремнием.

Германий — твердый, твердый, кристаллический, серовато-белый, блестящий, хрупкий металл, сохраняющий свой блеск при обычных температурах. Он имеет ту же кристаллическую структуру, что и алмаз, и устойчив к действию кислот и щелочей.

Он образует большое количество органолептических соединений и является важным полупроводниковым материалом, используемым в транзисторах и фотодетекторах. В отличие от большинства полупроводников, германий имеет небольшую ширину запрещенной зоны и эффективно реагирует на инфракрасное излучение.

Применение германия ограничено его высокой стоимостью, и во многих случаях изучается возможность его замены более экономичными материалами. Его основное применение в качестве полупроводника в электронике, производстве волоконной оптики и приборах ночного видения.

Примеры применение германия: Где используется германий в наше время

Германиевое сырье

Германий широко распространен и оценивается в 6,7 частей на миллион (ppm) в земной коре. На самом деле не существует настоящих минералов германия, а есть только минералы, содержащие значительное количество германия. Эти полезные ископаемые в прошлом добывались в Африке (Намибия, Конго), Германии и Латинской Америке (Боливия).

Существуют и другие минералы, такие как стоттит, шауэртеит и сриарит, но промышленной эксплуатации до настоящего времени не имеют.

Двумя основными источниками промышленного производства германия сегодня являются цинковые руды и уголь. Вклад этих источников меняется со временем и во многом определяется экономикой использования угля на электростанциях.

Основным источником германия в бывшем Советском Союзе и до сих пор в России и на Украине является уголь с острова Сахалин на востоке России, а также меньшие количества с коксующихся угольных заводов в Украине.

В последнее время исследуются другие германийсодержащие месторождения угля в Приморском и Красноярском крае. В Китае уголь из Монголии и Линцана вносит существенный вклад в производство германия в Китае.

В прошлом германий извлекали из угля в Великобритании и Восточной Германии. Из-за наличия дымовой пыли и золы многие производители изучили возможность извлечения германия из этих дымовых труб.

Однако многие из этих проектов связаны с экономическими проблемами, а также с наличием многих других тяжелых и нежелательных металлических элементов. В настоящее время вклад угля в мировые поставки германия можно оценить в пределах 20–30%.

Китай (все производители вместе взятые) можно считать основным поставщиком германия, однако TeckCominco в Канаде является производителем номер один и обеспечивает около 25% потребности рынка в германии из своих цинковых руд.

Традиционные источники цинка для германия, такие как рудник Гордонсвилль (США-Пасминко), Нанисивик (Канада), Астуриана-де-Цинк (Испания) и другие прекратили свою деятельность в последние годы.

В конце 90-х OMG (Outokumpu Mooney Group) инвестировала в плавильный завод в Лубумбаши (Конго-Заир), чтобы извлекать в основном Cu, Co и Zn из «Большого холма». Подсчитано, что этот шлаковый отвал содержит около 3000 м³ германия. Годовой объем производства можно оценить в 5–10 м³ содержащегося Ge.

Сегодня в стадии изучения находится ряд более мелких проектов.

Компания War Eagle Mining изучает возможность извлечения германия из старого цинкового рудника Трес-Мариас в Мексике, который прекратил свою деятельность в начале девяностых годов.

Другим примером является проект Zincox по извлечению германия из старого шлакового отвала в Цумебе (Намибия).

Однако реализуемость этих и подобных проектов страдает от нынешних «низких» цен на германий.

Многие производители на протяжении многих лет разрабатывали процессы переработки для извлечения германия из внутреннего лома, отслуживших свой срок или сломанных германиевых линз, а также из отходов производства оптического волокна (GeCl используется в качестве легирующей примеси в сердцевине оптического волокна).

На сегодняшний день вклад утилизации отходов германийсодержащих подшипников (без внутренней переработки) можно оценить в 30%. Этот процент во многом зависит от цены на германий, поскольку большинство этих процессов переработки являются дорогостоящими. 

Другими существенными поставщиками элементарного Ge на рынок являются правительственные запасы, хранящие стратегические металлы и материалы на своих складах. 

Технологическая схема производства

Поскольку настоящих минералов германия нет, общий производственный процесс всегда делится на две стадии: производство германиевого концентрата и производство германия.

Двумя основными источниками являются цинковые руды и уголь. Сначала германий концентрируют пирометаллургическим или гидрометаллургическим способом.

Наиболее распространенным является пирометаллургический процесс.

Германий улетучивается в виде GeO или GeS. Из угля германий улетучивается в виде GeO и концентрируется в летучей золе. В обоих процессах достигаются концентрации Ge от 1 до 6%.

Другим важным источником сегодня является переработка германия, поступающего из индустрии оптического волокна, например растворы скрубберов и стеклянный лом. За исключением стеклолома, прямое хлорирование этих продуктов возможно, но с низким выходом. Очевидный процесс - пирометаллургический.

При создании статьи использовались материалы сайта Школа для электрика