Германий

Химический элемент под номером 32, германий, имеет обозначение Ge – в силу значительной распылённости металла, сложности его извлечения и производства, цена даже за 1 грамм весьма высока. Регламентирующий документ ГОСТ 16153-80.

Он имеет гранецентрированную кристаллическую решётку, аналогичную алмазу. Химические свойства – двух-, четырёхвалентный (последние более стабильны).

Механические показатели:

• модуль упругости (Е) – 82 ГПа;
• значение скорости распространения звука при температурах +20-25 °С – от 2,75 до 5,56 м/сек (в зависимости от направления);

Ge – непрямозонный полупроводник классического типа, что обусловлено его электронными свойствами: диэлектрическая проницаемость равна 16,0, величина электронного сродства 4,0 эВ, а значение ширины зоны, являющейся запрещённой (300К) 0,67 эВ.

Материал стойко противостоит воздействию кислот, щелочей, влаги, воздуха. В производстве применяют сплавы, а также специальное стекло, основа которых – диоксид германия.

Востребованной технологией изготовления – получение GeO₂ из сульфида германия, с последующим восстановлением из него свободного элемента с использованием водорода.

Сырьём являются:

• полиметаллический концентрат, включающий Zn, Gu, Pb. Процент нужного вещества до (0,001-0,1) %;
• цинковая обманка;
• зола от сжигания различных углей;
• отдельные продукты коксохимического производства.

Чаще всего промышленный выпуск налажен переработкой отходов (побочных продуктов), оставшихся при извлечении из руд цветмета.

Алгоритм изготовления

С учётом состава исходного сырья выбирается необходимая технология извлечения Ge, согласно которой получают его концентрат, содержащий от 2 до 10% вещества.

В рамках переработки углей коксующихся типов от 5 до 10% содержащегося в них элемента уходит в надсмольные воды, в смолу. Отсюда он извлекается совместно с танином. Эта масса проходит сушку и обжиг при температурах до +500 °С. На выходе получают концентрат, содержания Ge в котором доходит до 30-40%. Из последнего выделяют связанный германий в виде GeCl₄.

Чистый германий извлекается следующим образом:

1. исходный концентрат хлорируется с использованием соляной кислоты или иными хлороагентами, GeCl₄. Для его последующей очистки используют экстракцию и ректификацию имеющихся примесей посредством концентрированной HCl;
2. гидролиз GeCl₄, прокаливание до приведения к состоянию GeO₂;
3. восстановление последнего до металла с применением аммиака, водорода.

Металл повышенной чистоты для производства полупроводников нужно подвергнуть секторной (зонной) плавке (или использовать метод Чехральского). Это позволяет получить монокристаллический германий. А прошедший зонную очистку Ge – поликристаллический.

В каком сортаменте поставляют германий?

1. Порошки

Металл имеет высокую чистоту (99,9-99,9999) %. Размеры гранул (50-80) мкм. Минимальная фасовка, полиэтиленовый пакет 5 г.

2. Слитки

Монокристаллический германий в слитках. Чистота (95,0-99,9999) %. Вес колеблется в диапазоне (0,913 – 1,197) кг. Реже выполняют слитки массой 120 г. Фасовка: ПЭ пакет, уложенный в пенопластовую ячейку. Последняя пакуется в картонную коробку.

3. Гранулы

Диаметр гранул металла составляет 14 мм. Высота (13-15) мм. Масса (9,5-9,7) г. Химическая чистота (99,9-99,999) %. Фасовка – ПЭ пакеты в картонных коробках.

4. Сферические заготовки

По сечению бывают: круглые, плоские, прямоугольные. Под заказ производятся сферические заготовки, изделия с элементами асферики – они востребованы для оптического использования.

Использование элемента зависит от его вида, например, теллурид (GeTe) востребован в качестве термоэлектрического материала с высокой стабильностью, а также как компонент термоэлектрических сплавов. Металлический германий, имеющий сверхвысокую чистоту, нужен для выпуска призм ИК оптики, линз.

Среди других областей:

• радиотехника (детекторные диоды, транзисторы);
• выпуск светодиодов, солнечных батарей;
• волоконная оптика;
• медицина;
• парфюмерия, косметика.

До 30% всего производимого германия уходит на изготовление пластиковой упаковки для продуктов питания.