Германий - металлоид

Германий: қасиеттері, табиғаттағы таралуы және өндіру технологиясы

Германий — ақшыл сұр түсті, өте жылтыр металлоид. Ол 1886 жылы ашылған. Табиғатта шашыраңқы таралғандықтан, сирек кездесетін элементтердің қатарына жатады және көп минерал түзбейді. Жер қыртысындағы мөлшері өте аз, атомдық массасы 72,6.

Негізгі сипаттамалар

Түрі: жылтыр металлоид, ақшыл сұр түсті.
Ашылған жылы: 1886.
Табиғатта таралуы: шашыраңқы, сирек; жеке минералдары аз.

Табиғи көздері және шикізат базасы

Практикалық маңызы бар германий минералдарының бірі — табиғатта сирек кездесетін германит. Сонымен қатар германий кейбір түсті металдармен бірге (мысалы, мырыш кендерімен) қатар кездеседі және тас көмір қабаттарында да ұшырасады. Сондықтан оны көбіне түсті металдарды өңдеу кезінде түзілетін қосалқы өнімдерден немесе көмір өндірісімен байланысты қалдықтардан алады.

Өнеркәсіптегі негізгі көздер

Cu–Zn–Pb сульфидті кендерді металлургиялық өңдеудің қалдықтары мен аралық өнімдері
Көмірмен жұмыс істейтін жылу қондырғыларының күл-қож қалдықтары
Коксохимиялық зауыттардың қалдықтары

Екіншілік шикізаттың рөлі

Жартылай өткізгіш германийдің елеулі бөлігі екіншілік шикізаттан — радиотехникалық өндіріс қалдықтарынан алынады. Прибор жасауда германийдің 80–90% бөлігі кристалдарды кесу және шлифовка кезінде түзілетін шлифұнтақтар мен шламдарға өтеді.

Мұндай өңделген қалдықтарда германий бос металл күйінде, шамамен 150 мкм өлшемді ұсақ бөлшектер түрінде кездеседі.

Концентраттар және құрам ерекшелігі

Қазіргі технологияларда германий концентраттарда әрі қарай өңдеуге ыңғайлы болатын оксидтік күйде болады, себебі концентрат алу германий құрамды материалдарды тотықтырғыш ортада термиялық өңдеуге негізделеді. Концентрат әдетте қызыл-қоңыр немесе сұр түсті ұсақ ұнтақ түрінде кездеседі.

Қоспалар туралы

Спектрлік талдау құрамында Cu, Pb, Zn, Sn, Sb сияқты элементтердің қоспалары болуы мүмкін екенін көрсетеді. Сондықтан кейінгі сатыларда тазарту операциялары ерекше маңызды.

Өндірудің жалпы сұлбасы: тетрахлорид арқылы тазарту

Германий құрамды шикізаттардың түрі көп болғанымен, оларды өңдеу көбіне бір мақсатты аралық өнімді — германий тетрахлоридін (GeCl₄) алуға бағытталады. Себебі басқа қосылыстармен салыстырғанда GeCl₄-ті терең тазартуға болады.

Негізгі кезеңдер (жалпылама)

Германийді шикізаттан оксидтік формаға ауыстыру және бастапқы бөлу.
Германий(IV) оксидін тетрахлоридке айналдыру: GeO₂ → GeCl₄.
Тетрахлоридті тазарту: қоспалар болған жағдайда ректификация қолданылады. Германий тетрахлоридінің қайнау температурасы шамамен 83 °C.
Тазартылған өнімнен қайтадан GeO₂ алу және оны сутегімен тотықсыздандырып металл германийге айналдыру.

Таза германий оксидін әдетте құбырлы электр пешінде сутегімен тотықсыздандырады. Процесс белгілі температурада 20–50 минут аралығында жүреді, содан кейін тотықсызданған германий жоғары температурада қосымша ұсталып, тұрақтандырылады.

Тарихи дерек: атауы қалай пайда болды?

Таза германийді алғаш алу кезінде бастапқы шикізат ретінде аргиродит типті минерал қолданылғаны айтылады: алдымен ол оксидтерге айналдырылып, кейін ақ ұнтақ сутегі атмосферасында қыздырылған.

Винклер әуелде жаңа элементті Нептун планетасының құрметіне «Нептуний» деп атауды ойлаған. Алайда бұл атау бұрын «жалған ашылған» элементке берілмек болғандықтан, ол өз шешімін өзгертіп, элементті өз мемлекетінің атына сай «Германий» деп атады.

Хлорлау әдістерін топтастыру

Әртүрлі шикізатты хлорлау технологиялары бірдей емес. Сондықтан өндірісте қолданылатын шикізаттар шартты түрде үш топқа бөлінеді:

1-топ

Тотыққан германийлі өнімдер

Концентраттар және кектер (оксидтік форма басым).

2-топ

Металдық ұсақ ұнтақты қалдықтар

Шлифұнтақтар мен ұнтақ тәрізді өндірістік қалдықтар.

3-топ

Металдық кесек қалдықтар

Кесек күйіндегі германийлі металл қалдықтары.

Түйін

Германий табиғатта сирек кездесетін, бірақ электроника мен радиотехникада маңызды орын алатын элемент. Өндірісте оны әртүрлі шикізат көздерінен алуға болады, ал технологиялық тұрғыдан ең тиімді бағыт — тазаруы жеңіл GeCl₄ арқылы жоғары тазалықтағы германийге шығу.