Gal

Metal odkryty w drugiej połowie XX wieku. Jego charakterystyczną cechą jest stosunkowo niska temperatura topnienia (zaledwie około 29 st. C) przy wysokiej temperaturze wrzenia (2204 st. C). To oznacza, że metal ten jest płynny w szerokim zakresie temperatur i może on wnikać w sieci innych metali. Posiada też własności magnetyczne, a jego związki są półprzewodnikami.

Gal występuje w skorupie ziemskiej w ilościach wyższych niż wiele popularnych metali, na przykład ołów oraz cyna. Nie tworzy on jednak chętnie własnych minerałów, raczej zastępując niektóre pierwiastki w minerałach innych metali.

Głównym, choć rzadko spotykanym, minerałem galu jest gallit (CuGaS₂). Znamy go z Demokratycznej Republiki Konga oraz z Namibii. Minerały galu zazwyczaj nie mają znaczenia gospodarczego.

Złoża galu

Zdecydowana większość tego pierwiastka pozyskiwana jest jako produkt uboczny podczas wydobycia boksytów (ruda glinu) oraz sfalerytu (rudy cynku). Mniejsze znaczenie mają złoża hydrotermalne (związane z działalnością gorących roztworów tworzących się w wyniku działalności wulkanicznej).

Pozyskanie galu z boksytów

Boksyty tworzą się w wyniku wietrzenia (czyli niszczenia) zróżnicowanych typów skał w warunkach zwrotnikowych lub podzwrotnikowych. Koncentracja glinu (podstawowego pierwiastka odzyskiwanego z boksytów) oraz galu zwiększa się wraz ze stopniem zwietrzenia skał. Gal pochodzi najczęściej z minerałów z grupy skaleni, a także z nefelinu (minerał z grupy skaleniowców). Wietrzenie powoduje rozkład tych minerałów, uwalniając cenne pierwiastki.

Gal w sfalerycie

Minerał sfaleryt (siarczek cynku, ZnS) jest główną rudą cynku. Może on jednak również zawierać gal. Pierwiastek ten występuje najbardziej obficie (chociaż wciąż w śladowych ilościach) w tych złożach cynku, które tworzyły się w relatywnie niskich temperaturach. Istnieją duże różnice w zawartościach galu pomiędzy złożami, a także w obrębie pojedynczych ciał rudnych ilości tego pierwiastka zmieniają się gwałtownie.

Inne źródła galu

Gal pojawia się również w pobliżu czynnych wulkanów, zwłaszcza tam, gdzie tworzą się również gejzery oraz mają miejsce ekshalacje wulkaniczne (miejsca wyziewów lotnych składników stopu skalnego, czyli magmy), na przykład na Nowej Zelandii. Niewielkie ilości galu znajdują się w pyle pochodzącym ze spalania węgla, jednak nie mają one znaczenia gospodarczego. W Rosji gal pochodzi również z przetwórstwa minerałów apatytu oraz nefelinu.

Gal pozyskiwany jest wyłącznie jako produkt uboczny przy eksploatacji rud innych metali (glinu oraz cynku). Uruchomiona w USA kopalnia, w której jedyną kopaliną miały być german oraz gal działała jedynie pół roku.

Wykorzystanie galu

Większość zasobów tego pierwiastka wykorzystywanych jest do produkcji płytek (wafli) półprzewodnikowych, niezbędnych w mikroelektronice. Ich wytwarzanie związane jest z utratą nawet 60% galu, który można jednak odzyskiwać. Uszkodzone wafle również podlegają recyklingowi.

Płytki półprzewodnikowe oparte na galu (zwłaszcza na GaAs – arsenku galu) w niektórych zastosowaniach są wyraźnie lepsze niż krzemowe. Stosowane są w produkcji smartfonów, urządzeń do komunikacji bezprzewodowej, diod podczerwieni (stosowanych w pilotach, skanerach kodów, czujnikach ruchu) oraz na potrzeby wojskowe. W przypadku telefonów komórkowych gal potrzebny jest zwłaszcza do wytwarzania wzmacniaczy mocy, odpowiedzialnych za wysyłanie sygnału zarówno podczas połączeń głosowych, jak i przekazywania danych. Arsenek galu jest potrzebny także w produkcji ekranów, w tym tabletów i bankomatów, a także czytników kodów kreskowych. Znajduje zastosowanie w systemach komunikacji satelitarnej, GPS, bezprzewodowych sieciach LAN (w tym WiFi).

Jako półprzewodnik sprawdza się też antymonek galu, stosowany w urządzeniach termowizyjnych, a także w zastosowaniach wojskowych (systemy naprowadzania pocisków). Z kolei półprzewodniki oparte na GaN zostały użyte w produkcji czytników Blu-ray. Ważniejsze jednak okazało się zastosowanie ich w monitorach ciekłokrystalicznych (TFT).

Stopy galu z indem, selenem i/lub cynkiem są wykorzystywane, ze względu na niskie temperatury topnienia, między innymi w produkcji urządzeń do mierzenia ciśnienia krwi. Razem z indem i cyną gal (stop nazywany galinstanem, o temperaturze topnienia zaledwie 20 st. C) stanowi nietoksyczny substytut rtęci w termometrach. W metalurgii zwiększa natomiast płynność stopów na etapie ich wytwarzania.

Bardzo istotna jest też możliwość wykorzystania galu w produkcji paneli słonecznych. Urządzenia fotowoltaiczne oparte na GaAs są bardzo wydajne, ale ze względu na koszty stosowane w pierwszej kolejności w satelitach.

Związki galu mogą zostać zastąpione krzemem, jednak w niektórych zastosowaniach powoduje to spadek wydajności. Niekiedy możliwe jest użycie germanu. W przypadku urządzeń działających na podczerwień stosowane są również w zamian związki indu. Pozyskiwanie galu stanowi też duże obciążenie dla środowiska, gdyż większość tego pierwiastka pochodzi z przeróbki boksytów, wymagającej dużych ilości energii.