German

Półmetal odkryty w końcu XIX wieku. Znalazł zastosowanie jako półprzewodnik, w produkcji światłowodów, a także urządzeń fotowoltaicznych. Zasadniczo nie jest toksyczny, jednak rozpuszczony w wodzie może być przyczyną przewlekłych chorób.

German nie występuje w przyrodzie w postaci pierwiastkowej. Tworzy własne minerały, jednak są one rzadkie. W efekcie german jest pozyskiwany jako uboczny produkt podczas wydobycia metali takich jak miedź, cynk oraz ołów, a także z pyłów powstałych w wyniku spalania węgla.

Minerały germanu

Znamy około 30 minerałów zawierających german. Wśród nich argutyt (GeO₂) zawiera najwięcej tego pierwiastka, do 70%. Minerały germanu znane są w większości z pojedynczych, kilkunastu, a najwyżej z kilkudziesięciu lokalizacji na całym świecie. Dwa minerały germanu, morozewiczyt oraz polkowicyt zostały opisane po raz pierwszy z terenu Polski, z kopalni miedzi na Dolnym Śląsku.

Ze względu na dużą rzadkość minerałów, w których german stanowi stały składnik, półmetal ten pozyskiwany jest przede wszystkim z rud metali. Podstawia on w nich inne pierwiastki. Najczęściej zdarza się to w siarczkach cynku (ZnS) – sfalerycie oraz wurcycie – a także w siarczkach i siarczkosolach miedzi (bornicie, chalkopirycie, tennantycie).

Podwyższone zawartości germanu zarejestrowano też w krzemianach (willemit – krzemian cynku) oraz w tlenkach (kasyteryt – tlenek cyny; hematyt – tlenek żelaza; getyt – wodorotlenek żelaza). W krzemianach takie zjawisko jest rzadkie, choć znane są wzbogacone w german topazy ze skał magmowych głębinowych.

Złoża germanu

German występuje jako kopalina towarzysząca w kilku typach złóż. Są to między innymi:

• złoża siarczków pochodzenia wulkanicznego; złoża takie znane są z Japonii, Portugalii oraz Rosji; głównymi pozyskiwanymi z nich metalami są cynk, miedź, ołów, złoto i srebro, aczkolwiek w tych samych złożach pojawiają się niekiedy nadające się do eksploatacji ilości kadmu, indu, galu, cyny, antymonu, bizmutu, a także germanu,
• porfirowe złoża miedzi; są one znane z Argentyny, Boliwii oraz Peru, a także Bułgarii, Hiszpanii, Papui Nowej Gwinei oraz Serbii,
• złoża cynku i ołowiu typu SEDEX; znajdują się one między innymi w Kanadzie oraz Stanach Zjednoczonych,
• złoża cynku i ołowiu typu „doliny Missisipi”; zazwyczaj nie zawierają one żadnych minerałów germanu, pierwiastek ten pojawia się natomiast jako domieszka w siarczkach cynku (sfalerycie i wurcycie); takie złoża znane są z Austrii, Chin, Meksyku, Włoch, a także Polski (północne i wschodnie obrzeżenie Górnośląskiego Zagłębia Węglowego),
• złoża hydrotermalne w skałach węglanowych; powstają one na skutek działania gorących roztworów i par (czyli tak zwanych roztworów hydrotermalnych) przepływających przez skały; w złożach tych najważniejszymi kopalinami są rudy miedzi oraz cynku, a niekiedy również ołowiu, srebra, arsenu, kadmu, molibdenu, wanadu, wolframu, a także germanu; złoża te znajdują się na terenie Demokratycznej Republiki Konga, Namibii oraz Zambii; co ciekawe, pojawiają się w nich minerały germanu, w tym germanit, w odróżnieniu od większości innych złóż, gdzie german stanowi domieszki w rudach innych metali,
• pyły po spalaniu kaustobiolitów stałych (węgla) bogatych w german; takie złoża węgla znane są z Chin, wschodniej Rosji (znajdują się one między innymi na Sachalinie) oraz z Uzbekistanu.

Zastosowania i zużycie germanu

Po raz pierwszy german został użyty w roli półprzewodnika. Miało to miejsce w połowie XX wieku. Początkowo stosowano też ten pierwiastek do produkcji tranzystorów. Wkrótce potem german został też użyty w spektrometrii masowej. Bardzo istotnym odbiorcą tego półmetalu był również przemysł optyczny.

W końcu XX wieku zaczęto wykorzystywać german na dużą skalę w produkcji światłowodów. Duże znaczenie zyskał także w produkcji lamp fluorescencyjnych i fosforyzujących, a także soczewek i obiektywów. Jest też stosowany jako katalizator w produkcji opakowań plastikowych typu PET. Kolejnym, zyskującym obecnie na znaczeniu zastosowaniem germanu stało się wytwarzanie ogniw fotowoltaicznych, a także urządzeń komunikacji bezprzewodowej. German jest również wykorzystywany w przemyśle medycznym, a także do produkcji stopów (zwłaszcza z cyną).

W wielu z tych zastosowań możliwe jest zastąpienie germanu innymi pierwiastkami, między innymi cyrkonem, indem, a także krzemem, tytanem oraz antymonem. W przypadku ogniw fotowoltaicznych stosowany jest również gal.

Duże rezerwy rud germanu znajdują się na terenie Chin (ten kraj pozyskuje większość światowej produkcji), Rosji, a także Stanów Zjednoczonych oraz Kanady. Obecnie największe znaczenie ma pozyskiwanie germanu w kopalniach cynku; w ten sposób działają zakłady w Chinach oraz USA. Również w Demokratycznej Republice Konga german jest produktem ubocznym przy przeróbce rud cynku i miedzi. Pierwiastek ten jest też odzyskiwany z pyłów pochodzących ze spalania węgla, przede wszystkim w Chinach oraz Rosji. Wzrost zużycia germanu związany jest ze zwiększającą się produkcją urządzeń optycznych, urządzeń komunikacji bezprzewodowej, a także z zapotrzebowaniem ze strony przemysłu samochodowego.