"갈륨" 의 국정은 비록 산만하고 실속이 풍부하지만

펑치웨이 1, 2, 멍위먀오 1 *
1.중국과학원 지구화학연구소, 광상지구화학국가중점실험실, 귀양 550081;
2.청두이공대학 지구와 행성과학학원,청두610051

이 글을 인용한다: 풍기위, 맹욱묘. 2025.갈륨의 국정은 비록 산만하고 실속이 풍부하다.광물암석 지구화학통보, 44(2):427–435.

갈륨 (Ga) 은'반도체 산업의 새로운 식량'이자'전자 산업의 척추'로서 집적회로, 태양광 발전, 의료, 군사 등 분야에 널리 응용되고 있으며 전경이 넓다.최대 갈륨 생산국이자 수출국인 중국은 2016년 갈륨을 전략비축금속으로 지정하고 필요한 시점에 전략비축을 할 계획이다.2023년 7월 3일, 중국 상무부, 해관총서는"갈륨, 게르마늄 관련 물품에 대한 수출 통제 실시에 관한 공고"를 발표하여 갈륨, 게르마늄 관련 물품에 대한 수출 통제 실시에 사용하였는데, 2018년 무역 전쟁 이후 처음으로 수출 통제 방법을 이용하여 서방 국가에 대해 반격을 진행하는 것이다.갈륨은 경제와 전략 분야에서 매우 중요한 역할을 하기 때문에 갈륨에 대한 물리화학적 성질 연구를 강화하고 갈륨의 광산, 환경, 재료 등 여러 분야의 개발과 이용을 촉진해야 한다.

1갈륨의 발견과 성질

1.1 갈륨의 발견 과정

일찍 1871년에 로씨야화학자 멘텔레프는 자기가 건립한 원소주기표에 근거하여 아연후에 그 웃쪽의 알루미니움원소와 화학성질이 류사하고 원자핵외전자가 근 비슷한"류알루미니움"원소가 존재해야 한다고 예언했다 (그림 1).이런 종류의 알루미늄 원소의 상대 원자질량은 약 68이고 밀도는 5.9g/cm3이다.

그림 1 멘젤레프의 원본 원고 (왼쪽) 와 인쇄판 (오른쪽).그림의 제목은"원자량과 화학적 유사성에 기초한 원소 시스템 통찰"이며, 그 중 빨간색 테두리 예측 원소는 갈륨 (Ga) 그림은 Wikimedia Commons에서 유래했다
1875년 프랑스 화학자 Boisbaudan은 섬아연광의 원자 스펙트럼 특성에 대한 연구를 통해 기존 원소에 대응하지 않는 방사선 특징이 존재한다는 것을 발견하고 그의 조국을 기념하기 위해 이 미지의 스펙트럼 특징을 가진 원소를 gallium (Gallia Golu, 라틴어에서 프랑스에 대한 호칭) 이라고 명명했다.결국 섬아연광의 물질을 분리해 갈륨의 존재를 증명했고, 그해 KOH 용액에서 전해돼 갈륨의 유리금속(Gray et al., 2013)을 얻었다.이와 동시에 갈륨은 처음으로 원소주기률을 통해 존재를 예언한후 실증된 원소로서 원소주기률의 과학성을 충분히 실증하였다.

1.2 갈륨의 물리 화학적 성질

갈륨은 원소주기표에서 4주기 Ⅲ의 주족에 위치하며, 원자 서수 31, 상대 원자 질량 69.723, 붕소족 원소에 속하며, 원소 기호는 Ga, 핵외 전자 구조는 1s22s22p63s23p63d104s24p1, 원자 반경 1.81Å (그림 2) 이다.갈륨에는 14가지 동위원소가 존재하는데 자연계에서는 69Ga와 71Ga만이 안정적으로 존재할수 있다.갈륨은 세 가지 산화 상태가 있는데, 각각 +1, +2, +3가이며, 그 중 +3가가 가장 안정적이다.화학적 성질상 인접한 알루미늄, 아연 원소와 유사하며, 산성 알칼리와 모두 반응을 일으켜 양성금속(Gray et al., 2013; Yuan et al., 2016)으로 나타난다.

그림 2 갈륨의 물리 화학 성질 (Yuan et al., 2021)

갈륨은 액체 상태의 온도 범위가 가장 넓은 금속으로 단질 갈륨 용해점은 29.78 ℃ 에 불과하지만 비등점은 2204.8 ℃ 에 달한다.매우 낮은 용해점은 갈륨이 액체 형태로 다른 금속의 결정체에 퍼져 부식되는 효과를 나타낸다(Goldfarb, 2014).실온에서 갈륨은 효과적인 제로 증기압과 그 저독성과 항균의 특성으로 안전하게 처리될 수 있어 친환경 재료가 된다.갈륨은 고체 상태에서 연전성이 있어 건조한 공기 중에 상당히 안정돼 표면에 산화물이 형성돼 둔화 현상을 보인다.습한 공기 중에 물과 약간 반응하면 표면에 광택이 없어진다.액상 갈륨은 은백색, 밀도 6.0947g/cm3;고체갈륨은 표면이 산화되어 청백색을 띠며 밀도는 5.937g/cm3로 재질이 비교적 부드럽다 (그림 3).따라서 갈륨은 고체에서 액체로 변할 때 부피가 3.1% 팽창하여 금속이나 유리용기로 보존할수 없으며 일반적으로 플라스틱용기에 보관된다.

그림 3 메탈 갈륨 사진.사진 출처: Techno-Science.net

1.3 갈륨의 독립광물

갈륨은 자연계에 대부분 유질동상 또는 흡착형태로 존재하며 독립광물은 극히 적다. 지금까지 10종의 갈륨독립광물만 발견되였고 아프리카에서 많이 발견되였으며 대부분 나미비아의 Tsumeb광상 (표1) 에서 발견되였다.

표1갈륨의 독립광물 및 주요부갈륨광물

참고: "-" 은 데이터가 없음을 나타냅니다.

1.4 갈륨 동위원소

갈륨은 자연계에 69Ga와 71Ga, 풍도가 각각 60.1% 와 39.9% 의 안정동위원소 두 가지가 있다.또 다른 12종의 동위원소는 자연계에서 안정적으로 존재하지 못하며 상대원자질량은 63에서 76까지이다.현재 갈륨의 안정적인 동위원소 테스트의 경우, 주로 이중 기둥 수지법을 이용하여 생물 또는 지질 샘플에서 갈륨을 분리하여 정제하고, 다시 다중 수신 감지 결합 플라즈마 스펙트럼 MC-ICP-MS를 이용하여 71Ga와 69Ga 동위원소 및 그 비율을 측정하며, 결과는 일반적으로 델타 71Ga로 표시된다 (Yuan et al., 2016; Kato et al., 2017).현재 갈륨 동위원소는 NBS 984, NIST SRM 994, Ga IPGP를 주로 사용하는 통일된 동위원소 기준이 없다.

δ⁷¹Ga/‰=[（⁷¹Ga/⁶⁹Ga）_sample/（⁷¹Ga/⁶⁹Ga）_standard−1]×1000

달, 운석 및 전체 규산염 지구 Bulk Silicate Earth (BSE) 의 갈륨 동위원소 구성을 분석한 결과, BSE는 달과 운석에 비해 마그마 진화 과정에서 갈륨 동위원소 질량 분류가 뚜렷하게 발견되지 않았으며, BSE의 갈륨 동위원소 구성은 약 1.38±0.06 (NIST SRM 3119a) (Kato alet, 2017).

그림 4 갈륨 동위원소 구성.데이터는 Kato와 Majnier (2017a, 2017b), Kato 등 (2017), Render 등 (2023), Wimpenny 등 (2022)
갈륨 동위원소 구성은 현재 주로 갈륨의 출처 지시에 응용되며, 껍데기 분리 과정과 고대 기후, 지구 표층 풍화 진화 등을 탐색한다.갈륨의 방사성 동위원소는 주로 의료 분야에 응용된다: 예를 들어 67Ga가 붕괴 과정으로 방출하는 감마선은 림프종의 분기별 진단에 사용된다;66Ga와 68Ga는 엽산 수용체 표적제의 구성 부분으로 사용할 수 있으며, 그 붕괴 과정에서 양전자를 방출하고, 양전자 방출 단층 스캐닝 영상 (PET) 과 결합하여 암 검사와 암 세포 전이를 위한 PET 영상 묘사 (Hennrich and Bene ová, 2020;Nelson et al.，2022）。

2갈륨의 자원 분포

2.1 요소 분포

갈륨은 희산금속이지만 그 풍도는 결코 낮지 않다.지각에서 갈륨의 풍도는 15μg/g으로 모든 원소 중 16위로 납, 은, 안티몬, 몰리브덴, 비스무트 등 원소보다 풍부하다.갈륨 원소는 지각에서 풍부해지는 추세가 거의 없다;맨틀에서도 갈륨의 풍도는 4μg/g에 불과하다.
각종 운석 중에서 갈륨의 함량은 그 친석성과 관련이 있다.구립운석갈륨의 평균 함량은 약 5~10μg/g(Kato et al., 2017)이다.탄소구립운석의 갈륨 함량(CI: 10μg/g, CV: 6μg/g)은 철운석(1.7∼2.5μg/g)보다 월등히 높다.

갈륨의 함량 변화는 주로 그 물리 화학 성질의 통제를 받는다.화성암에서는 갈륨 함량이 중산성암에서 상대적으로 높다.퇴적암에서 갈륨 함량은 마그마보다 낮고 규질암의 갈륨 함량(9μg/g)은 마그마암의 갈륨 함량의 절반에 불과하며 탄산염암의 갈륨 함량은 0.06μg/g에 불과하고 점토의 갈륨 함량은 22.4μg/g으로 상대적으로 높다.

먹이사슬에서 갈륨의 함량은 그리 높지 않다.일본 과학자들은 1976년에 해조류의 갈륨 함량이 0.02~0.64μg/g, 평균 0.14μg/g인 것을 발견했는데, 수생생물의 갈륨 함량은 대부분 1μg/g보다 낮았고, 내장 및 소화기관에서의 갈륨 원소 함량은 다른 기관보다 현저히 높았다.

2.2 저장량

전 세계 갈륨의 예상 매장량은 100만 톤을 넘는다.미국 지질조사국의 통계에 따르면 현재 전 세계에서 확인된 갈륨 금속 매장량은 약 27만 9300톤에 불과하며, 그 중 중국의 갈륨 금속 매장량은 19만 톤으로 세계 1위이며, 미국의 매장량은 0.45만 톤, 남아메리카 1만 1400톤, 아프리카 5만 3900톤과 유럽 1만 9500톤 (주령치 등, 2008) (그림 5) 이다.갈륨은 분산원소로서 일반적으로 독립적인 광상을 형성할수 없으며 주로 반생형식으로 알루미니움토광, 연아연광과 탄광에 존재한다 (그림 6).불완전한 통계에 따르면, 전 세계 갈륨의 50% 이상이 알루미늄 토광에서 나오고, 또 40% 를 넘지 않는 갈륨은 연아연광에서 나오며, 나머지 유형 중 10% 미만이다

图5 全球镓金属储量分布情况

그림 6 세계 전형적인 갈륨 광상 (광구) 분포도.1—Zinkgruvan；2—Lautenthal；3—Freiberg；4—Saint-Salvy；5—PAZ；6—Bragança；7—Aveiro；8—Badovc；9—Pcheloyad；10—St Philippos；11—Djebel Gustar；12—Mutamba；13—Kipushi；14—Tsumeb；15—Korudere；16—Angouran；17—Taebaeksan；18—Soripesa；19—Balcoom and Dry River Sout；20—Mt Carlton；21—Red dog；22—Black Angel；23—Timberville；24—Central Kentucky；25—Kentucky-Illinois；26—Tennessee；27—Round Top；28—Cerro de Maimon；29—María Teresa；30—Hualgayoc；31—Sayapullo；32—Shalipayco；33—Morococha；34—Poopó；35—Huanuni；36—Capillitas；37—Ariege；38—Southeast France；39—Imotski；40—Srnetica Mountain；41 - 리스티카; 42 - 니시; 43 - 키오나; 44 - 티크빈; 45 - 푸슬라; 46 - 티머; 47 - 우랄; 48 - 보에; 49 - 8 - 킨보; 50 - 바밀레케고원; 51 - Maşatdağı; 52 - Çatmakaya; 53 - Doğankuzu; 54 - Jammu; 55 - Jamnagar; 56 -Shahdol; 57 - Palamau; 58 - Lohardaga; 59 - Amarkantak; 60 - Ringewadi; 61 - Belgaum; 62 - Bo라벤 고원; 63—세마탄; 64—아아아아라라라벤 고원; 65—웨이파; 66—다링범위; 67—노스랜드; 68—풀라스키; 69—세인트 엘리자베스; 70—세인트Ann; 71 - 맨체스터; 72 - Pijiguaos; 73 - Linden; 74 - Pitinga; 75 - 포르토트롬베타스; 76 - 투쿠루이; 77 - 파라고미나스; 78 - 카타구아스; 79 - 삼키기 나무; 80 - 남쪽미드랜드; 81 - 시르미미미닝딩; 82 - 베르차토브; 83 - 투로브; 84 - 이집트; 85 - 탄자니아; 86 - 하바nge; 87 - 남아프리카; 88 - 남부쿠즈네츠크; 89 - 파블로프스크; 90 - 에치바यम; 91 - 자무; 92 - 모르파; 93 - 스프링필드 및Danville; 94—Fire Clay; 95—Santa Catarina. 중국의 주요 중중앙 중중국 다다빌(Danville);

중국은 전 세계에서 갈륨 자원이 가장 풍부한 나라로 2023년 자연자원부가 집계한 매장량은 2만8865.64t이다.국내에서는 광시(1천1974.80t), 장시(6천808.71t), 구이저우(5074.07t), 산시(3050.07t), 신장(1045.55t)에 주로 분포한다.부집류형으로부터 볼 때 부갈륨알루미니움토광광상은 주로 광서, 하남, 귀주와 산서 등 성 (자치구) 에 분포되여있으며 4개 성 (자치구) 에서 이미 발견된 알루미니움토광은 전국 알루미니움토광자원의 91.46% 를 차지한다.부갈륨탄광 광상은 주로 산시, 네이멍구, 신장, 산시, 구이저우 등 성 (자치구) 에 위치하며, 6개 성 (자치구) 에서 이미 발견된 탄광은 전국 탄광 자원의 80.4% 를 차지하며, 나머지 지역은 석탄계 갈륨 이상점만 산발적으로 분포되어 있다;갈륨을 동반하는 아연광상은 주로 구이저우, 윈난, 쓰촨, 후난, 광둥, 장시 등 성에 분포한다 (그림 7).중국은 갈륨의 매장량이 풍부하고 부집류형이 다양하며 고효률적이고 종합적인 리용을 가하면 경제발전을 가속화할수 있다.

그림 7 중국의 전형적인 갈륨 광상 분포도.1-부흥툰;2 - 맹은도르게;3-작은 홍석 바위;4-금콩자산;5-소가구;6-적토점;7-남목나무;8-서하산;9-연꽃산;10-큰 돌문;11-은산;12-복숭아숲;13-당가채;14-긴 등반비탈;15-범구,16-대보산;17-다동;18-오래된 공장 평지,19-첸싱;20-오지산;21-부락,22-돼지 아치형 연못;23-마오핑;24-러홍;25-마오세,26-대들보;27-자시캉;28-류가장;29-바이자좡;30-샌드위치-복숭아꽃;31-광도령;32-평륙;33-낙양;34-삼문협;35-여주-보풍-노산;36-한성-동천;37-신민;38-무정도;39-홍광댐;40-삼나무 평지;41-고이정-어동;42-대전;43-작은 산둑;44-수문;45-핑궈;46-신허;47 - 레드삭스;48-천생교;49-대철-비척각;50-학경;51 - 봉래;52-준동;53-토하;54-대남호;55-세슈텅단 어산;56 - 울란항아;57-목리;58-이민;59 - 대청산 아도해;60-준겔 헤이다이거우;61 - 준겔하르우소,62-부곡;63-한고장-연못;64-대동;65-닝우 핑삭;66-닝무삭남;67-하동;68-서산;69-심수양천;70-서무보;71-침수;72-계옥대고장;73-대성;74-형대갈천;75-공;76-숭산동흥;77-텐현;78-노령;79-맷돌 언덕;80-중량산;81 - 금모래;82-강변;83-달밭;84 - 나무 뿌리 밭;85-현누;86 - 지원

2.3 주요 반생 갈륨 광상 유형

갈륨은 분산원소로서 일반적으로 독립적인 광상을 형성할수 없으며 주로 반생형식으로 존재한다.알루미늄토광상과 연아연 다금속황화물광상은 가장 중요한 갈륨부광상이다;탄광상, 바나듐 티타늄 자석 광상, 황철광형 구리 광상도 갈륨의 중요한 원천이다;또 소량의 위정암 광상, 퇴적 철광상, 명반석 광상도 갈륨이 어느 정도 풍부해 (Wen et al., 2020).중국에서 공업적의의가 있는 갈륨반생광상은 주로 알루미니움토광상, 연아연광상과 탄광상이 있다.
알루미늄 토광
알루미늄 토광은 기후가 습윤하고 따뜻한 열대와 아열대 지역에서 원암에 의해 풍화되어 형성된 풍화 잔여 광상으로 갈륨의 주요 공급원 중 하나이며, 갈륨 함량은 20~80μg/g, 평균 약 59μg/g (Qi et al., 2023), 현재 90% 이상의 원생 갈륨은 산소화 알루미늄의 생산 과정에서 추출된다.알루미늄과 갈륨의 비슷한 지구화학적 성질로 인해 갈륨은 알루미늄 규산염 광물에 더 쉽게 풍부해지고 알루미늄과 갈륨의 이동 능력이 약하며 풍화 과정에서 알칼리성과 알칼리성 원소가 빠르게 유실됨에 따라 갈륨과 알루미늄 원소는 알루미늄 토광에 점차 풍부해진다 (Dittrich et al., 2011; Yuan et al., 2021).알루미늄 토광에서 갈륨의 보존 상태에 대해서는 관련 연구가 많지만 여전히 많은 논란이 있다.갈륨 이온은 알루미늄 이온과 구조가 유사하기 때문에 알루미늄 토광에서 갈륨 원소는 주로 점토 광물과 알루미늄 광물 (삼수 알루미늄, 일경수 알루미늄, 브롬) 의 알루미늄을 대체하는 유질 동상을 나타내지만 갈륨 독립 광물의 존재 (Qi et al., 2023)도 배제하지 않는다.

알루미늄 토광의 유형은 주로 용암형(카스트형)과 홍토형으로 나뉜다.홍토형 알루미늄 토광에는 갈륨이 대부분 흡착 형태로 존재하며 함량은 40~80μg/g 사이이다.용암형 알루미늄 토광에서 갈륨은 대부분 GaO(OH) 형태로 1수경 알루미늄석과 브롬석에 존재하며, 함량은 20~80μg/g 사이(Qi et al., 2023)이다.그러나 전반적으로 용암형과 홍토형 두 가지 유형의 알루미늄 토광은 평균 갈륨 함량에서 뚜렷한 차이가 없다 (표 2).

표2 세계 주요 갈륨 알루미늄 토광

미국 지질조사국의 2024년 통계에 따르면, 전 세계 알루미늄 토광 자원량은 550억 톤에서 750억 톤 사이이며, 갈륨 함유량은 100만 톤을 넘을 것으로 추정되며, 현재 이미 종합적으로 이용하고 있다.알루미늄 광산은 주로 아프리카(32%), 오세아니아(23%), 남미 및 카리브해(21%), 아시아(18%) 및 기타 지역(6%)에 분포하며 북위 30 ° 에서 남위 30 ° 사이에 위치하며 기니, 호주, 브라질, 인도 등 적도 지역의 국가와 같은 적토형을 위주로 한다.기니의 알루미늄 토광 매장량은 세계 1위로 74억 톤에 달했습니다.베트남, 호주, 브라질, 자메이카의 매장량은 각각 58억 톤, 35억 톤, 27억 톤, 20억 톤으로 4~5위를 차지했다.중국의 알루미늄 토광은 용암형을 위주로 하여 매장량이 7억 1천만 톤에 불과하여 알루미늄 토광 자원 대국과 상대적으로 비교할 때 매장량 차이가 크고 유형이 비교적 단일하다.갈륨 자원을 비축하기 위해 중국은 주로 알루미늄 토광을 수입하여 초급 갈륨을 생산하기 때문에 중국의 갈륨 생산량은 알루미늄 토광의 공급과 수요 가격 변동의 영향을 받을 수 있다.

연아연광상

섬아연광에서 갈륨 함량은 0.01%~0.02%에 달하기 때문에 연아연광상에는 상당한 갈륨 자원량이 함유되어 있다.기술적 제한으로 인해 현재 연아연광에는 소량의 갈륨만 회수할 수 있다.ZnS와 GaS는 같은 결정형에 속하며 갈륨함량은 온도와 밀접한 관계가 있을수 있다. 저온섬아연광의 갈륨함량은 100~1000μg/g이고 고온견본의 갈륨함량은 10μg/g보다 낮다.연아연광상에서도 갈륨은 황철광의 철원소를 치환하여 풍부해질 수 있다.또 아연의 황화물 광석의 부산물에서 갈륨을 회수하는 것도 공업용 갈륨의 주요 공급원 중 하나다.

대량의 연아연 광상에서 아연광을 섬광하는 연구를 통해 미시시피 하곡형(Mississippi Valley-type, MVT) 연아연광에서 섬아연광의 갈륨 함량이 최고 42μg/g이라는 것을 발견했다.화산 덩어리형 황화물(Volcanic-hosted massive sulphide, VHMS)형 연아연 광상에는 아연광갈륨 함량이 19μg/g이다.맥형(Vein-type, VEIN), 퇴적 블록형 황화물형(Sediment-hosted massive sulphid, SHMS), 고온 열액 교대형(High-temperature Hydrothermal replacement, HTHR) 세 가지 유형의 연아연광에서 갈륨 함량은 14μg/g, 11μg/g/3.1μg로 상대적으로 낮다.비록 MVT형과 VHMS형 연아연 광상은 각각 세계 연아연 광상 총 자원 매장량의 13% 와 14% 에 불과하지만, 높은 갈륨 함량 때문에 이 두 종류의 광상에서 갈륨 자원량은 여전히 만만치 않다 (Frenzel et al., 2016; Wen et al., 2020).

표 3 서로 다른 유형의 연아연광 중 섬아연광의 갈륨 평균 함량 (Frenzel et al., 2016에 따르면)

전 세계 아연광의 매장량은 매우 커서 현재 19만 톤이 밝혀졌지만, 그 중의 갈륨 원소에 대한 추출 이용은 더디게 진행되고 있다.캐나다, 일본, 슬로바키아, 미국 등은 이미 아연 폐기물에서 갈륨을 재활용하고 있으며, 현재 중국도 아연 제련 부산물에서 갈륨을 회수하는 데 착수했다.

탄광상

갈륨도 탄광에 자주 풍부해 총 자원량이 1000만 톤에 달하지만 기술적 제한으로 현재 규모화 채굴 이용은 이뤄지지 않고 있다.갈륨은 탄광에서 유기질뿐만 아니라 무기질에도 풍부하다.무기질에서 갈륨은 주로 브름석, 고령석 등 광물에서 유질동상 형태로 존재한다.유기질에서 갈륨은 응고화작용에 의해 통제되며 주로 거울질조분형식으로 존재한다.Qin 등 (2015)과 Long 등 (2023) 은 탄광에서 갈륨의 부존 상태와 부집의 원인을 체계적으로 정리했다 (표 4). 무기질 형태로 부존하는 갈륨의 원소 함량이 더 높고 대부분 육원이다.유기질 중의 갈륨 원소는 대부분 화합물 형태로 존재한다;혼합형 석탄 중의 갈륨 원소의 출처는 비교적 복잡하다.

표 4 석탄 중 갈륨의 주요 운반체 및 형성 원인 (Qin et al., 2015에 따르면;Long et al.，2023）

참고: "-" 은 데이터가 없음을 나타냅니다.

석탄 중의 갈륨 원소는 주로 그 연소 과정에서 발생하는 분말 석탄재에서 추출하지만, 석탄 연소에 오염이 존재하고 함량이 비교적 낮기 때문에, 동시에 추출하는 원가가 너무 크기 때문에, 중국만이 석탄 중의 갈륨 원소를 공업화 시험 추출 이용한다 (Seredin, 2012).석탄 중의 갈륨에 대한 종합적인 이용은 석탄 중의 보존 방식에 대한 연구에 따라 더욱 실현될 수 있다.

3갈륨의 응용과 의미

표면에 산화막이 존재하기 때문에 갈륨은 처음에는 체계적인 응용 연구를 하지 않았다.현대 과학 기술의 고속 발전에 따라 갈륨의 하이테크 분야에서의 응용은 점차 그것을 중요한 재료로 만들었고, 그 공급과 수요의 관계는 나날이 심각해졌다.현재 갈륨은 주로 반도체 소재, 촉매, 원자로 (열 운반체), 의학 분야, 고온 온도계 등에서 널리 응용되고 있다 (표 5).

3.1 반도체 분야

갈륨 자체는 반도체가 아니지만 비소, 질소, 셀레늄, 텔루륨, 인, 안티몬 등과 갈륨기 화합물을 형성할 수 있다.이들 화합물은 모두 양질의 반도체 재료로 집적회로, 탐지기, 광전 재료, 대형 전자 부품 제조에 사용될 수 있다.갈륨은 반도체 분야에서 전체 소비량의 80% 이상을 차지하는데, 이는 높은 전자이동률, 저온 내성, 높은 출력 등의 장점 덕분이다.

반도체의 발전 역사도 갈륨의 도래와 함께 세대교체되었다.갈륨비소(GaAs)는 2세대 반도체 소재로 고주파·고효율·극한기온에 견디는 장점이 있어 반도체 발광다이오드, 가시광선·근적외선 대역의 레이저 송신기, 태양전지 등에 널리 활용된다.질화갈륨 (GaN) 은 3세대 반도체 재료로 안정성이 좋고 경도가 높으며 용해점이 높아 현재 전 세계 양질의 반도체 재료 중 하나로 레이더와 전자작전에 자주 활용되고 있다.산화갈륨 (Ga2O3) 은 4세대 반도체 소재로 더 넓은 금대와 발광성을 가지고 있으며 박막 외연, 고휘도 자외선 LED 등 부품 제조에 널리 응용되고 있으며 국제적으로 초광도 금대 반도체 분야의 연구 이슈이다.

3.2 태양광 발전 분야

구리 인듐 갈륨 셀레늄 Cu (In, Ga) Se2 (CIGS) 합금은 박막 태양 전지에 사용되며 효율이 높고 안정적이며 그 중 약 30% Ga의 화합물이 있습니다.주요 원리는 구리 인듐 갈륨 셀레늄 (CIGS) 합금 중 In이 Ga로 대체되어 금지 대역 폭을 조절하고 광전 전환 효율을 높여 실온 조건에서 최대 27.48% (Bouabdelli et al., 2020) 에 이른다는 것이다.구리 인듐 갈륨 셀레늄 박막 태양전지는 태양광 발전 분야에서 실리콘 기반, 비실리콘을 주요 재료로 하는 태양전지보다 월등히 우월하며, 최근 몇 년 동안 기술 발전으로 원가가 낮아지면 이 업계의 갈륨 수요량도 따라서 향상되어 발전 잠재력이 매우 크다.

3.3 의학 분야

갈륨은 백금족 원소에 이어 두 번째로 암을 효과적으로 치료할 수 있는 원소다.악성종양에 대한 진단치료과정에서 방사성 68Ga를 핵심으로 하는 68Ga-FAPI-PET은 여러가지 류형의 종양환자의 원발 및 전이병소를 영상화하는 과정에 종양에 대해 아주 높은 묘사능력을 갖고있어 원발종양과 전이성병변 (Hennrich and Bene ová, 2020) 을 잘 나타낼수 있다.그 진단효과는 18F-FDG PET보다 우수하며 특히 간전이, 복막암, 뇌종양에 대한 진단효과가 더욱 좋고 검출률이 더욱 우수하다.Giesel 등 (2019) 9일 동안 6종의 다른 종양을 현상 비교한 결과, 포도당의 작용 기전에 의존하는 8F-FDG보다 FAP 양성 조직을 선택적으로 표적하는 68Ga-FAPI 현상이 더 효과가 좋고 검출률이 더 높다는 것을 나타냈다 (그림 8).

그림 8 여섯 가지 다른 종양 18F-FDG PET 및 68Ga FAPI PET 현상 비교 (Giesel et al., 2019)

질산갈륨과 염화갈륨과 같은 갈륨염은 질병 치료에 좋은 응용 전망이 있다.질산갈륨[Ga (NO3) 3]은 임상종양과 관련된 고지혈칼슘증과 대골절병 등의 치료에 사용될 수 있어 치료효과가 우수하다는 연구결과가 있다.또 갈륨은 암세포의 철분 흡수를 감소시켜 암세포를 죽일 수 있다.

3.4 다른 분야

갈륨은 용해점이 낮고 독성이 없어 쉽게 휘발되지 않으며 갈륨인듐, 갈륨주석 액체금속은 수은을 대체하여 안전하고 독성이 없는 체온계를 만들 수 있다;갈륨 인듐 액상 금속은 매우 좋은 전도성과 안정성으로 신경계 치료와 연구의 재료 보장이 된다;이와 동시에 저융점은 갈륨합금을 자동소화장치에 사용할수 있게 한다.또 갈륨은 중성자에 대한 흡수력이 강해 원자로에 열운반체로 활용된다.갈륨은 알루미늄의 경계에 모여 알루미늄 활동성의 현저한 퇴화를 초래할 수 있는데, 이 갈륨 알루미늄 합금은 수소 에너지의 제조 과정과 저장 운송을 위해 안전성, 환경보호성, 경제성을 향상시켰다.

4갈륨의 공급과 수요 구조

갈륨의 포지셔닝에 대해 미국, 일본, 유럽연합은 이미 이를 핵심 금속으로 분류하고 수출입 문제에 상응하는 조치를 취했다.마찬가지로 2011년에 재정부 판공청, 원 국토자원부 판공청은 공동으로"2011년 광산자원 절약과 종합이용 특별자금 신고지침의 통지"를 발표하여"상금으로 보충"장려자금은 석유가스, 비철금속, 삼희 (희귀, 희토류, 희산) 등 광산을 중점적으로 지원한다고 명확히 했다.2019년부터 중국은 갈륨 수출에 더 높은 관세를 부과하기 시작했다.중국 상무부, 해관총서는 2023년 7월 3일"갈륨, 게르마늄 관련 품목에 대한 수출 통제를 실시할 데 관한