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Germanium

Darstellung

Zur Darstellung von elementarem Germanium wird Germanit zunächst mit einem Gemisch von Schwefelsäure und Salpetersäure aufgeschlossen, wobei sich das Germanium als Dioxid, GeO2, abscheidet. Die Abtrennung des Germaniumdioxids von mitausgefallenen Verunreinigungen erfolgt über die Umsetzung mit konzentrierter Salzsäure unter Bildung von Germaniumtetrachlorid, GeCl4. Das Roh-GeCl4 wird mehrfach fraktioniert destilliert und anschließend mit Wasser durch Hydrolyse in reines GeO2 umgewandelt:

GeO2+ 4HCl GeCl4+ 2H2O

Auch GeO2-haltige Rauchgase, die bei der Aufbereitung von Zinkerzen anfallen, lassen sich auf diese Weise zur Darstellung von Germanium nutzen: Mit Schwefelsäure wird aus den Flugstäuben zunächst das GeO2 zusammen mit ZnO herausgelöst und anschließend durch Zugabe von Natronlauge zur Schwefelsäurelösung ein Gemisch der Oxide GeO2 und ZnO ausgefällt. Die Abtrennung des GeO2 erfolgt, wie oben, durch Reaktion mit Salzsäure und Überführung der Oxide in die Tetrachloride, von denen das GeCl4 als flüchtige Komponente (Siedepunkt: 83,1 °C) abdestilliert werden kann. Das GeCl4 wird durch wiederholte fraktionierte Destillation gereinigt und durch Einrühren in Eiswasser zum GeO2 hydrolysiert.

Germanit lässt sich auch durch trockenes Chlorieren direkt in GeCl4 überführen und entsprechend weiterverarbeiten.

Das gewonnene Germaniumdioxid kann dann mit Wasserstoff leicht zum elementaren Germanium reduziert werden:

GeO2+ 2H2 Ge+ 2H2O

Die weitere Reinigung des Germaniums für Halbleiterzwecke wird schließlich per Zonenschmelzverfahren vorgenommen. Auf diesem Wege ist hochreines Germanium darstellbar, das nur ein Fremdatom auf bis zu 1012 Germaniumatome enthält.

Darstellung von Reinstgermanium (Halbleitergermanium)

Die Extraktion von Germanium aus Flugaschen, die bei der Verbrennung von mit Germanium angereicherten Kohlen entstehen, spielt nur eine untergeordnete Rolle.

Die Produktionsmengen an Germanium betragen jährlich etwa um die 100 t. Da die Preise für hochgereinigtes Germanium in Abhängigkeit vom Bedarf in den letzten Jahren weltweit des Öfteren stark schwankten, ist die Produktion nicht immer und an jedem Standort rentabel. So bestand z.B. in den 2000er Jahren auf dem Weltmarkt ein Überangebot an Germanium mit entsprechend niedrigen Preisen, weil sich der Einsatz von mit GeO2-beschichteten Glasfaserkabeln in der Telekommunikation nicht wie erwartet entwickelt hatte. Seit 2003 ist jedoch wieder ein Preisanstieg zu beobachten, der auf neue Einsatzmöglichkeiten von Germanium-Transistoren in Hochleistungscomputern zurückzuführen sein könnte. Germanium gilt für die Militärindustrie als strategisch wichtiges Material (z.B. für Infrarot-Nachtsichtgeräte), infolge dessen es in einigen Ländern sogar als Staatsreserve eingelagert wird.

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