战略金属—铟之篇

战略金属储备之路2022-08-21 06:46:33


铟是一种金属元素,英文名称:Indium,元素符号In,属于IIIA族金属元素,原子序数:49,相对原子质量:114.8,熔点156.61℃,沸点2060℃。相对密度7.31g/cm³。铟是银白色并略带淡蓝色光泽的金属,质地非常软,能用指甲刻痕,可塑性强,延展性好,可压成片。常温下金属铟不被空气氧化。铟具有轻微放射性,因此应避免与皮肤接触和食入。



含铟铁闪锌矿


铟的发现


铟元素是在1863年由德国的赖希和李希特,用光谱法研究闪锌矿时发现的。铟的发现要归功于元素铊的发现,在铊被发现和取得后,德国弗赖贝格(Freiberg)矿业学院物理学教授赖希由于对铊的一些性质感兴趣,希望得到足够的金属进行实验研究。他在1863年开始在夫赖堡希曼尔斯夫斯特(Himmelsfüst)出产的锌矿中寻找这种金属。这种矿石所含主要成分是含砷的黄铁矿、闪锌矿、辉铅矿、硅土、锰、铜和少量的锡、镉等。赖希认为其中还可能含有铊。虽然实验花费了很多时间,但他却没有获得期望的元素。然而他得到了一种不知成分的草黄色沉淀物,并认为是一种新元素的硫化物。


只有利用光谱进行分析来证明这一假设。可是赖希是色盲,只得请求他的助手H.T.李希特进行光谱分析实验。李希特在第一次实验就成功了,他在分光镜中发现一条靛蓝色的明线,位置和铯的两条蓝色明亮线不相吻合,就从希腊文中"靛蓝"(indikon)一词命名它为indium(铟)。两位科学家共同署名发现铟的报告。分离出金属铟还是他们二者共同完成的。他们首先分离出铟的氯化物和氢氧化物,利用吹管在木炭上还原成金属铟,于1867年在法国科学院展出。


铟资源分布


(1)全球铟资源分布铟在地壳

中的含量为1×10^(-5)%,且较为分散,至今为止没有发现过富矿。虽然确定有5种独立矿种如硫铟铜矿(CuInS2)、硫铟铁矿(FeInS4)、水铟矿[In(OH)3]等,但这些矿物在自然界也很少见,铟主要呈类质同象存在于铁闪锌矿(铟的含量为0.0001%~0.1%)、赤铁矿、方铅矿以及其他多金属硫化物矿石中。此外锡矿石、黑钨矿、普通角闪石中也含有铟。因此铟被归类为稀有金属。全球预估铟储量仅5万吨,其中可开采的占50%。由于未发现独立铟矿,工业通过提纯废锌、废锡的方法生产金属铟,回收率约为50-60%,这样,真正能得到的铟只有1.5-1.6万吨。



铟资源比较丰富的国家有中国、秘鲁、美国、加拿大和俄罗斯,上述国家铟储量占全球铟储量的80.6%。具体数据如下图:



(2)中国铟资源分布

中国的铟资源储量居世界首位,我国铟主要伴生于铅锌矿床和铜矿金属矿床中,保有储量为13014吨,分布15个省区,主要集中在云南(占全国铟总储量的40%)、广西(31.4%)、内蒙古(8.2%)、青海(7.8%)、广东(7%)。



铟的年产量


根据美国地质调查局2015年公布数据显示,全球各国精铟产量如下(单位:公吨):



铟主产国:中国、日本、韩国、加拿大。

铟主要消费国:美国、日本、欧盟、中国、中国台湾地区、韩国。

铟主要出口国:中国、韩国、加拿大、比利时。

铟主要进口国:美国、日本、新加坡。

铟的应用


金属铟具有延展性好,可塑性强,熔点低,沸点高,低电阻,抗腐蚀等优良特性,且具有较好的光渗透性和导电性,被广泛应用于宇航、无线电和电子工业、医疗、国防、高新技术、能源等领域。生产ITO靶材(用于生产液晶显示器和平板屏幕)是铟锭的主要消费领域,占全球铟消费量的70%;其次电子半导体领域,占全球消费量的12%;焊料和合金领域占12%;研究行业占6%。



铟的产业发展


铟的工业化生产开始于20世纪20年代初。近年来,全球对铟的需求快速增长。2003年以来,每年以5-10%的速度递增。2008年之前,全球精铟产量呈逐年增加之势,2008年以后,由于世界各国加强对资源的保护,铟的供应量逐渐减少。


随着人们对铟的认识和研究不断深入,目前铟在信息、宇航、能源、军事工业及医药卫生领域,在平板显示器、合金、半导体数据传输、航天产品和太阳能电池的制造等方面,都起着很重要的作用。特别是随着IT产业的迅猛发展,笔记本电脑、电视和手机等各种新型液晶显示器以及接触式屏幕、建筑用材料对ITO薄膜或ITO玻璃的需求日益增加(ITO靶材生产占全球铟用量的70%以上),对铟的市场状态有着重要的影响。



正是由于铟行业的迅速发展,且全球铟资源非常有限。近年来各国都开始加强对铟的储备。


我国铟行业情况


我国铟资源储量较为丰富,国内产能多用于出口,近两年来,随着国家对铟出口限额的制定,国内外铟价的持续倒挂,国内铟出口越来越少,主要出口国的头衔逐渐消失。由于国外铟价相对低廉,此前铟的主要消费大国--日本,现在已经不从中国进行采购,韩国逐渐取代了中国的地位。

我国铟行业的发展起步较晚,铟产业依旧存在着发展不平衡、结构不完整等多方面问题。如:铟锭产量大,使用量小;主要以生产粗铟和精铟为主,深加工产品的工业化和产业化一直没有突破性进展;高纯铟、ITO 靶材、含铟半导体材料等高技术含量、高附加值的产品一直没能形成市场竞争力,产量很少,大量需要从国外进口。因此调整产业结构,不断进行科技创新才是我国铟产业发展的重要方向。


铟的再生


目前炼铟分两种,即原生铟和再生铟。原生铟主要是从原矿中提取铟,也是当前冶炼铟的主要来源。再生铟则是对废弃金属回收后的冶炼,主要是从铅、锌、铜、锡等矿石冶炼过程中回收的副产品,但再生铟占的总量不大。在从较难挥发的锡和铜内分离铟的过程中,铟多数富集在烟道灰和浮渣内,在从挥发性的锌和镉中分离铟时,铟则富集于炉渣及滤渣内。我国生产铟主要是从铅、锌冶炼的副产品中提取。

随着铟生产技术的不断改进,原料来源也呈现多元化的趋势,钢厂烟灰、铜冶炼渣、铅冶炼渣都开始成为提炼铟的原料。


再生铟的发展


目前,从铅、锌冶炼副产品中回收铟的工艺已经成熟,日本和韩国以再生铟为主。而再生铟产量比例已接近铟总产量的一半。日本对铟的消耗量已站全球需求的60%,尽管对铟的回收率达到了70%,但仍有27%被放弃,而直接用于电路的更是不足3%。按照目前的使用状况,即使进一步提高回收率,即使铟的消耗量中有一半使用替代材料,到2018年前后,纯粹的铟资源也将枯竭,最迟也就是在2025年。因此,首要摆在我们面前的问题是如何直接从含铟的铅矿、锌矿等矿石中,在提取主体金属铅、锌等金属的同时富集铟,使矿石的冶炼过程达到实际意义的综合目的,而非仅仅从冶炼的副产品中回收铟,这样可以大幅度的降低生产成本,提高经济效益。

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