杜軼倫,張福良,胡永達，雷曉力,易繼寧，陶銀龍,崔 迪

(1.中國地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展研究中心,北京100037；2.國土資源部礦產(chǎn)勘查技術(shù)指導(dǎo)中心,北京 100120；3.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)，北京 100083)

銦是一種重要的伴生金屬資源，在我國構(gòu)成工業(yè)富銦礦產(chǎn)的礦床類型以復(fù)錫的硫化物礦床為主(圖1)，而富銦礦產(chǎn)中80%以上的銦都富集在閃鋅礦中。我國的富銦礦產(chǎn)主要分布在華北地臺北緣和揚子地臺南-西南緣，其中廣西、云南、內(nèi)蒙古和廣東4省區(qū)的銦儲量占全國總儲量的80%[1]，此外在西藏班公湖-怒江一帶發(fā)現(xiàn)了銦礦化帶[2]。

圖1 中國一些主要礦床類型平均銦含量[1]

銦是一種十分重要的戰(zhàn)略金屬，其富集具礦產(chǎn)類型專屬性和礦物類型專屬性，在大陸殼的富集量約為0.05ppm[1]。銦具有三個主要特點。第一，銦具有稀缺性。銦主要作為精煉鋅的一種副產(chǎn)品產(chǎn)出。2012年，世界原生銦的產(chǎn)量是670公t(表1)，主要集中在中國、加拿大、日本、韓國等七個國家，其他國家產(chǎn)量很少。由于銦的下游應(yīng)用增加很快，原生銦供應(yīng)已經(jīng)不能完全滿足銦的需求，銦的回收利用得到重視?，F(xiàn)在再生銦的產(chǎn)量已經(jīng)大大超過原生銦。第二，銦具有戰(zhàn)略性。銦被稱為新興產(chǎn)業(yè)維生素，在很多尖端技術(shù)中被使用，包括在玻璃基板中的透明導(dǎo)電涂料(如平板顯示器)、半導(dǎo)體、發(fā)光二極管(LEDs)、激光二極管、堿性電池和低溫超高真空等戰(zhàn)略領(lǐng)域的應(yīng)用。銦的低溫可塑性和延展性(低溫運用中)、低熔點(無鉛汞焊料合金)、自吸引性 (在冷焊接和不相容物質(zhì)的連接)、銦錫氧化物(以下簡稱ITO)可見光透明型和電子傳導(dǎo)性(應(yīng)用于平板電腦、掌上電子產(chǎn)品和電視)、紅外光反射性(用于建筑、汽車和飛機上的建筑材料和光電玻璃)等特性決定了它的戰(zhàn)略地位。第三，銦還是一種風(fēng)險性資源。由于銦公開報道很少，很多產(chǎn)量數(shù)據(jù)都是各生產(chǎn)廠家的內(nèi)部機密，因此對銦資源的供需趨勢和價格走向很難精準把握。而銦產(chǎn)品價格又由于原生銦的生產(chǎn)主要集中在世界上幾十個廠家而波動較大。我國雖然是原生銦生產(chǎn)的主要國家，但由于技術(shù)和需求等多種原因，本身的原生銦消耗也很大，且逐年增加。

表1 世界銦生產(chǎn)統(tǒng)計/t

1 銦資源開發(fā)利用面臨的形勢和挑戰(zhàn)

1.1 再生銦資源日益受到重視

近幾年銦的回收利用速度逐漸增加，再生銦在銦供應(yīng)方面已經(jīng)大大超過原生銦[30],達到銦供應(yīng)市場的80%，可以回收銦的消費品種類包括電腦、電子設(shè)備、電視中的平板顯示器和太陽能電池中的含銦半導(dǎo)體材料等廢料。通常，平板顯示器制造商等銦的終端使用者通過與回收廠家簽訂合同，向回收廠家提供廢料銦，由回收廠家提煉后將再生銦回流終端使用者，回收廠家根據(jù)合同不能將再生銦賣給除了提供廢料銦終端使用者以外的任何單位或個人。ITO循環(huán)鏈從廢料的收集到再生材料的生產(chǎn)，一般都少于30天[3]。新近的研究正朝著改良回收磁控濺射法加工過程中的再循環(huán)含銦材料和找到提高磁控濺射法加工效率努力。

由于美國原生銦的停產(chǎn)，導(dǎo)致原生銦的供應(yīng)難以滿足美國國內(nèi)需求，取而代之的是再生銦，而再生銦的來源主要是是低效率的磁控濺射法制造ITO薄膜時產(chǎn)生的廢料。磁控濺射過程中，真正濺鍍到底材上形成ITO薄膜只占全部靶材的30%，其他以沒有用完的廢靶、粉末泥漿、濺鍍到設(shè)備腔體和其他零部件上形成的含銦物料的形式用于回收銦。現(xiàn)在回收利用率可以達到60%～65%，但是研究正朝著90%的方向推進。

日本是一個重要的再生銦生產(chǎn)國家。生產(chǎn)再生銦的公司包括Asahi Pretec公司、Dowa 金屬和采礦有限公司、Nikko 金屬公司、Mitsui 采礦冶煉公司、Sumitomo金屬采礦有限公司、Toho鋅有限公司。Dowa 金屬和采礦有限公司在秋田縣運營著一處銦回收設(shè)施，這處設(shè)施再生銦的年生產(chǎn)能力是150公t(Dowa還有年生產(chǎn)原生銦70公t的能力)。Asahi Pretec在福岡縣的ITO回收廠有年生產(chǎn)再生銦200公t的能力。夏普公司(日本)成功從液晶顯示器中回收銦。平板被壓成碎玻璃(小片)，經(jīng)酸溶液處理溶解分解為ITO，然后可以從中有選擇回收銦[4](Kawaguchi，2006)。太陽能電池的使用壽命一般是20～30年，所以來源于太陽能電池的廢料很少。目前，銅鎵銦硒半導(dǎo)體在太陽能動力電池中只占一小部分，因此在相當(dāng)長的時間內(nèi)還不能作為回收原料。盡管如此，科學(xué)家已經(jīng)開始針對這些潛在的銦的回收來源進行研究。

臨近比利時安特衛(wèi)普的霍博肯優(yōu)美科貴金屬精煉廠中的一個特殊裝置可以將鉛精煉中產(chǎn)生的廢品和廢渣中的銦還原出來。這個設(shè)備銦的年生產(chǎn)能力是50公t。這個設(shè)備還可以從銅銦鎵硒(以下簡稱CIGS)太陽能電池中回收銅、銦、鎵和硒，然后再利用這些資源生產(chǎn)新的CIGS太陽能電池。

Nystar NV公司在Auby的鋅冶煉廠有一個銦的回收裝置，這個裝置可以生產(chǎn)純度20%的銦。這些產(chǎn)品被賣給第三方作進一步加工。2011年，Nystar承諾在Auby提供資金建立可以生產(chǎn)精煉銦的裝置[5]。

德國銦PPM公司位于Langelsheim的特殊金屬生產(chǎn)設(shè)備從含銦材料中回收銦。這個公司生產(chǎn)高純度的銦錠、半成品和銦化合物。Aurbis公司也生產(chǎn)用于太陽能電池的高純度的銦。

波蘭的一家鋅生產(chǎn)商 Huta Cynku “Miasteczko Slaskie”(HCM)股份有限公司進行了在合金形態(tài)下回收銦的實驗。

1.2 替代產(chǎn)品大量開發(fā)

在晶體管應(yīng)用中，硅是銦最大的的替代品。在玻璃鍍膜應(yīng)用中，銀鉛氧化物或錫氧化物可以替代銦。盡管技術(shù)較落后，鋅-錫氧化物可以在液晶顯示器應(yīng)用中替代銦。

近幾年，銦金屬的價格波動和供應(yīng)短缺擔(dān)憂加速了ITO替代品的開發(fā)。通過噴墨打印沉淀形成的銻錫氧化物涂層現(xiàn)在被發(fā)展為液晶顯示器中ITO涂層的替代品，并已經(jīng)成功使液晶顯示器用玻璃退火。通過濕法技術(shù)制造的碳納米管涂層，已經(jīng)被開發(fā)成ITO在軟性顯示器、太陽能電池和觸摸屏應(yīng)用上的替代品。聚乙撐二氧噻吩(PEDOT)也被發(fā)展為ITO在軟性顯示器和有機發(fā)光二極管應(yīng)用上的替代品。石墨烯量子點已經(jīng)被開發(fā)成太陽能電池中ITO電極的替代品，它也是液晶顯示器中ITO 的替代品。研究人員最近開發(fā)出一種更強的納米氧化鋅粘合劑去替代液晶顯示器中的ITO。鎵砷化物可以作為太陽能電池中銦磷化物的替代品。鉿可以作為核反應(yīng)堆操作桿合金中銦的替代品。

1.3 應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大

1933年，少量的銦被添加進用于假牙的黃金合金。但直到第二次世界大戰(zhàn)，銦才作為高性能飛機發(fā)動機軸承的涂料被大量使用[6-7]。銦可以提高硬度，防止軸承腐蝕。20世紀40年代，一種特殊的軸承合金被制造出來，1952年這種合金被應(yīng)用于半導(dǎo)體儀器[8]。其后，銦的應(yīng)用逐漸增加，如在電子組件、易溶合金和焊料上的應(yīng)用。到20世紀80年代，銦的應(yīng)用繼續(xù)增加，特別是在核控制棒上的應(yīng)用。在20世紀80年代中晚期，磷化銦半導(dǎo)體和液晶顯示器用ITO薄膜被開發(fā)出來。1992年，薄膜應(yīng)用成為銦最主要的終端應(yīng)用[9]。1998年，銦的需求量由于液晶顯示器的減產(chǎn)和新的薄膜技術(shù)的開發(fā)(只需要老技術(shù)三分之一的銦用量)而下降[10]。2000年春天，隨著新的光通訊技術(shù)——密集波分復(fù)用技術(shù)(DWDM)的傳播，世界對銦磷光體的需求開始迅速增長。昭和公司(日本)稱這種技術(shù)可以顯著增加通過光纖玻璃在互聯(lián)網(wǎng)上傳輸信息的能力[11]。

1.4 市場波動十分明顯

1994年和1995年，全球銦產(chǎn)量增加65%，價格增加了172%，顯示了對銦強烈的需求。從1995年后開始價格開始回落。2000～2004年，全球年均產(chǎn)量增加了400公t，主要增加的產(chǎn)量來自中國和日本。從1995年開始銦的價格的下跌持續(xù)到2002年，2002年銦的名義價格比1994年下降了32%，顯示了從1995～2002年全球銦市場供大于求。從2003年開始，價格開始回升，2004年價格繼續(xù)增加，單年贈加了268%。銦的價格在2005年達到了一個新的高點(相比2002年大約上漲了798%)。價格上漲主要由電視和電腦平板顯示器需求推動的。2009年，中國支配了全球的銦生產(chǎn)，大概占了全球市場份額的51%[8]。

1.5 定價機制存在矛盾

我國銦的價格近幾年主要參考泛亞有色金屬交易所的價格,而泛亞有色金屬交易所的價格又高于現(xiàn)貨價格,這就造成我國主要的銦制造廠家紛紛將銦產(chǎn)品賣給泛亞有色金屬交易所,出口基本停止。而我國的需求無法全部滿足銦市場供應(yīng)，造成泛亞有色金屬交易所的銦庫存量持續(xù)增加，至今已經(jīng)達到1600t，而世界一年的銦需求量僅600t。這種定價雙軌制、泛亞有色金屬交易所大量的銦儲備以及泛亞還未通過我國清理金屬交易所的相關(guān)審查加劇了國外廠商對銦前景的擔(dān)憂，很多國外廠商已經(jīng)降低了銦的采購量，只采購滿足當(dāng)前生產(chǎn)的量，而不是向之前保證2～3個月的庫存量。國外銦資源方面，由于考慮到關(guān)稅以后，外國的銦價格高于我國的銦批發(fā)價，所以國內(nèi)的貿(mào)易商也沒有從國外進口銦。

1.6 資源消耗逐漸增加

過去幾年，隨著國內(nèi)ITO生產(chǎn)的增加，我國的銦消耗在增多。大多數(shù)ITO的制造采用的是冷壓燒結(jié)法，這種方法使得產(chǎn)品只適用于TN模式(液晶份子扭曲角為90°的向列液晶的液晶模式)的液晶顯示器(LCDS)。TN模式的顯示器一般不昂貴，在電子計算器、鐘表和手表中都有應(yīng)用。報道顯示2011年五家中國國內(nèi)公司制造ITO，包括柳州華錫銦材料有限公司、寧夏東方鉭業(yè)股份有限公司、威海藍狐特種材料有限公司、云南錫業(yè)集團、株洲冶煉集團[19]。根據(jù)泛亞有色金屬交易所整理的美國地調(diào)局和中國有色金屬工業(yè)協(xié)會的數(shù)據(jù)，按照我國現(xiàn)在的銦開采量，我國銦資源的可開采年限是17年，在中國各類優(yōu)勢小金屬礦產(chǎn)中的保有年限僅高于銻(表2)。

表2 我國優(yōu)勢主要稀有金屬概況

2 對策建議

鑒于以上挑戰(zhàn)，作者對我國銦資源的管理提出如下幾方面建議。

2.1 加強科學(xué)研究，依托找礦突破戰(zhàn)略行動的成果建立全國含銦礦產(chǎn)的標本庫

再生資源受到重視和替代品大量開發(fā)正是由于銦資源的稀缺性。我國作為銦資源大國，首先應(yīng)該摸清家底。對于富銦礦產(chǎn)的地質(zhì)研究工作還相對薄弱[12-14]，迄今為止，還未有人提出過成熟的銦礦產(chǎn)成礦模型，應(yīng)該加大這方面的研究經(jīng)費支持力度。例如找礦突破戰(zhàn)略行動中的老礦山項目工作已積累了豐富的成果,并和全國很多典型礦山建立了良好的合作，現(xiàn)在也有很多合作項目正在開展。今后可以在老礦山的成果匯交中，將其中的含銦礦產(chǎn)篩選出來,分礦床類型建立含銦礦產(chǎn)的標本庫。

2.2 完善行業(yè)規(guī)范，加大銦資源綜合勘查綜合開發(fā)力度

查清家底除了加強基礎(chǔ)研究，保留樣排外，還要加強復(fù)銦礦床的勘查力度。由于銦主要作為伴生礦產(chǎn)賦存在鋅礦中，且含量相對主礦產(chǎn)要低得多，所以以前在有些地區(qū)的勘查開發(fā)中沒有得到足夠的重視。如西藏的拉屋多金屬礦產(chǎn)和舍索多多金屬礦床，礦床礦石的銦含量多已達到獨立礦產(chǎn)工業(yè)品位的要求，且銦價值遠遠大于主要開采的礦種，但兩個礦中的銦資源以前均被注意[2]。建議修改相關(guān)規(guī)范，在今后的金屬礦床的勘查過程中將銦元素的化驗列為必選項目，同時探索逐步取消價款，估計含銦礦產(chǎn)的綜合回收、綜合利用。

2.3 提升技術(shù)水平，提高銦礦資源回收利用水平

應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴大體現(xiàn)了銦的戰(zhàn)略性，而我國在高端技術(shù)上與西方發(fā)達國家和日本還有比較大的差距。產(chǎn)品基本停留在初級加工階段，沒有高純度精煉銦等高端產(chǎn)品，生產(chǎn)效率低，在再生銦等循環(huán)利用技術(shù)方面處于空白。因此要開展與銦的勘查開發(fā)、提取加工、功能開發(fā)相關(guān)的基礎(chǔ)理論和技術(shù)攻關(guān)應(yīng)用，篩選、培育并啟動銦的高效回收利用研究、銦新功能研究等一批重點工程，從政策上加強對銦高新技術(shù)企業(yè)的扶植。同時，要重點加強對國外銦信息的研究、跟蹤，尤其是再生銦和銦替代品的最新成果和進展。加強與日本、美國等擁有世界銦生產(chǎn)先進技術(shù)國家的國際合作，逐步形成適合我國國情的勘查開發(fā)和應(yīng)用技術(shù)。

2.4 制訂法規(guī)條例，完善銦監(jiān)管和儲備機制

價格波動十分明顯、定價機制存在矛盾和自身消耗逐漸增加體現(xiàn)了銦的風(fēng)險性，為此我國應(yīng)該加強監(jiān)管，完善銦儲備制度，起草制定相關(guān)法規(guī)條例。雖然銦在下游有制定的銦產(chǎn)品出口配額，但在上游勘察領(lǐng)域，監(jiān)管還處于空白。應(yīng)該盡早制定銦等重要伴生礦產(chǎn)勘查開發(fā)利用條例，創(chuàng)新管理模式，規(guī)范銦等重要伴生礦產(chǎn)的勘查開發(fā)利用。同時，雖然國家儲備局已經(jīng)開始進行銦儲備，但相應(yīng)的法律法規(guī)和實施細則還不夠健全。應(yīng)該盡快制定銦儲備相關(guān)管理制度，明確相應(yīng)的購入、動用程序，既要考慮市場條件，又要考慮我國的基本國情和外部環(huán)境，確保銦儲備建設(shè)的順利實施。

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