铟——世界级稀缺资源。铟是一种稀有金属,被广泛应用于电子工业、航空航天、合金制造、太阳能电池新材料等高科技领域,是现代工业、国防和尖端科技领域不可缺少的支撑材料,被誉为21世纪的“关键矿产资源”。与大宗矿产相比,铟的产量、用量和市场规模都很小,也被叫做“小金属”(minormetal)。
一、铟的性质与用途
铟是一种柔软有光泽的银白色金属,可塑性强、延展性好,具有良好的抗腐蚀性能。铟的熔点比其他金属低,为.6℃,沸点很高,为℃。它的硬度很低,比铅软,能用指甲划痕。铟的导电性比铜低约4/5,其热膨胀系数几乎超过铜的一倍。
铟具有独特而优良的物化性能,含铟产品以氧化锡铟(ITO)、纯铟锭、半导体化合物、焊料及合金等形式供应市场,广泛用于太阳能电池、电子计算机、高温超导、光电、航空航天及现代信息产业等高科技领域,在经济发展中发挥越来越重要的作用,具体见表3.1。
二、铟的稀缺性
铟属于稀散金属,在地壳中的含量为1×10-7,与银相似,但产量仅为银的1%。迄今尚未发现独立的或以铟为主要矿物的天然铟矿床。已知的铟资源主要赋存于锌、铜、铅和锡矿床中,且通常伴生镉、银、金和铋等微量元素。
(1)铟的供应集中度很高,全球铟资源国主要有中国、日本、美国、加拿大、秘鲁等,年中国原生铟产量占比39%;
(2)铟是伴生矿产,主要与锌矿床伴生,少量与铜、铅、锡、锑等伴生,供应不完全取决于自身市场;
(3)铟在高科技领域的应用带动其需求大幅度增长,供应问题引发担忧。
三、铟的生产
(1)提铟原料
根据原料来源不同,精铟可分为原生铟和再生铟两种。
原生铟是指直接来自原生矿石的精铟,精矿冶炼后得到的粗锌、炉渣、浸出
渣和烟尘等是提取原生铟的主要原料;
再生铟是指从ITO靶材废料及其他含铟产品的加工废料中回收提取(新废料),此外还包括从含铟的报废终端产品中的回收提取(旧废料)。
按照原料来源的不同,可将提铟原料分为7种主金属(锌、铅、锡、铜、锑、铁、锰)和9种矿产品(硫化锌精矿、铅锌混合矿、硫化铅精矿、氧化铅精矿、锡精矿、硫化铜精矿、脆硫锑铅矿、铁矿石和锰矿石)(表3.3)。但目前看,锌精矿仍是最主要的来源,其他原料提铟在当前技术下是不经济的。
(2)生产工艺
锌精矿冶炼方法分为火法和湿法两大类。火法炼锌存在能耗高、污染严重等缺点,已经很少有冶炼厂使用。相比之下,湿法炼锌具有环保、生产易于连续化、自动化、大型化等优点,是目前炼锌的主流工艺。铟在湿法炼锌和火法炼锌过程中分别在浸出废渣和硬锌中得以富集,然后再将铟富集物通过化学冶金过程进一步制成粗铟、精铟,详细过程见图3.8。
一、中国铟生产
我国的铟资源空间分布十分不均匀,富铟矿床分布集中,其中华北地台北缘和扬子板块南-西南缘是我国最重要的大型-超大型富铟矿床分布区。
目前国内原生铟的企业主要有两类:第一类是锌冶炼企业(矿山型);第二类是以含铟废渣、钢厂烟灰、尘泥等为原料的企业(回收型)。
中国再生铟产业与发达国家相比,仍处于较低水平(图3.10)。目前,国内只能生产中低端ITO靶材,铟的高端产品大量进口,铟资源二次回收率较低导致资源浪费严重.相反,日本、韩国等铟消费强国具备完善的产业链,依靠自身技术优势,尤其是铟二次循环利用技术和资源储备政策等措施,使这些国家并没有由于铟高消费量而造成对铟资源进口的过度依赖。目前国内尚未建立完善的铟制品回收体系,报废产品的回收率很低,加上产品中铟含量很低且缺乏相应的回收技术,报废产品中的铟都没有被回收。
一、铟的回收
(1)从废靶材中回收铟(新废料)
目前铟在ITO靶材的加工制造过程中利用率极低,初次溅射成功率只有30%,剩余70%的废靶中,铟的回收利用率可以达到65%。
(2)电子废弃物中铟的回收(旧废料)
当前中国铟消费的70%用于ITO领域,报废电子产品无疑是铟回收的潜在资源。已有研究表明,废弃LCD中的铟含量很高,电视LCD屏中的铟含量为克/吨,手机屏中的铟含量高达1克/吨,远高于铅锌矿石中10-20克/吨,相较于矿石提铟,从废弃LCD中回收铟具有更好的资源效益和环境效益
很多国家和地区已颁布相关法律,建立了电子废弃物回收制度,但是年,全球仅15%的电子废弃物得到了有效处理,欧盟国家电子废弃物的回收率为40%,美国和加拿大为12%。
中国是电子产品生产大国和消费大国,目前电子废弃物的回收率在24%-30%之间,回收潜力巨大,回收体系还不够完善,此外,相关的拆解、净化和金属回收技术处在实验室阶段,有望规模化生产。据报道,优美科掌握了先进回收技术,通过回收多种金属(铅、镍、锡、锑、砷、铋和铟),建成年产铟30吨的产能,经济效能显著。
(3)CIGS电池中回收铟(旧废料)
通过CIGS回收可以获取大量铟资源,但是目前的回收成本高于矿石提铟,长远来看,规模经济可能会降低回收成本。考虑到光伏组件近些年来应用,使用年限长达28年,到年报废量并不高,大规模回收利用的可能性不大,但从发展眼光来看看,CIGS回收仍具有较大空间,有所作为。