铟矿资源开发形势分析及管理对策建议

杜轶伦,张福良,胡永达，雷晓力,易继宁，陶银龙,崔 迪

(1.中国地质调查局发展研究中心,北京100037；2.国土资源部矿产勘查技术指导中心,北京 100120；3.中国地质大学(北京)，北京 100083)

铟是一种重要的伴生金属资源，在我国构成工业富铟矿产的矿床类型以复锡的硫化物矿床为主(图1)，而富铟矿产中80%以上的铟都富集在闪锌矿中。我国的富铟矿产主要分布在华北地台北缘和扬子地台南-西南缘，其中广西、云南、内蒙古和广东4省区的铟储量占全国总储量的80%[1]，此外在西藏班公湖-怒江一带发现了铟矿化带[2]。

图1 中国一些主要矿床类型平均铟含量[1]

铟是一种十分重要的战略金属，其富集具矿产类型专属性和矿物类型专属性，在大陆壳的富集量约为0.05ppm[1]。铟具有三个主要特点。第一，铟具有稀缺性。铟主要作为精炼锌的一种副产品产出。2012年，世界原生铟的产量是670公t(表1)，主要集中在中国、加拿大、日本、韩国等七个国家，其他国家产量很少。由于铟的下游应用增加很快，原生铟供应已经不能完全满足铟的需求，铟的回收利用得到重视。现在再生铟的产量已经大大超过原生铟。第二，铟具有战略性。铟被称为新兴产业维生素，在很多尖端技术中被使用，包括在玻璃基板中的透明导电涂料(如平板显示器)、半导体、发光二极管(LEDs)、激光二极管、碱性电池和低温超高真空等战略领域的应用。铟的低温可塑性和延展性(低温运用中)、低熔点(无铅汞焊料合金)、自吸引性 (在冷焊接和不相容物质的连接)、铟锡氧化物(以下简称ITO)可见光透明型和电子传导性(应用于平板电脑、掌上电子产品和电视)、红外光反射性(用于建筑、汽车和飞机上的建筑材料和光电玻璃)等特性决定了它的战略地位。第三，铟还是一种风险性资源。由于铟公开报道很少，很多产量数据都是各生产厂家的内部机密，因此对铟资源的供需趋势和价格走向很难精准把握。而铟产品价格又由于原生铟的生产主要集中在世界上几十个厂家而波动较大。我国虽然是原生铟生产的主要国家，但由于技术和需求等多种原因，本身的原生铟消耗也很大，且逐年增加。

表1 世界铟生产统计/t

1 铟资源开发利用面临的形势和挑战

1.1 再生铟资源日益受到重视

近几年铟的回收利用速度逐渐增加，再生铟在铟供应方面已经大大超过原生铟[30],达到铟供应市场的80%，可以回收铟的消费品种类包括电脑、电子设备、电视中的平板显示器和太阳能电池中的含铟半导体材料等废料。通常，平板显示器制造商等铟的终端使用者通过与回收厂家签订合同，向回收厂家提供废料铟，由回收厂家提炼后将再生铟回流终端使用者，回收厂家根据合同不能将再生铟卖给除了提供废料铟终端使用者以外的任何单位或个人。ITO循环链从废料的收集到再生材料的生产，一般都少于30天[3]。新近的研究正朝着改良回收磁控溅射法加工过程中的再循环含铟材料和找到提高磁控溅射法加工效率努力。

由于美国原生铟的停产，导致原生铟的供应难以满足美国国内需求，取而代之的是再生铟，而再生铟的来源主要是是低效率的磁控溅射法制造ITO薄膜时产生的废料。磁控溅射过程中，真正溅镀到底材上形成ITO薄膜只占全部靶材的30%，其他以没有用完的废靶、粉末泥浆、溅镀到设备腔体和其他零部件上形成的含铟物料的形式用于回收铟。现在回收利用率可以达到60%～65%，但是研究正朝着90%的方向推进。

日本是一个重要的再生铟生产国家。生产再生铟的公司包括Asahi Pretec公司、Dowa 金属和采矿有限公司、Nikko 金属公司、Mitsui 采矿冶炼公司、Sumitomo金属采矿有限公司、Toho锌有限公司。Dowa 金属和采矿有限公司在秋田县运营着一处铟回收设施，这处设施再生铟的年生产能力是150公t(Dowa还有年生产原生铟70公t的能力)。Asahi Pretec在福冈县的ITO回收厂有年生产再生铟200公t的能力。夏普公司(日本)成功从液晶显示器中回收铟。平板被压成碎玻璃(小片)，经酸溶液处理溶解分解为ITO，然后可以从中有选择回收铟[4](Kawaguchi，2006)。太阳能电池的使用寿命一般是20～30年，所以来源于太阳能电池的废料很少。目前，铜镓铟硒半导体在太阳能动力电池中只占一小部分，因此在相当长的时间内还不能作为回收原料。尽管如此，科学家已经开始针对这些潜在的铟的回收来源进行研究。

临近比利时安特卫普的霍博肯优美科贵金属精炼厂中的一个特殊装置可以将铅精炼中产生的废品和废渣中的铟还原出来。这个设备铟的年生产能力是50公t。这个设备还可以从铜铟镓硒(以下简称CIGS)太阳能电池中回收铜、铟、镓和硒，然后再利用这些资源生产新的CIGS太阳能电池。

Nystar NV公司在Auby的锌冶炼厂有一个铟的回收装置，这个装置可以生产纯度20%的铟。这些产品被卖给第三方作进一步加工。2011年，Nystar承诺在Auby提供资金建立可以生产精炼铟的装置[5]。

德国铟PPM公司位于Langelsheim的特殊金属生产设备从含铟材料中回收铟。这个公司生产高纯度的铟锭、半成品和铟化合物。Aurbis公司也生产用于太阳能电池的高纯度的铟。

波兰的一家锌生产商 Huta Cynku “Miasteczko Slaskie”(HCM)股份有限公司进行了在合金形态下回收铟的实验。

1.2 替代产品大量开发

在晶体管应用中，硅是铟最大的的替代品。在玻璃镀膜应用中，银铅氧化物或锡氧化物可以替代铟。尽管技术较落后，锌-锡氧化物可以在液晶显示器应用中替代铟。

近几年，铟金属的价格波动和供应短缺担忧加速了ITO替代品的开发。通过喷墨打印沉淀形成的锑锡氧化物涂层现在被发展为液晶显示器中ITO涂层的替代品，并已经成功使液晶显示器用玻璃退火。通过湿法技术制造的碳纳米管涂层，已经被开发成ITO在软性显示器、太阳能电池和触摸屏应用上的替代品。聚乙撑二氧噻吩(PEDOT)也被发展为ITO在软性显示器和有机发光二极管应用上的替代品。石墨烯量子点已经被开发成太阳能电池中ITO电极的替代品，它也是液晶显示器中ITO 的替代品。研究人员最近开发出一种更强的纳米氧化锌粘合剂去替代液晶显示器中的ITO。镓砷化物可以作为太阳能电池中铟磷化物的替代品。铪可以作为核反应堆操作杆合金中铟的替代品。

1.3 应用领域不断扩大

1933年，少量的铟被添加进用于假牙的黄金合金。但直到第二次世界大战，铟才作为高性能飞机发动机轴承的涂料被大量使用[6-7]。铟可以提高硬度，防止轴承腐蚀。20世纪40年代，一种特殊的轴承合金被制造出来，1952年这种合金被应用于半导体仪器[8]。其后，铟的应用逐渐增加，如在电子组件、易溶合金和焊料上的应用。到20世纪80年代，铟的应用继续增加，特别是在核控制棒上的应用。在20世纪80年代中晚期，磷化铟半导体和液晶显示器用ITO薄膜被开发出来。1992年，薄膜应用成为铟最主要的终端应用[9]。1998年，铟的需求量由于液晶显示器的减产和新的薄膜技术的开发(只需要老技术三分之一的铟用量)而下降[10]。2000年春天，随着新的光通讯技术——密集波分复用技术(DWDM)的传播，世界对铟磷光体的需求开始迅速增长。昭和公司(日本)称这种技术可以显著增加通过光纤玻璃在互联网上传输信息的能力[11]。

1.4 市场波动十分明显

1994年和1995年，全球铟产量增加65%，价格增加了172%，显示了对铟强烈的需求。从1995年后开始价格开始回落。2000～2004年，全球年均产量增加了400公t，主要增加的产量来自中国和日本。从1995年开始铟的价格的下跌持续到2002年，2002年铟的名义价格比1994年下降了32%，显示了从1995～2002年全球铟市场供大于求。从2003年开始，价格开始回升，2004年价格继续增加，单年赠加了268%。铟的价格在2005年达到了一个新的高点(相比2002年大约上涨了798%)。价格上涨主要由电视和电脑平板显示器需求推动的。2009年，中国支配了全球的铟生产，大概占了全球市场份额的51%[8]。

1.5 定价机制存在矛盾

我国铟的价格近几年主要参考泛亚有色金属交易所的价格,而泛亚有色金属交易所的价格又高于现货价格,这就造成我国主要的铟制造厂家纷纷将铟产品卖给泛亚有色金属交易所,出口基本停止。而我国的需求无法全部满足铟市场供应，造成泛亚有色金属交易所的铟库存量持续增加，至今已经达到1600t，而世界一年的铟需求量仅600t。这种定价双轨制、泛亚有色金属交易所大量的铟储备以及泛亚还未通过我国清理金属交易所的相关审查加剧了国外厂商对铟前景的担忧，很多国外厂商已经降低了铟的采购量，只采购满足当前生产的量，而不是向之前保证2～3个月的库存量。国外铟资源方面，由于考虑到关税以后，外国的铟价格高于我国的铟批发价，所以国内的贸易商也没有从国外进口铟。

1.6 资源消耗逐渐增加

过去几年，随着国内ITO生产的增加，我国的铟消耗在增多。大多数ITO的制造采用的是冷压烧结法，这种方法使得产品只适用于TN模式(液晶份子扭曲角为90°的向列液晶的液晶模式)的液晶显示器(LCDS)。TN模式的显示器一般不昂贵，在电子计算器、钟表和手表中都有应用。报道显示2011年五家中国国内公司制造ITO，包括柳州华锡铟材料有限公司、宁夏东方钽业股份有限公司、威海蓝狐特种材料有限公司、云南锡业集团、株洲冶炼集团[19]。根据泛亚有色金属交易所整理的美国地调局和中国有色金属工业协会的数据，按照我国现在的铟开采量，我国铟资源的可开采年限是17年，在中国各类优势小金属矿产中的保有年限仅高于锑(表2)。

表2 我国优势主要稀有金属概况

2 对策建议

鉴于以上挑战，作者对我国铟资源的管理提出如下几方面建议。

2.1 加强科学研究，依托找矿突破战略行动的成果建立全国含铟矿产的标本库

再生资源受到重视和替代品大量开发正是由于铟资源的稀缺性。我国作为铟资源大国，首先应该摸清家底。对于富铟矿产的地质研究工作还相对薄弱[12-14]，迄今为止，还未有人提出过成熟的铟矿产成矿模型，应该加大这方面的研究经费支持力度。例如找矿突破战略行动中的老矿山项目工作已积累了丰富的成果,并和全国很多典型矿山建立了良好的合作，现在也有很多合作项目正在开展。今后可以在老矿山的成果汇交中，将其中的含铟矿产筛选出来,分矿床类型建立含铟矿产的标本库。

2.2 完善行业规范，加大铟资源综合勘查综合开发力度

查清家底除了加强基础研究，保留样排外，还要加强复铟矿床的勘查力度。由于铟主要作为伴生矿产赋存在锌矿中，且含量相对主矿产要低得多，所以以前在有些地区的勘查开发中没有得到足够的重视。如西藏的拉屋多金属矿产和舍索多多金属矿床，矿床矿石的铟含量多已达到独立矿产工业品位的要求，且铟价值远远大于主要开采的矿种，但两个矿中的铟资源以前均被注意[2]。建议修改相关规范，在今后的金属矿床的勘查过程中将铟元素的化验列为必选项目，同时探索逐步取消价款，估计含铟矿产的综合回收、综合利用。

2.3 提升技术水平，提高铟矿资源回收利用水平

应用领域的不断扩大体现了铟的战略性，而我国在高端技术上与西方发达国家和日本还有比较大的差距。产品基本停留在初级加工阶段，没有高纯度精炼铟等高端产品，生产效率低，在再生铟等循环利用技术方面处于空白。因此要开展与铟的勘查开发、提取加工、功能开发相关的基础理论和技术攻关应用，筛选、培育并启动铟的高效回收利用研究、铟新功能研究等一批重点工程，从政策上加强对铟高新技术企业的扶植。同时，要重点加强对国外铟信息的研究、跟踪，尤其是再生铟和铟替代品的最新成果和进展。加强与日本、美国等拥有世界铟生产先进技术国家的国际合作，逐步形成适合我国国情的勘查开发和应用技术。

2.4 制订法规条例，完善铟监管和储备机制

价格波动十分明显、定价机制存在矛盾和自身消耗逐渐增加体现了铟的风险性，为此我国应该加强监管，完善铟储备制度，起草制定相关法规条例。虽然铟在下游有制定的铟产品出口配额，但在上游勘察领域，监管还处于空白。应该尽早制定铟等重要伴生矿产勘查开发利用条例，创新管理模式，规范铟等重要伴生矿产的勘查开发利用。同时，虽然国家储备局已经开始进行铟储备，但相应的法律法规和实施细则还不够健全。应该尽快制定铟储备相关管理制度，明确相应的购入、动用程序，既要考虑市场条件，又要考虑我国的基本国情和外部环境，确保铟储备建设的顺利实施。

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