楊 坤,陳浩林,高 亮
(昆明有色冶金設(shè)計(jì)研究院股份公司,云南 昆明 650231)
銦是一種柔軟有光澤的銀白色金屬,可塑性強(qiáng)、延展性好,具有良好的抗腐蝕性能。銦的熔點(diǎn)比其他金屬低,為156.6℃,沸點(diǎn)很高,為2080℃。它的硬度很低,比鉛軟,能用指甲劃痕。銦的導(dǎo)電性比銅約低4/5,其熱膨脹系數(shù)幾乎超過(guò)銅的一倍。銦具有獨(dú)特而優(yōu)良的物化性能,含銦產(chǎn)品以氧化錫銦(ITO)、純銦錠、半導(dǎo)體化合物、焊料及合金等形式供應(yīng)市場(chǎng),廣泛用于太陽(yáng)能電池、電子計(jì)算機(jī)、高溫超導(dǎo)、光電、航空航天及現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)等高科技領(lǐng)域,在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用[1-2]。
銦在地殼中的含量約為1×10-5%,它本身不能形成獨(dú)立的礦物,零星地伴生在鋅、鉛、錫等礦物中,與鎵、鉈、鍺、硒、碲、錸等7種金屬通稱(chēng)為稀散金屬。我國(guó)銦資源豐富,伴隨在主金屬儲(chǔ)量中的銦儲(chǔ)量居世界前列,同時(shí)也是世界最大的銦生產(chǎn)國(guó)。我國(guó)已探明的銦資源主要集中于廣西、云南、內(nèi)蒙古和廣東等地,這四省的銦儲(chǔ)量約占全國(guó)儲(chǔ)量的80%。廣西和云南具有較大的銦儲(chǔ)量,其中廣西銦儲(chǔ)量約5 000t,云南銦儲(chǔ)量約4 000t[3-6]。
現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)50多種礦物中含銦,含銦量大多為n×10-6%數(shù)量級(jí),其中銦含量最高的是含硫鉛鋅礦。銦具有光澤亮麗、熔點(diǎn)低(156.61℃)、沸點(diǎn)高(2080℃)、傳導(dǎo)性好、延展性好、質(zhì)地柔軟、光滲透性強(qiáng)、可塑性強(qiáng)、抗腐蝕性強(qiáng)、在空氣中的氧化作用慢等特性,廣泛應(yīng)用于電子工業(yè)、能源、光電、國(guó)防軍事、航空航天、核工業(yè)和現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)等高科技領(lǐng)域。
銦資源在全球范圍內(nèi)極為稀少且分布不均,作為鋅、錫等礦產(chǎn)資源的伴生礦,銦資源的分布與全球鋅、錫資源分布大致相同。已探明的銦資源主要分布于中國(guó)、玻利維亞、俄羅斯、加拿大、日本、德國(guó)、葡萄牙、澳大利亞、美國(guó)和阿塞拜疆等國(guó)[7]。其中,中國(guó)、玻利維亞和俄羅斯是全球銦資源最為豐富的國(guó)家,約占全球總量的60%,資源量分布情況見(jiàn)表1。
表1 全球銦資源儲(chǔ)量表
銦的工業(yè)化生產(chǎn)主要分為原生銦和再生銦生產(chǎn)。通過(guò)在鋅、鉛、錫礦石冶煉的過(guò)程中或后續(xù)從礦渣中提取生產(chǎn)的金屬銦稱(chēng)為原生銦,而以含銦廢料,如廢ITO靶材、廢舊液晶顯示屏等為原料提取的金屬銦稱(chēng)為再生銦。
全球原生銦主要來(lái)自中國(guó)、韓國(guó)、日本、加拿大、法國(guó)。2019年中國(guó)、韓國(guó)、日本、加拿大、法國(guó)五國(guó)原生銦總產(chǎn)量達(dá)725噸,占全球總產(chǎn)量的95.39%;再生銦主要產(chǎn)自日本、韓國(guó)和中國(guó)臺(tái)灣等地。2014年以來(lái),全球銦產(chǎn)量保持在每年1500噸左右,原生銦和再生銦約各占總產(chǎn)量的一半。2000~2019年全球銦消費(fèi)變化如圖1所示。
圖1 2000~2019年全球銦消費(fèi)變化趨勢(shì)
銦主要用于制造ITO靶材、新興的銦鎵鋅氧化物以及銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)能電池等,其中生產(chǎn)ITO靶材(用于生產(chǎn)液晶顯示器和平板屏幕)是銦錠的主要消費(fèi)領(lǐng)域,占全球銦消費(fèi)量的79%以上;其次是電子合金與半導(dǎo)體元件、焊料合金、光伏電池、高速傳感器、科學(xué)研究及其它領(lǐng)域。
全球銦產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不均衡。部分國(guó)家銦產(chǎn)業(yè)起步較晚,受政策、技術(shù)、環(huán)保等因素的制約,銦產(chǎn)業(yè)發(fā)展僅處于產(chǎn)業(yè)鏈的前端,以提供含銦礦石原料、精銦等初級(jí)冶煉產(chǎn)品為主,產(chǎn)業(yè)利潤(rùn)微薄,代表性國(guó)家有中國(guó)、俄羅斯等;一些國(guó)家銦產(chǎn)業(yè)發(fā)展處于產(chǎn)業(yè)鏈的終端,以提供銦終端產(chǎn)品為主,產(chǎn)業(yè)利潤(rùn)豐厚,代表性國(guó)家有日本、韓國(guó)、美國(guó)、德國(guó)等。
由銦國(guó)際消費(fèi)現(xiàn)狀可知,銦終端產(chǎn)品主要分布在日本和韓國(guó)。高新材料ITO靶材制備技術(shù)由日韓企業(yè)所壟斷,導(dǎo)致90%以上的ITO靶材均產(chǎn)自日、韓。其中,日礦日石ITO靶材產(chǎn)量達(dá)480t/a,三井金屬I(mǎi)TO靶材產(chǎn)量達(dá)360t/a,三星康寧ITO靶材產(chǎn)量達(dá)480t/a,此3家ITO靶材巨頭年產(chǎn)ITO靶材達(dá)1320t。日本住友在銦半導(dǎo)體材料生產(chǎn)中占60%的市場(chǎng)份額。
中國(guó)銦資源儲(chǔ)量占全球銦資源儲(chǔ)量的72.70%,全球排名第一,主要伴生在鋅、鉛、錫等礦石中?!吨袊?guó)礦產(chǎn)資源報(bào)告2018》報(bào)告顯示,中國(guó)已探明儲(chǔ)量為21600噸,分布15個(gè)省區(qū),主要集中在云南(占全國(guó)銦總儲(chǔ)量的40%)、廣西、內(nèi)蒙古、青海和廣東。《中國(guó)礦產(chǎn)資源報(bào)告2019》報(bào)告顯示,銦潛在資源量7.5萬(wàn)t,資源查明率19.4%[8-9]。我國(guó)銦資源儲(chǔ)量分布見(jiàn)圖2。
圖2 我國(guó)銦儲(chǔ)量分布圖
中國(guó)不僅是全球銦儲(chǔ)量最豐富的國(guó)家,也是全球最大的原生銦生產(chǎn)國(guó)。2010~2014年我國(guó)原生銦產(chǎn)量大幅增長(zhǎng),平均每年增速8.8%。自2015年泛亞有色金屬交易所破產(chǎn)倒閉后,我國(guó)精銦市場(chǎng)呈現(xiàn)嚴(yán)重過(guò)剩的局面,銦價(jià)暴跌,從而造成產(chǎn)量急劇下降。2015年原生銦產(chǎn)量同比下降23.9%,之后逐年下降,直至2018年回升至300噸,占全球原生銦總產(chǎn)量的39.47%。調(diào)查數(shù)據(jù)顯示,截至2020年我國(guó)原生銦產(chǎn)量與2018年基本持平,均為300噸左右[10-11]。2010年以來(lái)中國(guó)銦產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)情況見(jiàn)圖3。
圖3 2010-2020年中國(guó)原生銦產(chǎn)量情況
(1)高純銦生產(chǎn)情況
高純銦、超高純銦(5N~7.5N)生產(chǎn)廠(chǎng)家主要有:峨嵋半導(dǎo)體材料研究所、峨眉山市峨半高純材料有限公司、葫蘆島金海高純金屬有限公司、郴州市金貴銀業(yè)股份有限公司等。峨眉山市峨半高純材料有限公司高純銦生產(chǎn)線(xiàn)產(chǎn)能為5N~6N高純銦5t/a,采用真空提純工藝;7N高純銦1t/a,采用拉晶工藝。
(2)ITO靶材生產(chǎn)情況
國(guó)內(nèi)研究、生產(chǎn)ITO靶材的廠(chǎng)家主要有廣西晶聯(lián)光電材料有限公司、株冶集團(tuán)等,部分企業(yè)生產(chǎn)的ITO靶材因不能通過(guò)測(cè)試而停止生產(chǎn)。廣西晶聯(lián)光電材料有限公司(廣西晶聯(lián)),主要生產(chǎn)銷(xiāo)售平面/旋轉(zhuǎn)ITO靶材,擁有靶材及其他與靶材相關(guān)的光電材料系列產(chǎn)品的回收、研究和開(kāi)發(fā)能力。通過(guò)自主開(kāi)發(fā)加引進(jìn)消化國(guó)外的ITO燒結(jié)靶制備技術(shù),采用共沉淀法制備ITO粉體,ITO產(chǎn)品尺寸(200-1200)mm×(200-550)mm,相對(duì)密度達(dá)99.7%以上,在國(guó)內(nèi)維信諾昆山的2.5代TFT-LCD線(xiàn)、京東方合肥6代CF線(xiàn)和華星光電G4.5中試線(xiàn)通過(guò)試鍍認(rèn)證,目前正積極在京東方重慶8.5代TFT-LCD線(xiàn)測(cè)試。
國(guó)內(nèi)鋼消費(fèi)以ITO靶材生產(chǎn)為主,2019年銦靶材制造消耗銦133噸,占總消費(fèi)量的70%;半導(dǎo)體化合物領(lǐng)域用銦27噸,占比14%;焊料及合金領(lǐng)域用鋼17噸,占比9%;光伏薄膜領(lǐng)域用鋼明顯增長(zhǎng),為11噸,占比6%;其他行業(yè)僅占1%。2000~2019年中國(guó)銦消費(fèi)變化如圖4所示。
圖4 2000~2019年全國(guó)銦消費(fèi)變化趨勢(shì)
云南省是全國(guó)銦資源儲(chǔ)量較為豐富的省份之一,銦資源儲(chǔ)量和原生銦產(chǎn)量約占全國(guó)的40%和37%[12]。根據(jù)目前勘探情況,含銦礦床主要分布在云南會(huì)澤礦山廠(chǎng)、云南金沙、云南金頂、云南羅平富樂(lè)、云南瀾滄、云南馬關(guān)都龍錫鋅礦等礦區(qū)。主要伴生于鉛鋅礦床中,分布較廣,但以馬關(guān)都龍錫鋅礦的品位最好、含銦量最高,占云南省已探明銦儲(chǔ)量的70%。截至2019年底,文山州已查明銦資源儲(chǔ)量6818.07噸,位居全國(guó)第一位[12]。主要分布在馬關(guān)縣,另在文山市、西疇縣也有少量分布,儲(chǔ)量以馬關(guān)縣都龍礦區(qū)最為豐富,為全州最大的銦伴生礦,品位高達(dá)0.085%,具備極高的開(kāi)采利用價(jià)值[13]。
(1)銦采、選現(xiàn)狀
銦多伴生于鉛鋅礦床中,全省產(chǎn)銦企業(yè)相對(duì)分散,在昆明東川、大理祥云、曲靖、文山、蒙自等地均有采選冶企業(yè)。企業(yè)主營(yíng)業(yè)務(wù)多為鉛、鋅等其他金屬,銦作為伴生金屬在生產(chǎn)過(guò)程中提取,以實(shí)現(xiàn)資源綜合利用及提高產(chǎn)值的目的。2020年,全省銦產(chǎn)量在110t左右,其中文山州產(chǎn)量為72.546t,占全省銦總產(chǎn)量的65.95%。云南省文山州銦的產(chǎn)量最大且生產(chǎn)流程最為完整,文山州是云南省的銦產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重中之重。
文山州銦伴生礦儲(chǔ)量大,已探明礦權(quán)主要集中在云南華聯(lián)鋅銦股份有限公司,按照目前的開(kāi)采規(guī)模,華聯(lián)鋅銦富銦伴生礦礦山服務(wù)年限為30年。目前,華聯(lián)鋅銦唯一的采礦場(chǎng)銅街—曼家寨采礦場(chǎng)位于云南省東南部。礦區(qū)開(kāi)采方式為露天開(kāi)采,是以鋅、錫、銦為主,伴生有銅、銀、鎘、硫、鐵、螢石、滑石等多種可回收的有益共、伴生組分的礦床,其稀貴金屬銦的儲(chǔ)量位居全國(guó)第一,錫金屬儲(chǔ)量居全國(guó)第三,鋅金屬儲(chǔ)量居全省第三,潛在開(kāi)發(fā)價(jià)值很大[13]。
為實(shí)現(xiàn)資源綜合利用,華聯(lián)鋅銦已建成全國(guó)第一條金竹山資源再生車(chē)間和廢石中試試驗(yàn)廠(chǎng),“廢石資源”利用跳汰選礦、光電選礦和磁選富集達(dá)到工業(yè)礦石要求供入選廠(chǎng),減少?gòu)U石堆存量,提高礦石中有價(jià)金屬鋅、錫、銅的回收率分別為0.587%、0.147%和0.377%。預(yù)計(jì)達(dá)產(chǎn)后年回收原礦100萬(wàn)噸以上,原礦回收約占供礦總量的25%,大幅度降低礦山地質(zhì)資源消耗,可進(jìn)一步延長(zhǎng)礦山服務(wù)年限。
(2)銦冶煉現(xiàn)狀
文山州現(xiàn)有云錫文山鋅銦冶煉有限公司和文山市金儀銦業(yè)科技有限責(zé)任公司兩戶(hù)鋅、銦冶煉企業(yè)。云錫文山鋅銦冶煉有限公司設(shè)計(jì)產(chǎn)能為60噸/年銦錠及10萬(wàn)噸/年鋅錠生產(chǎn)線(xiàn)于2018年8月建成投產(chǎn),在經(jīng)過(guò)工藝改進(jìn)及精細(xì)化管理,銦產(chǎn)品主要為4N(99.99%)或5N(99.999%)銦錠。銦實(shí)際產(chǎn)能可達(dá)到80t(2019年實(shí)際產(chǎn)量68.069t,實(shí)現(xiàn)工業(yè)總產(chǎn)值8168.28萬(wàn)元;2020年實(shí)際產(chǎn)量72.546t,實(shí)現(xiàn)工業(yè)總產(chǎn)值8705.52萬(wàn)元)。目前,文山州暫無(wú)再生銦生產(chǎn)線(xiàn)及銦深加工產(chǎn)品生產(chǎn)線(xiàn)。
云南省作為我國(guó)銦資源和銦生產(chǎn)大省,相比國(guó)內(nèi)其他省市具有資源優(yōu)勢(shì),但存在的問(wèn)題也比較突出,主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
(1)產(chǎn)業(yè)鏈不健全。云南省現(xiàn)有的銦生產(chǎn)企業(yè)如華聯(lián)鋅銦、文山鋅銦,其銦產(chǎn)品為4N~5N級(jí)精銦,沒(méi)有精銦的下游深加工生產(chǎn)線(xiàn),生產(chǎn)流程尚處于銦產(chǎn)業(yè)鏈、價(jià)值鏈的前端,產(chǎn)業(yè)鏈短,利潤(rùn)空間小。
(2)技術(shù)、人才儲(chǔ)備不足。云南省目前沒(méi)有高純銦、高純氧化銦、ITO靶材、銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)能電池等銦下游高新產(chǎn)品的生產(chǎn)企業(yè)和研究部門(mén),沒(méi)有這方面的高尖端技術(shù)和研發(fā)人才,尚未與銦高新材料相關(guān)的研究院校、研發(fā)中心、生產(chǎn)企業(yè)等開(kāi)展合作。
(3)同行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)帶來(lái)的挑戰(zhàn)。隨著國(guó)內(nèi)ITO靶材生產(chǎn)技術(shù)不斷成熟,市場(chǎng)占有率不斷提高,北京冶科納米科技有限公司、西北稀有金屬材料研究院、柳州華錫銦材料有限公司等近20家單位建成或擬建ITO靶材生產(chǎn)線(xiàn),出現(xiàn)了一股投資新建熱潮。上述ITO靶材生產(chǎn)線(xiàn)全部建成投產(chǎn)后,ITO靶材市場(chǎng)將面臨行業(yè)內(nèi)的殘酷競(jìng)爭(zhēng),繼而出現(xiàn)產(chǎn)品利潤(rùn)空間下降的風(fēng)險(xiǎn)。
(4)政策和資金支持不足。由于云南省銦產(chǎn)業(yè)起步較晚,仍處于發(fā)展階段。雖然有一些政策鼓勵(lì)銦下游產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn),但仍存在針對(duì)性不強(qiáng)和支撐不足的情況。此外,在通過(guò)制定優(yōu)惠的政策來(lái)促進(jìn)招商引資方面還有大量操作空間。
通過(guò)持續(xù)創(chuàng)新優(yōu)化,開(kāi)發(fā)符合云南省銦產(chǎn)業(yè)發(fā)展實(shí)際,將云南省銦資源效益最大化是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵,重點(diǎn)在銦基新材料、光電子顯示材料、含銦半導(dǎo)體化合物材料和光電子器件等方面進(jìn)行產(chǎn)業(yè)布局,建設(shè)銦材料產(chǎn)業(yè)基地,聚集下游應(yīng)用企業(yè),打通銦資源—銦冶煉—銦深加工—終端應(yīng)用的產(chǎn)業(yè)鏈,打造數(shù)百億規(guī)模的銦產(chǎn)業(yè)集群。預(yù)計(jì)到2035年,云南文山將打造成為具有近千億產(chǎn)值的世界“綠色銦都”。為實(shí)現(xiàn)云南省銦產(chǎn)業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展,可從以下幾個(gè)方面加以改善:
(1)推動(dòng)智能制造,實(shí)現(xiàn)擴(kuò)產(chǎn)增效。推動(dòng)企業(yè)自動(dòng)化、智能化裝備技術(shù)改造,提高節(jié)能降耗水平,降低企業(yè)生產(chǎn)成本。構(gòu)建資源循環(huán)利用經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè),深入推進(jìn)國(guó)際一流礦業(yè)企業(yè)建設(shè),打造數(shù)字化綠色露天礦山及智能化選廠(chǎng)、智能化冶煉廠(chǎng)。
(2)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì),推動(dòng)綠色轉(zhuǎn)型。全面推行清潔生產(chǎn),推進(jìn)銦產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域綠色化改造,持續(xù)開(kāi)展銦產(chǎn)品生產(chǎn)加工企業(yè)能效“領(lǐng)跑者”創(chuàng)建。加強(qiáng)生態(tài)文明科技創(chuàng)新,支持綠色技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用,發(fā)展生態(tài)利用型、循環(huán)高效型、低碳清潔型銦產(chǎn)業(yè)。大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì),培育綠色發(fā)展新動(dòng)能,產(chǎn)業(yè)能耗達(dá)到行業(yè)領(lǐng)先水平。在綠色工廠(chǎng)、綠色產(chǎn)品、綠色園區(qū)、綠色供應(yīng)鏈建設(shè)上取得新突破,能源資源利用效率和清潔生產(chǎn)水平明顯提升。
(3)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展,建設(shè)合作基地。依托國(guó)際、國(guó)內(nèi)、省內(nèi)高校及科研機(jī)構(gòu)開(kāi)發(fā)引進(jìn)大尺寸高密度ITO靶材、高純銦和高純氧化銦、CIGS銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)能電池等生產(chǎn)工業(yè)技術(shù)及裝備,使銦高新材料形成規(guī)?;a(chǎn)。研發(fā)生產(chǎn)更多應(yīng)用于高精尖領(lǐng)域的銦高新材料及生產(chǎn)工藝,同時(shí)注重開(kāi)發(fā)含銦二次資源及低品位銦伴生礦石資源的綜合回收利用技術(shù),推動(dòng)云南省銦產(chǎn)業(yè)綠色、環(huán)保、創(chuàng)新發(fā)展,推動(dòng)新型銦全產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)、學(xué)、研、用合作基地建設(shè)。
(4)合理配置資源,實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。合理配置銦產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)要素,引導(dǎo)企業(yè)實(shí)施聯(lián)合重組,規(guī)劃一批重點(diǎn)項(xiàng)目,著力建設(shè)銦核心原料、銦高新材料產(chǎn)業(yè)基地。有關(guān)部門(mén)要出臺(tái)相關(guān)政策鼓勵(lì)粗銦及標(biāo)準(zhǔn)銦就地轉(zhuǎn)化,加快精深加工產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。加強(qiáng)二次資源回收利用,不斷提高資源綜合利用效率,將銦產(chǎn)業(yè)的重心由銦金屬提取和粗加工轉(zhuǎn)移到銦高新材料生產(chǎn)和高精尖產(chǎn)品開(kāi)發(fā)應(yīng)用上來(lái),拉動(dòng)下游及有關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展,實(shí)現(xiàn)銦產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。