神奇靛蓝，其器不凡——铟

德国弗雷堡矿业大学的斐迪南·赖希（FidianRysh）与希罗尼穆斯·特奥多尔·李希特（FirenanRysh）于1863年在分析弗雷堡当地的闪锌矿研究铊的原子光谱时发现了一条靛蓝色光谱。这一道神秘蓝线首次揭示了锌矿石中可能存在新的未知元素，后来将这个元素命名为“铟”，意为靛蓝色[1]。同时我国化学家张青莲教授，在1991年测得的铟原子量为114.818（3），已被国际采用为新标准。

图1.铟的原子结构示意图

（图源自于网络https://so1.360tres.com/t0129e1f895b022e082.jpg）

铟的性质

铟位于元素周期表的第五周期，第IIIA族[2]，是一种非常独特金属，它具有许多优异的物理性质和高度的化学反应活性。与其他金属相比，铟非常软，所以很容易被压扁。铟自身并不会在自然界中以单质形式出现，而是通常以稀散态合金的形式存在于地壳当中。所谓“稀散态金属”，就是指某些成分含量非常低、难以提取的金属元素。这些金属的分布范围非常广，但其在自然界中缺乏足够的浓度和可供大规模开采的资源，因此十分稀缺和珍贵。研究发现，目前世界上95%的铟来自闪锌矿，铟的伴生比例高达100%，所以锌矿的生产活动对铟的供应有着重大影响。

在稀散态金属中，铟因其独特的机械特性和高导电性而备受关注。虽然铟很少以单质形式存在于自然界，铟主要伴生于铅、锌、锡、银、铜、铁、锑等矿产中，迄今为止并未发现独立的铟矿床。但可以通过一系列精细的化学处理过程从废矿物和废弃电子设备中提取出来。这对于绿色节能和环保实践尤为重要，能够帮助我们更好地利用资源并减少污染。

图2. 自然铟（图源自于中国知网[1]）

用途与前景

化石燃料的燃烧造成了环境污染、气候变化、能源危机等一系列的问题，已经引起了世界各国的普遍重视。在第75届联合国大会上，中国提议到2030年达到碳峰值，到2060年达到碳中和。而“铟”有望成为达成碳中和这一时代目标的主力军[2]。

进入21世纪以来，铟的开发和利用逐步呈现快速增长的态势。以美国、德国、欧盟、日本为代表的发达国家均将铟列为关键原材料。特别是在“碳中和”清洁能源技术快速发展的大背景下，铜铟镓硒（CIGS）太阳能薄膜电池领域对铟的需求将迅速增加，可作为清洁能源和光伏电池行业的重要原材料。铟作为制造新一代铜铟镓硒（CIGS）太阳能电池的核心材料，极少的量便可极大地改善产品性能。以铟为核心材料的铜铟镓硒（CIGS）薄膜光伏电池组件具有光电转化效率较高、光电转换效率高，长期衰减小，防屏蔽效果好，维护简单、发电性能好等特点[3]。

除此之外，铟还可以作为于半导体化合物、铟锡氧化物ITO（Indium Tin Oxides）等高科技产品的核心材料。ITO靶材是制备透明导电薄膜的基础材料，它被广泛用于制造显示器，如手机/计算机/平板电脑、电视的液晶显示器和车辆/飞机的液晶显示器，短期内难以替代[4]。少量的铟还可以作为添加剂添加在假牙合金中，以增加假牙的韧性、抗腐蚀性[1]。

图3.  ITO靶材（左）CIGS薄膜太阳能电池（右）（图源自于中国知网[1]）

如今，铟已成为现代工业、国防科工和前沿技术领域中必不可少的一种核心资源，它对国民经济、国家安全和科技发展都有着非常重大的战略价值，因此被许多发达国家称作是“21世纪重要的战略资源”。更有一句话：一国的铟的消耗量将会直接反应其高技术发展的水平。

当然，由于铟在高科技领域“四两拨千斤”的作用日益凸显，新世纪以来，全球铟的消费量呈快速上升趋势，铟的价格也是水涨船高。从近年来的市场表现来看，铟的价格是较为波动的。2010年—2015年期间，铟的市场价呈现持续上升的趋势，达到了每公斤300美元以上的水平；在2015年左右，铟的市场价逐渐趋于稳定，每公斤大约在340-400美元之间波动；然而，自2018年起，铟的价格再度开始上涨，甚至短时间内价格曾冲高至每公斤超过500美元；目前，铟的价格依旧处于较为高位。因此调整铟的使用或者寻找更加可持续和可替代的方案也成为了市场上的热点[1]。

图4. 铟全产业链流程图（图源自于中国知网[5]）

赋存与分布

铟资源量在全球的储量约为7.6万吨，其中 96%集中在中国、玻利维亚、俄罗斯、加拿大、日本、德国、葡萄牙、澳大利亚、美国、阿塞拜疆等国家。我国铟资源居世界首位，已知的铟资源量近2万吨，储量占全球的73%，主要分布在广西、云南、内蒙古、湖南等19个省（区），其中广西的铟资源储量最多，约为999.92吨，占全国比例达55.8%。虽然我国铟资源充足，是全球铟的主要资源国和供应国，但在生产技术和产业结构方面仍稍显薄弱，粗铟的质量低。因为中国生产的初级加工产品主要供应美国、欧盟、日本和韩国等发达经济体，这导致铟大量流失国外，经过加工之后又高价返销到国内，这让与其它元素含量相比本就极少的铟元素的可持续利用变得更加困难[6]。

图5. 全球铟资源分布（左） 我国铟资源分布（右）（图源自于中国知网[5]）

富集与回收

全球铟资源供给由原生铟供给与再生铟供给两部分组成。原生铟主要源于铟矿，目前，锌冶炼过程中回收金属铟方法主要有两种，分别是湿法和火法。湿法主要是常规浸出、中性浸出和热酸浸出；火法主要是竖罐炼锌和铅锌密闭鼓风炉熔炼法。但由于铟矿常与锌矿伴生，在地壳中的含量有限，这就决定了原生铟的供给严重受约束于锌矿。所以从含铟二次资源中回收再生铟成为一个重要方向，目前全球的再生铟供给已经超过原生铟[5]。再生铟的来源分为两个部分，一部分是利用靶材废料加工回收的铟资源，因为以铟作为原材料生产ITO 靶材的溅射率为 30%，也就是70%的铟原材料并未被利用，所以这些损耗的部分均是再生铟的重要来源。回收再利用报废ITO 靶材中的铟资源具有回收周期短、经济可行的优势。另一部分指从终端报废产品中回收再利用铟资源，这也是铟回收的重要来源，从终端报废产品中再利用铟资源是增加资源供给很有潜力的途经。

结语

铟这种具有靛蓝色光谱的元素，以其迷人的颜色引起科学家的注意，到现在已经渗透到人类生活和生产的各个方面，有力地支持了人类社会的进步和发展。由于其不可替代性，俨然已经成为高科技的宠儿。我相信它会在未来的很长一段时间内逐渐展现出其更加优异的性能，并在更广阔的领域发挥更大的作用，用其明亮的靛蓝光照亮人类需求的每一个角落。