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被放在橱柜里50年之久的金属铟 为何被称为稀有金属

时间:2022-03-19 18:14:15   来源:科普时报

铟,元素周期表第49号元素。

1863年,德国弗赖贝格矿业学院的斐迪南·莱奇在研究闪锌矿的时候得到了一种黄色沉淀物,以为是硫化铊,但其原子光谱却和铊元素有所不同,于是请化学家李斯特帮他继续研究。李斯特敏锐地注意到这条特殊的蓝色谱线,最终认定为一种新元素,并成功制成这种新元素的一小块样本,将其命名为铟。

当时被制成的铟,被一直放在橱柜里长达50年之久,因为人们没有找到金属铟更合适的用途,而且提纯工艺实在太复杂了,致使当时全球铟的供应量仅为几克,直到第二次世界大战期间才开始大规模应用,但应用范围极其有限,仅在润滑和焊接两个方面。由于能敏感地控制中子辐射,铟也被制成反应堆中的控制棒。

让铟出现供不应求的是从铟锡氧化物突破性发现开始的。铟锡氧化物是一种独特的材料,能导电能透光,对可见光透过率95%以上,紫外线吸收率较好,导电性和加工性能良好,制成的膜层既耐磨又耐化学腐蚀,同时具有导电性和透光性,被人们制成了透明导电膜,应用于各种触屏设备、智能手机、液晶电视以及太阳能电池。最早的触屏设备含有两个单独的铟锡氧化物层,通过手写笔触发彼此互联。随后为了吸引用户,触屏设备已经发展为利用使用者手指的导电性来完成内部的互联。使用者通过手指接触屏幕上的铟锡氧化物层,就会改变该特定位置的电容,从而让设备得到这个位置的相关信号或指示。

随着智能手机、平板电脑、电子书的迅速增长,铟的需求也在不断增加。但铟在地壳中的含量并不能满足日益增长的需求。据统计,其含量仅占10-5%且较为分散,确定有5种独立矿物,如硫铟铜矿、硫铟铁矿、水铟矿等。但这些矿物在自然界中很少见,至今未发现独立的铟矿,所以铟被归为稀有金属。工业上往往通过提纯废锌、废锡的方法生产金属铟,即便如此,真正能得到的铟也只有1.5—1.6万吨。我国铟资源丰富,曾是主要出口国,并于2012年8月在云南昆明正式成立了云南省铟业协会,用来促进我国相关行业的发展。

2007年,我国开始对铟出口实行许可证和配额管理,并对“未锻轧铟和铟废碎料”和“铟粉末”分别执行一定关税税额。2008年以后,世界各国开始加强对铟资源的保护,供应量逐渐减少,甚至美国能源部对第49号元素日趋枯竭的供应提出预警。从数据来看,我国铟出口配额也呈逐年下降趋势,早已不再是主要出口国了。但我国的铟锭产量大、使用量小、深加工产品的工业化和产业化没有突破性进展,高纯铟、铟锡氧化物靶材、含铟半导体材料等高技术含量和高附加值产品仍旧需要从国外进口。

由于铟的供应量逐渐减少,铟的价格呈现不断上涨的趋势。而铟锡氧化物材料脆而易碎,不可弯折,并不能很好地适应未来可弯曲显示屏的制作需求,因此人们也在不断探索无铟半导体的研发,比如碳纳米管和石墨烯等,以适应铟价格不断上涨的态势。

铟的开发是有一定危险的,因为它的毒性甚至比铅还要厉害。英、美两国已经公布了职业接触限值,铟是0.1毫克/立方米,而铅是0.15毫克/立方米,可见毒性不可轻视。(宋丹)

标签: 稀有金属 黄色沉淀物 蓝色谱线 中子辐射

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