铟的用途及合金应用

1.概况

拼音 Yīn

英文 Indium

元素符号 In

元素类型 金属

原子序数 49

元素相对原子质量 114.8

核内质子数 49

核外电子数 49

核电荷数 49

氧化态 主要In^＋3，其他In^＋1，In^＋2

质子质量／kg 8.1977×10^－26

质子相对质量 49.343

所属周期 5

所属族数 ⅢA

摩尔质量／（g／mol） 115

摩尔体积／（m³／mol） 15.76×10^－6

外围电子排布 4d¹⁰5s²5p¹

核外电子排布 2-8-18-18-3

晶体结构 晶胞为四方晶胞

晶胞参数：

a=325.23pm

b=325.23pm

c=494.61pm

α=90°

β=90°

γ=90°

原子半径／pm 155（156）（计算值）

共价半径／pm 144

范德华半径／pm 193

电负性／鲍林标度 1.78

电离能／（kJ／mol）：

第一电离能 M-M＋558.3

第二电离能 M＋-M2＋1820.6

第三电离能 M2＋-M3＋2704

第四电离能 M3＋-M4＋5200

第五电离能 M4＋-M5＋7400

第六电离能 M5＋-M6＋9500

第七电离能 M6＋-M7＋11700

第八电离能 M7＋-M8＋13900

第九电离能 M8＋-M9＋17200

第十电离能 M9＋-M10＋19700

蒸气压（429K）／Pa 1.42×10^－17

汽化热／（kJ／mol） 231.5

熔化热／（kJ／mol） 3.263

声速（293.15K）／（m／s） 1215

比热容／[J／（kg·K）］ 233

地壳含量 1×10^－5

2.性状

（1）物理性质 铟是一种化学元素，符号为In，原子序数为49，是一种柔软的银灰色金属，带有光泽，铟熔点低（156.61℃），沸点高（2080℃），密度为7.3g／cm³（20℃），莫氏硬度为1.2，热导率为81.6W／（m·K），电导率为11.6×10⁶S／m，很软，能用指甲刻痕，比铅的硬度还低，传导性好，延展性好，可塑性强，可压成极薄的金属片。铟-115是最常见的铟同位素，带有微弱的放射性。铟自身有冷熔接性，供应的铟块都涂有润滑脂。铟金属在弯曲时会发出鸣音。

（2）铟的化学性质 铟与铁相似，在常温下不易氧化，红热会燃烧，能溶于无机酸。从常温到熔点之间，铟与空气中的氧作用缓慢，表面形成极薄的氧化膜，温度更高时，与氧、卤素、硫、硒、碲、磷作用。大块金属铟不与沸水和碱反应，但粉末状的铟可与水作用，生成氢氧化铟。铟与冷的稀酸作用缓慢，易溶于浓热的无机酸和乙酸、草酸。铟能与许多金属形成合金。铟的氧化态为＋1和＋3，主要化合物有In₂O₃、In（OH）3，与卤素化合时，能形成一卤化物和三卤化物。

图9-4为铟锭。

3.用途

1）制造铜铟镓硒（CIGS）太阳电池的核心材料，制造计算机芯片（In）的关键材料。

2）用于生产液晶显示器所需要的ITO（铟锡氧化物）。

3）用于LED（发光二极管）。因为由氮化镓（GaN）制成的LED发出的仅是强蓝色，必须在其中加入铟元素，才可制成五颜六色的LED。

4）用于光电子领域。铟及其化合物半导体具有广泛的用途，在铟基Ⅲ-V族化合物半导体[如锑化铟（InSb）、磷化铟（InP）、砷化铟（InAs）等］中，最受重视并具有潜在应用前景的是磷化铟（InP），可用于毫米波通信，并可作为光纤通信的激光光源材料。

5）作为透明电极涂层的ITO靶材。ITO具有可见光透过率95％以上、紫外线吸收率≥70％、对微波衰减率≥85％、导电和加工性能良好、膜层既耐磨又耐化学腐蚀等优点，因此作为透明导电膜广泛应用于半导体、低熔点合金等方面。(www.xing528.com)

6）由于铟具有较强的抗腐蚀性及对光的反射能力，可制成军舰或客轮上的反射镜。

7）铟合金的用途：

①可作反应堆控制棒，能够敏感地检测中子辐射。

②可用于登陆舱，着陆时不脆化、不开裂。

③含24％铟及76％镓的合金，在室温下是液体。

④利用铟合金熔点低的特点可制成特殊合金，用于消防系统的断路保护装置及自动控制系统的热控装置。

⑤由铟制成的合金，导热能力比银和铅还高。添加少量铟制造的轴承合金是一般轴承合金使用寿命的4～5倍，用于制造航空发动机轴承。

⑥铟称得上“合金的维生素”。铟合金可用作钎料。铟是无铅钎料新的重要添加元素，世界无铅钎料的发展趋势有利于铟钎料的应用。铟可作为包覆层或与其他金属制成合金，以增强耐腐蚀性。

8）因为其较软的性质，可作为填充金，也可用于压缝，如作为较高温度下真空缝隙的填充材料。

9）医学上用作扫描剂；肝、脾、骨髓扫描用铟胶体；脑、肾扫描用铟-DTPA；肺扫描用铟-Fe（OH）颗粒；胎盘扫描用铟-Fe抗坏血酸；肝血池扫描用铟-输铁蛋白。

10）其他用途：

①锑化铟和砷化铟可用于红外探测和光磁器件。

②铟可在蓄电池中作为添加剂，在无汞碱性电池中作为缓蚀剂，可使电池成为绿色环保产品。

图9-4 铟锭

③铟可用作防雾化层。

④日本索尼公司以铟代替钪，用作电子枪阴极，使每根电子枪的成本降到十分之一左右。

4.来源、制备、价格及价值

（1）来源1863年德国弗赖贝格（Freiberg）矿业学院物理学教授F.赖希和H.T.里希特为了寻找铊而研究闪锌矿，铊被发现和取得后，赖希由于对铊的一些性质感兴趣，希望得到足够的金属进行实验研究，他在1863年开始在夫赖堡希曼尔斯夫斯特（Himmelsfüst）出产的锌矿中寻找这种金属，这种矿石所含主要成分是含砷的黄铁矿、闪锌矿、辉铅矿、硅土、锰、铜和少量的锡、镉等。赖希认为其中还可能含有铊，虽然实验花费了很多时间，他却没有获得期望的元素，但是他得到了一种不知成分的草黄色沉淀物，他认为是一种新元素的硫化物，就用光谱进行分析。可是赖希是色盲，他请求助手H.T.李希特进行光谱分析实验，李希特在分光镜中发现一条靛蓝色的明线，位置和铯的两条蓝色明亮线不相吻合，认为是一种新元素，就根据希腊文中“靛蓝”（indikon）一词命名它为indium（铟，In）。同年，他们首先分离出铟的氯化物和氢氧化物，接着利用吹管在木炭上还原成金属铟。两位科学家共同署名发现铟的报告，于1867年在法国科学院展出。

铟是元素周期表中的第三族元素，硼、铝、镓、铟、铊系列的第四位，铟属于分散元素，在地壳中含量非常低，非常稀少，全世界铟的地质含量仅为1.6万t，为黄金地质储量的1／10，在地壳中的含量与银相似，但产量仅为银的1％，含量约为1×10^－5，没有独立矿物，广泛分布于闪锌矿中，闪锌矿中铟的含量为0.0001％～0.1％。铅锌冶炼厂和锡冶炼厂都能回收铟，当其含量达十万分之几时，就有工业生产价值，目前主要是从闪锌矿中提取。另外，从锌、铅和锡生产的废渣、烟尘中也可回收铟。我国是全球第一大原生铟供应国。铟矿物，如硫铟铜矿（CuInS₂）、硫铟铁矿（FeInS₄）、水铟矿[In（OH）3］，伴生在其他有色金属硫化矿物中，特别是硫化锌矿，其次是方铅矿、氧化铅矿、锡矿、硫化铜矿和硫化锑矿等，但量极少，虽然在一些有色金属精矿中铟得到初步富集，但由于铟品位低，一般不可直接作为提铟原料，上述有色金属精矿经过冶炼或高炉炼铁后得到的粗锌、粗铅、炉渣、浸出渣、溶液、烟尘、合金、阳极泥等是提铟的主要原料。

我国的铟保有储量为13014t，分布在15个省区，主要集中在云南（占全国铟总储量的40％）、广西（31.4％）、内蒙古（8.2％）、青海（7.8％）、广东（7％）等省。

铟的供应主要分为原生铟和回收铟。原生铟的生产主要来自中国、韩国、加拿大和日本，再生铟主要在日本、韩国和我国台湾省等。日本是世界上最大的铟消费国，每年铟需求量占世界铟年产量的70％以上，绝大部分从我国进口。基于铟的稀缺和不可替代性，美国从1985年开始金属铟的储备。2007年，日本也将铟列入战略储备金属名单。2007年铟的全球供应量为1249t，其中原生铟549t，再生铟700t，我国供应原生铟249t。目前全球的铟产量只有300t左右，且其产能不会急剧增长。

（2）制备 铟一般与其性质类似的锌、铅、铜和锡等共生，附着在锌矿、铅矿石上，从锌、铅、锡等重金属冶炼的副产物中回收生产，世界上铟产量的90％来自铅锌冶炼厂的副产物。根据回收原料的来源及含铟量的差别，应用不同的提取工艺，以达到最佳配置和最大收益。常用的工艺技术有氧化造渣、金属置换、电解富集、酸浸萃取、萃取-电解、离子交换、电解精炼等。

1）萃取-电解法。这也是现今世界上铟生产的主流工艺技术，工艺流程为：含铟原料→富集→化学溶解→净化→萃取→反萃取→锌（铝）置换→海绵铟→电解精炼→精铟。

2）为了简化铟的提取流程，降低生产成本，提高金属回收率，针对原有的萃取-电解法生产工艺，研究开发了“富铟粗铅电解—铅电解液萃铟”提取工艺，确定了新工艺的最佳工艺参数。工艺流程为：粗铅熔化铸成极板，装入电解槽通电进行电解，阳极中的铟溶解进入电解液，当铟富集到一定浓度后，抽出电解液进行萃取、反萃，富铟反萃液经pH调节、置换、压团熔铸后得到粗铟。

3）从炼锌副产品中回收铟。日本同和矿业公司以炼锌中产生的净液残渣作为原料，先分离和浸出，脱铜、脱铝，除去原料中与镓铟性质相似的重金属，然后在富集镓铟的溶液中加入盐酸，混合搅拌，调整酸度之后，再用醚萃取铟，使它和镓及其他金属分离，最后用水反萃出铟，再经置换、熔融和电解。在每次电解中需调整电流密度和电解液的酸度，以除去微量的镉、锡和铝等，生产出4N以上的金属铟。此外，铟的选择性分离法是把铅、锌冶炼过程中产生的含有微量的铟烟尘、阳极泥等各种残渣以及电解排出液作为原料，采用含萃取剂膦酸二（2-乙基己基）酯的有机溶剂，在pH小于1.0的条件下，对含铟及其他金属的硫酸溶液萃取，然后用盐酸进行反萃，从而选择性分离铟，其萃取铟的效率可高达98％以上。

4）从矿渣中回收金属铟。从锑、锌矿渣中回收金属铟一般采用酸化浸出-萃取法。在其他矿渣，如铁矾渣、铜渣等中也含有稀散金属铟。冰铜冶炼转炉吹炼得到的铜渣中铟含量达0.6％～0.95％，具有较大的回收价值。从铁矾渣中富集、回收铟可采用还原挥发处理和萃取提铟新工艺，将铁矾渣在高温下用碳还原，并加入某助剂使铟从渣中挥发出来，形成富铟物料，再进行浸出—萃取—电积，可得到纯度为99.99％的高纯铟，铟回收率大于80％，同时解决了铁矾渣的污染问题。进一步用电解精炼，可得纯度为99.9999％的高纯铟。

5）从烟灰中回收金属铟。冶炼烟灰中主要含有锌、铅、铜和铁等金属，同时含有少量铟。铟在冶炼烟灰中主要以In₂O₃、In₂S₃和In₂（SO₄）3等物相存在。从冶炼烟灰中回收铟主要采用酸浸-溶剂萃取法。株洲冶炼集团采用硫酸直接浸出-萃取法从铅浮渣反射炉烟尘中提取铟，在硫酸溶液中浸出，铟的浸出率为90％，用P204作萃取剂，适当条件下溶液中铟的萃取率可达85％，用HCl作反萃剂，反萃率在95％以上。在酸浸过程中加入NaCl有利于进一步提高铟的浸出率。对铅烟灰进行酸化焙烧—水浸，铟浸出率提高到88％以上。在萃取过程中采用P204水平箱萃取法，铟的萃取率从90％提高到95％。

6）液膜法。从废水中回收金属铟，液膜分离法是一种高效、快速、节能的高新分离技术。以P291为流动载体，L113A为表面活性剂，液体石蜡为膜增强剂，煤油为膜溶剂，硫酸和硫酸肼水溶液为内相试剂，用该乳状液膜体系对铟进行分离富集。

7）从合金中回收金属铟。以铅、锡等为主体的多元合金及金属化合物，含有铟、锗等有价金属，可采用碱熔、酸浸的方法回收铟、锗等有价金属。如电炉底铅是以铅、锡等为主体的多元合金及金属化合物，往电炉底铅中加入NaOH，进行碱熔和碱煮，将细浸出渣酸浸，两段酸浸的铟总浸出率达99％，铟直收率达84.3％。

我国铟的提取工艺在20世纪90年代初获得突破，在有色金属工业快速发展的大背景下，铟的提取工艺普及非常快，特别是铟价高涨之后，铟的综合回收受到企业的普遍重视，国内科研单位和生产企业针对各种含铟物料的提铟工艺又取得长足进展，因此我国铟产量增长迅速。主要生产厂家的工艺特点，在于针对不同的含铟原料采取不同的初步富集方法和溶解技术，再根据介质情况选择适合的萃取剂。如华锡集团和柳州铟泰科技有限责任公司，提铟原料为含铟量大约0.2％的炼锌铁钒渣；葫芦岛锌厂、韶关华力公司、韶关冶炼厂则是从含铟2％～3％的硬锌块中提铟；株洲冶炼厂用置换渣（含铟2％～3％）作为提铟原料；柳州锌品公司从生产立德粉的浸出渣（含铟0.2％）中提炼。

（3）价格 我国是全球第一大原生铟供应国，然而这一垄断性资源优势却没有体现出“中国价值”，其原因有以下几方面：

1）铟资源价格长期遭受外国厂家的压制。2010年7月16日，我国19家具有铟出口资质和配额的企业就MB（MetalBul—letin，英国《金属导报》周刊）的精铟报价问题发表联合声明：认为MB报道的精铟价格不能代表当前中国市场的主流价格。2010年6月中旬以来，我国厂商未曾以MB所报道的低价出货，上述企业要求MB公正地发布即时市场价格，否则将联合业内人士拒绝参照MB的报价，并拒绝向其提供任何有关信息。19家企业“激烈”行动背后正是我国在国际铟市场缺少话语权的具体体现。自2010年6月9日以来，MB对铟金属的最低报价就一直维持在520美元／kg，我国企业对此明确提出异议，认为MB报价低于市场主流价格，MB声称其报道的低价确为中国出口的不含税价格。在几次与MB沟通未果的情况下，我国企业通过公开申明的方式表明自己的立场，而中国有色金属工业协会铟业分会（以下简称铟业分会）也表态称，我国是铟最主要的原产地，理应在铟的价格问题上更有话语权，从6月至7月，铟业分会就MB低报中国铟价格与对方进行了一个半月的艰难磋商，最后迫使MB正视中国企业的要求，提高了报价。

2）日本控制铟加工核心技术。日本是铟需求大国，我国70％的铟出口日本。在铟产业链中，我国通过消耗大量的铟资源赚取微薄的利润，而日本等国却将每年从我国大量进口的低价铟加工成高端产品，再以高价卖给我国。以目前的市场价格为例，我国出口的精铟价格仅为每吨300万元左右，但从日本进口的铟靶材（ITO粉）高达每吨两三千万元，价格接近精铟的10倍。铟是ITO靶材生产的主要原料，自1994年以来，国内有不少企业联合高校对相关技术进行研发，但至今无法掌握高品质ITO靶材制作所需的技术，这些技术目前主要被日本的几大公司掌握，日本矿业公司、三井产业等4家企业控制着全世界95％左右的ITO靶材市场份额，我国株洲冶炼集团有限公司等公司曾与日本企业进行过谈判，但一直无法引进相关技术。

3）铟价低，波动大。铟价历史上最高曾达到9000元／kg，2010年初报价还是7000～8000元／kg，到了2010年2季度突然暴跌，仅仅三四个月的工夫一路跌到1000多元／kg。一直以来，铟金属的价格波动都比较频繁，上下起伏很大。这是因为铟出口价格掌控在国际订货商手中，他们有需求，价格就上去，反之就下降。而且国际买家到我国采购采取询价策略，当市场出现暂时性过剩时，国内很多企业都恐慌性抛货、降价，致使铟市场的价格波动大。

4）非主营业务。铟矿多伴生在有色金属硫化矿物中，特别是硫化锌矿，其次是方铅矿、氧化铅矿、锡矿等，需通过相关工艺才能提炼出铟。目前包括株洲冶炼集团有限公司、深圳市中金岭南有色金属股份有限公司、葫芦岛锌业股份有限公司、西藏珠峰工业股份有限公司、云南罗平锌电股份有限公司等企业都有铟业务，但对于株洲冶炼集团有限公司等企业来说，铟并不是主营业务，而是副产品，生产成本低，因此价格也往往不高，这也造成了铟价格一直被市场低估。

5）产业链延伸不够。国内在产业链延伸方面的科技投入不够，致使铟的深加工产品不能生产，国内下游行业直接消费少，精铟必须依赖出口。

6）原料价格上涨，环保跟不上。与铟价的低迷相比，各种提取铟的原材料价格、各种辅助材料价格一直上涨，挤压了粗铟的利润空间；环保等方面的要求日益严格，由于没有成熟的处理铟生产废水的方法，许多小铟厂被迫关闭，制铟企业承受着巨大的环保压力。

7）关税压力。2007年6月18日开始，我国对铟出口实行许可证和配额管理，并征收15％的关税，而在此前，出口铟可以享受退税13％。一进一退之间利润的巨大下滑，也加速了小铟厂的关闭。在个旧，颇有实力的乘风有色金属由于没有利润，虽然拥有铟出口配额，但也不得不停止生产。

8）供大于求。根本上来说，铟市场一直处于供大于求的局面，来自欧洲、美国及日本的厂家需求持续低迷，致使铟价格低位徘徊。

9）管理不到位。出口配额分配不够合理，并没有按照具体的市场情况来决定，如有的区域只拥有2t的配额，而当地一年的铟产量可以达到50t，但国内铟产品的应用根本支撑不起内销市场。目前我国有4个铟产品海关税则号，基本适用于冶炼产品，而国内外大量需要的铟靶材则没有单独的税则号，这对行业统计、了解下游行业需求以及引导国内深加工产品发展极为不利，因为没有铟靶材税则号，造成铟业分会至今无法核实国内出口、进口铟靶材的量，也无法知道需求，不利于铟靶材产业化的发展。铟业分会在提交2011年海关税则号更新目录中再度提交了铟靶材税则号。

（4）改进措施

1）完善铟产业政策。国家近年来已经意识到了铟资源的重要性，因此实行了出口配额许可证管理制度，并取消了出口退税，同时增加了出口关税，目的就是要保护国内的铟资源，规范铟行业的发展，使铟价格能够符合其价值。

2）中国的铟金属产业规模小，企业多而散，想夺回定价权，必须“抱团”。2009年9月，中国有色金属工业协会成立铟业分会，为铟行业搭建一个交流的平台。

3）开辟国内市场。掌权定价权的要点是能生产下游产品，开拓国内市场，将铟靶材产业化，并应用于太阳电池。用铟最多的是ITO靶材，主要应用于平板液晶行业，但铟靶材国内基本没有实现产业化，主要靠进口。铟靶材产业投资大，技术要求高，至少需要投入2亿～3亿元，这不是一般的小铟厂可以承受的。另外，薄膜太阳电池和LED的快速发展，将是铟最重要的应用领域之一。业内应以专家牵头，组织力量齐心攻破这两道难关。

（5）铟的价值

1）铟作为一种优良的改性剂，有“金属维他命”之称，良好的商品属性支撑了铟的金融属性的开发。

2）铟具有很好的保值性能，一些金融部门已经接受铟作为融资工具进行抵押贷款。

3）铟还可以作为投资工具活跃于资本市场，一般金属行情波动周期为5～7年。铟具有很好的价格波动性，每年铟价会有两轮涨势。日本是目前最大的铟消费国，每年4月份日本的通关优惠政策会导致日本采购大增，铟价暴涨；11月底前日本、韩国企业则会为第二年生产提前2～3个月大量采购，价格也会小涨。如此波动的行情有利于投资者利用金融杠杆进行有效操作，获取利益。

4）铟还可能与股票债券等硬性资产相提并论，用作风险规避。铟与银价值非常相近，而相比之下铟更加稀缺。铟优于黄金投资的理由还在于，金价已经到达一个高位，而铟的储量只有1.6万t，用量却以每年10％～15％的速度上升，未来价格有翻倍可能。尽管短期内市场暂时疲软，但长期来看，如果没有强力的替代材料出现，铟的价格总会有所突破。

5）供不应求态势确立。一方面，随着铟在薄膜太阳电池、LED等新领域的应用日益广泛，铟的需求量有望保持每年10％～15％的增速；另一方面，伴随着以我国为代表的铟资源国对铟实现战略储备和出口配额，原生铟的供应将逐步呈现收紧态势，而再生铟的供给也存在瓶颈，从中长期来看，铟的供不应求态势基本确立，预计2015年铟的需求量将达到3000t／年，铟价有望回归合理价值2000～3000美元／kg。

5.危害及防治

（1）危害 美国和英国已公布了铟的职业接触限值为0.1mg／m³，而这两个国家铅的标准为0.15mg／m³。依据毒理学研究结果，铟及其化合物的急性毒性大多属于低毒或微毒。铟及其化合物经过消化道吸收剂量很小，动物实验表明，水溶性大的盐类吸收量稍多，但通常未超过摄入量的1％。铟及其化合物的粉尘是职业接触的主要形式，其通过呼吸道吸收的剂量也与水溶性有关。给实验动物气管内吸入或注入可溶性铟盐或氧化铟，可以观察到肺部炎症、心肌和肝肾细胞的变性。研究者发现，实验动物吸入不溶性三氧化二铟粉尘，造成肺泡蛋白沉着，但是没有发生纤维化的表现。铟及其化合物通常不会造成皮肤损害。

由于铟的工业应用通常是和其他物质生成混合物质，其对人体的协同损害作用依然有待研究。

（2）防治 在生产企业建设过程中，针对可能存在铟及其化合物污染的工程项目，需要做到卫生防护措施和生产工艺同时设计、同时施工、同时投产使用，做好有害因素的源头治理。在铟及其化合物作业环境中，需要有效的通风设施，生产过程中尽可能封闭粉尘来源，保证工作场所铟及其化合物空气浓度标准符合国家职业卫生标准。工作中接触铟及其化合物的场合，需要强调预防为主的理念，做好必要的职业卫生防护。劳动者在工作场所需要戴防尘口罩，遵守操作规程。从事铟及其化合物作业的人员，应当定期接受职业健康检查，对存在职业禁忌者，应及时调离铟及其化合物作业场所。

吸入铟产生的职业病原本很少见，但随着大量液晶屏幕生产厂家落户我国，这种现象必须引起我们的重视。