33 874
21 августа 2021 в 8:00
Автор: Виталий Олехнович

Редкий и очень важный индий для ваших смартфонов

Современный мир нуждается в редкоземельных элементах, функцию которых не может выполнить другое сырье. Или по крайней мере не может выполнить достаточно эффективно по сравнению с тем, что есть у нас сегодня — от бытовой электроники до энергетики и военного оборудования. Индий является одним из таких элементов — ключевым в производстве современных сенсорных экранов для мобильной электроники.

Казалось бы, рассчитать, когда возникнет нехватка того или иного материала, не так уж и сложно: просто вычисляем, сколько материала находится в земной коре, делим на годовое потребление промышленностью — и понимаем, когда запасы могут быть исчерпаны.

Но большинство редкоземельных элементов под поверхностью находятся в настолько следовых количествах, что определить их запасы практически невозможно. К тому же многие известные источники или залежи слишком сложно и дорого разрабатывать: полученный выхлоп не окупится.

Марганец, например, в огромном количестве залег на дне Мирового океана — там сотни миллиардов тонн. Однако добывать глубоководные ресурсы сегодня сродни путешествию в космос: дорого и нецелесообразно.

Добыча других редкоземельных элементов часто связана с работой с рудой, содержащей радиоактивный уран и торий. К ним тоже просто так не подступишься, нужна специальная обработка и хранение.

Поэтому многие РЗЭ сегодня не добывают напрямую, они скорее являются побочным продуктом добычи других ресурсов. Герой нашей сегодняшней публикации — индий — мягкий серебристый элемент, который получают при рафинировании свинца или цинка.

Вообще, запасы индия в земной коре, по оценкам специалистов, составляют 0,05 части на миллион. Он оказывается более распространенным, чем серебро, но разбросан настолько широко, размазан таким тонким слоем, что не встречается в достаточно высоких концентрациях для образования полезных залежей.

Каждый день с индием

Взаимодействуем с плодами существования индия мы каждый день. В сплаве с оловом и кислородом он превращается в прозрачный материал, который содержится в экранах всех современных мобильников. Этот оксид обладает хорошей электропроводностью, что обеспечивает сенсорные возможности (и прозрачность) для наших наладонников. Но использовать его начали задолго до этого.

К слову, с Индией у индия никакой связи нет. Просто ученые сперва изобрели спектроскоп, который позволял им отличать химические элементы друг от друга путем анализа их индивидуального спектра при нагреве. Немецкие химики Райх и Рихтер изучали спектр цинковой обманки в поисках теллура, а наткнулись на линию металла голубого цвета, которая в 1863 году еще не встречалась. Собственно, цвет индиго и вдохновил на название «индий».

Сперва индий использовали в качестве материала покрытия, а в 1930-х начали в промышленных масштабах применять в стоматологических сплавах, а позже — в военных самолетах времен Второй мировой войны для защиты подшипников в двигателях от коррозии.

По-настоящему важным индий стал в производстве тонких пленок из сплава оксида индия и олова. Сенсорные экраны представляют собой сэндвичи, в которых и нашлось применение новому сплаву. Тонкая пленка оксида индия-олова укладывается на стеклянную основу и сверху прикрывается защитным стеклом. Пленка прозрачная и проводит ток. Первое важно для того, чтобы пользователь мог рассмотреть через этот полупроводник информацию, второе — потому что сенсорный экран должен регистрировать изменение напряжения на своей поверхности, когда к ней прикладывают палец.

Резистивные бутерброды приходилось практически продавливать

Кожа человека — это тоже хороший проводник электричества. Когда кожа соприкасается с емкостным экраном, возникает утечка тока. Датчики регистрируют изменение напряжения, передают информацию на контроллер, который и вычисляет координаты точки касания.

За долгие годы совершенствования технологий сенсорные экраны прошли путь от резистивных (когда нажатие следовало делать с усилием, чтобы токопроводящие слои соприкасались) до емкостных. И количество способов укладки и уменьшения слоев в последних также снижалось. Однако как сам принцип, так и важность пленок из оксида индия-олова остаются незыблемыми.

Кроме того, пленки из сплава используются в антибликовых покрытиях, в дисплеях в качестве проводящих прозрачных электродов, в органических светодиодах, в антистатических покрытиях и для экранирования от электромагнитных помех.

Замечали ли вы, что ветровые стекла в кабине пилотов Airbus порой выглядят так, словно в них разлили масло? На самом деле эта переливающаяся радуга создается нанометровым токопроводящим покрытием из оксида индия-олова — чтобы ветровое стекло не замерзало.

Новые телекоммуникационные сети создают спрос на индий. Точнее, на фосфид индия. Компания Infinera использует это соединение в качестве основного технологического материала для производства фотонных интегральных схем для оптической телекоммуникационной отрасли, лазеров и ресиверов. С его помощью добиваются передачи сигналов по оптике на расстояния более 5 тыс. километров.

Редкий — значит дефицит?

Учитывая важность индия, любой его дефицит влечет за собой повышение цен. Всего в мире добывается около 900 тонн индия в год, больше половины — в Китае. Также его добывают в Канаде, Южной Корее, Тайване и Японии. И единственное событие может иметь катастрофические последствия для стоимости индия.

Например, в период с 2002 по 2005 год цена на индий взлетела с $100 за один килограмм до примерно $1000. Триггером послужило закрытие крупного нефтеперерабатывающего завода во Франции. По данным на 2019 год, килограмм индия стоил около $390.

Как уже говорилось выше, индий — это побочный продукт добычи цинка. Образующиеся в ходе процесса его производства индийсодержащие отходы собирают, выщелачивают в нескольких стадиях с определенным количеством химикатов, добавляют растворителей, осаждают индий в этом растворе, а затем с помощью электролитического рафинирования получают конечный продукт.

Эти тонкие пленки практически не имеют коммерчески доступных заменителей. Но может ли миру грозить дефицит индия? Ученые и эксперты сомневаются. Да, элемент редкий, однако одним относительно простым решением для увеличения объемов производства может быть увеличение доли цинковых заводов, которые производят индий. Обычно плавильному заводу нужно от 2 до 5 лет, чтобы установить новые мощности.

Альтернативой увеличению мощностей является переработка и повторное использование индия. Бо́льшая его часть сегодня задействована в пленках оксида индия-олова. Но когда смартфон выбрасывают, извлекать это пускай и важное, но ничтожно малое количество индия оказывается финансово нецелесообразно: настолько нас пока не прижало.

Специалисты прогнозируют, что через 20—30 лет имеющееся предложение может с трудом поспеть за возросшим спросом. К тому моменту цены на индий вырастут, что сделает его добычу более привлекательной и спровоцирует рост предложения.

Наш канал в Telegram. Присоединяйтесь!

Есть о чем рассказать? Пишите в наш телеграм-бот. Это анонимно и быстро

Перепечатка текста и фотографий Onlíner без разрешения редакции запрещена. nak@onliner.by

Автор: Виталий Олехнович
/ Теги: Onliner
Без комментариев