濒危元素

许多高科技设备中关键元素的长期供应正受到威胁，但真的会发生灾难吗？理查德·史蒂文森调查

安静的夜晚比以往任何时候都更好。从阴极射线管到纯平屏幕的转变使我们的电视变得越来越小，越来越大，画面也更加清晰。我们还有更多可供选择的观看内容。不再局限于四个或五个地面频道上显示的内容，借助Netflix等互联网流媒体服务，我们可以从数百甚至数千个节目中进行选择。而且，如果我们不全神贯注于观看的内容，那么我们随时可以通过轻按智能手机随时关注新闻并与朋友交流。

但是，所有这些好处都取决于化学元素，这些化学元素很少（如果有的话）可以查看夜间新闻或备受瞩目的纪录片。一种这样的元素是铟，它与锡和氧形成合金，形成覆盖电视，手机和笔记本电脑屏幕的透明导电氧化物。铟还用于红外激光器中，红外激光器通过光纤使互联网传输数据。与镓结合使用时，它可用于制造使我们的屏幕背光并照亮我们的房屋的LED。镓还出现在智能手机，提供面部识别的激光以及增强发送到基站信号的放大器中。最后，这些设备中的许多设备都具有包含非常薄的二氧化ha作为绝缘体的集成电路。该层取代了基于二氧化硅的绝缘体，它不能阻止电子从当今先进的晶体管中泄漏出来。

不幸的是，人们怀疑这三个关键元素（镓，nium和铟）的长期可用性。美国化学学会列出了九种元素，它们在未来100年内面临着对供应的“严重威胁”（其他六种元素是砷，锗，金，氦，碲和锌）。尽管一些报道即将来临的短缺的报道（包括BBC于2014年首次提出的报道，称铟最早可能在2025年耗尽）已经被夸大了，但是对于未来在智能手机和其他高科技设备中发现的元素供应仍然存在严重的疑问。

乍一看，这些问题似乎很容易回答。只需找出那里有多少物料，将这个数字除以每年的预计消耗量，结果就会告诉您该元素将持续多长时间。不幸的是，出于以下三个原因，这种“封底”的方法无法为您提供正确的答案。它没有考虑产生物质的过程。它假定提取存在的所有材料在财务上是可行的；它会忽略这些存款的位置，以及对其的了解或报道的很少。

对于铟，镓和ha，由于无法直接开采这些元素，因此对未来的预测尤为复杂。相反，它们是副产品。铟来自锌矿开采；精炼氧化铝时主要从铝土矿中提取镓；在锆矿床中发现了ha。在所有这三种情况下，有关生产的问题在未来短缺的讨论中占了很大比重。

供求定律表明，如果铟快要用完了，它的价格应该会更高。好消息是，在过去的十年左右的时间里没有证据表明这种情况发生。但是，这并不意味着电视，智能手机，照明和激光制造商应该松一口气，因为粗略浏览原始价格数据并不能揭示小市场价格变动的真正动力。

每年铟的全球产量仅约800吨-如此之小，以至于这种柔软的银色金属在世界上任何金属交易所都没有交易。因此，单个供应商的行为会对价格产生重大影响。在2002年至2005年期间，由于法国一家大型炼油厂的关闭以及需求的增长，铟的价格从每吨100美元猛涨至10倍左右。最近，铟的价格从每吨约500美元跌至每吨300美元，此前中国政府支持的交易平台Fanya Metal Exchange在2015年因涉嫌大规模欺诈而倒闭。德国Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf的研究员马克斯·弗伦泽（Max Frenzel）研究了铟，镓和锗的供应，他解释说Fanya的失败是重要的，因为据报道该交易所积累了大量的铟。官方数字是3600吨，尽管Franzel警告说，很难知道这个数字是否现实。他指出，为了使数字准确，交易所“必须在整个十年内积累整个中国的所有产量”。

自Fanya倒闭以来，铟的需求停滞不前，生产轻松满足了行业需求。中国和韩国各自生产了大约三分之一的产品，加拿大和日本也做出了进一步贡献。如果将来需要增加产量，一个相对容易的选择是增加生产铟的锌冶炼厂的比例。 Frenzel估计，如果需要的话，初级锌的生产可能产生的铟量是当今的两倍或三倍。然而，增加锌的产量并不是一个立即的解决方案，因为冶炼厂安装新产能通常需要两到五年的时间。

增加铟产量的另一种方法是回收和再利用更多的铟。大多数铟用于制造用于屏幕的铟锡氧化物薄膜，并且当涂覆这些涂层时，90％或更多的铟最终会进入溅射机本身。该废料被回收，因为这样做对制造商而言具有经济意义。但是，扔掉电视，笔记本电脑和手机时，情况就不同了。由于每个单元中的铟都很少，因此回收它被认为不值得。

考虑到循环利用的水平，铟需求的趋势以及提供其来源的原材料的生产，Frenzel预测，在20至30年内，可用供应可能难以满足需求。届时价格将上涨，这可能导致更多的供应开始供应。例如，如果铟价格上涨一个数量级，则某些锌矿可能会变成铟矿。

镓的生产规模甚至比铟还要小，2018年的全球总量仅为410吨。其中大部分用于制造激光器，LED和射频功率放大器。

像铟一样，镓的生产地不能反映其原料的全球分布。尽管全球镓供应量的95％来自中国，但中国供应商仅生产世界上约一半精炼氧化铝的氧化铝，氧化铝是大多数镓的来源。

镓的产量在2015年达到470吨的峰值，导致最近几年供过于求。这种盈余正在帮助降低由于各种原因而持续下跌40多年的价格。扣除通货膨胀因素后，镓价格已从1970年代的每吨3000美元暴跌至如今的每吨300美元至400美元。

价格下跌是一个迹象，表明对未来镓供应的担忧远不及铟的担忧。 Frenzel解释说：“目前，我们的产量仅为镓的五分之一至二十分之一，而铟仅为三分之一至一半。”即使Frenzel同意镓的需求增加是长期趋势，他认为氧化铝和其他副产品的镓供应不能满足需求至少需要40年。即使发生这种情况，镓价格的上涨也将带来更多的产量。他说：“在接下来的五十年里，应该不会有问题。”

与铟或镓不同，世界上的ha生产商并不面向消费品。硅集成电路仅消耗年产量的3-5％。最大的份额是五分之三，用于制造承受极高温度和高压的超级合金。这些合金被广泛应用于航空航天工业，其特征在于火箭排气管的外壳和涡轮叶片。的其他用途包括用于焊接的等离子切割头，核控制棒和催化剂前体–这些应用分别占全球产量的15％，10％和7％。

for的主要来源是氧化锆，其原始开采形式始终含有约1.8％的ha。对于大多数氧化锆用户而言，少量ha几乎没有什么区别。但是，对于核工业而言，必须除去removed以生产纯锆。因此，控制棒的制造者和使用者对ha的生产水平产生很大的影响。

为了摆脱ha的束缚，并为现有的（主要是在中国的）生产者建立替代方案，一家名为Alkane Resources的公司正在尝试建立a的新来源。这家总部位于澳大利亚的公司希望在新南威尔士州建设一座矿山，并在其旁边建造一座加工厂。据Alkane技术总监Ian Chalmers称，该矿每年可产生150至200吨ha。这是一笔不小的数目：到2025年，全球市场预计将达到每年100至160吨。 Alkane的项目已获得政府批准，并且在示范工厂进行了试生产（见图）。查默斯说，最后的障碍是赢得扩大规模设施的投资。

总体而言，现有证据表明铟，镓和ha的供应应持续数十年。除此之外，这很难说-也难以让投资者或Frenzel这样的独立专家做出预测。

但是，即使这些来源确实干dry了，也可能没有关系。历史证明，当一种材料短缺时，经常会出现替代品。例如，在1970年代，扎伊尔（Zaire）的战争打乱了钴的开采，而钴是最早的永磁体中必不可少的成分。之后，稀土磁铁取代了它们。同样，人们也在努力寻找铟导电氧化物的替代品，银纳米线，银纳米球，金属网，聚合物和碳的同素异形物都有望实现。因此，很难想象由于某些要素短缺而使技术向后退一步的情况。因此，如果您度过一个美好的夜晚，请放松身心：您将来的观看体验可能会比今天更好。