Polvo de indioes un elemento metálico con el símbolo en y un número atómico de 49, ubicado en el Grupo IIIA del quinto período de la tabla periódica. CAS 7440-74-6, la fórmula molecular está en, que es un metal blanco plateado con un color azul claro. Tiene una textura suave y puede ser rayado por uñas. Fuerte plasticidad, buena ductilidad y se puede comprimir en sábanas. El metal de indio se usa principalmente como materia prima para fabricar aleaciones de bajo punto de fusión, aleaciones de cojinetes, semiconductores, fuentes de luz eléctrica, etc. El indio no es tóxico, pero debe evitarse del contacto con la piel y la ingestión. Debido a su fuerte permeabilidad y conductividad de luz, se utiliza principalmente en la producción de objetivos de ITO (para la producción de pantallas de cristal líquido y pantallas planas), que es el área principal de consumidores de lingotes de indio, lo que representa el 70% del consumo global de indio.
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Fórmula química |
En |
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Masa exacta |
115 |
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Peso molecular |
115 |
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m/z |
115 (100.0%), 113 (4.5%) |
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Análisis elemental |
En 100.00 |
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Polvo de indio, como metal raro, se ha convertido en un recurso estratégico indispensable en tecnología e industria modernas debido a sus propiedades físicas y químicas únicas. Desde pantallas de teléfonos inteligentes hasta barras de control del reactor nuclear, desde células fotovoltaicas hasta computación cuántica, la aplicación de indio ha penetrado en todos los aspectos de la vida humana.
1.1 Material objetivo ITO y película conductora transparente
El área de consumo más grande de indio (que representa el 70% del mundo) es la producción de objetivos de óxido de lata de indio (ITO), que se utilizan para fabricar electrodos conductores transparentes para pantallas de cristal líquido (LCD), pantallas táctiles, pantallas OLED y paneles solares. La película ITO se deposita en sustratos de vidrio o poliéster a través del proceso de pulverización de vacío, con una transmitancia de más del 90% y una resistencia superficial tan baja como 10-100 Ω/□, equilibrando perfectamente la conductividad y la transparencia.
Casos de aplicación típicos:
Películas inteligentes y televisores: más del 90% de las pantallas globales de teléfonos inteligentes usan la película ITO. El grosor de la capa ITO de la televisión OLED de 65 pulgadas de cierta marca es de solo 200 nanómetros, pero transporta el 95% de la transmisión de señal táctil.
Vidrio de ahorro de energía de construcción: el vidrio bajo en E recubierto con ITO puede reducir el consumo de energía del edificio en un 30%. Esta tecnología se aplica al vidrio de pared exterior del edificio del Centro de Shanghai, reduciendo las emisiones de dióxido de carbono en más de 2000 toneladas anuales.
Cabril de aviación: el parabrisas de la aeronave Boeing 787 está integrado con la película de calefacción de ITO, que puede deleitar en 10 minutos en un entorno de -50 grados, aumentando la eficiencia en 5 veces en comparación con las soluciones tradicionales de alambre de resistencia.
1.2 Nuevas tecnologías de visualización
El indio muestra potencial en campos emergentes como micro LED y pantallas de puntos cuánticos. Los puntos cuánticos de fosfuro de indio (INP) pueden lograr una cobertura de gama de color 100% NTSC. El televisor de punto cuántico de 8K lanzado por cierto fabricante tiene un espesor de capa de punto cuántico INP de solo 5 micras, lo que aumenta la pureza de color en un 40% en comparación con las soluciones tradicionales.
2.1 Materiales de semiconductores compuestos
El indio es el componente central de los semiconductores compuestos como el fosfuro de indio (INP), el arsenuro de indio (INAS) y el nitruro de indio galio (Ingan), y se usa ampliamente en campos como comunicación 5G, detección de fibra óptica y radar láser.
Caso de avance tecnológico:
Amplificador de potencia de la estación base 5G: basado en el transistor de movilidad de electrones INP (HEMT), la frecuencia de funcionamiento puede alcanzar los 300 GHz, y la densidad de potencia es tres veces mayor que los dispositivos GaAs. Después de una determinada estación de base macro del proveedor de equipos de comunicación adopta INP PA, el radio de cobertura se expande en un 20%.
LiDAR de conducción autónoma: láser de luz azul basado en Ingan (450 nm) combinado con el fotodetector INP logra la detección a una distancia de 200 metros. El módulo LiDAR del Modelo Y de Tesla adopta esta solución, que aumenta la densidad de nubes de puntos en un 50%.
2.2 Tecnología de fabricación y dopaje de chips
El indio, como un dopante de tipo P, puede mejorar significativamente el rendimiento de los transistores de germanio. El transistor cuántico antimónido de indio (INSB) desarrollado por un determinado laboratorio tiene una movilidad de electrones de 300000 cm ²/(V · s) a una temperatura baja de 3K, que es 100 veces más rápida que los dispositivos basados en silicio y proporciona materiales potenciales para chips de computación cuántica.
3.1 Células fotovoltaicas
Las células solares de la película delgada de selenuro de indio de cobre (CIGS) son una aplicación histórica de indio en el campo de energía. Su eficiencia de conversión fotoeléctrica alcanza el 23.35% (según los datos de laboratorio ZSW en Alemania), y tiene un excelente rendimiento de luz débil, generando un 15% más de electricidad que las células de silicio cristalinas en clima lluvioso.
Progreso de la industrialización:
Edificio Photovoltaics Integrated (BIPV): un producto de pared de cortina de vidrio CIGS lanzado por una determinada empresa con una densidad de potencia de 180W/m ² se ha aplicado al proyecto de la Torre Solar Dubai, generando más de 5 millones de kWh de electricidad anualmente.
Dispositivo fotovoltaico flexible: una celda CIGS flexible que usa electrodos transparentes de óxido de zinc de indio (IZO), con un radio de flexión de hasta 2 mm. Una empresa lo integró en el ala de un dron, extendiendo el tiempo de resistencia en un 30%.
3.2 Industria nuclear
La aleación de indio juega un papel crucial en los reactores nucleares:
Material de la barra de control: el isótopo de indio-115 tiene una sección transversal de absorción de neutrones térmicos de 199 bar. Un reactor rápido enfriado por sodio de cuarta generación en varillas de control de aleación de Ag, lo que mejora la precisión de la regulación del flujo de neutrones en un 20%.
Detector de neutrones: un detector de semiconductores basado en INP con una resolución de energía del 0.3% (@ 662KeV), que es 10 veces mayor que los detectores HE-3 tradicionales. Se ha utilizado para el monitoreo del flujo de neutrones en el reactor experimental termonuclear Internacional ITER.
4.1 Aleaciones de bajo punto de fusión
La aleación formada por indio, bismuto, estaño y otros metales (punto de fusión 47-122 grados) se usa ampliamente en:
Sistema de rociadores de incendios: en las boquillas de aleación de BI SN utilizadas en un centro de datos puede derretirse con precisión a 68 grados, con un tiempo de respuesta 3 segundos más rápido que las boquillas de bola de vidrio tradicionales, reduciendo las pérdidas de fuego en un 40%.
Material de sacrificio de impresión 3D: una compañía de aviación ha desarrollado un indio que contiene una aleación de sacrificio para la fabricación de agujeros de enfriamiento de películas de cuchilla de turbina, con una precisión de impresión de 0.05 mm, que es 5 veces más eficiente que el mecanizado de descarga eléctrica tradicional.
4.2 Revestimiento de recubrimiento resistente y anticorrosión
Los recubrimientos a base de indio funcionan excelentemente en entornos extremos:
Rodamientos aeroespaciales: los cojinetes principales de un determinado modelo de motor están recubiertos con níquel de indio, lo que reduce la velocidad de desgaste a 0.1 μ m/h a una temperatura alta de 500 grados, y prolonga la vida útil de los rodamientos no recubiertos en 8 veces.
Equipo marino: la superficie de las hélices del barco está recubierta con aleación de Zn, que tiene una resistencia a la corrosión de hasta 1000 horas en un entorno de pulverización de sal de NaCl al 3,5%, tres veces mayor que el recubrimiento de cromo.
5.1 Radioisótopos
Indium-111 (Half-Life 2.8 días) es un nucleido central en las imágenes médicas:
Diagnóstico tumoral: la inyección de octreotida marcada con IN-111 puede unirse específicamente a los receptores tumorales neuroendocrinos. Un estudio clínico mostró que su sensibilidad alcanzó el 92%, que es un 25% más alta que el examen de TC.
Monitoreo de inflamación: el escaneo de glóbulos blancos etiquetados en el 11 en 11 puede localizar focos de infección ocultos, con una tasa de precisión del 95% en el diagnóstico de infecciones articulares artificiales.
5.2 Biosensores
Los sensores basados en fosfuro de indio (INP) están surgiendo en el campo de la medicina:
Monitoreo no invasivo de glucosa en sangre: el sensor de onda de pulso de capacitancia fotoeléctrica INP desarrollado por una determinada compañía logra el monitoreo continuo de glucosa en sangre mediante el análisis de cambios en los espectros de la piel, con un rango de errores de error de error<10%. It has been recognized as a breakthrough device by the FDA.
Secuenciación de ADN:Polvo de indioLos transistores de efectos de campo de nanocables pueden detectar cambios en la corriente cuando pasa una sola molécula de ADN. Un equipo utilizó esta tecnología para aumentar la velocidad de secuenciación a 1000 bases por segundo, que es 10 veces más rápido que la plataforma Illumina.
El proceso de extracción de indio es principalmente el método de electrólisis de extracción, que también es la tecnología de proceso convencional de la producción de indio en el mundo de hoy. El flujo de proceso principal es: materias primas que contienen indio → enriquecimiento → disolución química → purificación → extracción → extracción posterior → reemplazo de zinc (aluminio) → esponja indio → refinación electrolítica → indio refinado.
El 90% de la producción de indio del mundo proviene de subproductos de fundiciones de plomo y zinc. El método de recuperación de fundición de indio es principalmente para recuperar el indio del cobre, el plomo y el zinc sembrando la escoria, la escoria y el lodo del ánodo por enriquecimiento. Según la fuente de materias primas recuperadas y la diferencia de contenido de indio, se aplican diferentes procesos de extracción para lograr la mejor configuración e ingresos máximos. Las tecnologías de procesos comunes incluyen escoria de oxidación, reemplazo de metales, enriquecimiento electrolítico, extracción de lixiviación ácida, electrólisis de extracción, intercambio de iones, refinación electrolítica, etc. En la actualidad, la extracción de solventes se usa ampliamente, que es un proceso de separación y extracción altamente eficiente. La aplicación del método de intercambio de iones en la recuperación del indio no se ha informado en la industrialización. En el proceso de separar el indio de la estaño y el cobre que son difíciles de volatilizar, la mayoría del indio se concentra en cenizas de combustión y escoria. En la separación de zinc y cadmio volátiles, el indio se enriquece en escoria de horno y escoria de filtro.
En el plomo ISP y el proceso de fundición de zinc, la mayor parte del indio en el concentrado se concentra en el plomo crudo producido en el proceso de rectificación de zinc crudo. Para recuperar el indio rico en indio y plomo, siempre se ha adoptado el proceso de extraer indio por ebullición alcalina, lo que tiene las desventajas de la pequeña capacidad de producción, el alto costo de producción y la baja tasa de recuperación de metales.
Para simplificar el proceso de extracción de Indium, reducir el costo de producción y mejorar la tasa de recuperación de metales, en vista del proceso de producción original de extracción de indio, el proyecto ha estudiado y desarrollado el proceso de extracción de "extracción de electrolitos de plomo de plomo crudo rico de indio indio" a través de la prueba de condición, prueba de ciclo y prueba integral, y ha determinado los mejores parámetros de proceso del nuevo proceso. El flujo del proceso es el siguiente: el cable crudo se derrite y se funde en una placa de electrodo, cargada en una celda electrolítica para la electrólisis, y el indio en el ánodo se disuelve en el electrolito. Cuando el indio se enriquece con una determinada concentración, el electrolito se extrae para la extracción y la eliminación. La rica solución de eliminación de indio se obtiene después del ajuste del pH, el reemplazo y el fusión de pellets.
Varias tecnologías nuevas para separar y extraerpolvo de indio: Los principales materiales de separación utilizados en estas nuevas tecnologías incluyen membrana líquida, resina quelante, resina impregnante y microcápsula. En condiciones adecuadas, el indio puede separarse y recuperarse efectivamente utilizando estas tecnologías. Estas nuevas tecnologías proporcionan una nueva opción para la separación y la recuperación del indio.
Agregar polvo de metal de indium al súper diboruro de magnesio superconductor mejora enormemente la densidad de corriente crítica superconductora del diboruro de magnesio, que es otro paso hacia la practicidad. Cuando la densidad actual que pasa a través del superconductor excede un cierto valor, el superconductor perderá su superconductividad, que es la densidad de corriente crítica superconductora. Es un índice importante para medir el rendimiento de los superconductores. El polvo de metal de indio se agrega al diboruro de magnesio y se procesa en alambre después del tratamiento térmico a 2000 grados. Su densidad de corriente crítica superconductora es 4 veces mayor que la que sin indio, alcanzando 100000 amperios por centímetro cuadrado. Esto se debe a que el metal de indio impregna entre los granos de diboruro de magnesio, mejorando así su adhesión.
El indio tiene algunas propiedades químicas similares al zinc y el hierro, mientras que otras propiedades químicas son similares a la estaño y el aluminio. El indio tiene tres estados de oxidación: 1, 2 y 3. Trivalente es el más común, mientras que el trivalente es estable en solución acuosa. Los compuestos monovalentes generalmente sufren desmutación cuando se calientan. El indio es uno de los metales sólidos más suaves que es bastante estable en el aire. A temperaturas normales, el metal de indio no se oxida por el aire, pero arde a fuego fuerte y produce óxido de indio (III) con una llama roja azul opaca. La superficie del metal de indio es fácil de purificar, y una vez expuesta a la atmósfera, aparece una película delgada similar a la superficie del aluminio. La película delgada es dura pero fácilmente soluble en ácido clorhídrico. Cuando la temperatura se eleva ligeramente por encima de su punto de fusión, la superficie del metal permanece brillante; El óxido se forma en la superficie a altas temperaturas.
Entre la temperatura ambiente y el punto de fusión, el indio reacciona lentamente con oxígeno en el aire, formando una película de óxido de indio extremadamente delgada (IN2O3) en su superficie. A temperaturas más altas, interactúa con materiales no metálicos activos. Grandes piezas de metal de indio no reaccionan con agua hirviendo y soluciones alcalinas, pero el indio en polvo puede reaccionar lentamente con agua para producir hidróxido de indio. El indio reacciona lentamente con ácidos diluidos fríos y es fácilmente soluble en ácidos inorgánicos calientes concentrados, así como ácido acético y ácido oxálico. El indio puede formar aleaciones con muchos metales (especialmente hierro, que se oxida significativamente). Los principales estados de oxidación del indio son +1 y +3, y los compuestos principales son in2O3, en (OH) 3 e incl3. Cuando se combinan con halógenos, pueden formar monohaluros y trihaluros, respectivamente. [3] Cuando se calienta, el indio puede reaccionar con halógenos, azufre, fósforo, así como arsénico, antimonio, selenio y telurio. Reacciona con hidrógeno y nitrógeno para producir hidruros y nitruros, respectivamente. El indio puede formar la amalgama de mercurio con mercurio, y el indio forma aleaciones con la mayoría de los metales acompañados de efectos de endurecimiento significativos. El indio puede formar enlaces covalentes en sus compuestos, lo que puede afectar su comportamiento electroquímico. Algunas soluciones de sal de indio tienen baja conductividad, lo que indica sus propiedades de enlace no iónico. La reacción del electrodo del indio requiere una energía de activación media alta, y el uso de un electrolito de unión de reacción de electrodo reversible puede electrolizar el indio.Polvo de indioes fácil de electroplacar el indio con cianuro, sulfato, fluoroborato y sales de aminosulfonato.
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