Космическое завтра рынка германия
По меркам редких элементов, германий не столь редок. Содержание германия в земной коре достаточно велико – 7.10-4% ее массы, что больше чем содержание, например, серебра, но германий очень рассеянный элемент и нигде не концентрируется в скольких-нибудь значительных количествах. В цинковых, свинцовых рудах, в низкоэнергетических углях германий содержится в пределах от сотых до десятых долей процента. В технологической цепочке последовательно получают: германиевый концентрат (с содержанием германия от 5 до 30%), тетрахлорид германия (GeCl4), оксид германия (GeO2), поли- и монокристаллы германия. Тетрахлорид германия GeCl4 используется как компонент для получения стекла в волоконно-оптических линиях связи (ВОЛС), GeO2 используется как составная часть катализаторов для полимеризации PET-пластмасс (Poly Ethylene Terephalate). В приборах ночного видения в ИК-диапазоне используются поли- и монокристаллические окна, и линзы. Германиевые подложки монокристаллического германия используется для электронных приборов и солнечных элементов.
Получение германия
Почти все мировое производство (помимо России и Китая) базируется на попутном извлечении германия из цинковых, свинцово-цинковых и реже медно-цинковых руд. При производстве цинка германий остается в отвальных кеках выщелачивания цинковых огарков. При производстве свинца германий извлекают из возгонов при фьюминговании шлаков. При производстве меди германий извлекается из пылей шахтной и отражательной плавок, пыли конверторов и возгонов при фьюминговании шлаков. Получение Ge при сжигании углей – это способ, принятый для извлечения германия в России и в Китае. При сжигании углей компоненты минеральной части углей распределяются между шлаком, остающимся в топочном пространстве, и летучей золой (зольным уносом), уносимой вместе с газообразными продуктами горения. Практически весь германий, содержащийся в угле, переходит в газообразную окись германия и затем конденсируется на золе.
Цена на германий
Рис.1 Цены на германий 99.999%, СИФ Европа, 1959-2018 г.г. (источник-USGS)
Затраты на извлечение, концентрирование и очистку германия весьма велики при любой технологии извлечения и его цена традиционно является одной из самых высоких для редких рассеянных металлов, хотя может колебаться в широком диапазоне (Рис.1). Среднегодовая цена на металлический германий чистотой 99,999% в 2018 году составила 9482 юаней ($1377) за кг, что на 24,3% выше прошлого года.
Основные области применения германия и перспективы
Рис.2 Развитие германиевого рынка
ИК-техника: В секторе инфракрасных устройств традиционно велико использование германия в военной технике (приборы ночного видения) и в системах инфракрасного обнаружения и наведения.
Германий является наиболее подходящим материалом для изготовления линз и окон инфракрасных оптических систем – он пропускает излучение в диапазоне 2-16 мкм. В этом диапазоне работают системы, предназначенные для обнаружения объектов по их собственному излучению, как военные, так и гражданского назначения. Окна и линзы для таких систем производят из поли- или монокристаллического германия. Из недавно появившихся невоенных применений следует отметить системы безопасности в условиях плохой видимости для автомобилей. К 2030г., как ожидается, мировой рынок германиевых линз вырастит почти в 3 раза.
Рис.3 Рост потребности в линзах из германия для ИК-техники
Аналитики Yunnan Germanium сообщают, что в 2018 г. продажи применяемых в инфракрасных устройствах линз и стекла с содержанием германия возросли на 315,12% и 70,15% соответственно. В Китае на долю имеющихся примерно 50% мирового количества компаний в инфракрасном секторе приходится лишь 25% мирового использования германия Это означает огромный потенциал роста промышленного применения германия в Китае. Объём мирового использования германия в системах инфракрасного обнаружения в 2019 году может возрасти до 30 тонн, в то время как в 2018 году этот показатель не превышал 20 тонн.
Волоконно-оптические линии связи (ВОЛС)
Сердцевина оптических волокон состоит из окиси кремния и окиси германия, что обеспечивает полное внутренне отражение сигнала на границе раздела «сердцевина-оболочка» и низкие потери энергии при передаче. ВОЛС является основным потребителем тетрахлорида германия. Сейчас сектор растет на 8% в год и ожидается дальнейший значительный рост, особенно в странах Юго-Восточной Азии. Для «плотных» 4G- и новых 5G-сетей необходимо на два порядка больше волокон и возможностей подключения по сравнению с традиционными сетями. В 2018 г. продажи тетрахлорида германия в сектор волоконной оптики возросли на 24,62% по сравнению с 2017 годом. В китайском секторе волоконной оптики аналитики ожидают активной ценовой поддержки производителей со стороны государства, особенно на фоне того, что тетрахлорид германия является одним из главных ограничивающих сырьевых материалов в создании и эксплуатации систем мобильной связи 5G. Например, по сообщениям центральных властей на проходившей в Пекине 19-21 декабря 2018 года ежегодной конференции по экономическим вопросам, коммерческое использование сетей 5G получит правительственную поддержку в условиях модернизации и обновления оборудования. Начало коммерческого использования сетей 5G в Китае планируется на 2020 год, поэтому в 2019 году будет происходить соответствующая энергичная подготовка, и в этих условиях ожидаемый рост китайского рынка германия в 2019 году может составить 15-20%.
В секторе 5G разворачивается настоящая гонка, целые страны развивают инвестиции в 5G-инфраструктуру, что будет требовать всё больших объёмов оптоволокна, следовательно, и тетрахлорида германия.
Солнечные элементы на германиевых подложках
Другим очевидным драйвером спроса на германий является сектор солнечной энергетики. Космические солнечные элементы на основе многокаскадных солнечных батарей с использованием полупроводниковых материалов на основе систем InGaP/InGaAs/Ge (индий-галий-фосфор/индий-арсенид галлия на германии), используются для бортовых источников питания информационных космических спутников. Такие солнечные батареи обеспечат достижения срока активного существования космических аппаратов 15 лет и более при повышении энерговооруженности космических аппаратов более чем в 2 раза.
Заключение
Рис.4 Динамика развития и прогноз потребления подложек, млн $
В 2018 году рынок германия устойчиво развивался – когда цены почти на все «малые» металлы шли вниз, цены на германий были достаточно стабильны. Аналитики ожидают сохранения высоких цен из-за устойчивого роста спроса в 2019 году. Они также выражают оптимизм относительно цен на германий в последующие годы из-за продолжающегося роста спроса. При этом представляется маловероятным быстрый встречный рост предложения из-за постоянно усиливающихся ограничений экологического законодательства в Китае. Маловероятно, что в 2019 году, помимо «привычных игроков», будут ещё какие-либо компании, способные увеличить производство германия. Текущие экологические ограничения и без того весьма жёсткие, делают крайне тяжелым путь получения разрешений от органов экологического контроля.
