鍺（Germanium）是一種稀散金屬元素，屬元素周期表的第四主族，元素符號為Ge，原子序數為32，原子量為72.59。鍺和硅一樣屬于重要的半導體材料。鍺為銀灰色脆性金屬；熔點937.4°C，沸點2830°C，在溫度為125攝氏度時，密度為5.323g/cm3，摩氏硬度為6.3。隨著科學技術的展，鍺作為重要的信息材料、紅外光學材料、高效率光伏材料，隨著這些新興產業的發展，鍺在應用方面有著不斷增長，成為一種重要的稀有金屬材料。
一、鍺的儲量以及應用
鍺在整個地球中的平均含量為0.00138%，是一種典型的稀有分散元素。在自然界中，基本無單質鍺的產出，主要呈分散狀態分布于其他元素組成的礦物中，通常被視為多金屬礦床的伴生組分，形成獨立礦物的幾率很低。鍺作為副產品主要來自兩類礦床，即某些富含硫化物的鉛、鋅、銅、銀、金礦床與某些煤礦。然而越來越多的證據表明，鍺不僅能獨立富集且能超常富集，在一定條件下可以形成獨立的礦床或工業礦體，如內蒙古烏蘭圖嘎超大型鍺礦床、云南臨滄超大型鍺礦床，西南非特素大布鍺礦床，剛果卡丹加鍺礦床，玻利維亞中南部鍺礦床和英國伊爾科什盆地鍺礦床等。閃鋅礦含鍺量約為0.01-0.1%，各種煤含鍺在0.001-0.1%之間，低灰分煤（亮煤）中含鍺較多，一般認為含鍺量達到10-5，即100g/t的礦具有開采價值。
根據我國對含鍺工業礦床的評價，鍺品位大于0.0008%的赤鐵礦可作鍺礦開采；品位0.001%的鉛鋅礦、品位0.01%的鋅精礦可綜合回收利用；含鍺品位0.002-0.1%的煤礦可綜合回收利用，達到0.1%可作為鍺礦開采。鍺礦床規模可按鍺儲量大小進行劃分，即儲量小于50噸為小型礦床，儲量在50-200噸為中型礦床，儲量大于200噸為大型礦床。
我國稀散金屬儲量相對較豐富，鍺儲量位居世界之首。全國已探明鍺礦產地約35處，保有儲量約3500噸，遠景儲量為9600噸，在世界上占有明顯優勢。目前已探明儲量主要分布在全國12個地區，其中廣東、云南、內蒙、吉林、山西、廣西、貴州等地區儲量較多，約占全國鍺總儲量的96%。云南省鍺資源已上儲量表的有12處，保有儲量為1182噸，約占全國上表儲量的32%，且全為鉛鋅、銅礦伴生鍺，煤中鍺均未上儲量表。云南鍺煤礦目前已知具有工業價值的礦區有4個，臨滄幫賣（大寨）、臘東（白塔）、滄源芒回、潞西等嘎，4個礦區鍺資源量約為1056噸，其中臨滄鍺礦床儲量為400多噸。云南省目前所掌握褐煤中鍺的儲量資源，已超過其鉛鋅、銅礦伴生鍺資源儲量總數，煤中伴生鍺資源遠景儲量可達2000-3000噸 。云南臨滄鑫圓鍺業公司所屬的臨滄大寨煤礦鍺資源為約占全國鍺資源保有儲量的12%，占云南省鍺資源保有儲量的35%。
二、鍺的行業狀況
由于稀有金屬在現代高新技術和國防建設中的重要性，美國、日本等發達國家均從維護國家安全和經濟安全高度出發，建立了比較完善的稀有金屬出口和戰略儲備管理體系。鍺作為一種稀有金屬，具備多方面的特殊性質，在半導體工業、航空航天工業，在高頻超高頻電子、光纖通訊、電子器件、紅外光學、太陽能電池、化學催化劑、生物醫學等領域都有廣泛而重要的應用，已成為一種重要的戰略資源，美國早在1984年就將鍺列為國防儲備資源。
根據美國地質調查局（http://www.usgs.gov），目前鍺主要應用在光纖、PET催化劑、紅外光學、太陽能電池、其他（包括合金、化學等）等領域。
在國內，鍺目前主要應用于光纖、紅外光學和科學研究，還有相當部分是根據國外訂單為外國客戶加工成鍺的系列產品。
1、鍺行業的發展概況
1886年，德國的溫克萊爾在分析硫銀鍺礦時，發現了鍺的存在。但由于硫銀鍺礦資源非常少且之后未發現新的鍺資源，因此其研究工作幾乎處于停頓狀態。直到1920年，在西南非洲發現了一種含鍺的新礦物—鍺石（含鍺約8%）后，鍺的研究才得以繼續。實際上，鍺金屬的應用是隨著半導體工業的發展而發展起來的，1921年制成了鍺檢波器。
1941年，第一家生產二氧化鍺的工廠在美國成立，該公司對從鉛、鋅冶煉過程中回收鍺進行了系統研究，同年純度為99.9%的二氧化鍺被生產出來。
1948年，利用電阻率為10-20Ω·CM高純度金屬鍺，制備出了第一只非點接觸晶體管放大器—鍺晶體管。
1950年，帝爾和理特培育出了世界上第一根鍺單晶。
1952年，美國人浦芳發明了區熔提純技術，并被首先應用在鍺的提純上。
在隨后20世紀50年代末到60年代末整個10年間，鍺的生產技術、產品質量、使用量都迅速發展提高，在質量上，還原鍺的電阻率由7Ω·CM提高到20Ω·CM以上，區熔鍺的電阻率由30-40Ω·CM提高到50Ω·CM，高純鍺單晶的少數載流子壽命突破1500μS，并且生長出無位錯鍺單晶；在用量上，光美國就從1958年的11噸增加到1965年的23噸；2005年其用鍺量已經達到27.80噸，2006年其用鍺量為38.50噸，一年內增加了約38.48%。
在60年代前后，在半導體器件領域鍺占據著主導地位。但到20世紀70年代以后，由于半導體硅生產技術不斷進步以及大規模集成電路的出現，硅半導體器件逐步代替了鍺半導體器件，鍺器件從20世紀60年代占總用量的90%下降到20世紀80年代的20%左右。盡管如此，在某些高頻和大功率半導體器件中，仍然使用鍺器件，硅器件不可能完全取代鍺器件。
我國鍺的生產是從回收煤中的鍺開始的，1956年6月，重工業部有色金屬工業綜合研究所從沈陽煤氣廠的煙道灰（含鍺0.05%）中提煉出中國第一批還原鍺，中國科學院應用物理研究所對其進行了區域提純，制成了區熔鍺錠。1957年，中國科學院應用物理研究所用該批區熔鍺錠拉制出中國的第一根鍺單晶。
20世紀50年代末至60年代初，我國分別研制成功了從宣化煤中、江蘇溧水赤鐵礦中、廢氨液中、會澤鉛鋅礦中提取鍺的工藝并投產。1958年昆明冶金研究院從云南臨滄褐煤中提煉出鍺，20世紀70年代為集中回收臨滄鍺資源，成立了臨滄冶煉廠，在昆明冶金研究院的協助下，采用沸騰燃燒鍋爐燒煤發電，從煙道塵和鍋爐灰中回收鍺，褐煤至鍺錠的總回收率達到70%。20世紀90年代 ，臨滄冶煉廠在廣州有色研究院幫助下研究成功“一步火法富集提取鍺新工藝”，此工藝提高了煤中鍺的揮發富集比，煙塵可以直接氯化蒸餾生產粗四氯化鍺，大大縮短了工藝流程，降低了成本，鍺回收率最高可以達到75%。2006年，臨滄鑫圓鍺業股份公司利用火法車間搬遷改造，對原“一步火法富集提取鍺”的工藝進行了多項改進，使新設計的一步火法冶煉爐鍺回收率達到85.5%以上。
在高純鍺方面，1963年我國確定了從鍺精礦生產高純鍺的工藝流程、設備和技術條件。1965年北京有色金屬研究總院建成了年生產能力6噸的高純鍺和1.5噸鍺單晶的生產車間，實現了二氧化鍺連續氫還原和鍺錠連續區域熔煉，得到了5N的高純二氧化鍺，1976年高純二氧化鍺達到了6N以上，1978年高純四氯化鍺達到了8N以上，1982年區熔鍺的質量已經達到國外同期水平。臨滄鑫圓鍺業股份公司目前生產的區熔鍺錠純度均為5N以上。
在鍺單晶方面，1958年我國首次制造出鍺單晶，1959年試制出n型和p型7個電阻率規格的鍺單晶。1961年研究成功鍺單晶的摻雜技術，1963年研究成功重摻砷鍺單晶。1964年鍺單晶開始產業化生產，并開始研制重摻鎵鍺單晶，1978年重摻鎵鍺單晶的雜質濃度，達到當時的國際同類產品水平。1965年，為滿足高速開關和紅外探測器的需要，我國研制成功摻金鍺單晶。1965-1968年研制成功鍺外延片。1976年鍺單晶開始用于鋰補償型探測器，1982年單晶鋰質量及探測器性能達到國際同類產品水平。1973年開始研究核輻射純鍺探測器用高純鍺單晶，1977年獲得純雜質濃度（3-5）×1010原子/cm3，直徑15-25mm高純鍺單晶。目前，臨滄鑫圓鍺業股份公司已經具備15噸/年的紅外級鍺單晶生產能力，并且正在研制太陽能級鍺單晶、純度為13N的超過純鍺單晶及13N鍺輻射探測器。
2、鍺行業市場競爭格局
（1）國外鍺行業市場競爭情況
世界上大多數鍺生產企業都是從鉛鋅金屬冶煉過程中提取鍺、或從燃燒褐煤所得含鍺煙塵中回收鍺。目前國外從事鍺精礦生產的公司主要有6家。國外鍺產業主要體現在：鍺提取工藝的不斷完善，注重環境保護和資源綜合利用；鍺產品的開發和應用領域不斷拓寬。
國外從事鍺精礦生產的公司：
·美國澤西礦業鋅公司
·美國埃格爾皮切爾工業公司
·奧地利布萊墨爾格礦山聯合公司
·法國潘納羅英礦業公司
·意大利帕特索拉礦冶公司
·扎伊爾蓋卡礦業公司
近幾年來，在鍺產品的開發和應用領域方面主要集中在電子工業、紅外光學、光纖、化工及輕工業等領域，并且消耗比例基本趨于相對穩定國外鍺產品生產企業由于鍺資源的缺乏及鍺原料的限制，基本上都是從國外采購粗四氯化鍺或二氧化鍺，然后進行精加工，制成光纖預制棒用四氯化、化工用鍺催化劑、紅外器件等高附加值產品。
（2）國內鍺行業市場競爭情況
我國鍺資源豐富，儲量位居世界首位。目前，我國每年鍺總產量大約在40-50噸，世界每年鍺總產量大約在90-100噸，我國每年鍺總產量約占全球的50%，目前我國生產鍺產品的企業主要有12家，具體情
況如下表：
·云南鑫園鍺業股份有限公司 高純二氧化鍺、還原鍺錠、區熔鍺錠、紅外光學級鍺單晶、光伏級鍺單晶、紅外光學器件
·云南馳宏鋅鍺股份有限公司 高純二氧化鍺、區熔鍺錠、高純四氯化鍺
·南京鍺廠有限責任公司 高純四氯化鍺、高純二氧化鍺、還原鍺錠、區熔鍺錠、紅外光學級鍺單晶
·北京有色金屬研究總院（國晶輝公司） 高純四氯化鍺、紅外光學級鍺單晶
·上海隆泰銅業有限公司 高純二氧化鍺、還原鍺錠、區熔鍺錠
·錫林郭勒通力鍺業有限責任公司 粗二氧化鍺
·云南天浩集團有限公司 粗二氧化鍺
·中金嶺南韶關冶煉廠 粗二氧化鍺
·昆明北方紅外科技集團 紅外光學級鍺單晶、紅外光學器件
·昆明冶金研究院 鍺單晶
·貴陽冶煉廠 粗鍺
·株洲冶煉廠 粗鍺3
三、未來市場對鍺產品需求情況
1、紅外市場對鍺的需求
由于鍺在大氣層對紅外線透明度高最高的2-14微米紅外波段內，有高而均勻的透過率，及高折射率，是一種不可替代的優良紅外光學材料。同時，鍺的化學穩定性、耐腐蝕和易于加工等優勢明顯，使其在紅外光學系統中得到廣泛的應用，目前，鍺紅外器件主要作為紅外光學系統中的透鏡、棱鏡、窗口、濾等的光學材料。據冶金工業出版社2007年1月第1版《鍺的提取方法》披露，美國陸軍實驗室估計，鍺在紅外光學系統上的應用，目前世界年需求量約在80噸以上，紅外光學對鍺的消耗量約占整個鍺消耗量的20-30%。當前紅外技術除了應用于航空領域的人造衛星、太空飛船上以進行科學研究外，主要應用在軍事及民用市場。
軍事上，目前比較成熟的紅外裝備主要有：步兵用便攜式紅外成象系統，坦克、艦艇、飛機等武器平臺用紅外熱象儀，此外有導彈用的紅外成象導引頭、紅外跟蹤系統及偵察監視系統等。隨著全球軍事現代化、高科技化趨勢愈演愈烈，全球軍用紅外產品的年增長率達到10%以上，快速增長的需求量已經促使這一市場進入爆炸式發展階段。預計近3年之內，軍事應用在紅外市場仍將占據主導地位。
民用上，紅外技術主要應用在工業預防性檢測、消防、監控等領域，這些行業目前年增長率約為20%。在汽車安全方面的“汽車熱像儀”即紅外夜視儀市場已經成為紅外技術民用市場的新增長點。紅外探測器技術作為紅外整機技術發展的關鍵的核心技術，是紅外熱成像系統中最昂貴的部件。隨著國際上第一代線陣列、第二代TDI陣列、第三代凝視焦平面陳列如 320×240元發展成熟投入生產，更大型的如640×480元的大型紅外焦平面技術陳列正在邁向成熟階段，如PtSi陣列已投入量產，HgCdTe陣列已達到2048×2048元，這種格式的陣列品種如HgCdTe、InSb、GaAlAs多量子阱和非致冷陣列代表了紅外焦平面陣列技術的發展方向。這一切都已表明，紅外焦平面陣列器件制造技術業已成熟，從而為這種熱攝像儀技術的發展打下了堅實的基礎，各國軍界和工業界十分看好這種熱像儀的廣闊前景，急切期望獲得這種熱像儀技術的廣泛應用能力，加大了投資力度，從而使紅外焦平面陣列熱像儀技術處于急速發展的階段。
2、太陽能電池市場對鍺的需求
高純鍺單晶具有高抗輻射、高頻、光電性能好等特點，因而被廣泛應用于能源、光電、國防軍事、航天航空和現代信息產業等高科技領域。近年來，鍺襯底化合物半導體疊層電池因其高效率、高電壓和高溫特性好等優點，而廣泛應用于空間衛星太陽能電池、國防邊遠山區雷達站、微波通訊站等。鍺襯底生長III-V化合物薄膜太陽能電池（即鎵銦磷/鎵砷/鍺（GaInP/GaAs/Ge）單晶薄膜三結極連太陽能電池）是繼硅（Si）、砷化鎵（GaAs）、磷化銦（InP）之后的太陽能電池第四代產品，在產業化狀態下可實現的最高光電轉換效率為28-32%，而低位錯密度（≤103/cm2）鍺單晶片是研制衛星太陽能電池的重要襯底材料。
3、光纖市場對鍺的需求
光纖通訊是信息時代的基礎。光纖通訊具有容量大、頻帶寬、抗干擾、保密性和可靠性強、穩定性好、損耗低以及體積小、質量輕、成本低、中繼距離長等綜合優點，早已成為世界各國重點發展的通信技術。自1973以來，為適應光纖生產的要求，在鍺產品中開發出了光學級四氯化鍺（即高純四氯化鍺）。生產石英（SiO2）光纖的過程中摻入GeCl4，使傳輸光向更長的波長（0.8-1.6μm）區擴展（對長距離通話極為有利），同時它能將信號限制在纖芯之內，防止了信號損失，使光信號傳輸100km而不必放大，因此在長距離電話線路、數據傳輸線路及局部地區網絡中被廣泛采用。
鍺在光纖通信領域中主要采取光纖摻雜和光電轉換作用。由于光纖通信的工作波長應在紅外區域，并且尤以長波為好，人們探索了多種長波光纖材料，但是性能優良（折射率、膨脹系數）的還是摻鍺石英光纖。由于工藝技術水平的差異，光纖中鍺的耗用量不很平衡，一般多模光纖消耗量為每千米10g GeCl4，單模光纖消耗量為每千米2g GeCl4，日本以發展單模光纖為主，其鍺用量雖僅為多模光纖的1/5-1/6，但光纖的產量為大，已達到2000萬公里的量級，光纖用四氯化鍺的鍺耗量約占世界耗鍺總量的20-30%，每年我國GeCl4的消耗量在8-10t左右，約95%的光纖用GeCl4依靠進口。其他超長波紅外光纖材料在損耗系數等參數上與摻鍺石英光纖相差很大，實用前景較為遙遠，所以鍺在光纖的應用上是其他長波光纖材料無法替代的，鍺是具有戰略性質的光信息材料。
光纖光纜代替銅質電纜在銅價暴漲、光纖價格下跌的背景下，尤其是光纖光纜在傳輸速度和傳輸容量上相對于銅質電纜所擁有的無與倫比的優勢，已經極具競爭性，該替代將給光纖光纜行業帶來巨大的行業機會。
4、新技術發展對鍺的需求
據美國地質調查局，硅鍺化合物已經應用于芯片和晶體管生產中，因為它能使芯片及晶體管體積變小，同時減少芯片及晶體管本身產生的電子噪聲感染，延長電池壽命以及在超高頻環境下保證使用的穩定性。IBM公司已經宣稱生產出在室溫下運行頻率接近350GHz的硅鍺芯片。在無線通訊領域，硅鍺化合物已經已經開始取代砷化鎵；硅芯片生產廠家已經生產出低成本的，能夠產業化的高速硅鍺芯片。科學家目前也正在研究可以在微小芯片種替代硅的鍺絕緣體襯底材料以及基于鍺的LED產品。
銀鍺合金中含鍺1.2%，這一合金表面所長出的任何污點都能用濕海綿輕松擦去。該合金硬度高，抗擠壓性強，可以用于制造大型的銀具、特殊的精鑄件、珠寶玉石工藝生產中用作金焊料等。鉑鍺鹵化物在石油精煉過程中可以用作催化劑，鉑鍺作裂化催化劑。
隨著人類科學技術的逐步發展，鍺的用途將越來越廣泛，鍺的需求量也將越來越高。（整理：Lisa WU）
