锗（Germanium）是一种稀散金属元素，属元素周期表的第四主族，元素符号为Ge，原子序数为32，原子量为72.59。锗和硅一样属于重要的半导体材料。锗为银灰色脆性金属；熔点937.4°C，沸点2830°C，在温度为125摄氏度时，密度为5.323g/cm3，摩氏硬度为6.3。随着科学技术的展，锗作为重要的信息材料、红外光学材料、高效率光伏材料，随着这些新兴产业的发展，锗在应用方面有着不断增长，成为一种重要的稀有金属材料。
一、锗的储量以及应用
锗在整个地球中的平均含量为0.00138%，是一种典型的稀有分散元素。在自然界中，基本无单质锗的产出，主要呈分散状态分布于其他元素组成的矿物中，通常被视为多金属矿床的伴生组分，形成独立矿物的几率很低。锗作为副产品主要来自两类矿床，即某些富含硫化物的铅、锌、铜、银、金矿床与某些煤矿。然而越来越多的证据表明，锗不仅能独立富集且能超常富集，在一定条件下可以形成独立的矿床或工业矿体，如内蒙古乌兰图嘎超大型锗矿床、云南临沧超大型锗矿床，西南非特素大布锗矿床，刚果卡丹加锗矿床，玻利维亚中南部锗矿床和英国伊尔科什盆地锗矿床等。闪锌矿含锗量约为0.01-0.1%，各种煤含锗在0.001-0.1%之间，低灰分煤（亮煤）中含锗较多，一般认为含锗量达到10-5，即100g/t的矿具有开采价值。
根据我国对含锗工业矿床的评价，锗品位大于0.0008%的赤铁矿可作锗矿开采；品位0.001%的铅锌矿、品位0.01%的锌精矿可综合回收利用；含锗品位0.002-0.1%的煤矿可综合回收利用，达到0.1%可作为锗矿开采。锗矿床规模可按锗储量大小进行划分，即储量小于50吨为小型矿床，储量在50-200吨为中型矿床，储量大于200吨为大型矿床。
我国稀散金属储量相对较丰富，锗储量位居世界之首。全国已探明锗矿产地约35处，保有储量约3500吨，远景储量为9600吨，在世界上占有明显优势。目前已探明储量主要分布在全国12个地区，其中广东、云南、内蒙、吉林、山西、广西、贵州等地区储量较多，约占全国锗总储量的96%。云南省锗资源已上储量表的有12处，保有储量为1182吨，约占全国上表储量的32%，且全为铅锌、铜矿伴生锗，煤中锗均未上储量表。云南锗煤矿目前已知具有工业价值的矿区有4个，临沧帮卖（大寨）、腊东（白塔）、沧源芒回、潞西等嘎，4个矿区锗资源量约为1056吨，其中临沧锗矿床储量为400多吨。云南省目前所掌握褐煤中锗的储量资源，已超过其铅锌、铜矿伴生锗资源储量总数，煤中伴生锗资源远景储量可达2000-3000吨 。云南临沧鑫圆锗业公司所属的临沧大寨煤矿锗资源为约占全国锗资源保有储量的12%，占云南省锗资源保有储量的35%。
二、锗的行业状况
由于稀有金属在现代高新技术和国防建设中的重要性，美国、日本等发达国家均从维护国家安全和经济安全高度出发，建立了比较完善的稀有金属出口和战略储备管理体系。锗作为一种稀有金属，具备多方面的特殊性质，在半导体工业、航空航天工业，在高频超高频电子、光纤通讯、电子器件、红外光学、太阳能电池、化学催化剂、生物医学等领域都有广泛而重要的应用，已成为一种重要的战略资源，美国早在1984年就将锗列为国防储备资源。
根据美国地质调查局（http://www.usgs.gov），目前锗主要应用在光纤、PET催化剂、红外光学、太阳能电池、其他（包括合金、化学等）等领域。
在国内，锗目前主要应用于光纤、红外光学和科学研究，还有相当部分是根据国外订单为外国客户加工成锗的系列产品。
1、锗行业的发展概况
1886年，德国的温克莱尔在分析硫银锗矿时，发现了锗的存在。但由于硫银锗矿资源非常少且之后未发现新的锗资源，因此其研究工作几乎处于停顿状态。直到1920年，在西南非洲发现了一种含锗的新矿物—锗石（含锗约8%）后，锗的研究才得以继续。实际上，锗金属的应用是随着半导体工业的发展而发展起来的，1921年制成了锗检波器。
1941年，第一家生产二氧化锗的工厂在美国成立，该公司对从铅、锌冶炼过程中回收锗进行了系统研究，同年纯度为99.9%的二氧化锗被生产出来。
1948年，利用电阻率为10-20Ω·CM高纯度金属锗，制备出了第一只非点接触晶体管放大器—锗晶体管。
1950年，帝尔和理特培育出了世界上第一根锗单晶。
1952年，美国人浦芳发明了区熔提纯技术，并被首先应用在锗的提纯上。
在随后20世纪50年代末到60年代末整个10年间，锗的生产技术、产品质量、使用量都迅速发展提高，在质量上，还原锗的电阻率由7Ω·CM提高到20Ω·CM以上，区熔锗的电阻率由30-40Ω·CM提高到50Ω·CM，高纯锗单晶的少数载流子寿命突破1500μS，并且生长出无位错锗单晶；在用量上，光美国就从1958年的11吨增加到1965年的23吨；2005年其用锗量已经达到27.80吨，2006年其用锗量为38.50吨，一年内增加了约38.48%。
在60年代前后，在半导体器件领域锗占据着主导地位。但到20世纪70年代以后，由于半导体硅生产技术不断进步以及大规模集成电路的出现，硅半导体器件逐步代替了锗半导体器件，锗器件从20世纪60年代占总用量的90%下降到20世纪80年代的20%左右。尽管如此，在某些高频和大功率半导体器件中，仍然使用锗器件，硅器件不可能完全取代锗器件。
我国锗的生产是从回收煤中的锗开始的，1956年6月，重工业部有色金属工业综合研究所从沈阳煤气厂的烟道灰（含锗0.05%）中提炼出中国第一批还原锗，中国科学院应用物理研究所对其进行了区域提纯，制成了区熔锗锭。1957年，中国科学院应用物理研究所用该批区熔锗锭拉制出中国的第一根锗单晶。
20世纪50年代末至60年代初，我国分别研制成功了从宣化煤中、江苏溧水赤铁矿中、废氨液中、会泽铅锌矿中提取锗的工艺并投产。1958年昆明冶金研究院从云南临沧褐煤中提炼出锗，20世纪70年代为集中回收临沧锗资源，成立了临沧冶炼厂，在昆明冶金研究院的协助下，采用沸腾燃烧锅炉烧煤发电，从烟道尘和锅炉灰中回收锗，褐煤至锗锭的总回收率达到70%。20世纪90年代 ，临沧冶炼厂在广州有色研究院帮助下研究成功“一步火法富集提取锗新工艺”，此工艺提高了煤中锗的挥发富集比，烟尘可以直接氯化蒸馏生产粗四氯化锗，大大缩短了工艺流程，降低了成本，锗回收率最高可以达到75%。2006年，临沧鑫圆锗业股份公司利用火法车间搬迁改造，对原“一步火法富集提取锗”的工艺进行了多项改进，使新设计的一步火法冶炼炉锗回收率达到85.5%以上。
在高纯锗方面，1963年我国确定了从锗精矿生产高纯锗的工艺流程、设备和技术条件。1965年北京有色金属研究总院建成了年生产能力6吨的高纯锗和1.5吨锗单晶的生产车间，实现了二氧化锗连续氢还原和锗锭连续区域熔炼，得到了5N的高纯二氧化锗，1976年高纯二氧化锗达到了6N以上，1978年高纯四氯化锗达到了8N以上，1982年区熔锗的质量已经达到国外同期水平。临沧鑫圆锗业股份公司目前生产的区熔锗锭纯度均为5N以上。
在锗单晶方面，1958年我国首次制造出锗单晶，1959年试制出n型和p型7个电阻率规格的锗单晶。1961年研究成功锗单晶的掺杂技术，1963年研究成功重掺砷锗单晶。1964年锗单晶开始产业化生产，并开始研制重掺镓锗单晶，1978年重掺镓锗单晶的杂质浓度，达到当时的国际同类产品水平。1965年，为满足高速开关和红外探测器的需要，我国研制成功掺金锗单晶。1965-1968年研制成功锗外延片。1976年锗单晶开始用于锂补偿型探测器，1982年单晶锂质量及探测器性能达到国际同类产品水平。1973年开始研究核辐射纯锗探测器用高纯锗单晶，1977年获得纯杂质浓度（3-5）×1010原子/cm3，直径15-25mm高纯锗单晶。目前，临沧鑫圆锗业股份公司已经具备15吨/年的红外级锗单晶生产能力，并且正在研制太阳能级锗单晶、纯度为13N的超过纯锗单晶及13N锗辐射探测器。
2、锗行业市场竞争格局
（1）国外锗行业市场竞争情况
世界上大多数锗生产企业都是从铅锌金属冶炼过程中提取锗、或从燃烧褐煤所得含锗烟尘中回收锗。目前国外从事锗精矿生产的公司主要有6家。国外锗产业主要体现在：锗提取工艺的不断完善，注重环境保护和资源综合利用；锗产品的开发和应用领域不断拓宽。
国外从事锗精矿生产的公司：
·美国泽西矿业锌公司
·美国埃格尔皮切尔工业公司
·奥地利布莱墨尔格矿山联合公司
·法国潘纳罗英矿业公司
·意大利帕特索拉矿冶公司
·扎伊尔盖卡矿业公司
近几年来，在锗产品的开发和应用领域方面主要集中在电子工业、红外光学、光纤、化工及轻工业等领域，并且消耗比例基本趋于相对稳定国外锗产品生产企业由于锗资源的缺乏及锗原料的限制，基本上都是从国外采购粗四氯化锗或二氧化锗，然后进行精加工，制成光纤预制棒用四氯化、化工用锗催化剂、红外器件等高附加值产品。
（2）国内锗行业市场竞争情况
我国锗资源丰富，储量位居世界首位。目前，我国每年锗总产量大约在40-50吨，世界每年锗总产量大约在90-100吨，我国每年锗总产量约占全球的50%，目前我国生产锗产品的企业主要有12家，具体情
况如下表：
·云南鑫园锗业股份有限公司 高纯二氧化锗、还原锗锭、区熔锗锭、红外光学级锗单晶、光伏级锗单晶、红外光学器件
·云南驰宏锌锗股份有限公司 高纯二氧化锗、区熔锗锭、高纯四氯化锗
·南京锗厂有限责任公司 高纯四氯化锗、高纯二氧化锗、还原锗锭、区熔锗锭、红外光学级锗单晶
·北京有色金属研究总院（国晶辉公司） 高纯四氯化锗、红外光学级锗单晶
·上海隆泰铜业有限公司 高纯二氧化锗、还原锗锭、区熔锗锭
·锡林郭勒通力锗业有限责任公司 粗二氧化锗
·云南天浩集团有限公司 粗二氧化锗
·中金岭南韶关冶炼厂 粗二氧化锗
·昆明北方红外科技集团 红外光学级锗单晶、红外光学器件
·昆明冶金研究院 锗单晶
·贵阳冶炼厂 粗锗
·株洲冶炼厂 粗锗3
三、未来市场对锗产品需求情况
1、红外市场对锗的需求
由于锗在大气层对红外线透明度高最高的2-14微米红外波段内，有高而均匀的透过率，及高折射率，是一种不可替代的优良红外光学材料。同时，锗的化学稳定性、耐腐蚀和易于加工等优势明显，使其在红外光学系统中得到广泛的应用，目前，锗红外器件主要作为红外光学系统中的透镜、棱镜、窗口、滤等的光学材料。据冶金工业出版社2007年1月第1版《锗的提取方法》披露，美国陆军实验室估计，锗在红外光学系统上的应用，目前世界年需求量约在80吨以上，红外光学对锗的消耗量约占整个锗消耗量的20-30%。当前红外技术除了应用于航空领域的人造卫星、太空飞船上以进行科学研究外，主要应用在军事及民用市场。
军事上，目前比较成熟的红外装备主要有：步兵用便携式红外成象系统，坦克、舰艇、飞机等武器平台用红外热象仪，此外有导弹用的红外成象导引头、红外跟踪系统及侦察监视系统等。随着全球军事现代化、高科技化趋势愈演愈烈，全球军用红外产品的年增长率达到10%以上，快速增长的需求量已经促使这一市场进入爆炸式发展阶段。预计近3年之内，军事应用在红外市场仍将占据主导地位。
民用上，红外技术主要应用在工业预防性检测、消防、监控等领域，这些行业目前年增长率约为20%。在汽车安全方面的“汽车热像仪”即红外夜视仪市场已经成为红外技术民用市场的新增长点。红外探测器技术作为红外整机技术发展的关键的核心技术，是红外热成像系统中最昂贵的部件。随着国际上第一代线阵列、第二代TDI阵列、第三代凝视焦平面陈列如 320×240元发展成熟投入生产，更大型的如640×480元的大型红外焦平面技术陈列正在迈向成熟阶段，如PtSi阵列已投入量产，HgCdTe阵列已达到2048×2048元，这种格式的阵列品种如HgCdTe、InSb、GaAlAs多量子阱和非致冷阵列代表了红外焦平面阵列技术的发展方向。这一切都已表明，红外焦平面阵列器件制造技术业已成熟，从而为这种热摄像仪技术的发展打下了坚实的基础，各国军界和工业界十分看好这种热像仪的广阔前景，急切期望获得这种热像仪技术的广泛应用能力，加大了投资力度，从而使红外焦平面阵列热像仪技术处于急速发展的阶段。
2、太阳能电池市场对锗的需求
高纯锗单晶具有高抗辐射、高频、光电性能好等特点，因而被广泛应用于能源、光电、国防军事、航天航空和现代信息产业等高科技领域。近年来，锗衬底化合物半导体叠层电池因其高效率、高电压和高温特性好等优点，而广泛应用于空间卫星太阳能电池、国防边远山区雷达站、微波通讯站等。锗衬底生长III-V化合物薄膜太阳能电池（即镓铟磷/镓砷/锗（GaInP/GaAs/Ge）单晶薄膜三结极连太阳能电池）是继硅（Si）、砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）之后的太阳能电池第四代产品，在产业化状态下可实现的最高光电转换效率为28-32%，而低位错密度（≤103/cm2）锗单晶片是研制卫星太阳能电池的重要衬底材料。
3、光纤市场对锗的需求
光纤通讯是信息时代的基础。光纤通讯具有容量大、频带宽、抗干扰、保密性和可靠性强、稳定性好、损耗低以及体积小、质量轻、成本低、中继距离长等综合优点，早已成为世界各国重点发展的通信技术。自1973以来，为适应光纤生产的要求，在锗产品中开发出了光学级四氯化锗（即高纯四氯化锗）。生产石英（SiO2）光纤的过程中掺入GeCl4，使传输光向更长的波长（0.8-1.6μm）区扩展（对长距离通话极为有利），同时它能将信号限制在纤芯之内，防止了信号损失，使光信号传输100km而不必放大，因此在长距离电话线路、数据传输线路及局部地区网络中被广泛采用。
锗在光纤通信领域中主要采取光纤掺杂和光电转换作用。由于光纤通信的工作波长应在红外区域，并且尤以长波为好，人们探索了多种长波光纤材料，但是性能优良（折射率、膨胀系数）的还是掺锗石英光纤。由于工艺技术水平的差异，光纤中锗的耗用量不很平衡，一般多模光纤消耗量为每千米10g GeCl4，单模光纤消耗量为每千米2g GeCl4，日本以发展单模光纤为主，其锗用量虽仅为多模光纤的1/5-1/6，但光纤的产量为大，已达到2000万公里的量级，光纤用四氯化锗的锗耗量约占世界耗锗总量的20-30%，每年我国GeCl4的消耗量在8-10t左右，约95%的光纤用GeCl4依靠进口。其他超长波红外光纤材料在损耗系数等参数上与掺锗石英光纤相差很大，实用前景较为遥远，所以锗在光纤的应用上是其他长波光纤材料无法替代的，锗是具有战略性质的光信息材料。
光纤光缆代替铜质电缆在铜价暴涨、光纤价格下跌的背景下，尤其是光纤光缆在传输速度和传输容量上相对于铜质电缆所拥有的无与伦比的优势，已经极具竞争性，该替代将给光纤光缆行业带来巨大的行业机会。
4、新技术发展对锗的需求
据美国地质调查局，硅锗化合物已经应用于芯片和晶体管生产中，因为它能使芯片及晶体管体积变小，同时减少芯片及晶体管本身产生的电子噪声感染，延长电池寿命以及在超高频环境下保证使用的稳定性。IBM公司已经宣称生产出在室温下运行频率接近350GHz的硅锗芯片。在无线通讯领域，硅锗化合物已经已经开始取代砷化镓；硅芯片生产厂家已经生产出低成本的，能够产业化的高速硅锗芯片。科学家目前也正在研究可以在微小芯片种替代硅的锗绝缘体衬底材料以及基于锗的LED产品。
银锗合金中含锗1.2%，这一合金表面所长出的任何污点都能用湿海绵轻松擦去。该合金硬度高，抗挤压性强，可以用于制造大型的银具、特殊的精铸件、珠宝玉石工艺生产中用作金焊料等。铂锗卤化物在石油精炼过程中可以用作催化剂，铂锗作裂化催化剂。
随着人类科学技术的逐步发展，锗的用途将越来越广泛，锗的需求量也将越来越高。（整理：Lisa WU）
