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In
Indium

Découvert en 1863 par les Allemands Ferdinand Reich et Theodor Richter. Il doit son nom à la couleur indigo émise lors du test à la flamme, qui permit de le découvrir. Bien qu’assez répandu dans la croûte terrestre, l’indium ne se trouve que rarement sous forme de minéral. Il est plus généralement obtenu comme co-produit de la métallurgie du zinc.

Données physico-chimiques

Données atomiques

Numéro atomique Masse atomique Configuration électronique Structure cristalline Rayon métallique pour la coordinence 12
49 114,82 g.mol-1 [Kr] 4d10 5s2 5p1 quadratique de paramètres a = 0,3253 nm et c = 0,4956 nm 166,3 pm

Données physiques

Masse volumique Dureté Température de fusion Température d’ébullition Conductibilité électrique Conductibilité thermique Solubilité dans l’eau
7,30 g.cm-3 1,2 156,61°C 2 080°C 11,6.106 S.m-1 81,6 W.m-1.K-1 insoluble

Données chimiques

Électronégativité de Pauling pKa : Inaq3+ /InOHaq2+ pKs : In(OH)3
1,78 4,4 33,2

Potentiels standards :

In3+ + 2e = In+ E° = -0,43 V
In3+ + 3e = In(s) E° = -0,34 V
In+ + e = In(s) E° = -0,18 V

Données thermodynamiques

Indium cristallisé :

  • Entropie molaire standard à 298,15 K : S° = 57,8 J.K-1mol-1
  • Capacité thermique molaire sous pression constante à 298,15 K : Cp° = 26,7 J.K-1mol-1
  • Enthalpie molaire standard de fusion à la température de fusion : 3,3 kJ.mol-1
  • Enthalpie molaire standard d’ébullition à la température d’ébullition : 232,2 kJ.mol-1
Indium gazeux :

  • Enthalpie molaire standard de formation à 298,15 K : 243,4 kJ.mol-1
  • Enthalpie libre molaire standard de formation à 298,15 K : 208,8 kJ.mol-1
  • Entropie molaire standard à 298,15 K : S° = 173,7 J.K-1mol-1
  • Capacité thermique molaire sous pression constante à 298,15 K : Cp° = 20,8 J.K-1mol-1

Données industrielles

Matières premières

La teneur moyenne de l’écorce terrestre est de 0,2 ppm.

Il n’y a pas de gisements propre d’indium, celui-ci étant principalement co-produit par la métallurgie du zinc. En effet, il est présent, en solution solide, dans le principal mineral de zinc, la sphalérite, sulfure de zinc, ZnS, appelée également blende. La teneur en indium d’un gisement de zinc peut atteindre 100 ppm. Lors du traitement des minerais de zinc, il accompagnera celui-ci pendant la concentration du minerai et le grillage des concentrés obtenus jusqu’aux opérations, appelées raffinage, de purification. Celles-ci ont principalement lieu par hydrométallurgie. Voir le chapitre consacré au zinc.
De l’indium est également récupéré lors des métallurgies du cuivre et de l’étain, mais cela représente moins de 5 % de la production primaire d’indium.

Extraction métallurgique des concentrés miniers de zinc

Divers procédés hydrométallurgiques, pyrométallurgiques ou combinant les deux sont employés.
Lors du traitement hydrométallurgique, après grillage, des concentrés de zinc, l’indium, sous forme d’oxyde, avec le plomb et les métaux précieux, se retrouve dans le résidu d’une première lixiviation à l’acide sulfurique, appelée lixiviation neutre.
Ce résidu peut être traité par hydrométallurgie à l’aide d’une lixiviation à l’acide sulfurique concentré et chaud afin de dissoudre l’indium. Il peut être également traité par pyrométallurgie, selon le procédé Waelz, dans un four tournant, en présence de coke. L’indium est dans ce cas récupéré dans les fumées et mis en solution.
Quel que soit le procédé, une série de purifications, par cémentation, extraction par résines échangeuses d’ions ou solvants organiques, électrolyses extractives, est mise en œuvre pour obtenir, par électrolyse, de l’indium impur à la cathode.
Une purification finale est réalisée par électrolyse à anode soluble. L’indium impur est placé à l’anode et se dépose à la cathode, en éliminant les impuretés qui forment des boues d’électrolyse.

Lors du traitement pyrométallurgique de concentrés de plomb et de zinc, l’indium est récupéré lors des opérations de purification du plomb, voir le chapitre plomb.

Seulement une partie des raffineries de zinc récupère l’indium contenu dans les concentrés miniers. La part récupérée est estimée à 35 %.

Productions

Production métallurgique d’indium

En 2020, en tonnes de In contenu, sur un total mondial de 900 t. Source : USGS

en tonnes, sur un total mondial de 900 t
Chine 500 France 50
Corée du Sud 200 Belgique 20
Japon 65 Pérou 10
Canada 50 Russie 5

Source : USGS

La production métallurgique comprend une production primaire, à partir de concentrés miniers, mais aussi secondaire, à partir du recyclage.
Les principaux pays producteurs d’indium sont les principaux pays producteur de zinc raffiné, l’indium pouvant provenir de concentrés miniers importés, ce qui est le cas de la France, ou du recyclage, ce qui est le cas de la Belgique.

Réserves minières : estimées, en 2013, dans le monde, à 15 000 t, d’après celles de zinc.

en tonnes
Chine 10 400 Canada 180
Pérou 480 Russie 80
États-Unis 200

Source : NREL

Principaux producteurs :
  • En Chine, le principal producteur est Zhuzhou Smelting Group, à Zhuzhou dans la province du Hunan, avec 50 t/an.
  • Le principal producteur coréen est Korea Zinc, à Onsan, avec une capacité de production de 260 t/an. Young Poong possède, à Sukpo, une capacité de production de 30 t/an.
  • La production japonaise provient, en grande partie, du recyclage. Le groupe Dowa possède, à Akita, une capacité de production de 70 t/an d’indium primaire et de 150 t/an d’indium recyclé. Les autres principaux producteurs sont Mitsui Mining and Smelter Co. Ltd. à Takehara, Sumitomo Metal Mining Co. Ltd. à Harima, Asahi Pretec Corp. avec une capacité de 200 t/an d’indium recyclé, à Fukuota.
  • La production canadienne provient de la raffinerie de Trail, en Colombie Britannique exploitée par Teck, avec une capacité de production de 75 t/an.
  • La production française provient de la raffinerie de zinc d’Auby (59), exploitée par Nyrstar, avec une capacité de production de 48 t/an. En juillet 2019, Nyrstar est devenue filiale du groupe de négoce Trafigura.
  • La production belge provient de l’usine d’Hoboken d’Umicore avec une capacité de recyclage de 50 t/an.
  • La production péruvienne provient de la raffinerie de Cajamarquilla, exploitée par le groupe brésilien Nexa, avec une capacité de production de 50 t/an et de la raffinerie de La Oroya avec une capacité de production de 5 t/an.
  • La société russe Chelyabinsk Zinc Plant, possède une capacité de production de 15 t/an à Chelyabinsk.
    La société Ural Mining and Metallurgical possède une raffinerie à Vladikavkaz, en Ossétie du Nord, avec une capacité de 5 t/an.

Recyclage

Le recyclage concerne principalement l’indium utilisé pour la production d’écrans plats. Lors du dépôt en couches minces d’ITO, seulement une partie, soit environ 30 %, de l’indium utilisé se retrouve sur le substrat. Le reste, 70 %, est récupéré à l’intérieur de la chambre de pulvérisation et est recyclé.
Le recyclage a porté, en 2017, sur 1002 t, sur un total de production de 1 722 t, soit un taux de recyclage de 58 %. Il se pratique principalement au Japon.

Situation française

En 2020.

A Auby (59), dans sa raffinerie de zinc, Nyrstar récupère, depuis 2007, de l’indium dans des concentrés renfermant 25 % d’indium, qui, depuis 2012, sont traités sur place pour donner de l’indium à 99,998 % de pureté. Par ailleurs la production de zinc de la raffinerie d’Auby a été de 155 200 t. En novembre 2015, un incendie dans l’atelier de cémentation de l’indium a entraîné l’arrêt de la production qui a repris début 2017. La capacité de production est de 48 t/an.
La France avait été, jusqu’en 2002, avec 65 t/an, le deuxième pays producteur d’indium, juste après la Chine. La production provenait de la raffinerie de plomb-zinc de Metaleurop à Noyelles-Godault qui a fermé en novembre 2002. Cette fermeture s’était traduite par une brusque montée du cours de l’indium. Cette raffinerie traitait des minerais de plomb-zinc selon un procédé pyrométallurgique.

Production : en 2015, la production avait été de 41 t.

Commerce extérieur :

  • Exportations : 514 t à 98 % vers le Royaume Uni.
  • Importations : 1,3 t à 69 % de Chine, 22 % d’Allemagne.

Utilisations

Consommations, en 2017. Monde : 1 682 t, dont, en 2020, 100 t aux États-Unis.

Secteurs d’utilisation de l’indium

En 2013, dans le monde. Source : SMG Indium Resources

  • Électrode transparente pour écrans LCD en oxyde d’indium et d’étain (ITO) qui contient 78 % d’indium sous forme d’oxyde d’indium (In2O3), à 90 % avec 10 % d’oxyde d’étain SnO2. L’ITO présente l’avantage d’être un bon conducteur, transparent sous faible épaisseur.
    Il est déposé sur du verre, en phase vapeur, sous vide, par ablation laser, avec une épaisseur d’environ 150 nm. La capacité de production d’ITO est, en 2015, hors Chine, de 1 980 t/an, principalement au Japon, en Corée du Sud et aux États-Unis. En 2013, la production chinoise est encore faible, avec 70 t.
    La masse d’indium par appareil est, en moyenne, de 39 mg pour un ordinateur portable, 79 mg pour un écran d’ordinateur de bureau, 254 mg pour un écran LCD de téléviseur, ce qui a représenté, en Allemagne, en 2010, plus de 2,5 t d’indium.
  • Alliages à faible point de fusion : l’alliage à 24 % d’indium et 76 % de gallium est liquide à la température ambiante.
  • Semi-conducteur : sous forme de nitrure d’indium-gallium, InGaN, utilisé pour apporter la couleur bleue des lampes électroluminescentes (LED). La longueur d’onde d’émission varie avec la composition, elle est de 450 nm pour un rapport In/Ga de 40/60. Un lampe LED contient, en moyenne, 29 µg d’indium.
  • Cellules solaires : l’indium entre dans la composition des cellules de séléniure de cuivre, indium et germanium (CIGS) qui comptent, en 2015, pour 2 % de la production mondiale de cellules solaires. En 2015, la consommation en indium de ce secteur a été de 40 t.

Bibliographie