Великое китайское золото: сурьма и ее роль в IT-сфере

Мы продолжаем рассказывать о различных химических элементах, их роли в IT и, разумеется, патентом аспекте. На этот раз речь пойдет о сурьме, которая в ближайшее время может стать новым золотом для Китая. Почему? Об этом мы подробно расскажем в нашем материале.   

Краткая история сурьмы

Сурьма (Stibium, Sb) — один из древнейших полуметаллов, известных человеку

В странах Востока она употреблялась примерно за 3000 лет до н. э. для изготовления сосудов. В Древнем Египте уже в XIX в. до н. э. порошок сурьмяного блеска (природный Sb2S3) под названием mesten или stem применялся для чернения бровей. В Древней Греции он был известен как «стими» или «стиби» (есть разные версии написания, а в современном греческом языке звук «б» передается сочетанием букв «мю» и «пи»), приведшее к латинскому stibium, вошедшему Периодическую систему химических элементов Д. И. Менделеева.

Средневековый европейский металлург Агрикола (1494-1555) писал: «Если путем сплавления определенная порция сурьмы прибавляется к свинцу, получается типографский сплав, из которого изготовляется шрифт, применяемый теми, кто печатает книги». Свойства и способы получения сурьмы, ее препаратов и сплавов впервые в Европе подробно описаны в известной книге «Триумфальная колесница антимония», вышедшей в 1604 г.

Потребление

Области применения сурьма по мере развития научно-технического прогресса менялись. Издавна сурьма придавала прочность таким мягким металлам, как золото, медь, олово и свинец. Она была и в бронзовом оружии древних греков, и в свинцовых водопроводах, которые, как говорят, погубили сначала римлян. Главным же ее применением после изобретения книгопечатания стал свинцовый шрифт. Помимо способности сплавляться с любым металлом — недаром алхимики изображали ее в виде волка всепожирающего, — сурьма имеет очень важное и редкое среди металлов свойство: при затвердевании она расширяется. Сплав свинца с сурьмой прекрасно заполнял литейную форму, и шрифт получался четким и прочным. 

На сегодня основное применение сурьмы — добавление ее оксида в пластики для снижения их горючести: на это идет треть ее годового производства. Сурьма есть и в поливинилхлориде, и в ударопрочном полистироле, и в акрилнитриле. Это и пластиковые корпуса всевозможных электробытовых приборов, и материал печатных плат, и изоляция проводов, и корпуса конденсаторов и других электронных компонентов. 

В электронике сурьма может вытеснить индий в качестве компонента прозрачного электрода жидкокристаллического дисплея — сейчас его делают из тонкой пленки оксида олова с индием. Но такие же электроды нужны и для солнечных батарей или устройств искусственного фотосинтеза, в которых солнечный свет не производит электричество, а разлагает воду.

Также можно упомянуть приборы ночного видения, взрывчатые вещества, фонари, инфракрасные датчики.

Добыча из недр и мировой рынок сурьмы

Геологические запасы, согласно Геолфаку МГУ составляют ^[1] порядка 3,4 миллиона тонн. 

В настоящее время Китай владеет 32% запасов сурьмы и около 80% мирового производства. Кроме того, Таиланд, Боливия и Россия также имеют относительно большие запасы сурьмы. Основным сырьевым источником сурьмы в России являются комплексные золотосурьмяные месторождения жильного кварц золото-антимонитового геолого-промышленного типа, где главным рудным минералом является антимонит (сульфид сурьмы). Второстепенное значение имеют месторождения, где сурьма может попутно извлекаться из сложных сульфидов свинца, меди, висмута, серебра и других металлов.

Годовое мировое производство составляет до 195 000 т 100% Sb/год) лидируют Китай (79% рынка), Россия и Таджикистан (до 10%). Добыча небольших объемов сурьмяного сырья осуществляется также в Австралии, Боливии, Турции и Мьянме. В США примерно 2 тысяч тонн (1% от мира).

Согласно исследованию ^[2] Stibium Target Market, Global Outlook and Forecast 2024-2030 в последние годы на мировом рынке сурьмы наблюдается стремительный рост, обусловленный растущими экологическими проблемами, правительственными стимулами и достижениями в области технологий. 

Драйверами рынка являются индустрия дисплеев и солнечная энергетика. 

Патентный аспект

На портале Google.Patents указано 100 тыс. документов по слову stibium. 

Среди патентообладателей ТОП-5 лидеров составили:

1. Samsung Electronics Co., Ltd. ^[3] — 4,8%;

2. Macronix (旺宏电子股份有限公司 ^[4]) — 2,9%;

3. E. I. Du Pont De Nemours And Company ^[5] — 2,4%;

4. Eastman Chemical Company ^[6] — 1,4%;

5. Jiangsu Hengli Chemical Fibre Co., Ltd (江苏恒力化纤股份有限公司 ^[7]) — 0,8%/

Как видите, безусловное лидерство за южнокорейской Samsung. В нашем коротком рейтинге также представлены компании из США, КНР и Тайваня. 

Популярные темы патентов в рамках международной патентной классификации выглядят так:

• разное оборудование Y10T ^[7] – 15,9%;

• использование неорганических или низкомолекулярных органических веществ в качестве компонентов для композиций на основе высокомолекулярных соединений C08K ^[7] – 15,8%;

• полупроводниковые приборы H01L ^[7] – 15,1%;

• композиции высокомолекулярных соединений C08L ^[7] – 13,1%;

• высокомолекулярные соединения, получаемые иначе, чем реакциями с участием только ненасыщенных углерод-углеродных связей C08G ^[7] – 12,7%.

Сурьма в электронике не лидирует в мировых патентах. Однако IT-тематика представлена тремя весомыми позициями: H01L ^[7]; H10N ^[7] и H10B ^[7]. Так, в подразделе H01L ^[7] полупроводниковые приборы Google.patent выдал более 22 000 документов. Примерами являются:

• Non-volatile semiconductor memory device and method of manufacturing the same ^[8]KR102495000B1 ^[9]; 

• Semiconductor memory device and method of manufacturing the same KR102578481B1;  ^[10]

• Novel undoped and stibium doped non-lead indium chlorine halogen perovskite material ^[10]CN113563873B.  ^[11]

А что же в России?

В базе ФИПС на «сурьма» числится существенное число 1014 патентов РФ на изобретения, из которых только 372 действующие. Большинство из 34 ед. в разделе «Н» электричество посвящены электрическим аккумуляторам (№2602825), термоэлектрическим приборам и преобразователям (№2798434, №2806010 и др.), детекторам терагерцевого излучения (например, №2808395), высоковольтной варисторной керамике (№2712822), огнестойким электрическим кабелям (№2816163) и т.п.

По подклассу «полупроводниковые приборы H01L ^[12]» 11 патентов РФ от ряда московских организаций, как-то: завод «Сапфир», Научно-технологический центр микроэлектроники и субмикронных гетероструктур микроэлектроники РАН, Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов (ТИСНУМ) и т.д. с публикацией 2012-2023 годов. 

Патентов РФ на полезные модели 56 ед., действующих 2 ед.:

№190587 ^[13] полупроводниковый прибор и №214697 ^[14] кремниевая структура с диэлектрической изоляцией от ЗАО «Группа Кремний Эл» (Брянск),

Программ для ЭВМ 4, из которых 2 по электронике:

• №2021662933 ^[15] — «Программное обеспечение для компьютерного моделирования термоэлектрических свойств композитов на основе твердых растворов висмута-сурьмы и графена (GRAGHen-pro)» от ООО «НН «Технолоджи»;

• №2021666349 ^[16] — «Программное обеспечение для математического моделирования процесса термоэлектрического охлаждения лазерного диода и корпуса оптической головки многопроходного поляриметра для хирального детектирования газов и жидкостей на различных режимах работы» от ООО «КДП».

База данных 9 штук, в основном по экологии.

Топологий интегральных схем нет.

Заключение

Сурьма относится к числу стратегических видов сырья РФ, тем не менее, дефицитным веществом сурьма не считается. Добыча сурьмы в России ведется в умеренных масштабах в Якутии, и сурьмяные концентраты в основном экспортируются. По существу, сурьма в России избыточна по причине слабого развития электронной промышленности и пренебрежения солнечной энергетикой. Потребности российских предприятий обеспечиваются ^[17] в существенной части за счет импорта готовой продукции из дружественного Китая. 

А вот для США и ЕС сурьма является критическим минеральным сырьем.

Китай буквально на днях резко поменял конструкцию мирового рынка сурьмы. Он решил ввести систему лицензирования на ее экспорт, а также связанных с ней технологий и оборудования с 15 сентября. Об этом говорится в заявлении Минкоммерции и Государственного таможенного управления КНР, обнародованном в середине августа. «Введение экспортного контроля в отношении товаров, связанных с сурьмой и сверхтвердыми материалами, является общепринятой международной практикой. Соответствующая мера не нацелена на какую-либо конкретную страну или регион. Если цель экспорта соответствует правилам, вывоз будет разрешен», - приводит текст заявления агентство Синьхуа.

Отмечается, что под ограничения попадают органические соединения сурьмы, чистота которых превышает 99,999%, и технологии, связанные с сурьмой, в том числе технология плавки и разделения золота и сурьмы. Также мера распространяется на вещества и технологии, связанные с сверхтвердыми материалами.

Как подчеркнули в Минкоммерции, новая система контроля экспорта призвана «лучше защитить национальную безопасность и выполнить международные обязательства».

Отмечается, что США могут найти запасы сурьмы в других странах, но создание производственных линий требует времени и технологий, и это непростая задача. Так, после того как КНР запретил экспорт галлия и германия больше года назад, пока новостей о разворачивании добычи и производственных линий для этих двух металлов из США не приходило.

Таким образом, сурьма стала эффективным оружием в электронных войнах КНР со странами Запада.