金屬鈹珠

鈹在地殼中含量為0.001%，主要礦物有綠柱石、硅鈹石和金綠寶石。天然鈹有三種同位素：鈹7、鈹8、鈹10。鈹是鋼灰色金屬；熔點(diǎn)1283°C，沸點(diǎn)2970°C，密度1.85克/厘米3，鈹離子半徑0.31埃，比其他金屬小得多。

鈹?shù)幕瘜W(xué)性質(zhì)活潑，能形成致密的表面氧化保護(hù)層，即使在紅熱時(shí)，鈹在空氣中也很穩(wěn)定。鈹即能和稀酸反應(yīng)，也能溶于強(qiáng)堿，表現(xiàn)出兩性。

鈹?shù)难趸?、鹵化物都具有明顯的共價(jià)性，鈹?shù)幕衔镌谒幸追纸猓斶€能形成聚合物以及具有明顯熱穩(wěn)定性的共價(jià)化合物。

和鋰一樣，也形成保護(hù)性氧化層，故在空氣中即使紅熱時(shí)也很穩(wěn)定。不溶于冷水，微溶于熱水，可溶于稀鹽酸，稀硫酸和氫氧化鉀溶液而放出氫。金屬鈹對(duì)于無(wú)氧的金屬鈉即使在較高的溫度下，也有明顯的抗腐蝕性。鈹價(jià)態(tài)為正2價(jià)，可以形成聚合物以及具有顯著熱穩(wěn)定性的一類共價(jià)化合物。

鈹（舊譯作鋍、鑉）是一種化學(xué)元素，它的化學(xué)符號(hào)是Be，它的原子序數(shù)是4，是一種灰白色的堿土金屬。鈹及其化合物都有劇毒。盡管在地殼中發(fā)現(xiàn)了幾種形式的鈹，但它的含量仍然相對(duì)稀少，只占地球上所有元素的第32位。

顏色和外表：銀白色或鋼灰色

地殼含量：2.6×10?? %

鈹?shù)幕瘜W(xué)性質(zhì)活潑，已發(fā)現(xiàn)的鈹?shù)耐凰毓灿?種，包括鈹6，鈹7，鈹8，鈹9，鈹10，鈹11，鈹12，鈹14，其中只有鈹9是穩(wěn)定的，其他同位素都帶有放射性。在自然界中存在于綠柱石、硅鈹石和金綠寶石礦中，鈹分布于綠柱石及貓睛石中。含鈹?shù)牡V石有許多透明的、色彩美麗的變種，自古以來(lái)是最名貴的寶石。

在我國(guó)古代文獻(xiàn)中記載著這些寶石，如貓精，或稱貓精石、貓兒眼、貓眼石，也就是我們現(xiàn)在稱的金綠玉。這些含鈹?shù)牡V石基本上都是綠柱石的變種。可由電解熔融的氯化鈹或氫氧化鈹而制得。它能形成致密的表面氧化保護(hù)層，即使在紅熱時(shí)，鈹在空氣中也很穩(wěn)定。

鈹即能和稀酸反應(yīng)，也能溶于強(qiáng)堿，表現(xiàn)出兩性。鈹?shù)难趸?、鹵化物都具有明顯的共價(jià)性，鈹?shù)幕衔镌谒幸追纸?，鈹還能形成聚合物以及具有明顯熱穩(wěn)定性的共價(jià)化合物。

金屬鈹對(duì)液體金屬的抗腐蝕性，與通用的綜合劑乙二胺四乙酸（EDTA）的反應(yīng)并不強(qiáng)，這在分析上是很重要的。鈹可以形成聚合物以及具有顯著熱穩(wěn)定性的一類共價(jià)化合物。鈹用來(lái)制造飛機(jī)上用的合金、倫琴射線管、鈹鋁合金、青銅。也用作原子反應(yīng)堆中的減速劑和反射劑。

高純度的鈹又是快速中子的重要來(lái)源。這對(duì)設(shè)計(jì)核反應(yīng)堆的熱交換器是重要的，主要用作核反應(yīng)堆的中子減速劑。鈹銅合金被用于制造不發(fā)生火花的工具，如航空發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵運(yùn)動(dòng)部件、精密儀器等。鈹由于重量輕、彈性模數(shù)高和熱穩(wěn)定性好，已成為引人注目的飛機(jī)和導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)材料。

鈹具有毒性。每一立方米的空氣中只要有一毫克鈹?shù)姆蹓m，就會(huì)使人染上急性肺炎——鈹肺病。我國(guó)冶金行業(yè)已經(jīng)使一立方米空氣中的鈹?shù)暮拷档偷绞f(wàn)分之一克以下，圓滿地解決了鈹中毒的防護(hù)問(wèn)題。

跟鈹相比，鈹?shù)幕衔锏亩拘愿?，鈹?shù)幕衔飼?huì)在動(dòng)物的組織和血漿中形成可溶性的膠狀物質(zhì)，進(jìn)而與血紅蛋白發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成一種新的物質(zhì)，從而使組織器官發(fā)生各種病變，在肺和骨骼中的鈹，還可能引發(fā)癌癥。

鈹透X射線的能力最強(qiáng)，有“金屬玻璃”之稱。其合金是航空，航天，軍工，電子，核能等領(lǐng)域不可替代的戰(zhàn)略金屬材料。鈹青銅是銅合金中性能最優(yōu)良的彈性合金，具有良好的導(dǎo)熱，導(dǎo)電，耐熱，耐磨，耐腐蝕，無(wú)磁性，彈性滯后小，沖擊時(shí)不產(chǎn)生火花等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于國(guó)防，儀表，儀器，計(jì)算機(jī)，汽車，家電等工業(yè)中。鈹銅錫合金被用于制造在高溫下工作的彈簧，此種彈簧在紅熱狀態(tài)下仍保持良好的彈性和韌性；氧化鈹可用于高溫?zé)犭娕嫉哪蜔崽畛湮铩?/p>

例如：適用于吹氣模(風(fēng)咀，剪口，模腔)及注塑模(模芯，模腔，頂針，塑孔栓，熱流道系統(tǒng)配件及作鑲件使用)。

應(yīng)用例：塑膠模、沖壓模、橡膠模、拉拔模、壓鑄模等。

鈹在地殼的含量為0.0006%，主要礦物有綠柱石礦、硅鈹石、金綠寶石。

鈹是鋼灰色金屬，熔點(diǎn)(1551K)、沸點(diǎn)(3243K)較高，密度為1.85gcm-3，比鎂稍重，但比鋁還輕1/3，屬于輕金屬。鈹?shù)挠捕缺韧褰饘俑撸幌疋}、鍶、鋇可以用刀子切割。

1.鈹?shù)姆闯Ｐ再|(zhì)

Be原子的價(jià)電子層結(jié)構(gòu)為2s2，它的原子半徑為89pm，Be2+離子半徑為31pm，Be的電負(fù)性為1.57。鈹由于原子半徑和離子半徑特別?。ú粌H小于同族的其它元素，還小于堿金屬元素），電負(fù)性又相對(duì)較高（不僅高于堿金屬元素，也高于同族其它各元素），所以鈹形成共價(jià)鍵的傾向比較顯著，不像同族其它元素主要形成離子型化合物。因此鈹常表現(xiàn)出不同于同族其它元素的反常性質(zhì)。

（1）鈹由于表面易形成致密的保護(hù)膜而不與水作用，而同族其它金屬鎂、鈣、鍶、鋇均易與水反應(yīng)。

（2）氫氧化鈹是兩性的，而同族其它元素的氫氧化物均是中強(qiáng)堿或強(qiáng)堿性的。

（3）鈹鹽強(qiáng)烈地水解生成四面體型的離子[Be(H₂O)₂]2+，Be-O鍵很強(qiáng)，這就削弱了O-H鍵，因此水合鈹離子有失去質(zhì)子的傾向：

因此鈹鹽在純水中是酸性的。而同族其它元素（鎂除外）的鹽均沒(méi)有水解作用。

2.鈹?shù)闹苽浞椒?/p>

鈹屬于活潑金屬，它的制備方法：

(1)電解無(wú)水熔融的鈹鹽，如氯化鈹。

(2)用金屬鎂還原氟化鈹。

3. 鈹?shù)闹匾獞?yīng)用　　

鈹作為一種新興材料日益被重視，鈹是原子能、火箭、導(dǎo)彈、航空、宇宙航行以及冶金工業(yè)中不可缺少的寶貴材料。

(1)在所有的金屬中，鈹透過(guò)X射線的能力最強(qiáng)，有金屬玻璃之稱，所以鈹是制造X射線管小窗口不可取代的材料。

(2)鈹是原子能工業(yè)之寶。在原子反應(yīng)堆里，鈹是能夠提供大量中子炮彈的中子源（每秒鐘內(nèi)能產(chǎn)生幾十萬(wàn)個(gè)中子）；鈹對(duì)快中子有很強(qiáng)的減速作用，可以使裂變反應(yīng)連續(xù)不斷地進(jìn)行下去，所以鈹是原子反應(yīng)堆中最好的中子減速劑。為了防止中子跑出反應(yīng)堆危及工作人員的安全，反應(yīng)堆的四周得有一圈中子反射層，用來(lái)強(qiáng)迫那些企圖跑出反應(yīng)堆的中子返回反應(yīng)堆中去。鈹?shù)难趸锊粌H能夠像鏡子反射光線那樣把中子反射回去，而且熔點(diǎn)高，特別能耐高溫，是反應(yīng)堆里中子反射層的最好材料。

(3)鈹是優(yōu)秀的宇航材料。人造衛(wèi)星的重量每增加一公斤，運(yùn)載火箭的總重量就要增加大約500kg。制造火箭和衛(wèi)星的結(jié)構(gòu)材料要求重量輕、強(qiáng)度大。鈹比常用的鋁和鈦都輕，強(qiáng)度是鋼的四倍。鈹?shù)奈鼰崮芰?qiáng)，機(jī)械性能穩(wěn)定。

(4)在冶金工業(yè)中，含鈹1%至3.5%的青鋼叫做鈹青銅，機(jī)械性能比鋼好，且抗腐蝕性好，還保持有很高的導(dǎo)電性。被用來(lái)制造手表里的游絲，高速軸承，海底電纜等。

(5)含有一定數(shù)量鎳的鈹青銅受撞擊時(shí)不產(chǎn)生火花，利用這一奇妙的性質(zhì)，可制作石油、礦山工業(yè)專用的鑿子、錘子、鉆頭等，防止火災(zāi)和爆炸事故。含鎳的鈹青銅不受磁鐵吸引，可制造防磁零件。

4.鈹對(duì)人體的毒害　　

鈹?shù)幕衔锶缪趸敗⒎?、氯化鈹、硫化鈹、硝酸鈹?shù)榷拘暂^大，而金屬鈹?shù)亩拘韵鄬?duì)比較小些。

鈹進(jìn)入人體后，難溶的氧化鈹主要儲(chǔ)存在肺部，可引起肺炎?？扇苄缘拟敾衔镏饕獌?chǔ)存在骨骼、肝臟、腎臟和淋巴結(jié)等處，它們可與血漿蛋白作用，生成蛋白復(fù)合物，引起臟器或組織的病變而致癌。鈹從人體組織中排泄出去的速度極其緩慢。因此，接觸鈹及其化合物要格外小心。

在周期表中，鈹與第IIIA族中的鋁處于對(duì)角線位置，它們的性質(zhì)十分相似。

1．標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)相近：都是活潑金屬。

2．都是親氧元素，金屬表面易形成氧化物保護(hù)膜，都能被濃HNO3鈍化。

3．均為兩性金屬。氫氧化物也均呈兩性。

4．氧化物BeO和Al2O3都具有高熔點(diǎn)、高硬度。

5．BeCl2和AlCl3都是缺電子的共價(jià)型化合物，通過(guò)橋鍵形成聚合分子。

6．鈹鹽、鋁鹽都易水解，水解顯酸性。

7．碳化鈹Be2C像Al4C3一樣，水解時(shí)產(chǎn)生甲烷。

盡管Be和Al有許多相似的化學(xué)性質(zhì)，但兩者在人體內(nèi)的生理作用極不相同。人體能容納適量的鋁，卻不能有一點(diǎn)兒鈹，吸入少量的BeO，就有致命的危險(xiǎn)

已知含鈹?shù)V物有30多種，但直到1968年，其中僅綠柱石具有工業(yè)價(jià)值。綠柱石是一種鈹鋁硅酸鹽，其通式為3BeOAlO6SiO,理論上含BeO近14%。實(shí)際上BeO含量一般為9～13%;主要產(chǎn)于巴西、阿根廷、印度、南非等。中國(guó)新疆、江西等地也出產(chǎn)。1968年開(kāi)始使用含水硅鈹石 [BeSiO(OH)]制鈹。含水硅鈹石中氧化鈹?shù)睦碚摵繛?9～42%，但是工業(yè)礦物呈高度分散狀態(tài)，氧化鈹含量只有1.7～2.5%；主要產(chǎn)于美國(guó)。

性質(zhì)和用途 鈹在室溫下的抗氧化能力近似鋁，在干燥空氣中于600可長(zhǎng)時(shí)間抗氧化；于800可短時(shí)間抗氧化。鈹在低溫高純水中具有優(yōu)良的抗蝕性。室溫下，鈹易與稀硫酸反應(yīng)，與濃硫酸反應(yīng)緩慢；與稀硝酸和醋酸發(fā)生反應(yīng)，與濃硝酸和冰醋酸不發(fā)生反應(yīng)；但在高溫下則與濃硝酸發(fā)生反應(yīng)。鈹與濃的堿溶液激烈反應(yīng)；在略高于鈹熔點(diǎn)的溫度下，與碳反應(yīng)生成碳化鈹；略高于900時(shí)可與氮作用；1000下粉末狀金屬可與氨作用生成氮化鈹。

X 射線對(duì)鈹有很高的透過(guò)能力。鈹核被中子、 粒子、氘核及γ射線撞擊或照射時(shí)產(chǎn)生中子，因此鈹是一種中子源材料。鈹原子的熱中子吸收截面為 0.009靶恩。

工業(yè)用鈹大部分以氧化鈹形態(tài)用于鈹銅合金的生產(chǎn)小部分以金屬鈹形態(tài)應(yīng)用，另有小量用做氧化鈹陶瓷等。40年代前金屬鈹用做 X光窗和中子源等，從40年代中期到60年代初，主要用于原子能領(lǐng)域，如利用鈹能使中子增殖作試驗(yàn)反應(yīng)堆的反射層、減速劑和核武器部件等。1956年慣性導(dǎo)航系統(tǒng)首次使用鈹陀螺，從此開(kāi)辟了鈹應(yīng)用的重要領(lǐng)域。60年代鈹?shù)闹饕猛巨D(zhuǎn)入航天與航空領(lǐng)域，用于制造飛行器的部件。

1980年世界鈹?shù)V石的生產(chǎn)能力（以鈹計(jì)）約為1315噸。實(shí)際產(chǎn)量受軍備、原子能和空間計(jì)劃的影響，波動(dòng)較大。1972～1974年，世界鈹?shù)V的年產(chǎn)量（以鈹計(jì)）約為185噸。1976年以后，美國(guó)鈹?shù)南M(fèi)量逐年增長(zhǎng)1980年達(dá)到 300噸。1977～1980年銅鈹中間合金中鈹?shù)膬r(jià)格為135美元/公斤，純鈹265～307美元/公斤，陶瓷級(jí)氧化鈹為57美元/公斤。綠柱石精礦（BeO10～12%）為75～85美元/短噸。

工業(yè)上金屬鈹?shù)纳a(chǎn)一般分為兩步：第一步是從綠柱石中提取氧化鈹，第二步是由氧化鈹制取金屬鈹。

氧化鈹?shù)奶崛?有硫酸鹽法和氟化物法。

硫酸鹽法 先將綠柱石在1600～1700熔融，熔體用冷水水淬，得到的細(xì)粒狀玻璃體，磨細(xì)到－200目與濃硫酸混合，在250～300反應(yīng)，使鈹、鋁氧化物轉(zhuǎn)化成水溶性硫酸鹽，而二氧化硅則不與硫酸發(fā)生反應(yīng)，入渣棄去。在浸出液中加氨中和游離的硫酸，產(chǎn)生的硫酸銨同硫酸鋁化合形成鋁銨礬[NHAl(SO)12HO]沉淀，從而使鋁大部除去。然后利用鈹、鋁離子在堿性溶液中穩(wěn)定性的不同，使鈹、鋁進(jìn)一步分離。例如在溶液中加入乙二胺四乙酸（EDTA）螯合劑和氫氧化鈉可使鋁、鐵、鉻、錳、稀土等雜質(zhì)保持在溶液中。然后把溶液加熱到接近沸點(diǎn)，鈹酸鈉便水解生成氫氧化鈹沉淀而與雜質(zhì)分離。于750～800煅燒氫氧化鈹，即成工業(yè)氧化鈹。

氟化物法 將磨細(xì)的綠柱石和氟硅酸鈉或氟鐵酸鈉混合制塊，在750燒結(jié)，礦石中的鈹轉(zhuǎn)化為水溶性的氟鈹酸鈉，而鋁、鐵、硅等仍保留氧化物狀態(tài)。燒結(jié)塊磨細(xì)后，用水浸出、過(guò)濾，濾液中加入氫氧化鈉，得到鈹酸鈉溶液。煮沸溶液鈹酸鈉便水解沉淀,得到工業(yè)純氫氧化鈹，再煅燒成氧化鈹。殘液用硫酸高鐵處理，生成氟鐵酸鈉沉淀，回用制塊。此法鈹?shù)幕厥章试?0%以上，比硫酸鹽法高。

從含水硅鈹石提取 60年代末開(kāi)始以含水硅鈹石為提取鈹?shù)脑?。這種原料中的鈹呈簡(jiǎn)單的硅酸鹽形態(tài)，用硫酸在近沸溫度直接浸出。所得鈹溶液，用處理，以D2EHPA[二（2-乙基己基）磷酸]煤油萃取，鈹進(jìn)入有機(jī)相，然后用碳酸銨溶液反萃，反萃液通過(guò)分步水解除去鐵和鋁，最后加熱到95，得Be(OH)2BeCO沉淀。

金屬鈹?shù)纳a(chǎn) 氧化鈹極難直接還原成金屬，生產(chǎn)中先將氧化鈹轉(zhuǎn)化為鹵化物，然后再還原成金屬。有兩種工藝：氟化鈹鎂還原法和氯化鈹熔鹽電解法。

氟化鈹鎂還原法 將氫氧化鈹溶于氟氫化銨(NHFHF)溶液中，得氟鈹酸銨 [(NH)BeF]溶液。然后加碳酸鈣除鋁；加過(guò)氧化鉛（PbO）除錳、鉻；加多硫化銨[(NH)S]除重金屬雜質(zhì)，經(jīng)真空蒸發(fā)、濃縮結(jié)晶得純凈的氟鈹酸銨。結(jié)晶在900進(jìn)行熱分解得熔融氟化鈹，鑄成小錠，用于還原。鎂還原按BeF+[hjm]g─→Be+[hjm]gF進(jìn)行反應(yīng)。還原過(guò)程開(kāi)始于 900，結(jié)束時(shí)升至1300，以利金屬與渣分離。生產(chǎn)中鎂的用量通常只有化學(xué)計(jì)算值的70%。過(guò)量的氟化鈹可以降低渣的熔點(diǎn)和粘度，有助于金屬鈹?shù)木劢Y(jié)和渣的分離，還能防止因反應(yīng)放熱而使溫度急升，引起鎂的大量揮發(fā)。在還原產(chǎn)物進(jìn)行水浸處理時(shí)，過(guò)量的氟化鈹迅速溶解，使金屬鈹珠更易分離。還原所得金屬鈹珠經(jīng)真空熔煉，除去未反應(yīng)的鎂、氟化鈹和氟化鎂等雜質(zhì)后鑄成鈹錠。

氯化鈹熔鹽電解法 先將氧化鈹和碳還原劑混合，加焦油等粘結(jié)劑制成球團(tuán)，在900以上焦化，所得焦化塊裝入氯化爐，在700～900通入氯氣進(jìn)行氯化，得到氯化鈹。氯化鈹在鎳制坩堝內(nèi)進(jìn)行。坩堝內(nèi)放置鎳制圓筒作陰極，中心懸置石墨棒作陽(yáng)極。純無(wú)水氯化鈹與等量的純氯化鈉混合、熔融在350下進(jìn)行電解。電解周期結(jié)束后取出沉積物,用冰水浸洗除去熔鹽，得到鱗片狀的金屬鈹。經(jīng)真空熔煉，澆鑄成錠。

為制備較高純度的鈹，可將粗鈹用真空蒸餾、熔鹽電解精煉或等方法進(jìn)行精煉。

稀土屬金屬元素，用于激光中，見(jiàn)于磷灰石、獨(dú)居石、磷釔礦和硅鈹釔礦中

一種用硅鈹釔礦制取工業(yè)氧化鈹及混合稀土氫氧化物的方法。它是將硅鈹釔礦石磨粉、加水漿化、濃硫酸酸化、加水浸出，分離出硅渣后，再經(jīng)復(fù)鹽沉稀土，分離鈹和稀土，稀土硫酸鈉復(fù)鹽沉淀再用氫氧化鈉轉(zhuǎn)化制取混合稀土氫氧化物。復(fù)鹽沉稀土后的含硫酸鈹溶液經(jīng)氨水中和除鐵鋁，草酸沉淀除稀土后，再用氨水升高pH值沉淀出氫氧化鈹，將氫氧化鈹過(guò)濾、洗滌、烘干、鍛燒制成工業(yè)氧化鈹。該方法工藝簡(jiǎn)單，技術(shù)成熟，環(huán)境污染小，成本低，產(chǎn)品質(zhì)量好。

硅鈹釔礦礦石實(shí)拍