铍(beryllium)

元素周期表中第ⅡA族元素，一种重要的轻稀有金属。元素符号Be，原子序数4，相对原子质量9．012。常温为钢灰色固体。

简史1798年法国化学家沃克兰(L．N．Vauquelin)在分析绿柱石时，发现了一种具有葡萄糖甜味的新氧化物，命名为Glueinium。1928年德国冶金学家沃勒(F．Wohler)和法国化学家比西(A．A．B．Bussy)分别用钾还原氯化铍获得单质铍，沃勒将其命名为Beryllium(Be)。1957年由国际理论和应用化学联合会(IUPAc)将此元素的名称统一为Beryllium。

1898年法国人勒博(P．Lebeau)用氟铍酸钠熔盐电解法制得小颗粒金属铍。工业规模生产金属铍及其化合物则在20世纪20年代末期。1929年德国西门子(Siemens)公司首先建立了生产氧化铍的工厂。1932年美国建立了铍公司(Berylco)，同年，苏联也开始了铍的工业生产。法国在1933年、英国在1956年、日本在1958年相继建立了铍的生产工厂。1953年中国开始进行提取铍的研究，1958年建立工厂，现已建成了595pi铍完整的科研和生产体系，能生产各种规格的铍化合物、铍合金及金属铍制品。

铍工业的发展是与现代科学技术的发展密切相联系的。20世纪30年代发现铍铜合金具有优异的性能，在机械和电子工业中有重要用途，促使氧化铍和铍铜合金的冶金工业迅速发展。50～60年代，由于铍在核工业和航天工业中的应用，促进了金属铍及铍粉末冶金的发展。美国、法国、联邦德国、意大利、英国和日本等国都曾建有铍冶炼厂，采用不同的工艺生产铍产品。到70年代中期，由于消费量的缩减，加之铍毒的防护和环境保护问题，法国、英国、日本等国家的铍冶炼厂先后停产。90年代世界上除中国和前苏联外，只有美国布拉什一威尔曼公司(BrushWellmanCo．)是从矿石开始生产铍制品的，其他国家都是购买氧化铍等初级产品进行深加工或直接进口铍制品。

全世界铍的生产能力约600t／a，年产量350～400t。美国是世界上最大的铍生产国和消费国，生产和消费都占60％以上，其次是前苏联和中国。

性质铍的原子半径为0．112nm，原子核的外电子层构型为[He]2s²，在形成化合物时可失去2s轨道的两个电子，所以铍为正二价元素。Be²⁺的半径为0．034nm。铍有六种同位素，其质量数分别为6、7、8、9、10、1l，只有。Be是稳定同位素。

金属铍为密排六方晶体，a—0．22854nm，c—0．35829nm，c/a=1．5677。铍的主要物理性质见表1。

铍的力学性能常和其制取方法有关，用热等静压所制得的坯锭强度最高达580MPa，压力加工能进一步提高铍材的强度。

室温下铍不与空气、水、氢和二氧化碳反应，但能与卤素气体反应。铍的标准电极电位为-1．9V，电化当量为O．04674mg／C。铍在873K温度的干燥空气中因表面生成极为致密的氧化保护膜而能稳定存在。铍的耐水腐蚀性和水的纯度有关，铍在868K温度的水蒸气中仍相当稳定。铍在氯化物、氟化物和硫酸盐溶液中会被腐蚀成点坑状。除浓硝酸及冰醋酸外，铍能与酸或碱发生较强烈的反应。熔融铍与碳迅速反应生成碳化铍，而在低于熔点温度下反应十分缓慢,化合物铍的化合物繁多，工业上常用铍的主要铍化合物见表2。

合金工业规模生产的合金有铍铜、铍铝和铍镍合金。

铍铜合金铍铜合金又称铍青铜，是一种时效硬化效果最好的铜合金，具有硬度、强度和弹性极限高，弹性滞后小，耐疲劳，导电和导热性良好，无磁性，高低温性能好，冲击时不发生火花等许多优点，是综合性能最好的铜合金之一。不同牌号的铍铜合金含铍1．6％～2．2％，并添加少量的镍、钛或钴等合金化元素。为降低成本和改善防护条件，美国致力于含Be0．5％左右的低铍高导合金的研究开发。

铍铝合金铝在铍中的溶解度很低，铍铝合金实际上是塑性铝包裹细晶粒铍的机械混合物。一种密度低、模量高、成型性能好的含．Be62％和A138％的合金被称为洛克合金(Lockallay)。

铍镍合金铍镍合金一般含Bel．9％～2．7％、CrO．5％～1．2％、TiO．5％，其强度比铍铜合金更高。

用途铍铜合金消耗的铍约占铍总消耗量的65％，金属铍约占20％，氧化铍约占15％。

铍铜合金主要作为重要的弹性元件、轴承、无火花工具、各种重要电路的插接件、飞机起落架、钻卡及钻套、海底电缆的中继放大器外壳等的材料，广泛用于机械、电子、石油、化工、交通和国防等部门。铍镍合金主要用于制造高强度、耐高温和耐磨性好的重要零部件。铍铝合金则被认为是航天、航空工业最具应用潜力的材料，含Be4％左右的铍铝合金广泛用作铝合金的添加剂。

金属铍具有密度小、强度高、尺寸稳定性好、热容量大及核性能优良等特性，广泛用于高技术领域。铍在导弹、卫星及其他航天器上用作结构材料、蒙皮、支架及大型飞机的刹车盘，并广泛用于惯性导航系统中。铍可用作核反应堆及核武器的结构材料、中子源材料。，还可用作光学镜体及x射线的窗口材料等。

氧化铍陶瓷具有良好的导热和电绝缘性，广泛用于制造大规模集成电路和大功率晶体管的底座。

资源和矿物原料铍的地壳丰度为2×10％，已探明的铍工业储量为40～50万t铍，远景储量约70万t铍，共计为110～120万t铍。自然界已发现的含铍矿物有50余种，具有工业价值的矿物不足10种，迄今仅采用绿柱石和羟硅铍石两种矿物生产铍及其化合物。

绿柱石(Beryl)的化学式为3BeO•A1₂O₃•6SiO₂，其珍品就是极为昂贵的绿宝石，主要产于巴西、哈萨克597pi铍斯坦、印度、中国、阿根廷、赞比亚和卢旺达。目前中国大量开采铍的矿山有新疆可可托海和阿勒泰矿。绿柱石的另一来源是江西等地与钨矿共生的矿物，通常经手选作为副产物回收。绿柱石密度2700kg／m³，化学稳定性极好，除氟氢酸外不被其他酸分解，理论上含BeO14％。一般绿柱石精矿约含BeO10％，精矿以手选为主，细粒矿物可采用浮选富集。全世界铍精矿的生产能力为2～2．5万t／a(不包括中国)，实际年产量约为3600t。

羟硅铍石(Bertrandite)的化学式为4BeO•2SiO•H₂O，是美国提取铍的另一种重要原料，产于犹他州斯波尔山(SporMountain)，平均含：BeO0．6％，由布拉什一威尔曼公司进行大规模露天开采，用硫酸浸出法富集。该公司生产的铍能满足西方国家的需要，按目前的消耗量估算，该矿已探明的储量可满足21世纪的需求。

冶金一般经过氧化铍制取、金属镀制取和铍粉末冶金等三个阶段。铍的毒性大，铍毒及工业卫生是铍冶金一个十分突出的问题，必须予以高度重视。

氧化铍制取是从铍矿石提取氧化铍的过程，有硫酸盐法生产氧化铍、溶剂革取法生产氧化铍和氟化物法生产氧化镀等三种主要方法。从铍矿石制取的氧化铍还会含有一定数量的杂质，有时还需进行高纯氧化镀制取的处理。目前世界上只有美国、哈萨克斯坦和中国从铍矿石中提取氧化铍。哈萨克斯坦的乌尔巴冶金厂和中国水口山六厂采用硫酸盐法，美国布拉什一威尔曼公司采用溶剂萃取法。硫酸盐法生产氧化铍适于处理含．BeO8％～10％的绿柱石精矿，是制取氧化铍的重要工业方法。溶剂萃取法，由于过程连续、有利于铍毒的防护、产品纯度高、成本低而成为氧化铍生产的发展方向。氟化物法曾是20世纪60年代前从铍矿石获得工业氧化铍的重要方法，但由于氟和铍的毒性都大及成本高、产品质量低，进入70年代后便逐渐被淘汰。

金属铍制取是将铍化合物还原成金属铍的过程，有镁热还原法生产金属铍和熔盐电解法生产金属铍两种方法。用这两种方法生产的金属铍或含有杂质或需获得纯度更高的金属铍而需进行铍真空熔炼或铍蒸馏提纯。镁热还原法生产金属铍是金属铍的重要工业生产方法，美国、哈萨克斯坦和中国都采用这种生产方法。美国、英国、前苏联等国曾采用过熔盐电解法生产金属铍的方法，但都于60年代相继停用。

采用粉末冶金法获得有应用价值的铍制品是铍冶金的重要特征，既可通过熔炼铸锭、制粉、成型固结和机械加工制成所需的铍材，也可根据用户的要求将铍用压力加工的方法直接加工成各种型材。乌尔巴冶金厂以喷雾制粉和粉末锻造为主生产铍材是一种经济简捷的冶金方法。

展望铍矿石品位低、铍与铝等杂质分离困难以及由于金属铍的脆性而必须采用粉末冶金法生产铍制品等原因，导致铍的生产流程冗长、铍的回收率低，再加上铍的剧毒性质，人们不得不在对付铍的毒害上耗费大量资金而造成铍产品成本高。尽管铍有许多优良的性能，但由于其价格高，应用范围仍限于高技术领域和重要的国防工业。铍的小批量、小规模生产状态促使铍制品的成本进一步提高，导致铍制品成本提高的这些因素都严重制约铍冶金工业的发展，而面临着众多代用材料的激烈竞争。因此，进一步改进铍冶金的工艺和技术、缩短生产流程、更有效地解决铍毒的防护和防止铍生产中对环境的污染、充分开发和利用铍的独特性能、扩大铍的应用范围将成为今后铍冶金的发展方向。