认识最轻的战略性金属矿产:铍
2022-11-17 11:28 来源:中国矿业报 编辑:矿材网

    铍(Be),是所有属中最轻的一种,不过别小瞧他,他可是原子能、航空航天、计算机、汽车以及冶金工业中不可缺少的功能材料、结构材料和关键性原料,目前已被中国、美国、日本、澳大利亚等世界主要经济体列为战略性金属矿产,下面让我们一起来认识一下它。

 

    铍的发现史

  铍的发现可以追溯到18世纪末。1798年,法国化学家沃克兰(L.N. Vauquelin)对秘鲁产出的绿柱石和祖母绿进行化学分析时发现了铍。但直到30年后的1828年由德国化学家维勒(F.Wohler)用钾还原氯化铍获得了金属铍。1932年,世界上第一个工业化生产铍的工艺装备投产,从而开创了金属铍应用的新纪元。21世纪以来,铍“隐姓埋名”的时期已经过去,全球每年铍产量200多吨。

铍的主要特性


  铍作为碱土金属的第一个成员,属于稀有轻金属,具有密度低、熔点高、弹性模量大、拉伸强度大、热导率高、耐腐蚀性强、尺寸稳定性好、中子吸收截面小等诸多优异的性能。比重比铝轻1/3,刚性比钢高约50%,传热本领是钢的3倍,是金属中良好的导体;透X射线的能力最强,约为铝的17倍;声音在铍中的传播速度很高,约为在钢中传播速度的2.5倍,为空气中传播速度的38倍。除此之外,铍还具有强毒性,可导致肺癌或一些肺部慢性病。


       铍的广泛应用

  铍的诸多优异性能使其成为航天航空、国防军工和核工业等高尖端领域不可替代的材料。目前,工业上经济利用的主要有两种:一种是火山-热液型羟硅铍石,作为美国的主要提铍矿物;另一种是其他国家开采的花岗伟晶岩型绿柱石,是各国进口和储备的对象。世界上将铍矿石和精矿加工成铍产品的国家只有3个,中国、美国和哈萨克斯坦。铍的广泛应用也被业界赋予了很多称呼,如“宝石界的名门望族”“航空界的高精尖”“核武器的定心丸”“商业界的多面手”等。


       宝石界的名门望族:含铍的主要矿物绿柱石家族,可谓是宝石界的名门望族。家族掌门人当属纯绿色的祖母绿,其次是蓝色的海蓝宝石,其他宝石级还包括红色的红绿柱石、粉色的摩根石、亮黄色和黄绿色的金绿柱石等等,金绿宝石自己还有两个妹妹,一个是有猫眼效应的猫眼石;另一个是有变色和猫眼效应的变石。


       航空界的高精尖:铍作为一种重要的轻金属,其密度要比铝小许多,而强度比钢还大。因此,铍是一种极其重要的宇航材料,兼具铍和铝各自优势的铍铝系列合金,被广泛用作空间飞行器的结构材料,如人造卫星以及宇宙飞船的基架、梁柱和固定桁梁等。


       核武器的定心丸:铍的中子散射截面大,吸收截面小,适于作核反应堆和核武器的反射和慢化剂,是试验堆和航天、潜艇等动力堆反射层的主选材料,可以有效降低核裂变的速度。此外,由于超强的尺寸稳定性、良好的热学特征和优秀的力学性能,铍成为惯性导航系统中最理想的结构材料,1956年铍制陀螺仪的诞生极大地改变了核武器领域,核潜艇安装上铍制静电陀螺导航仪后,既提高了潜艇导航精度,又增强了其隐蔽性;洲际弹道导弹应用上铍制陀螺仪后,打击效能极大地提升。自1956年铍金属成为陀螺仪的理想材料至今,仍没有其他任何一种金属材料能够撼动铍在陀螺中的地位。


       商业界的多面手:在医疗领域,高刚性和强透X射线能力使其成为医疗器械领域不可替代的原材料;在计算机领域,高弹性、高导电性和高热导率使其成为计算机系统中接插件的首选材料;在通信领域,高弹性和强抗腐蚀性使其成为海底通信电缆中不可或缺的原材料;在音乐领域,声音在铍中的高传播速度和高频率,使其制作的铍箔片应用于各大音响公司旗舰产品中;在汽车领域,铍铜合金作为电子元件广泛用于汽车发动机控制系统、传感器、RF连接器等。



       铍矿的形成

  铍的矿物有上百种,常见有绿柱石、羟硅铍石、硅铍石和金绿宝石等。自然界中铍以伴生矿产出居多,据统计,与钽铍伴生占48%、与稀土元素伴生占27%、与钨伴生占20%。按矿床成因类型,主要包括3种常见的矿床类型:第一种是绿柱石花岗伟晶岩型矿床,分布于美国、巴西、印度和俄罗斯等国家;第二种是凝灰岩中羟硅铍石层状矿床;第三类是正长岩杂岩体中含硅铍石稀有金属矿床。


    铍矿的分布

  作为一种稀散元素,铍全球分布较为集中,据美国地质调查局(2022)统计,已探明铍资源量超过10万吨,其中60%分布在美国,储量比较大的国家还有巴西、俄罗斯、加拿大、墨西哥、哈萨克斯坦,非洲的莫桑比克、马达加斯加、乌干达等国也有相当可观的储量。


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