文章來源于:礦業(yè)界,原文鏈接:探秘地球 | 最輕的戰(zhàn)略性金屬礦產(chǎn):鈹
◎ 古阿雷 任軍平
鈹(Be),是所有金屬中最輕的一種,不過別小瞧他,他可是原子能、航空航天、計算機、汽車以及冶金工業(yè)中不可缺少的功能材料、結(jié)構(gòu)材料和關(guān)鍵性原料,目前已被中國、美國、日本、澳大利亞等世界主要經(jīng)濟體列為戰(zhàn)略性金屬礦產(chǎn),下面讓我們一起來認識一下它。
鈹?shù)陌l(fā)現(xiàn)史
鈹?shù)陌l(fā)現(xiàn)可以追溯到18世紀末。1798年,法國化學(xué)家沃克蘭(L.N. Vauquelin)對秘魯產(chǎn)出的綠柱石和祖母綠進行化學(xué)分析時發(fā)現(xiàn)了鈹。但直到30年后的1828年由德國化學(xué)家維勒(F.Wohler)用鉀還原氯化鈹獲得了金屬鈹。1932年,世界上第一個工業(yè)化生產(chǎn)鈹?shù)墓に囇b備投產(chǎn),從而開創(chuàng)了金屬鈹應(yīng)用的新紀元。21世紀以來,鈹“隱姓埋名”的時期已經(jīng)過去,全球每年鈹產(chǎn)量200多噸。
鈹?shù)闹饕匦?/strong>
鈹作為堿土金屬的第一個成員,屬于稀有輕金屬,具有密度低、熔點高、彈性模量大、拉伸強度大、熱導(dǎo)率高、耐腐蝕性強、尺寸穩(wěn)定性好、中子吸收截面小等諸多優(yōu)異的性能。比重比鋁輕1/3,剛性比鋼高約50%,傳熱本領(lǐng)是鋼的3倍,是金屬中良好的導(dǎo)體;透X射線的能力最強,約為鋁的17倍;聲音在鈹中的傳播速度很高,約為在鋼中傳播速度的2.5倍,為空氣中傳播速度的38倍。除此之外,鈹還具有強毒性,可導(dǎo)致肺癌或一些肺部慢性病。
鈹?shù)膹V泛應(yīng)用
鈹?shù)闹T多優(yōu)異性能使其成為航天航空、國防軍工和核工業(yè)等高尖端領(lǐng)域不可替代的材料。目前,工業(yè)上經(jīng)濟利用的主要有兩種:一種是火山-熱液型羥硅鈹石,作為美國的主要提鈹?shù)V物;另一種是其他國家開采的花崗偉晶巖型綠柱石,是各國進口和儲備的對象。世界上將鈹?shù)V石和精礦加工成鈹產(chǎn)品的國家只有3個,中國、美國和哈薩克斯坦。鈹?shù)膹V泛應(yīng)用也被業(yè)界賦予了很多稱呼,如“寶石界的名門望族”“航空界的高精尖”“核武器的定心丸”“商業(yè)界的多面手”等。
寶石界的名門望族:含鈹?shù)闹饕V物綠柱石家族,可謂是寶石界的名門望族。家族掌門人當(dāng)屬純綠色的祖母綠,其次是藍色的海藍寶石,其他寶石級還包括紅色的紅綠柱石、粉色的摩根石、亮黃色和黃綠色的金綠柱石等等,金綠寶石自己還有兩個妹妹,一個是有貓眼效應(yīng)的貓眼石;另一個是有變色和貓眼效應(yīng)的變石。
航空界的高精尖:鈹作為一種重要的輕金屬,其密度要比鋁小許多,而強度比鋼還大。因此,鈹是一種極其重要的宇航材料,兼具鈹和鋁各自優(yōu)勢的鈹鋁系列合金,被廣泛用作空間飛行器的結(jié)構(gòu)材料,如人造衛(wèi)星以及宇宙飛船的基架、梁柱和固定桁梁等。
核武器的定心丸:鈹?shù)闹凶由⑸浣孛娲,吸收截面小,適于作核反應(yīng)堆和核武器的反射和慢化劑,是試驗堆和航天、潛艇等動力堆反射層的主選材料,可以有效降低核裂變的速度。此外,由于超強的尺寸穩(wěn)定性、良好的熱學(xué)特征和優(yōu)秀的力學(xué)性能,鈹成為慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中最理想的結(jié)構(gòu)材料,1956年鈹制陀螺儀的誕生極大地改變了核武器領(lǐng)域,核潛艇安裝上鈹制靜電陀螺導(dǎo)航儀后,既提高了潛艇導(dǎo)航精度,又增強了其隱蔽性;洲際彈道導(dǎo)彈應(yīng)用上鈹制陀螺儀后,打擊效能極大地提升。自1956年鈹金屬成為陀螺儀的理想材料至今,仍沒有其他任何一種金屬材料能夠撼動鈹在陀螺中的地位。
商業(yè)界的多面手:在醫(yī)療領(lǐng)域,高剛性和強透X射線能力使其成為醫(yī)療器械領(lǐng)域不可替代的原材料;在計算機領(lǐng)域,高彈性、高導(dǎo)電性和高熱導(dǎo)率使其成為計算機系統(tǒng)中接插件的首選材料;在通信領(lǐng)域,高彈性和強抗腐蝕性使其成為海底通信電纜中不可或缺的原材料;在音樂領(lǐng)域,聲音在鈹中的高傳播速度和高頻率,使其制作的鈹箔片應(yīng)用于各大音響公司旗艦產(chǎn)品中;在汽車領(lǐng)域,鈹銅合金作為電子元件廣泛用于汽車發(fā)動機控制系統(tǒng)、傳感器、RF連接器等。
鈹?shù)V的形成
鈹?shù)牡V物有上百種,常見有綠柱石、羥硅鈹石、硅鈹石和金綠寶石等。自然界中鈹以伴生礦產(chǎn)出居多,據(jù)統(tǒng)計,與鉭鈮鈹伴生占48%、與稀土元素伴生占27%、與鎢伴生占20%。按礦床成因類型,主要包括3種常見的礦床類型:第一種是綠柱石花崗偉晶巖型礦床,分布于美國、巴西、印度和俄羅斯等國家;第二種是凝灰?guī)r中羥硅鈹石層狀礦床;第三類是正長巖雜巖體中含硅鈹石稀有金屬礦床。
鈹?shù)V的分布
作為一種稀散元素,鈹全球分布較為集中,據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局(2022)統(tǒng)計,已探明鈹資源量超過10萬噸,其中60%分布在美國,儲量比較大的國家還有巴西、俄羅斯、加拿大、墨西哥、哈薩克斯坦,非洲的莫桑比克、馬達加斯加、烏干達等國也有相當(dāng)可觀的儲量。
(作者單位:中國地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心,南部非洲礦業(yè)研究所)
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