一、鈹?shù)南嚓P(guān)性質(zhì)

1、鈹?shù)奈锢砹W(xué)性能

鈹是輕稀有金屬,原子序數(shù)小,密度低(只有1.847 g/cm3),約為鋁的2/3,鈦的1/2。熔點(diǎn)較高(1 283℃)。鈹在室溫條件下為α-Be,具有密排六方結(jié)構(gòu)；在1 254℃時(shí)發(fā)生相轉(zhuǎn)變,為β-Be結(jié)構(gòu)。鈹是所有金屬中熱容量最大的一種金屬。室溫下比熱容為1.882 8 J/g·K,鈹比其它金屬吸收的熱量多,這一特性一直保持到熔點(diǎn)。鈹在室溫下的熱導(dǎo)率為0.15 kW/(m.K)。鈹?shù)臒崤蛎浵禂?shù)與不銹鋼、Ni-Co合金相當(dāng)；熱擴(kuò)散性能也很好。鈹對(duì)可見(jiàn)光的反射率為50%,對(duì)紫外線的反射率為55%,對(duì)紅外線(10.6μm)的反射率為98%。對(duì)X射線穿透率很高(幾乎是透明的),約為鋁的17倍,是X射線窗口不可缺少的材料。鈹?shù)膹椥阅Ａ亢芨?309 000 MPa),大約是鋁的4倍,鈦的2.5倍,鋼的1.5倍。特別是從室溫到615℃的溫度范圍內(nèi),比剛度大約是鋼、鋁、鈦的6倍。另外,鈹?shù)臒嶂凶游章适撬薪饘僦凶钚〉?而散射截面很大。

鈹?shù)娜秉c(diǎn)是：(1)有毒；(2)性脆；(3)加工過(guò)程中在其表面會(huì)產(chǎn)生機(jī)加損傷；(4)價(jià)格昂貴。

2、鈹?shù)幕瘜W(xué)性能

鈹是非常活潑的金屬,與氧的親和力很大,室溫條件下就能與氧反應(yīng)在其表面生成一薄層具有保護(hù)性質(zhì)的氧化膜。當(dāng)溫度小于600℃時(shí)鈹在干燥空氣中,可長(zhǎng)時(shí)間氧化,高于600℃氧化速度將逐漸加快。溫度達(dá)800℃,短時(shí)停留時(shí),其氧化的程度反而并不太嚴(yán)重。

二、鈹?shù)膽?yīng)用

金屬鈹及其合金、化合物具有極為特殊的實(shí)用領(lǐng)域。鈹是一種密度小、剛度大、熱容量高，同時(shí)具有優(yōu)異加工性能的金屬。鈹部件能在溫度發(fā)生數(shù)百度的變化時(shí)，保持原來(lái)的尺寸?；谶@些性能，金屬鈹是航天工業(yè)中制造導(dǎo)航器件的理想材料。高純氧化鈹是原子能反應(yīng)堆的中子減速劑，是良好的反射層材料。鈹銅及其他含鈹合金是機(jī)電工業(yè)中的高彈性抗疲勞材料。氧化鈹陶瓷在電子工業(yè)中可用作高熱導(dǎo)絕緣材料，也在高級(jí)耐火材料及航天器涂層中得到應(yīng)用。因此可以說(shuō)，開(kāi)發(fā)與完善鈹系列產(chǎn)品是一個(gè)國(guó)家發(fā)展基礎(chǔ)工業(yè)和國(guó)防尖端技術(shù)的重要一環(huán)，也是國(guó)家戰(zhàn)略資源利用和儲(chǔ)備的重要研究對(duì)象。

1、金屬鈹

金屬鈹?shù)拇罅繎?yīng)用始于50年代初期，當(dāng)時(shí)主要作為反應(yīng)堆及核裝置的結(jié)構(gòu)材料，60年代初轉(zhuǎn)向空間領(lǐng)域，80年代又以光學(xué)應(yīng)用為主，現(xiàn)在鈹已在下列幾方面獲得了重要應(yīng)用。

（1）X射線窗

鈹具有優(yōu)異的X射線穿透能力(是相同厚度鋁的17倍)，且剛性良好，故是X射線窗的首選材料。并在X射線攝影掃描機(jī)、高分辨率微型集成電路及X射線能譜儀等裝置中得到應(yīng)用。最近，用真空鍍法獲得的5um鈹箔材已開(kāi)始用于制作揚(yáng)聲器振動(dòng)膜片，在這種膜片中，聲音傳播速度快，為鋼中的2.5倍，且音啊效果好。

（2）核應(yīng)用

鈹是核武器和核反應(yīng)堆的結(jié)構(gòu)材料及中子減速劑。鈹在核應(yīng)用方面主要是用作反射器，它能把泄漏出來(lái)的中子反射回反應(yīng)堆芯內(nèi)。由于鈹還具有質(zhì)量輕的特點(diǎn)，更適合做空間及艦艇用的小型核反應(yīng)堆。在治療癌癥的放射性醫(yī)學(xué)中，鈹材可用作獲得二介子的轟擊靶。鈹還可以用于熱核聚變反應(yīng)堆中等離子體的約束裝置。日本原子能研究所現(xiàn)在正在研究把鈹作為中子倍增材料而用于反應(yīng)堆，估計(jì)反應(yīng)堆發(fā)電功率為106kw·h，鈹?shù)男枨罅繛?00t。此外，美國(guó)已將鈹用于核燃料的容器和防輻射材料。

（3）航空航天材料

鈹?shù)氖褂茫剐l(wèi)星質(zhì)量及其發(fā)射質(zhì)量均減輕。美國(guó)休斯敦航空公司用鈹制造戰(zhàn)略通訊衛(wèi)星和商業(yè)通訊衛(wèi)星中的天線。此外，為研究各行星而發(fā)射的先驅(qū)號(hào)衛(wèi)星中也使用了金屬鈹部件。同時(shí)，鈹還被用作外軌道測(cè)量中繼衛(wèi)星數(shù)據(jù)的管狀天線列陣。印度的國(guó)家衛(wèi)星和日本的CS-2衛(wèi)星使用了鈹制推動(dòng)管及頭錐裝置。曾遨游木星的“伽里略”衛(wèi)星傘狀天線的骨架和頭錐就是用鈹制作的。

（4）光學(xué)系統(tǒng)

金屬鈹經(jīng)良好拋光后，對(duì)紅外線的反射率約為95%，所以常被用作光學(xué)鏡面。它已被實(shí)際用于地球資源衛(wèi)星、通訊衛(wèi)星和氣象衛(wèi)星的掃描系統(tǒng)。對(duì)于衛(wèi)星來(lái)說(shuō)，除了性能要求外，減輕部件質(zhì)量也是十分重要。在剛度相當(dāng)時(shí)，鈹鏡的質(zhì)量?jī)H是全能鏡體的1/6，而衛(wèi)星每減輕1kg質(zhì)量，發(fā)射成本將降低20000美元。與其他材料相比，具有高的剛度和尺寸穩(wěn)定性的鈹鏡可以使光學(xué)系統(tǒng)獲得更清晰、更準(zhǔn)確的圖像，且不受周期性載荷和熱負(fù)荷的影響。

（5）高溫應(yīng)用

鈹是比熱容最高的結(jié)構(gòu)材料，高的熱導(dǎo)率、高熔點(diǎn)及在800℃下的抗氧化性，使其成為高效散熱片、熱屏蔽、航天飛機(jī)和汽車制動(dòng)器的理想選擇材料。鈹也被用作火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴和開(kāi)關(guān)設(shè)備部件。高溫級(jí)鈹材還成功地用于軍用飛機(jī)的制動(dòng)盤以及火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的止推室。在軍用方面，包括格魯曼F-14戰(zhàn)斗機(jī)在內(nèi)的各種海軍用機(jī)都已使用了鈹。美國(guó)國(guó)家航空航天局的“航海號(hào)”、“木星”等火箭上均使用了許多鈹制散熱器。除核技術(shù)和空間領(lǐng)域的應(yīng)用外，金屬鈹?shù)膽?yīng)用還逐漸擴(kuò)大到民用領(lǐng)域。

2、鈹銅合金

鈹銅是應(yīng)用最為廣泛的一種鈹合金。它具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、高硬度和高耐磨損、耐腐蝕、耐熱沖擊性以及無(wú)磁性、無(wú)火花等特性，因而被廣泛地用作電子、儀表裝置中的開(kāi)關(guān)、簧片、接插件、觸點(diǎn)、膜盒、膜片、波紋管等彈性元件。近年世界各國(guó)廠家都把這種合金用在延展材料和鑄鍛造加工制品方面，且用量在不斷增大，現(xiàn)分別敘述如下。

（1）延展材料

鈹銅延展材料主要用作連接器、集成電路插座、開(kāi)關(guān)、繼電器、微型馬達(dá)、電位器等的連接導(dǎo)電彈簧材料。

（2）鑄鍛造加工制品

鈹銅合金鑄造加工制品主要用作海底通信電纜中繼器屏蔽套零件、電阻焊接機(jī)電極、飛機(jī)零件、金屬模具(塑料成形模具除外)、機(jī)械零件等。近年來(lái)鈹銅合金不斷得到發(fā)展，如美國(guó)布拉什公司研制的低敏含量的鈹銅合金布拉什174合金，其電導(dǎo)率是磷青銅的4倍，價(jià)格介于鈹銅和磷青銅之間，已占領(lǐng)一些傳統(tǒng)使用磷青銅的市場(chǎng)。此外，鈹銅合金制作高爾夫球桿的用量正不斷增加。

3、其他鈹合金

（1）鈹鋁合金

美國(guó)大約從1961年開(kāi)始研究這種合金。其中應(yīng)用較廣的一種為洛克合金，含鋁38%，產(chǎn)品形態(tài)為擠壓棒和熱軋板，與鈹相比該合金具有優(yōu)越的擠壓、機(jī)加工性能。美國(guó)曾試驗(yàn)用洛克合金板制造YF-12型飛機(jī)的腹翼，與鈦制部件相比，其弦的剛度提高了8倍，扭轉(zhuǎn)剛度提高了5倍。據(jù)悉，前蘇聯(lián)的導(dǎo)航系統(tǒng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)件全部采用鑄造鈹鋁合金，這雖然比美國(guó)的粉末冶金鈹平臺(tái)重且性能較為遜色，但容易制造且成本大大降低。鈹鋁合金還是一種質(zhì)輕高強(qiáng)模具材料。

（2）鈹鎳合金

這是一種耐高溫超高彈性導(dǎo)電合金，與鈹青銅相比，其工作溫度可提高到250-300℃，可用于性能要求比鈹銅更為嚴(yán)格的場(chǎng)所，如精密機(jī)械、航空儀表上的自動(dòng)導(dǎo)航元件、發(fā)條、繼電器簧片，電傳打字機(jī)簧片以及自動(dòng)調(diào)整裝置上的波紋管、隔膜等。

（3）鈹硅合金

美國(guó)核金屬公司已研制出一種鈹硅合金，此合金含有62%的硅，易于鑄造，冷卻后不會(huì)形成大的孔隙，尤其適宜做鏡體材料。

4、氧化鈹

氧化鈹是用來(lái)生產(chǎn)金屬鈹、制作鈹合金及制造特殊陶瓷的原料，其中最大的用途是制造鈹銅合金。1994年美國(guó)的鈹需求量比1993年增加4%，達(dá)到191t。該市場(chǎng)的組成為:鈹銅合金75%，金屬鈹15%，氧化鈹陶瓷10%。氧化鈹鉗鍋是用于特種冶煉的優(yōu)良耐火制品。因氧化鈹同樣具有良好的核性能，所以氧化鈹陶瓷曾大量地應(yīng)用于某些反應(yīng)堆做減速劑和反射體。氧化鈹陶瓷由于具有高導(dǎo)熱率和低介電常數(shù)，其用作半導(dǎo)體底板的需求量逐年增加。此外，鈹金屬間化合物以及復(fù)合材料具有高強(qiáng)度和耐高溫性能，現(xiàn)正在研究開(kāi)發(fā)中，可進(jìn)入火箭噴嘴和超高音速飛機(jī)結(jié)構(gòu)件等新材料市場(chǎng)。此外，目前正在開(kāi)發(fā)的鈹合金還有鈹鋁鎂三元合金等，并已部分在航天飛機(jī)上獲得應(yīng)用。

三、鈹?shù)奶崛」に?/span>

1、工業(yè)氧化鈹?shù)奶崛?/span>

工業(yè)氧化鈹可生產(chǎn)金屬鈹，制作鈹合金及特殊陶瓷。

1953年，我國(guó)科技工作者開(kāi)展了鈹冶金的全面研究。當(dāng)時(shí)，世界上生產(chǎn)鈹主要有兩種冶煉方法，即氟化法和硫酸法，這兩種冶煉方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，并都有采用的實(shí)例。我國(guó)選擇硫酸法提取鈹?shù)闹饕蛴袃牲c(diǎn)：一是二戰(zhàn)戰(zhàn)敗國(guó)德國(guó)德古薩(Degussa)硫酸鹽法生產(chǎn)氧化鈹?shù)馁Y料比較系統(tǒng)；二是硫酸鹽法試驗(yàn)條件比較充分。20世紀(jì)60年代含鈹硫酸鹽萃取法又得到了發(fā)展。

（1）氟化法

氟化法是將磨細(xì)的綠柱石與氟硅酸鈉、鐵冰晶及碳酸鈉按10:3.2:4.8:2(質(zhì)量比)混合壓塊后于電阻加熱窯爐中燒結(jié)，燒結(jié)塊混磨后用水浸出。氟化法生產(chǎn)工藝流程短、腐蝕性小，鈹?shù)幕厥章矢?，生產(chǎn)成本低，但生產(chǎn)過(guò)程中毒性大，稀土雜質(zhì)進(jìn)入最終產(chǎn)品，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量低。而處理低品位礦時(shí)，除輔助劑耗量增加外，鈣和磷的增加將降低燒結(jié)料中的水溶鈹?shù)暮?，影響回收率。用該法生產(chǎn)，三廢處理時(shí)還帶來(lái)氟處理問(wèn)題。我國(guó)曾有不少?gòu)S家采用氟化法生產(chǎn)工業(yè)氧化鈹，后因以上種種原因在短期內(nèi)陸續(xù)停產(chǎn)。

（2）硫酸鹽萃取法

萃取法可處理含鈹0.2~0.4 g/t的稀溶液，該工藝可處理低品位鈹?shù)V，同時(shí)為綜合利用其他稀有礦物尾砂中的鈹資源提供了新的途徑。1965年上海第二冶煉廠進(jìn)行萃取法生產(chǎn)氧化鈹?shù)脑囼?yàn)，1969年首次用于工業(yè)生產(chǎn)。工藝流程主要為：浸出液→40%P2O4萃取→25%硫酸淋洗→草酸洗滌→4%氫氧化鈉反萃→氫氧化鈹，此工藝過(guò)程中乳化現(xiàn)象嚴(yán)重，分相困難，且成本過(guò)高。1992年湖南水口山第六冶煉廠再次對(duì)萃取法生產(chǎn)氧化鈹進(jìn)行試驗(yàn)，流程為:浸出液→P2O4萃取→草酸洗滌→氫氧化鈉反萃水解→氫氧化鈹，其回收率高，達(dá)到92.2%，但每公斤氫氧化鈹要消耗2 kg P2O4、10 kg NaOH，成本太高，未被采用。

（3）硫酸法

硫酸法又分為加熔劑硫酸法和不加熔劑硫酸法。不加熔劑法是在熔煉過(guò)程中不加堿性熔劑，該工藝方法要求礦石品位高，否則轉(zhuǎn)化率低。我國(guó)目前采用的工藝方法是加熔劑熔煉法，其工藝流程為：鈹?shù)V石+方解石→熔煉→酸化浸出→蒸發(fā)結(jié)晶→中和除鐵→沉淀→氫氧化鈹→煅燒→BeO。該工藝的主要特點(diǎn)是：將綠柱石熔融，破壞其鈹鋁硅氧化物的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，以硫酸作溶劑，使氧化物溶解成硫酸鹽。然后用一系列的濕法分離提純的方法，將鈹提取出來(lái)并制成氫氧化鈹，然后煅燒分解成工業(yè)氧化鈹。此法流程長(zhǎng)，但產(chǎn)品質(zhì)量較純，其使用的提取劑多為強(qiáng)酸強(qiáng)堿，要求有較好的設(shè)備防腐措施。同時(shí)，鈹鹽及其氧化物又是高毒性物質(zhì)，在安全防護(hù)上要求有較完備的通風(fēng)密閉凈化設(shè)施及三廢處理設(shè)施。目前水口山第六冶煉廠工業(yè)氧化鈹質(zhì)量能達(dá)到NGK公司的要求，產(chǎn)量也穩(wěn)步上升，預(yù)計(jì)2002年產(chǎn)量將達(dá)到105 t。

2、高純氧化鈹?shù)奶崛?/span>

高純氧化鈹主要用于生產(chǎn)氧化鈹陶瓷。氧化鈹陶瓷是一種很好的散熱材料，它的熱導(dǎo)率約為209.34 W/(m·K)，是α-Al2O3的15~20倍，其直流擊穿強(qiáng)度可達(dá)10~14 kV/mm。氧化鈹陶瓷主要用于電子、激光技術(shù)及國(guó)防等部門。我國(guó)1966年就開(kāi)始研制生產(chǎn)高純氧化鈹，在20多年里高純氧化鈹?shù)墓に嚭驮O(shè)備雖有改進(jìn)，但產(chǎn)品質(zhì)量沒(méi)有根本改變，年產(chǎn)量也維持在1~1.5 t，產(chǎn)品不能在國(guó)際市場(chǎng)中競(jìng)爭(zhēng)。為了改變這種局面，我國(guó)科技工作者于1990年開(kāi)始研究制取高純氧化鈹?shù)男鹿に嚕?994年已形成年產(chǎn)4 t的生產(chǎn)能力?，F(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量也達(dá)到了UOX級(jí)氧化鈹質(zhì)量指標(biāo)并已銷往英、美等國(guó)。

3、金屬鈹?shù)闹迫?/span>

金屬鈹具有與鎂相當(dāng)?shù)拿芏群蛣偠龋埸c(diǎn)高，在數(shù)百度的溫度范圍內(nèi)能保持原有尺寸，在現(xiàn)代高技術(shù)領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。我國(guó)金屬鈹生產(chǎn)自1959年投產(chǎn)以來(lái)，已有40多年歷史，在長(zhǎng)期生產(chǎn)實(shí)踐中逐步摸索形成了一套較為完整的生產(chǎn)工藝，產(chǎn)品質(zhì)量不斷提高。用工業(yè)氫氧化鈹制取金屬鈹?shù)姆椒?，早期有氯化物熔鹽電解法，而1980年以來(lái)，在工業(yè)上獲得使用的只有氟化鈹鎂熱還原法。其工藝主流程為，氫氧化鈹+HF+液氨+NaOH→鹽析結(jié)晶→氟鈹酸銨→分解→加鎂塊還原→破碎煮渣球磨→金屬鈹。鎂還原法制取的金屬鈹用弱酸洗滌后干燥，其純度可達(dá)到97%，再通過(guò)真空熔煉提純后其純度可增加到99.5%，我國(guó)金屬鈹?shù)闹迫∫彩遣捎梅旀V熱還原法。