铍的应用

背景及概述^[1][2]

铍是一种痕量元素。它在海水中的主要存在形式是BeOH⁺。1981年C.I.梅修斯和J.M.埃德蒙用苯提取挥发性的三氟乙酰丙酮的铍衍生物，然后用气相色谱电子俘获检定器测定的方法测定了北太平洋的水样。表层水中，其浓度为4-5皮摩尔/千克，深水中增加到25-30皮摩尔/千克。⁷Be是在大气层中由宇宙射线的作用产生的。

其半衰期是53.6天。它存在在颗粒物中，很快从大气平流层迁移到海洋中。由于其半衰期太短，不能示踪海水的水平运动，但可用来示踪温跃层中的垂直扩散。¹⁰Be也是在大气层中由宇宙射线的作用形成的，其半衰期为2.5×10⁶年，J.D.伯顿认为，它很快就转移到沉积物中。铍符号Be，原子序数4。灰色轻金属，具有质轻、坚硬、耐高温等特性。

不溶于水，溶于盐酸和硫酸中。加热时可溶于硝酸。溶于碱生成盐类。在自然界中铍主要存在于绿柱石中。铍蒸气在空气中易被氧化为氧化铍粉尘。用铍制造的铍合金，用于制造火箭、特种工具和仪表零件。氧化铍陶瓷用作高温原子能反应堆的中子减速剂和反射剂，微波输出窗，飞机、火箭的高温部件。铍及其化合物属原浆毒，有较大的毒性。铍病尚无特殊疗法，最主要是早期发现，早期处理，急性和慢性铍病均可根据情况应用糖皮质激素。

性能^[4]

1. 铍的物理力学性能

铍是轻稀有金属，原子序数小，密度低(只有 收稿日期：2001-08-22 1 .847 g/ cm 3)，约为铝的 2/3，钛的 1/2。熔点较高 (1 283 ℃)。铍在室温条件下为 α-Be，具有密排六方结构；在1 254 ℃时发生相转变，为 β -Be 结构。

铍是所有金属中热容量的一种金属。室温下比热容为 1 .882 8 J/ g·K，铍比其它金属吸收的热量多，这一特性一直保持到熔点。铍在室温下的热导率为 0 .15 kW/(m .K)。铍的热膨胀系数与不锈钢、Ni -Co 合金相当；热扩散性能也很好。铍对可见光的反射率为 50 %，对紫外线的反射率为 55 %，对红外线(10 .6 μm)的反射率为 98 %。对 X 射线穿透率很高(几乎是透明的)，约为铝的 17 倍，是X 射线窗口不可缺少的材料。

铍的弹性模量很高(309 000 MPa)，大约是铝的 4 倍，钛的 2 .5 倍，钢的 1.5 倍。特别是从室温到 615 ℃的温度范围内，比刚度大约是钢 、铝、钛的 6 倍。另外 ，铍的热中子吸收率是所有金属中最小的，而散射截面很大。铍的缺点是：(1)有毒 ；(2)性脆；(3)加工过程中在其表面会产生机加损伤；(4)价格昂贵。

2. 铍的化学性能

铍是非常活泼的金属，与氧的亲和力很大，室温条件下就能与氧反应在其表面生成一薄层具有保护性质的氧化膜。当温度小于 600 ℃时铍在干燥空气 中，可长时间氧化，高于 600 ℃氧化速度将逐渐加快。温度达 800 ℃，短时停留时，其氧化的程度反而并不太严重。

毒性^[1]

铍及其化合物属原浆毒，有较大的毒性。毒作用机理有三种假说：免疫病理假说(铍作为一种半抗原，在机体内与蛋白质结合，形成一系列反应直至发病)；酶系统扰乱假说(铍能扰乱多种酶系统)；诱发假说(肾上腺皮质功能失调能诱发隐性铍病)。铍主要以粉尘或烟雾的形式，经呼吸道侵入机体。铍不能经完整皮肤侵入。

短期内吸入高浓度铍或其化合物后，主要引起急性呼吸道化学性炎性病变(急性铍病)，轻症有鼻咽部干痛、剧咳、胸骨后不适等呼吸道刺激症状、胸部X线片可有肺纹理增强、扭曲及紊乱改变，重症有气短、咳嗽、咯痰、咯血、发热和肺部可闻及湿性啰音，胸片X线片可见肺野内弥漫云絮状或大片状阴影，有时可出现肺水肿、呼吸衰竭。

长期少量吸入氧化铍或金属铍粉尘引起慢性铍病，以肺部肉芽肿或肺间质纤维化为主的病变，有不同程度的气短、咳嗽、胸闷、胸痛等症状，可有乏力、头昏、头痛、食欲减退、体重减轻等症状，胸部X线片在两中下肺野纹理增多，扭曲变形，伴有网状阴影，并在一个以上肺野遍布细砂样或结节状小阴影，肺门可增大，有时呈广泛性肺纤维化；或者胸片X线表现中下肺野有网状阴影，并有散在而局限的细砂样或结节样小阴影，同时伴有肺弥散功能障碍或特异性免疫指标异常。预防关键是铍的生产工艺过程应密闭化、机械化。

应用^[4]

铍有许多特性：1995 年在美国铍的应用为电子器件和电器 占77 %(其中电子器件为57 %，电器为20 %)，军事业占 13 %，其它占10 %。上面的这些数据反映了铍的应用状况。同时，也表明铍的应用正在向“军转民”方向逐步扩展。 当用离子轰击铍时，可以产生中子 ，因此它可用于核武器装置、各种核反应堆的反射体材料、减速材料和中子源材料。日本原子能研究所的材料试验反应堆(JMTR)、研究反应堆(JRR -3)就是用铍作为反射层材料的。

此外，由于铍的密度低(同重水一样)，也可以用作核反应堆的减速剂，而且不象重水那样 会在 100 ℃的温度下蒸发。铍在这一领域的应用还可以扩展到热核聚变反应堆等离子体约束环。已经报道 ，美国 Brush 铍公司已为欧洲的热核聚变反应堆研究了铍部件。铍在航空航天工业的应用也相当广泛。美国的飞机控制装置零部件、军用飞机的盘形制动器等都用上了铍材料。

飞机、飞船、火箭导航装置中的应用如Agena 飞船前置舱的蒙皮、ATS6 高技术卫星磁力计用绗标，RCA 、Satcom 通信卫星折叠式太阳能板的支架结构 ，航天飞机上使用铍材料制造的挡风窗垫、定位器、脐门等。此外，铍在航天仪表、惯性导航仪、卫星结构部件、重返大气层宇航器等都有应用。铍在空间载入系统、卫星天线板及飞行器的制动闸、轻 型精密反射系统等都有应用实例。

在我国，铍在航空航天领域的应用尚有待开发，特别是惯性导航技术尤为突出。过去曾经采用铝作为结构材料，但是铝材的尺寸稳定性不如铍好，在存放一定时期后，会出现尺寸超差和精度指标下降的 情况，所以在航天系统，应当扩大铍的应用研究，诸如陀螺中的关键零件浮子框架、浮筒、陀螺转子轴、转子轴压块、陀螺壳体、端盖和影响陀螺、加速度计 精度与稳定性的关键组件以及平台关键结构件；高精度、长寿命、高可靠的航天器导航设备、仪器、仪表等等。

目前，医疗设备、工业检测设备层析扫描 装置，CT的窗口材料都已经应用了铍；其它带有加压探测室仪器的窗口材料也用上了铍。铍在家用电器上也有一定应用。据报道一些音响扩音器的振动片就是用铍材料做成的，铍还可用于电子显微镜的 试样台的零部件。 铍可作为合金添加剂，已研制的新的含铍合金具有独特的性能。

制备 ^[5]

金属铍的制备方法，按下述方法进行：

步，将碱式碳酸铍与氢氟酸 进行混合反应后得到混合液，其中，碱式碳酸铍中的铍与氢氟酸的质量比为1：5至15；

第二 步，将混合液浓缩后得到浓缩液，在浓缩液中，铍离子的浓度为60g/L至150g/L；

第三步，向浓缩液中通入液氨直至浓缩液的pH值为7至9；

第四步，将第三步得到的浓缩液依序经过冷却结晶和固液分离后得到氟铍酸铵，将氟铍酸铵依序经过烘干和煅烧后得到氟化铍，其中，烘干的温度为80℃至120℃，煅烧的温度为400℃至800℃，煅烧的时间为120分钟至180分钟；

第五步，将氟化铍和镁锭发生还原反应后得到金属铍。

主要参考资料

[1] 卫生学大辞典

[2]中国中学教学百科全书·化学卷

[3] 中学教师实用化学辞典

[4] 张友寿, 秦有钧, 吴东周, 等. 铍和含铍材料的性能及应用[J]. 焊接学报, 2001, 22(6): 92-96.

[5]王晨雪；翁鸿蒙；刘力；夏国定；曹毅臣；万凌云；孙哲 . 以碱式碳酸铍制备氟铍酸铵的方法、氟化铍和金属铍的制备方法. CN201610265158.0，申请日
20160426