铍(卷名：矿冶)
beryllium
元素符号Be，钢灰色金属，在元素周期表中属ⅡA族，原子序数4，原子量9.01218，密排六方晶体，常见化合价为+2。
1798年法国人沃克兰 （L.N.Vauquelin）发现铍的氧化物。1828年，德国化学家沃勒（F.Whler）和法国化学家比西 （A.A.B.Bussy）各自用钾还原氯化铍的方法，分别制得单质的铍。沃勒将它命名为beryllium(Be)，而比西则命名为glucinium（Gl），1957年才由国际纯粹化学与应用化学联合会 （IUPAC）按前者定名。1898年法国人勒博（P.Lebeau）用电解氟化钠－氟铍酸钠熔体的方法制得小颗粒的铍。
已知含铍矿物有30多种，但直到1968年，其中仅绿柱石具有工业价值。绿柱石是一种铍铝硅酸盐，其通式为3BeO·Al2O3·6SiO2，理论上含BeO近14％。实际上BeO含量一般为9～13％;主要产于巴西、阿根廷、印度、南非等。中国新疆、江西等地也出产。1968年开始使用含水硅铍石[Be4Si2O7(OH)2]制铍。含水硅铍石中氧化铍的理论含量为39～42％，但是工业矿物呈高度分散状态，氧化铍含量只有1.7～2.5％；主要产于美国。
性质和用途 铍在室温下的抗氧化能力近似铝，在干燥空气中于600℃可长时间抗氧化；于800℃可短时间抗氧化。铍在低温高纯水中具有优良的抗蚀性。室温下，铍易与稀硫酸反应，与浓硫酸反应缓慢；与稀硝酸和醋酸发生反应，与浓硝酸和冰醋酸不发生反应；但在高温下则与浓硝酸发生反应。铍与浓的碱溶液激烈反应；在略高于铍熔点的温度下，与碳反应生成碳化铍；略高于900℃时可与氮作用;1000℃下粉末状金属可与氨作用生成氮化铍。
X 射线对铍有很高的透过能力。铍核被中子、α 粒子、氘核及γ射线撞击或照射时产生中子，因此铍是一种中子源材料。铍原子的热中子吸收截面为 0.009靶恩。
工业用铍大部分以氧化铍形态用于铍铜合金的生产（见铜合金），小部分以金属铍形态应用，另有小量用做氧化铍陶瓷等。40年代前金属铍用做 X光窗和中子源等，从40年代中期到60年代初，主要用于原子能领域，如利用铍能使中子增殖作试验反应堆的反射层、减速剂和核武器部件等。1956年惯性导航系统首次使用铍陀螺，从此开辟了铍应用的重要领域。60年代铍的主要用途转入航天与航空领域，用于制造飞行器的部件（见铍材）。
1980年世界铍矿石的生产能力（以铍计）约为1315吨。实际产量受军备、原子能和空间计划的影响，波动较大。1972～1974年，世界铍矿的年产量（以铍计）约为185吨。1976年以后，美国铍的消费量逐年增长，1980年达到 300吨。1977～1980年铜铍中间合金中铍的价格为135美元/公斤，纯铍265～307美元/公斤，陶瓷级氧化铍为57美元/公斤。绿柱石精矿（BeO10～12％）为75～85美元/短吨。
工业上金属铍的生产一般分为两步：第一步是从绿柱石中提取氧化铍，第二步是由氧化铍制取金属铍。
氧化铍的提取 有硫酸盐法和氟化物法。
硫酸盐法 先将绿柱石在1600～1700℃熔融，熔体用冷水水淬，得到的细粒状玻璃体，磨细到－200目，与浓硫酸混合，在250～300℃反应，使铍、铝氧化物转化成水溶性硫酸盐，而二氧化硅则不与硫酸发生反应，入渣弃去。在浸出液中加氨中和游离的硫酸，产生的硫酸铵同硫酸铝化合形成铝铵矾[NH4Al(SO4)2·12H2O]沉淀，从而使铝大部除去。然后利用铍、铝离子在碱性溶液中稳定性的不同，使铍、铝进一步分离。例如在溶液中加入乙二胺四乙酸（EDTA）螯合剂和氢氧化钠可使铝、铁、铬、锰、稀土等杂质保持在溶液中。然后把溶液加热到接近沸点，铍酸钠便水解生成氢氧化铍沉淀而与杂质分离。于750～800℃煅烧氢氧化铍，即成工业氧化铍（图1）。
氟化物法 将磨细的绿柱石和氟硅酸钠或氟铁酸钠混合制块，在750℃烧结，矿石中的铍转化为水溶性的氟铍酸钠，而铝、铁、硅等仍保留氧化物状态。烧结块磨细后，用水浸出（见浸取）、过滤，滤液中加入氢氧化钠，得到铍酸钠溶液。煮沸溶液，铍酸钠便水解沉淀，得到工业纯氢氧化铍，再煅烧成氧化铍。残液用硫酸高铁处理，生成氟铁酸钠沉淀，回用制块。此法铍的回收率在90％以上，比硫酸盐法高。
从含水硅铍石提取 60年代末开始以含水硅铍石为提取铍的原料。这种原料中的铍呈简单的硅酸盐形态，用硫酸在近沸温度直接浸出。所得铍溶液，用溶剂萃取处理，以D2EHPA[二（2-乙基己基）磷酸]煤油萃取，铍进入有机相，然后用碳酸铵溶液反萃，反萃液通过分步水解，除去铁和铝，最后加热到95℃，得Be(OH)2·2BeCO3沉淀。
金属铍的生产 氧化铍极难直接还原成金属，生产中先将氧化铍转化为卤化物，然后再还原成金属。有两种工艺：氟化铍镁还原法（见金属热还原）和氯化铍熔盐电解法。
氟化铍镁还原法 将氢氧化铍溶于氟氢化铵(NH4F·HF)溶液中，得氟铍酸铵 [(NH4)2BeF4]溶液。然后加碳酸钙除铝；加过氧化铅（PbO2）除锰、铬；加多硫化铵[(NH4)2Sx]除重金属杂质，经真空蒸发、浓缩结晶得纯净的氟铍酸铵。结晶在900℃进行热分解，得熔融氟化铍，铸成小锭，用于还原。镁还原按BeF2＋Mg─→Be＋MgF2进行反应。还原过程开始于 900℃，结束时升至1300℃，以利金属与渣分离。生产中镁的用量通常只有化学计算值的70％。过量的氟化铍可以降低渣的熔点和粘度，有助于金属铍的聚结和渣的分离，还能防止因反应放热而使温度急升，引起镁的大量挥发。在还原产物进行水浸处理时，过量的氟化铍迅速溶解，使金属铍珠更易分离。还原所得金属铍珠经真空熔炼，除去未反应的镁、氟化铍和氟化镁等杂质后，铸成铍锭（图2）。
氯化铍熔盐电解法 先将氧化铍和碳还原剂混合，加焦油等粘结剂制成球团，在900℃以上焦化，所得焦化块装入氯化炉，在700～900℃通入氯气进行氯化，得到氯化铍。氯化铍在镍制坩埚内进行熔盐电解。坩埚内放置镍制圆筒作阴极，中心悬置石墨棒作阳极。纯无水氯化铍与等量的纯氯化钠混合、熔融，在350℃下进行电解。电解周期结束后取出沉积物，用冰水浸洗，除去熔盐，得到鳞片状的金属铍。经真空熔炼，浇铸成锭（见氯化冶金）。
为制备较高纯度的铍，可将粗铍用真空蒸馏、熔盐电解精炼或区域熔炼等方法进行精炼。
铍毒 40年代初期开始逐步确认铍及其化合物对人的危害。铍及其化合物的粉尘、烟雾能引起人体很多器官的急性或慢性中毒。急性中毒是在短时间接触或吸入大量毒物引起的，病症包括接触性皮炎，皮肤溃疡，眼结膜炎，呼吸系统的鼻粘膜炎、咽炎、支气管炎、化学性肺炎等。慢性中毒是迟发性的，发病时间可迟至接触毒物后20年。主要表现为肺部的长期延续性病变。
铍的毒害主要产生于粉尘、烟雾的吸入和接触，各国曾制定了防范性的卫生标准。1949年美国确定的空气含铍允许浓度的标准：①车间工作时间内空气中铍的浓度平均不得超过2微克/米3;②任何时间一次检测车间空气中的铍浓度不得超过25微克/米3；③铍厂邻近地区空气中铍的月平均浓度不应超过0.01微克/米3。
参考书目
D.R.Floyd， G.J.London， D.Webster， J.N.Lowe ed.，Beryllium Science and Technology， Vol.I ＆ Ⅱ，Plenum，New York， 1980.
H.H.Hausner ed.， Beryllium，Its Metallurgy and Properties， University of California Press，Berkeley，1965.