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寻“铍”?用“铍”!

时间:2022-04-30 07:45:56       来源:腾讯网

文章转载自“战略性关键金属科普平台”

寻“铍”?用“铍”!

编者按:

这一期我们重点来介绍。铍是最轻的碱土金属元素,在地壳中呈分散状态。含铍的水热溶液在围岩裂隙、孔洞中或岩层之间固化时极易形成含铍矿物,且多数赋存在绿柱石中以铍硅酸盐形式产出。含铍矿石约30多种,最具经济价值的主要有绿柱石(Be3Al2[SiO3]6)、金绿宝石(BeAl2O4)、硅铍石(Be2SiO4)等。

铍相关关键词搜索量(数据来源:百度)

让我们先从世界上知名的

克什米尔海蓝宝石之王

发现和开采过程的视频介绍

一起来揭开的神秘面纱

视频建议横屏播放哦

King of Kashmir(资料源于Daniel Trinchillo)

目录

1 珍贵的含铍宝石

2 铍的应用

3 中国铍资源现状

在我国的文学历史中,也有铍的身影出现:

“……其他祖母绿、猫儿眼,诸般异宝,

目所未睹,莫能定其价之多少”

——《杜十娘怒沉百宝箱》

在明代文学家冯梦龙笔下

一个执著追求心中美好愿望的女性形象

跃然纸上

祖母绿、猫眼这些隐喻女主高洁品质的“异宝”

也进入了人们的视线

这些令众人梦寐以求的美丽宝石

引发了一众科学家的好奇

法国化学家沃克兰(图源chembeango.com)

1798年,法国化学家沃克兰

对绿柱石和祖母绿进行化学分析时

首次发现了铍

沉睡在绿柱石中的“宝贝”铍元素

终于被发现了

1828年,德国化学家维勒用金属钾

还原熔融的氯化铍而得到单质铍

并把它命名为Beryllium(取自绿柱石beryl)

(图源baike.sogou.com)

在一众含铍宝石

最具经济价值的为

绿柱石金绿宝石、硅铍石

硅铍石,主要成分为Be2SiO4(图源mindat.org)

现在,让我们来看看

各族矿物中重要的宝石级“成员”吧

1)绿柱石族

主要成分为铍-铝硅酸盐(Be3Al2[SiO3]6)

晶体呈六方柱形,柱面有纵纹

硬度为7.5~8,比重为2.63~2.80

绿柱石颜色很丰富,可以从无色到褐色

常见的绿柱石宝石级品种有

祖母绿海蓝宝石

金绿柱石

粉色绿柱石红色绿柱石

在自然界中多与其他矿石共存

“绿宝石之王”——祖母绿

祖母绿,四大名贵宝石之一

因鲜翠欲滴的颜色广受东西方喜爱

据考证,生活在距今4000多年的古埃及人

就将祖母绿用作珠宝

在东方,明清两代王公贵族也钟爱祖母绿

明万历帝、慈禧太后的陪葬品中均有祖母绿

祖母绿原石(图源Muzo Emerald Colombia)

祖母绿&项链(图源GIA、卡地亚、宝格丽官网)

祖母绿的主要产地有

哥伦比亚、巴西、赞比亚、巴基斯坦

印度、南非、津巴布维、中国

我国绿柱石资源虽然丰富且分布广泛

但高档祖母绿的宝石矿资源相对匮乏

祖母绿矿床分布(图源《世界主要彩色宝石产地研究》)

“夜光宝石女王”——海蓝宝石

英国女王巴西海蓝宝石皇冠、项链

(图源STEPHEN SILVER)

海蓝宝石呈天蓝-海蓝色

在夜间灯光照射下

会呈现出比白天更耀眼的光芒

因此被称为“夜光宝石女王”

“天使掉落人间的眼泪”

顶级海蓝宝石为“圣玛利亚”

主要产于巴西Santa Maria de Itabira矿

它是宝石级海蓝宝的主要产区

可惜,现在这个矿区几乎开采殆尽

非洲莫桑比克印度等矿区

也能产出优质的海蓝宝石

海蓝宝石(图源DUPUIS)

海蓝宝石&戒指、项链(图源GIA、宝格丽官网)

绿柱石家族闪耀的明珠

——金绿柱石、粉色绿柱石、红色绿柱石

金绿柱石

(Heliodor)

英文名来自希腊语的太阳

是黄至褐色的绿柱石

“石”如其名

金绿柱石呈现太阳一样闪耀的黄色

璀璨夺目

虽然市面上流通较少

但其独特的金色光泽也吸引了一众爱好者

金色绿柱石([email protected]

粉色绿柱石(摩根石Morganite)

其颜色介于粉红色到橙-粉红色

由于其娇艳的粉红色受到人们的追捧

优质者价格更是在祖母绿之上

摩根石([email protected]

红色绿柱石,又称柏比氏石、红桃色绿玉

指一类深粉红色至暗的浅褐色的绿柱石

红色绿柱石碱金属含量很低,且不含水

锰含量约为粉色绿柱石的20倍

但可惜的是,由于开采困难

红色绿柱石并没有制作首饰的经济价值

红色绿柱石原石(图源Arkenstone)

2)金绿宝石族

主要成分为氧化铝铍(BeAl2O4)

晶体呈板状、短柱状

晶面常见平行条纹

多呈假六方的三连晶穿插双晶

硬度8.5,比重3.72

透明度较好

呈现深浅不同的黄或黄绿色至棕色

部分金绿宝石具有特殊光学效应

“斯里兰卡国石”——猫眼

具有猫眼效应的金绿宝石称为猫眼

是金绿宝石中最受人们喜爱、

关注度最高的宝石

打磨后的猫眼([email protected]

由于宝石内含微小、平行排列的

细丝状、管状包裹体

在光源的照射下

猫眼石中会出现一条像猫的竖瞳的“眼线”

随着宝石的转动或光源的移动眼线灵活摇摆

享誉世界的猫眼产于斯里兰卡西南部的

特拉纳布拉和高尔等地

金绿宝石猫眼戒指(图源文诚珠宝官网)

“白昼的祖母绿,黑夜的红宝石”

——亚历山大石

具有变色效应的金绿宝石

被称为亚历山大石,又称变石

在日光或者日光灯下表现为绿色为主

在白炽灯或者烛光下则呈现出红色为主

原石打磨后在不同光源下的变石(图源GIA官网)

变色效应最好的亚历山大石

产于俄罗斯乌拉尔

该矿床位于东乌拉尔北部

隆起的一个构造结合地带

其中,亚历山大石呈斑晶产在云母岩

粒度较小、质地透明,日光下呈蓝绿色

斯里兰卡产出的亚历山大石以黄绿色为主

看完珍贵美丽的含铍宝石后

你是否还是意犹未尽呢?

跟随我们的脚步

一起看看“毒玫瑰”铍还有什么作用吧!

铍的主要应用领域(数据来源:华经情报网)

铍属于稀有轻金属

优异性能多:

密度低,熔点高,弹性模量大,拉伸强度大

热性能优异,尺寸稳定性好,中子吸收截面小

X射线透射性好等

应用领域广:

核工业、武器系统、航空航天工业、

国防尖端技术、电子工业、汽车行业、

家用电器、医疗等

被称为“超级金属”、“尖端金属”、“空间金属”

铍被用于宇宙望远镜的反射镜上

(图源Chem-Station化学空间)

1)核工业

铍在某些核裂变反应堆芯部可作屏蔽材料

可以有效提高裂变反应效率

氧化铍通常用做原子能反应堆的中子减速剂

铍在核工业中的应用([email protected]

2)铍铜合金

铍消费最大的领域是铍铜合金

就是常说的铍青铜

被称为铜合金中的“弹性之王

占铍合金消费的90%以上

其强度约为其他铜合金的2倍

且具高热导率电导率

故用于电子仪表工业中导电弹力元件

由于其耐磨性能

也用作计算机和民航客机中的轴承

而且铍铜合金冲击时不产生火花

常被用作制造防爆工具的材料

铍铜合金(图源百度百科、万国企业网)

3)铍的同位素

铍 (4Be) 有11种已知同位素

其中,9Be 是稳定的,并且是原始核素

而高层大气中的受宇宙射线散裂

会产生放射性10Be,半衰期约为150万年

它是铍放射性同位素中最稳定

其生成后可以在土壤表面积累

并存留较长时间

因此

10Be及其衰变产物可用于检测

自然水土流失成土作用红土的形成

黄土高原水土流失(图源chinawenhua.com.cn)

此外

10Be在地球科学环境科学等方面

也有着广泛的应用

格陵兰岛([email protected]

10Be在格陵兰岛冰芯和海洋沉积物中

均有发现

在测定过去200年沉积的

冰芯10Be含量时

发现10Be生成率与太阳活动成反比

通过研究冰层中10Be含量

可以得知太阳活动情况

另外

当地球磁场较弱时

地球上方的电离层和磁层就会随之变弱

宇宙射线中的高能粒子

到达地表发生裂变反应生成10Be

在最后一个冰河时期的海洋沉积物中

10Be含量比后冰河时期高出25%

这告诉我们当时地球的磁场比现在弱得多

铍是我国重要的战略资源

铍的某些性能(特别是核性能物理性能

是其它任何金属材料所不能替代

1)从产量方面看

中国仅次于美国,是全球第二大铍生产国

2020年中国铍产量占全球铍总产量的29.17%

2020年全球主要铍生产国产量占比情况

(图改自华经情报网)

2014-2020年

中国铍产量占比呈增长趋势

2014-2020年中国与美国铍产量对比

(数据来源:华经情报网)

2)在空间分布上

我国铍矿床高度集中

尤其集中在新疆、四川、云南、内蒙古

广东、江西、湖南等省份

其中新疆铍矿基础储量最高

达1.69万吨,占全国铍储量的一半以上

阿尔金吐格曼北锂铍矿(a-c)和南段(d-f)伟晶岩脉

(图源李杭等,2020)

而我国四川雪宝顶山区的钨锡铍矿床

产出宝石级绿柱石、白钨矿等矿物

且晶形完好

四川雪宝顶山区宝石

(图源咸鱼玩家-集晶悦心)

2018年中国铍资源储量分布情况

(数据来源:产业信息网)

虽然当前我国铍产量大、储量高

随着科学技术的进步

提取、回收铍工艺也有所突破

微细粒铍矿回收工艺

(资料来源:宋永胜等,2008)

但铍需求量也在不断增加

国内的铍产量远远无法满足

我国自身的需求量

再加上铍矿特殊的军工属性

中国在海外获取铍资源的途径

一直得不到保障

资源安全形势不容乐观

不仅如此

由于连年开采,铍矿石日渐短缺

特别是优质铍矿石几近枯竭

现阶段有很多新兴企业进入铍冶炼行业

这种无序的发展状态

必将进一步加剧铍资源的消耗和争夺

铍矿资源(图源百度百科)

而且,在铍工业中工人面临的风险很大

铍的粉尘会引起肺部慢性炎症和呼吸困难

接触到定量的铍会引发“铍肺病”

约1/3的铍肺病患者会过早死亡

其余人也会终生残疾

因此铍工业领域的发展引发的健康问题

也不容小觑

对我国来说,目前首要且重要的任务就是:

增强对铍矿床成因、特征等方面的理论研究,构建铍矿找矿模型

加大铍资源勘探力度,科学开采铍矿;

探索新型手段在低品位铍矿选矿-冶炼过程中的应用,根据萃取剂与矿物表面的作用机制,在选矿阶段寻找合适的溶剂,使用外加场强、热等静压等技术提高生产铍材的工艺效率(李宏等,2022);

建立完善的铍储备、管理制度,开发合理的废旧铍回收路径,保证铍工业的有序发展和铍资源供应的稳定。

寻“铍”、用“铍”任重而道远

还需各行各界共同努力!

(图源Chem-Station化学空间)

致谢:

感谢咸鱼玩家-集晶悦心提供雪宝顶矿晶美图

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END

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参考资料(上下滑动)

[1]李宏,谭秀民,张秀峰,张利珍,伊跃军,王威.2022.铍资源现状及其选冶技术进展[J/OL].有色金属科学与工程:1-12.

[2]李杭,洪涛,杨智全,陈建中,柯强,王学海,牛磊,徐兴旺.2020.稀有金属花岗伟晶岩锆石、锡石与铌钽铁矿U-Pb和白云母~(40)Ar/~(39)Ar测年对比研究——以阿尔金中段吐格曼北锂铍矿床为例[J].岩石学报,36(09):2869-2892.

[3]徐慧. 2015. 铍的用途[J]. 资源环境与工程,29(06):1044.

[4]宋永胜,阮仁满,温建康,杨萍.2008.微细粒稀有金属氧化矿回收工艺. 北京市,北京有色金属研究总院,01-01.

[5]金属百科—铍的冶炼http://baike.asianmetal.cn/metal/be/extraction.shtml.

撰稿 | 洪涛 高亢亢 韦娉婷 马婧

视频制作 | 安施绮 林清 岳栩彬 余明果 马菁蔚 韦娉婷(配音)

审核 | 赵振华 赵太平 饶灿

排版与校正 | 韦娉婷 张天琦

关键词: 寻铍用铍 海蓝宝石