7440-41-7 / 鈹?shù)膽?yīng)用

背景及概述^[1][2]

鈹是一種痕量元素。它在海水中的主要存在形式是BeOH⁺。1981年C.I.梅修斯和J.M.埃德蒙用苯提取揮發(fā)性的三氟乙酰丙酮的鈹衍生物，然后用氣相色譜電子俘獲檢定器測(cè)定的方法測(cè)定了北太平洋的水樣。表層水中，其濃度為4-5皮摩爾/千克，深水中增加到25-30皮摩爾/千克。⁷Be是在大氣層中由宇宙射線的作用產(chǎn)生的。

其半衰期是53.6天。它存在在顆粒物中，很快從大氣平流層遷移到海洋中。由于其半衰期太短，不能示蹤海水的水平運(yùn)動(dòng)，但可用來(lái)示蹤溫躍層中的垂直擴(kuò)散。¹⁰Be也是在大氣層中由宇宙射線的作用形成的，其半衰期為2.5×10⁶年，J.D.伯頓認(rèn)為，它很快就轉(zhuǎn)移到沉積物中。鈹符號(hào)Be，原子序數(shù)4。灰色輕金屬，具有質(zhì)輕、堅(jiān)硬、耐高溫等特性。

不溶于水，溶于鹽酸和硫酸中。加熱時(shí)可溶于硝酸。溶于堿生成鹽類。在自然界中鈹主要存在于綠柱石中。鈹蒸氣在空氣中易被氧化為氧化鈹粉塵。用鈹制造的鈹合金，用于制造火箭、特種工具和儀表零件。氧化鈹陶瓷用作高溫原子能反應(yīng)堆的中子減速劑和反射劑，微波輸出窗，飛機(jī)、火箭的高溫部件。鈹及其化合物屬原漿毒，有較大的毒性。鈹病尚無(wú)特殊療法，最主要是早期發(fā)現(xiàn)，早期處理，急性和慢性鈹病均可根據(jù)情況應(yīng)用糖皮質(zhì)激素。

性能^[4]

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 收稿日期：2001-08-22 1 .847 g/ cm 3)，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 .6 μm)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?；顫姷慕饘?，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。

毒性^[1]

鈹及其化合物屬原漿毒，有較大的毒性。毒作用機(jī)理有三種假說(shuō)：免疫病理假說(shuō)(鈹作為一種半抗原，在機(jī)體內(nèi)與蛋白質(zhì)結(jié)合，形成一系列反應(yīng)直至發(fā)病)；酶系統(tǒng)擾亂假說(shuō)(鈹能擾亂多種酶系統(tǒng))；誘發(fā)假說(shuō)(腎上腺皮質(zhì)功能失調(diào)能誘發(fā)隱性鈹病)。鈹主要以粉塵或煙霧的形式，經(jīng)呼吸道侵入機(jī)體。鈹不能經(jīng)完整皮膚侵入。

短期內(nèi)吸入高濃度鈹或其化合物后，主要引起急性呼吸道化學(xué)性炎性病變(急性鈹病)，輕癥有鼻咽部干痛、劇咳、胸骨后不適等呼吸道刺激癥狀、胸部X線片可有肺紋理增強(qiáng)、扭曲及紊亂改變，重癥有氣短、咳嗽、咯痰、咯血、發(fā)熱和肺部可聞及濕性啰音，胸片X線片可見(jiàn)肺野內(nèi)彌漫云絮狀或大片狀陰影，有時(shí)可出現(xiàn)肺水腫、呼吸衰竭。

長(zhǎng)期少量吸入氧化鈹或金屬鈹粉塵引起慢性鈹病，以肺部肉芽腫或肺間質(zhì)纖維化為主的病變，有不同程度的氣短、咳嗽、胸悶、胸痛等癥狀，可有乏力、頭昏、頭痛、食欲減退、體重減輕等癥狀，胸部X線片在兩中下肺野紋理增多，扭曲變形，伴有網(wǎng)狀陰影，并在一個(gè)以上肺野遍布細(xì)砂樣或結(jié)節(jié)狀小陰影，肺門可增大，有時(shí)呈廣泛性肺纖維化；或者胸片X線表現(xiàn)中下肺野有網(wǎng)狀陰影，并有散在而局限的細(xì)砂樣或結(jié)節(jié)樣小陰影，同時(shí)伴有肺彌散功能障礙或特異性免疫指標(biāo)異常。預(yù)防關(guān)鍵是鈹?shù)纳a(chǎn)工藝過(guò)程應(yīng)密閉化、機(jī)械化。

應(yīng)用^[4]

鈹有許多特性：1995 年在美國(guó)鈹?shù)膽?yīng)用為電子器件和電器 占77 %(其中電子器件為57 %，電器為20 %)，軍事業(yè)占 13 %，其它占10 %。上面的這些數(shù)據(jù)反映了鈹?shù)膽?yīng)用狀況。同時(shí)，也表明鈹?shù)膽?yīng)用正在向“軍轉(zhuǎn)民”方向逐步擴(kuò)展。 當(dāng)用離子轟擊鈹時(shí)，可以產(chǎn)生中子 ，因此它可用于核武器裝置、各種核反應(yīng)堆的反射體材料、減速材料和中子源材料。日本原子能研究所的材料試驗(yàn)反應(yīng)堆(JMTR)、研究反應(yīng)堆(JRR -3)就是用鈹作為反射層材料的。

此外，由于鈹?shù)拿芏鹊?同重水一樣)，也可以用作核反應(yīng)堆的減速劑，而且不象重水那樣 會(huì)在 100 ℃的溫度下蒸發(fā)。鈹在這一領(lǐng)域的應(yīng)用還可以擴(kuò)展到熱核聚變反應(yīng)堆等離子體約束環(huán)。已經(jīng)報(bào)道 ，美國(guó) Brush 鈹公司已為歐洲的熱核聚變反應(yīng)堆研究了鈹部件。鈹在航空航天工業(yè)的應(yīng)用也相當(dāng)廣泛。美國(guó)的飛機(jī)控制裝置零部件、軍用飛機(jī)的盤形制動(dòng)器等都用上了鈹材料。

飛機(jī)、飛船、火箭導(dǎo)航裝置中的應(yīng)用如Agena 飛船前置艙的蒙皮、ATS6 高技術(shù)衛(wèi)星磁力計(jì)用絎標(biāo)，RCA 、Satcom 通信衛(wèi)星折疊式太陽(yáng)能板的支架結(jié)構(gòu) ，航天飛機(jī)上使用鈹材料制造的擋風(fēng)窗墊、定位器、臍門等。此外，鈹在航天儀表、慣性導(dǎo)航儀、衛(wèi)星結(jié)構(gòu)部件、重返大氣層宇航器等都有應(yīng)用。鈹在空間載入系統(tǒng)、衛(wèi)星天線板及飛行器的制動(dòng)閘、輕 型精密反射系統(tǒng)等都有應(yīng)用實(shí)例。

在我國(guó)，鈹在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用尚有待開(kāi)發(fā)，特別是慣性導(dǎo)航技術(shù)尤為突出。過(guò)去曾經(jīng)采用鋁作為結(jié)構(gòu)材料，但是鋁材的尺寸穩(wěn)定性不如鈹好，在存放一定時(shí)期后，會(huì)出現(xiàn)尺寸超差和精度指標(biāo)下降的 情況，所以在航天系統(tǒng)，應(yīng)當(dāng)擴(kuò)大鈹?shù)膽?yīng)用研究，諸如陀螺中的關(guān)鍵零件浮子框架、浮筒、陀螺轉(zhuǎn)子軸、轉(zhuǎn)子軸壓塊、陀螺殼體、端蓋和影響陀螺、加速度計(jì) 精度與穩(wěn)定性的關(guān)鍵組件以及平臺(tái)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件；高精度、長(zhǎng)壽命、高可靠的航天器導(dǎo)航設(shè)備、儀器、儀表等等。

目前，醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)檢測(cè)設(shè)備層析掃描 裝置，CT的窗口材料都已經(jīng)應(yīng)用了鈹；其它帶有加壓探測(cè)室儀器的窗口材料也用上了鈹。鈹在家用電器上也有一定應(yīng)用。據(jù)報(bào)道一些音響擴(kuò)音器的振動(dòng)片就是用鈹材料做成的，鈹還可用于電子顯微鏡的 試樣臺(tái)的零部件。 鈹可作為合金添加劑，已研制的新的含鈹合金具有獨(dú)特的性能。

制備^[5]

金屬鈹?shù)闹苽浞椒?，按下述方法進(jìn)行：

第一步，將堿式碳酸鈹與氫氟酸 進(jìn)行混合反應(yīng)后得到混合液，其中，堿式碳酸鈹中的鈹與氫氟酸的質(zhì)量比為1：5至15；

第二 步，將混合液濃縮后得到濃縮液，在濃縮液中，鈹離子的濃度為60g/L至150g/L；

第三步，向濃縮液中通入液氨直至濃縮液的pH值為7至9；

第四步，將第三步得到的濃縮液依序經(jīng)過(guò)冷卻結(jié)晶和固液分離后得到氟鈹酸銨，將氟鈹酸銨依序經(jīng)過(guò)烘干和煅燒后得到氟化鈹，其中，烘干的溫度為80℃至120℃，煅燒的溫度為400℃至800℃，煅燒的時(shí)間為120分鐘至180分鐘；

第五步，將氟化鈹和鎂錠發(fā)生還原反應(yīng)后得到金屬鈹。

主要參考資料

[1] 衛(wèi)生學(xué)大辭典

[2]中國(guó)中學(xué)教學(xué)百科全書·化學(xué)卷

[3] 中學(xué)教師實(shí)用化學(xué)辭典

[4] 張友壽, 秦有鈞, 吳東周, 等. 鈹和含鈹材料的性能及應(yīng)用[J]. 焊接學(xué)報(bào), 2001, 22(6): 92-96.

[5]王晨雪；翁鴻蒙；劉力；夏國(guó)定；曹毅臣；萬(wàn)凌云；孫哲.以堿式碳酸鈹制備氟鈹酸銨的方法、氟化鈹和金屬鈹?shù)闹苽浞椒?CN201610265158.0，申請(qǐng)日
20160426