东方超环
去年7月5日，全超导托卡马克装置“东方超环”在全球率先实现上百秒的稳态长脉冲高约束等离体运行，即稳定“燃烧”超过100秒。而我国科学家自主研发的“第一壁”也把铍推向了公众视野。
从铍的发现到现在已经经历了 200多年的历史, 但铍的工业化规模和应用研究是从20 世纪40 年代之后才开始的。当时正是核技术蓬勃发展的时期, 铍在核技术领域的应用推动了它的研究和工业化进程。铍的生产与消费历来受经济发达国家政治、 经济和军事等因素的制约。目前,经济和军事实力都很雄厚的美国仍然是铍及其合金材料消费的主要国家之一，并且在军备竞争激烈的20世纪80年代中期出现了铍的消费高峰期。
铍的发现
绿柱石里的“宝贝”
铍是一种钢灰色的稀有金属，在元素周期表中排行第四，是最轻的碱土金属元素。说到铍不能不提绿柱石，人们把铍元素称为沉睡在绿柱石中的“宝贝”。
祖母绿
一般的绿柱石和普通石头没什么两样，其中罕有的色泽美丽者则是珍贵的宝石，如祖母绿、海蓝宝石等。现在我们知道绿柱石的成分为铍铝硅酸盐，可在铍元素发现之前，人们只知道其成分为硅酸铝。
1798年，法国化学家沃克兰通过分析发现，绿柱石和祖母绿这两种外观差别巨大的石头具有几乎相同的化学成分，除了含有已知元素铝、硅、氧外，还含有一种未知元素。沃克兰把它命名为Glucinium。后来，德国化学家维勒还原出了单质铍，并将其命名为Beryllium。
铍的发现无疑是金属铍开发利用史上的一个标志性事件，但是金属铍的提取并不是一帆风顺的。铍元素被发现30年后的1828年，维勒等人才各自独立地用金属钾还原氯化铍制得单质铍，而且第一块金属铍的纯度并不高。1898年，电解法首次被用于制备金属铍。1932年，世界上首个工业化生产铍的工艺装备投产。
20世纪40年代初期，人们开始认识到铍及其化合物对人体的危害。铍及其化合物的粉尘、烟雾能引起多种人体器官中毒，且氧化铍、氟化铍、氯化铍、硫化铍、硝酸铍等化合物的毒性比金属铍更大。
铍的应用
合金材料
金属铍一个重要的应用方向就是合金制造。我们知道，青铜比钢铁软得多，弹性也不大，抗腐蚀能力也不强。但是，在青铜中加入少许铍后，性能就会发生巨大变化。人们一般把含铍1%～3.5%的青铜叫作铍青铜。铍青铜的机械性能比钢好，硬度和弹性也得到提高，抗腐蚀性得到加强，同时还具备良好的导电性。
由于铍青铜有着独特的优异性能，所以被广泛应用到许多领域。比如，铍青铜常被用来制作深海探测器和海底电缆，也可用来制作精密仪器零部件、高速轴承、耐磨齿轮、焊接电极以及手表游丝等。
此外，含镍的铍青铜还有一个十分可贵的品质，那就是在受撞击时不产生火花，故在生产石油和炸药等易燃易爆品的行业十分有用。含镍的铍青铜也不会被磁铁磁化，所以是制造防磁零件的好材料。
我们知道，降低航天器的体重可以节约发射费用。铍作为一种重要的轻金属，其密度要比铝小许多，而强度比钢还大。因此，铍是一种极其重要的宇航材料，兼具铍和铝各自优势的铍铝系列合金，被广泛用作制作空间飞行器的结构部件。
在金属王国中，铍的热学性能很好，并具有高熔点、高比热、高热导率和适宜的热膨胀率等优异性能。如用铍來为超音速飞机制造制动装置，则具有非常好的吸热和散热性能。用铍来为卫星和飞船制作“防热外套”，则可以保证它们在穿越大气层时温度上升不会过高。同时，金属铍还是制造惯性导航系统的关键材料，对提高导弹、飞机、潜艇等的导航精度具有重要意义。由于铍对红外光具有良好的反射性，因此还被应用于空间光学系统。
反应堆的反射剂
“原子炉”是原子核反应堆的俗称，是核电站的核心装备。在“原子炉”内，燃烧的燃料不是煤，而是核燃料——铀-235。核燃料的燃烧实质上就是裂变反应释放出能量。然而，要使铀-235原子核发生分裂，需要用“中子炮弹”轰击原子核。而铍就是一种能高效率提供“中子炮弹”的“中子源”。当铀-235的原子核受到“中子炮弹”轰击时，一个原子核会吸收一个中子，然后分裂成两个质量较小的原子核，同时释放出两三个中子。这些中子又会去轰击其他的原子核，从而引起新的裂变。由于中子的速度非常快，只有让这类快中子放慢“脚步”，才能使核裂变不断地延续下去。铍对中子具有很强的“制动”作用，因此是“原子炉”内极佳的中子减速剂。
铍在原子能工业中还有一个重要作用，那就是用作反应堆的反射剂。原来，为了防止“原子炉”内的中子逃逸，需要在内壁设置中子屏蔽层。铍氧化物熔点高达2450℃，而且还能像镜子反射光线一样把中子反射回去。因此，铍氧化物是制造“原子炉”中子反射层的优质材料。
热核聚变工程材料
在全球能源紧张的背景下，被誉为“人造太阳”的热核聚变工程正在紧锣密鼓地进行。然而，如何打造一个坚不可摧的“反应舱”是一个大难题，毕竟“人造太阳”的工作温度高达上亿摄氏度。
最近，我国科学家自主研发制造出“人造太阳第一壁”。“第一壁”采用的材料看上去就像“三明治”一样，在反应堆内直面高温聚变材料的，是经过特殊处理的高纯度铍。在高纯度铍的外面依次为铜合金和不锈钢。经过特殊的加工工艺，三种材料成为一个有机整体，具有非凡的隔热防护效果，能为热核聚变实验反应堆筑起一道坚固的“防火墙”。
射线管“窗口”
金属铍还有一个绝活，那就是对X射线是“透明”的，因此被誉为“金属玻璃”，这一点在X射线管上能派上大用场。
所谓X射线管，其实就是X射线发生器，主要由三部分组成：一是阴极（电子枪），这是产生电子并将电子束聚焦，放出自由电子的部分；二是阳极（金属靶），这是发射X射线的部分；三是窗口，这是X射线的输出通道。X射线管的工作原理为，在真空条件下，用高速电子轰击金属靶，从而发射出X射线。然后把X射线用于分析、诊断和医疗。
你可别小看这个X射线管输出的窗口，它对材料的要求非常高，既要满足一定的强度要求，以维持管内的高真空；同时还要求对X射线的吸收要小，以保证输出足够的X射线强度。因此，铍是制造X射线管“窗口”的绝好材料。
铍的主要矿物及矿床类型
铍在地壳中的含量为6×10-4.含铍的矿物约有50种，具有工业价值的铍矿物主要有绿柱石、金绿宝石、硅铍石、日光榴石、似晶石(见表1)，其中以绿柱石最为重要。
绿柱石是铍的铝硅酸盐类，其晶形为六方晶系，结晶为长柱状，有时为块状，呈绿色、淡绿色、淡蓝色、粉红色等，条痕为白色，一肌均无磁性。纯绿柱石，其理论上含BeO≈14%,Al2O3≈19%及SiO2≈67%。但实际上在绿柱石中尚有其他杂质成分，一般为含7%的Na2O、K2O、Li2O和少量的、CaO、FeO、Fe2O3、Cr2O3、V2O3等。绿柱石常产于伟晶岩及热液矿脉中。
金绿宝石呈绿色或黄绿色，斜方晶系，多呈板状或块状结晶。其理论成份含19.8%BeO,80.2%Al2O3,有时呈弱磁性，常与绿柱石产于伟晶岩中。
日光榴石为褐色，有时呈黄色或绿色，等轴晶系，常具有弱磁性，多产于矽卡岩矿床中。
硅铍石为无色或淡黄色，斜方晶系，常与绿柱石等共生于伟晶岩中。
铍的矿床分为花岗伟晶岩、矽卡岩、气成热液及坡积一残积等四种类型，但当前开采的铍矿主要是花岗伟晶岩矿床。
绿柱石的原生矿床一般要求含BeO＞0.05%,砂矿要求含绿柱石在1公斤/吨以上才有工业价值。关于绿柱石精矿，美国要求含BeO=11~13%,苏联则把绿柱石精矿分为二级：一级铍精矿含10%BeO,二级铍精矿含8%BeO。
国外铍资源概况
根据美国地质调查局(USGS)2015年公布的报告显示，全球已探明铍资源量逾8万吨，65%的铍资源为非花岗结晶岩矿，分布在美国。其中，犹他州的黄金山(Gold Hill)和斯波尔山(Spor Mountain)的地区，以及阿拉斯加州西部的苏华德半岛(Seward Peninsula)是美国铍资源集中分布的地区。
铍以伴生矿产出居多，因而矿床类型繁多，但主要有三类：
(1)含绿柱石花岗伟晶岩矿床，分布甚广，主要产在巴西、 印度、 俄罗斯和美国。
(2)凝灰岩中羟硅铍石层状矿床，属近地表浅成低温热液矿床。美国犹他州斯波山(Spor Mountain)矿床是该类矿床的典型代表，氧化铍(BeO)探明储量7.5万吨，品位高(BeO 0.5%)，矿山年产铍矿石 12万吨，美国铍资源几乎全部来自该矿。
(3)正长岩杂岩体中含硅铍石稀有金属矿床，目前有仅在加拿大西北地区发现的索尔湖矿床，已计划开发利用。
我国铍资源概况
我国铍资源分布主要集中在新疆、 四川、 云南及内蒙古四省区，已探明的铍储量以伴生矿产为主，主要与锂、钽铌矿伴生(占 48% )，其次与稀土矿伴生(占27%) 或与钨伴生(占20%)，此外尚有少量与钼、锡、铅锌及非金属矿产相伴生。铍的单一矿产地虽然不少，但规模很小，所占储量不及总储量的1%。
新疆可可托海3号坑
我国铍矿主要类型为花岗伟晶岩型，热液脉型和花岗岩（包括碱性花岗岩）型。花岗伟晶岩型是最主要铍矿类型，约占国内总储量的一半，主要产于新疆、四川、云南等地，这类矿床多分布在地槽褶皱带内，成矿年龄介于180～391Ma之间。花岗伟晶岩矿床常表现为若干伟晶岩脉聚集的密集区，如在新疆阿勒泰伟晶岩区，已知有10万余条伟晶岩脉，聚集在39个以上的密集区内。矿区内伟晶岩脉成群出现，矿体形态复杂，含铍矿物为绿柱石，大中型矿床矿石中BeO品位为0.02%～0.15％，平均0.055％。由于矿物结晶粗大、易采选，且矿床分布广泛是我国最主要的铍矿工业开采类型。
花岗伟晶岩型铍矿热液石英脉型铍矿具有规模中等、品位较富、矿物结晶较粗等特点，也是目前开发利用的类型之一，矿床主要分布在中南及华东地区。矿床产于地槽区，成矿时代以燕山期为主，由黑云母花岗岩和二云母花岗岩充填裂隙形成矿脉。矿脉分带性明显，矿物成分复杂，金属矿物以黑钨矿、锡石、白钨矿、辉钼矿为主，铍伴生其中，铍矿物多为绿柱石，也可见羟硅铍石和日光榴石。多形成绿柱石-黑钨矿、绿柱石-锡石和绿柱石-多金属脉型等综合性矿床。
花岗岩型铍矿多见于地槽褶皱带，成矿时代以燕山期为主。含铍花岗岩分为酸性岩和碱性岩两种，岩体规模较小，呈岩株、岩舌、岩盖状出现，矿体位于岩体顶部或边缘。酸性花岗岩中常形成二种矿物组合：以铍为主，伴生有铌钽锂或钨锡钼镓等有用矿产，如新疆青河县阿斯喀尔特铍矿；另一种以钽铌为主，伴生铍等稀有金属，如江西宜春414 矿。含铍矿物为绿柱石，矿化均匀，但矿石品位低。碱性花岗岩中也有二种矿物组合，或以稀土为主，伴生铍、铌、锆等(内蒙古巴尔哲矿)为主，伴生铍(云南个旧马拉格)。含铍矿物为羟硅铍钇铈矿和日光榴石。矿石品位低，成分复杂。花岗岩型铍矿多属难，矿石，目前能够开发利用的不多。
此外，还有含铍条纹岩型(湖南香花岭)、云英岩型(广东万峰山)、火山热液型(福建福里石)、浅粒岩型( 湖北广水)等。除云英岩铍矿早有开采利用外，其它类型至今尚未得到开发利用。
在上述铍矿类型中，花岗伟晶岩型铍矿在我国最具找矿潜力，在新疆阿勒泰和西昆仑两个稀有金属成矿带，已划分出成矿远景区数万平方千米，伟晶岩脉近10 万条。此外，在川西、滇西、东秦岭等地区也有一定的找铍远景。
综上所述，从开发利用角度考虑，我国铍矿资源有以下三个特点：
1. 铍矿资源相对集中，有利于开发利用，我国铍工业储量集中在新疆可可托海矿，占全国工业储量的80%；
2. 矿石品位低，探明储量中富矿少。国外开采的伟晶岩铍矿，BeO品位都在0.1%以上，而我国都在0.1%以下，这对国内铍精矿的选矿成本有直接影响。
3. 铍的工业储量占保有储量比例很小，有待储量升级。
2015年，我国查明资源储量（BeO）57.4万吨，其中基础储量3.9万吨，居世界第二位，主要分布在新疆、内蒙古、四川和云南。我国铍资源虽然丰富，但独立矿床仅新疆可可托海1处，主要与锂、稀土、铌钽共伴生，品位低，且大多数矿山分布在边远与边境地区，采选技术难度大，生产成本高。
新疆发现亚洲最大氧化铍矿藏带
位于新疆的世界级伟晶岩矿床位于新疆西北部的和布克赛尔蒙古自治县，自2008 年大规模开展找矿勘查以来，中国核工业二一六大队在该县白杨河矿区累计投入钻探工作量 19 万米，已探明铍矿资源储量5.2万吨，目前勘探工作已接近尾声。
2012年12月底，该矿已累计发现铍矿资源的储量是4.7万吨，2013年新增5000吨。据悉，白杨河铍矿矿区面积为13km²，为亚洲最大的羟硅铍石型铍矿床，矿床平均品位0.1391%，平均厚度为4.58m，资源量已获中国国土资源部备案，氧化铍矿体连续性好，工业矿带延伸稳定。
目前，矿区现已建成年处理矿石量80,000吨的矿山，主要从事开发白扬河地区的铍矿资源。
铍矿的产量
20世纪，国外铍矿中铍的总储量约为几十万吨，主要在巴西、阿根廷、印度。1969年国外绿柱石的年产量为8.028吨，1971年就下阣到5.109吨，主要生产国有巴西、印度、苏联、阿根廷。
进入21世纪，全球铍矿产量大幅提升。根据美国地质调查局2015年公布的数据显示，全球铍矿产量270吨，美国占89%(240吨)，中国是第二大产国，但产量无法与美国媲美。2014年全球铍矿产量与2013年相比略有上涨。具体如下图：
全球铍矿的产量
（单位：吨）
2015年我国铍矿产品产量51吨（折合金属量），居世界第二位，占世界的14.6%，原矿对外依存度50%，主要从哈萨克斯坦进口绿柱石原料。铍消费量为95吨，以铍铜合金为主，高技术含量的铍合金主要从美国、日本等国进口。
来源：网络，编辑：矿语君，责编：谢涛。
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