鈹是最輕的堿土金屬,原子序數為4,在宇宙中非常稀有,然而它卻擁有一個巨大的市場,鈹的市場規(guī)模預計到2029年將達到1.464億美元,因為鈹及其合金可用于生產飛機機身部件,以及計算機、電視和移動設備中的電子部件。
稀有元素鈹
鈹最初是從祖母綠中發(fā)現的,在自然界中,常見的鈹礦物包括翡翠、綠柱石和鵝卵石等。與元素周期表中的其他元素相比,它在我們的宇宙和太陽系中的自然出現少得驚人。它是一種輕質的堿土金屬,具有銀白色外觀和良好導熱性。
鈹是一種非常特殊的金屬,它具有一些獨特的性質。一方面,鈹是一種非常輕的金屬,比鋁還要輕,這使得它在航空航天和汽車制造等領域具有重要應用。另一方面,它雖然輕,但具有出色的硬度和強度,比鋼還要堅硬,因此也被廣泛用于制造高性能合金和工具。
此外,鈹對X射線具有高度透明性,因此在醫(yī)學和科學研究中的X射線設備中有重要應用。精制鈹晶體通常會被熔化并制作成堅固、輕便的航天器部件,它既昂貴又有毒性,但在成本不是問題的情況下,它完美適用于多種高精尖的應用。
盡管鈹在許多領域具有重要應用,但也存在一些危害。鈹的粉塵和氣體對人體有毒性,長期接觸或吸入可能導致鈹中毒,對肺部和皮膚造成傷害。因此,在處理和使用鈹時,工人被要求必須采取適當的防護措施,如戴防護手套和口罩。
鈹的產量和價格
與金、銅和鉛等金屬的古老起源相比,鈹是一個相對較新的金屬。鈹是在18世紀末被發(fā)現的,而其獨特的性質和商業(yè)價值直到二十世紀才得到認可。世界上大部分鈹礦石的生產都在美國,其余產量來自我國、巴西和非洲的幾個國家,如尼日利亞、馬達加斯加和莫桑比克。
俄羅斯的商業(yè)鈹礦石生產于1990年停止,阿根廷和津巴布韋的鈹礦開采也是如此。美國唯一的鈹礦石生產商在猶他州,而我國的主要鈹產地則在新疆。鈹的稀缺性和采礦成本都是挑戰(zhàn),行業(yè)內急需更高效的鈹提取和利用技術的研發(fā),以滿足市場對鈹的需求。
由于鈹的供應相對稀缺,其價格通常較高,而價格受多種因素的影響,包括供需關系、市場需求、采礦成本等。而且鈹具有獨特的性質和應用價值,因此在一些高端工業(yè)和技術領域有廣泛的需求。
主要應用領域包括航空航天、電子、汽車、醫(yī)療設備等。例如,鈹合金常用于制造航空發(fā)動機部件、半導體材料和醫(yī)療器械,這些行業(yè)對鈹的需求推動了市場對鈹的稀缺性和價格的關注,這些需求也會導致鈹的價格一路走高。
鈹為何價格高昂?
鈹的高價,是由其稀缺性決定的。首先,與氫、氦和鋰不同,鈹錯過了在宇宙大爆炸早期產生的機會,科學家推測在當時的條件下,鈹有點太大了以至于難以形成。其次,還需要考慮核結合能。盡管鈹的單一穩(wěn)定同位素,也就是鈹9確實存在,并且它具有偶數個質子。
但它的每個核子的核結合能實際上低于更輕的雙倍氦4核,換句話說,除非鈹能夠融合成另一個更大但更穩(wěn)定的核,否則恒星中鈹的產生沒有任何能量上的好處。所謂的核結合能是由物質的強相互作用引起,組成原子的核子越多,它的結合能就越高。
這意味著在恒星中形成的鈹,會迅速變成更重并具有更穩(wěn)定原子核的元素,如碳、氧甚至鐵。因此鈹更多地是作為恒星核合成的中間體,而不是最終產品,在這個過程里,鈹不斷被創(chuàng)造,但也不斷被消耗,所以成為了稀有物質。
宇宙中的大多數鈹被認為是隨著較大的原子在深空中與宇宙射線碰撞而分解形成的,不過我們在地球上擁有的鈹往往會以氧化物的形式出現,它們積累在地殼中的某些礦物質中。
鈹和鋁一樣,對人類生物學的重要性很少或根本沒有,人類在進化的過程中也幾乎沒有接觸過這種物質,也許這也是為什么人類從未開發(fā)出一種方法避免鈹中毒。進入血液的鈹,即使量再少,都可以在人體內停留非常長的時間。
吸入或攝入大量這種元素會導致一種稱為鈹中毒的疾病,這可能導致持續(xù)數年甚至數十年的并發(fā)癥,因為免疫系統會一直攻擊身體試圖消除掉根本無法被消除的的鈹。盡管如此,全世界每年提取的鈹仍然超過200公噸。