Разрабатывавлись изумрудные прииски в Аравийской пустыни

вестны еще в древности. С давних пор люди искали и разраба-

тывали месторождения аквамаринов, изумрудов и бериллов. Есть

свидетельства о том, что еще во времена Египетских фараонов

разрабатывавлись изумрудные прииски в Аравийской пустыни.

Но только в конце 18 века химики заподозрили, что в бер-

риллах есть какой-то новый не известный элемент. В 1798 году

французский химик Воклен выделил из берилла окись "La terree

du beril", отличавшуюся от окиси алюминия. Эта окись прида-

вала солям сладкий вкус, не образовывала квасцов, растворя-

лась в растворе карбоната аммония и не осаждалась оксалатом

или тартратом калия. Металлический бериллий был впервые по-

лучен в 1828 году известным немецким ученым Велером и однов-

ременно французким ученным Блюссеном, который получил поро-

шок металлического бериллия востановлением хлористого берил-

лия металическим калием.

Промышленное получение бериллия началось только в 20-х

годах нашего столетия. До сороковых годов масштабы произ-

водства и применения бериллия были не велики. Однако с отк-

рытием свойств бериллия, обусловивших его использование в

атомной энергетике спрос на него сильно возрос. Что в свою

очередь стало причиной широкого развития исследовательских и

геолого-разведочных работ в этой области.
1. Химические и химико-физические свойства

бериллия
Бериллий (Be) - имеет атомный номер 4 и атомный вес

9.0122. Он находится во втором периоде периодической системы

и возглавляет главную подгруппу 2 группы, в которую также

входят магний, кальций, стронций, барий и радий. Электронная

структура атома бериллия 1s 2s. На внешней оболчке он имеет

два электрона, что является характерным для элементов этой

группы. Электронная структура внешней оболочки иона каждого

из этих элементов с зарядом +2 соответствует электронной

структуре инертного газа с атомным номером на две единицы

меньше номера рассматриваемого элемента. Бериллий вещество

серо-стального цвета; при комнатной температуре металличес-

кий бериллий имеет плотно упакованную гексагональную решет-

ку, подобную решетке магния.

Атомный (металлический) радиус бериллия равен 1.13 А.

Увеличение массы и заряда ядра при сохраненнии конфигурации

электронных оболочек служит причиной резкого уменьшения

атомного и ионного радиусов бериллия по сравнению с соседним

литием. После отрыва валентных электронов атом бериллия об-

разует ион типа благородных газов, и несет, подобно литию,

всего одну электронную оболочку, но характеризуется значи-

тельно меньшими размерами и компактностью. Истинный ионный

радиус бериллия - 0,34 А является наименьшим среди металлов.

Потенциалы ионизации у бериллия равны (соответсвенно для

первого, второго, третьего и четвертого электронов) I1-9,28;

I2-18,12; I3-153,1; I4-216,6 эВ. На кривой потенциалов иона-

зации бериллий занимает одно из верхних мест. Последнее со-
- 2 -

ответсвует его малому радиусу и характеризует бериллий как

элемент не особенно охотно отдающий свои электроны, что в

первую очередь определяет степень химической активности эле-

мента. Этот же фактор имеет решающее значение в образование

того или иного типа химической связи при соединение бериллия

с другими элементами. С точки зрения электроотрицательности

бериллий наряду с алюминием может расматриваться как типич-

ный переходный элемент между электроположительными атомами

металлов, легко отдающих свои электроны, и типичными комп-

лексообразователями, имеющими тенденцию к образованию кова-

лентной связи.

В нейтральных растворах гидроокилы бериллия дисоциируют

по схеме:

2+ _ + 2-

Be + OH = Be(OH) = H BeO = 2H + [BeO ]

2 2 2 2

В щелочных растворах, содержащих атомы щелочных элемен-

ковалентной связи между анионом и атомом амфотерного элемен-

та. Происходит образование комплекса, прочность которого в

первую очередь определяется концентрацией элементов с низким

значением электроотрицательности, то есть щелочей. Бериллий

в этих условиях ведет себя как комплексообразователь.

В кислых растворах, характеризующихся высокой концентра-

цией водородного иона, элементы с низким значение электроот-

рицательности, подобные бериллию, могут находится в форме

свободных, положительно заряженных ионов, т.е. являются ка-

тионами.

Свойства основности элемента, как известно характеризу-

ются также велечиной ионого потенциала w/r, выражающего

энергию силового поля иона. Как и следовало ожидать, малень-

кий ион бериллия отличается большой величиной ионого потен-

циала, равной 5,88.

Таким образом, по характеру своих химических свойств,

всецело определяемых особенностями строения электронных обо-

лочек атома, бериллий относится к типичным амфотерным эле-

ментам.

ленной азотной кислоте, а также в водных растворах гидрооки-

сей натрия и калия с выделением водорода и образованием бе-

риллатов c общей формулой М Ве О .

Наибольший интерес с точки зрения возможной точки зрения

возможной роли в природных процессах представляют галоидные

и карбонатные соединения. Фтористый и хлористый бериллий

представляет собой устойчивые соединения, очень хорошо раст-

воримые в воде. Оба они легкоплавки (температура плавления

фтористого бериллия 577, хлористого бериллия 405) и относи-

тельно легко сублимируются. В то же время нейтральный карбо-

нат бериллия почти нерастворим в воде и является весьма неп-

рочным соединением.

В слабо щелочной и кислой среде в присутствии определен-

ного количества электроположительных атомов щелочных метал-

ловы характерным для бериллия является образование комплек-

сов типа:
- 3 -

При этом все комплексы бериллия являются малопрочными

соединениями, которые могут существовать только в определен-

ных интервалах щелочности растворов.

Таким образом на основании общего обзора химических

свойств бериллия могут быть сделаны следующие предваритель-

ные выводы, характеризующие возможную роль различных соеди-

нений бериллия в геохимической истории этого элемента.

1) в условиях существенно кислой среды при низкой кон-

центрации в растворах электроположительных атомов щелочей

бериллий, вероятнее всего, может мигрировать в форме прек-

расно растворимых и легко-летучих галоидных соединений -

фторидов и хлоридов;

2) в слабокислой и щелочной средах в присутствии дроста-

точного количества электроположительных атомов щелочей миг-

рация бериллия может осуществляться в форме разлчных комп-

лексных бериллатов, обладающих разной устойчивостью в заваи-

симости от характера среды;

3) существенно щелочная среда в некоторых случаях также

может способствовать миграции бериллия в форме бериллатов

или карбонатбериллатов, легко распадающихся при понижении

щелочности раствора;

4) миграция растворимых в воде соединений бериллия может

осуществляться как в истинных, так и в надкритических раст-

ворах, поскольку соединения, растворимые в жидкой воде, лег-

ко растворяются и в надкритической фазе воды, давая ненасы-

щенные такими соединениями растворы;

Заканчивая характеристику отдельных свойств бериллия, без

внимательного анализа которых вряд ли возжможно правильно

представить его минералогию и понять особенности поведения в

природных процессах, необходимо отметить, что свойства мно-

гих соединений бериллия, интересных в геохимическом отноше-

нии, изучены совершенно недостаточно.
2. Распространение и минералогия бериллия
Бериллий несмотря на малый ионный номер относится к ред-

ким элементам. Содержание его в земной коре оценивается в

настящее время от 6*10^-4 до 2*10^-4. Такую малую распрост-

раненность Ве объясняют его способностью взаимодействовать с

протонами и нейтронами высоких энергии. В пользу этого объ-

яснения говорит тот факт, что бериллия мало в атмосфере

солнца и звезд, а в межзвездном пространстве, где условия

для ядерных реакции неблагоприятны его количество резко воз-

растает. Но наряду с процессом непрерывного распада его ато-

мов, также в результате многочисленных ядерных реакциим идет

процесс новообразования его изотопов.

.
- 4 -

него также известны изотопы с массой 7,8,9,10.

┌────────────────┬───────────────┬──────────────────┐

│ Изотопы │ Масса │ Период │

│ │ │ полураспада │

├────────────────┼───────────────┼──────────────────┤

│ Ве- 7 │ 7.0192 │ 52.9 дня │

│ Ве- 8 │ 8.0078 │ < 5*10^-14 сек │

│ Ве- 9 │ 9.0150 │ стабилен │

│ Ве- 10 │ 10.0168 │ 2.7*10^6 лет │

└────────────────┴───────────────┴──────────────────┘

Содержание изотопов бериллия в метероритах потверждают

гипотезу космической дефицитности бериллия. Но в отдельных

метеоритах отмечается содержание бериллия близкое к его

среднему содержанию в земной коре.

Для вывода среднего содержания бериллия в земной коре

был использовано большое количество средних объединенных

проб систематически отобранных по разным магматическим мас-

сивам. На основание этих данных был вычислен кларк бериллия,

который оказался равен 3.5* 10^-4.

При формирование земной коры бериллий концентрировался в

остаточной магме в процессе ее затвердевания. Такое концент-

рирование в остаточных магматических породах имеет большое

значение, поскольку благодаря ему элемент оказывается более

доступным, чем можно было бы ожидать учитывая его малую

распространенность в земной коре.

В природе минералы бериллия образуются в весьма различ-

ных условиях, присутствуя во всех типах минеральных месторож-

дений, за исключением собственно магматических. При этом на-

ибольшее число бериллиевых минералов известно в пегматитах.

В настоящее время в природе известно 40 минералов берил-

лия, изученных в большинстве своем совершенно недостаточно.

Подавляющее большинство бериллиевых минералов являются ред-

кими или очень редкими и известны лишь в одном или двух мес-

торождениях земного шара. Распределение бериллиевых минера-

лов по классам химических соединений весьма неравномерно и

определяется литофильностью его атома при полном отсутствии

халькофильности. Главную роль среди минералов играют силика-

ты 65% от общего числа минералов, меньшее значение имеют

окислы и фосфаты. Сульфиды среди минералов бериллия отсутс-

вуют полностью, что подчеркивает литофильность этого элемен-

та.

.
- 5 -

по классам Таблица 2

┌────────────────┬─────────────────────┬────────┬──────────┐

│ Классы │ Типичные │ Кол-во │ % от общ │

│ │ представители │ минер │ числа │

├────────────────┼─────────────────────┼────────┼──────────┤

│ Окислы │ Хризоберилл │ 3 │ 7.5 │

│ Силикаты │ Гельвин, Даналит │ 26 │ 65.0 │

│ │ Берилл, Фенакит │ │ │

│ │ Гадолинит │ │ │

│ Бораты │ Родицит │ 2 │ 5.0 │

│ Антимонаты │ Сведенборгит │ 1 │ 2.5 │

│ Фосфаты │ Бериллонит │ 7 │ 17.5 │

│ Карбонаты │ Бериллийтенгерит │ 1 │ 2.5 │

└────────────────┴─────────────────────┴────────┴──────────┘
3. Геохимия бериллия

В геохимических процессах бериллий ведет себя как типич-

но литофильный элемент. По классификации Перельмана бериллий

относится к слабо мигрирующим элементам.

┌──────────────────────────────────────────┬───────────────┐

│ Наименование породы │ Содержание Ве │

│ │ 10 ^-4 │

├──────────────────────────────────────────┼───────────────┤

│ Ультраосновные породы │ Менее 0,2 │

│ Габбро-нориты │ Менее 0,2 │

│ Габбро │ 0,3 │

│ Средние породы │ 0,8 - 0,9 │

│ Кислые породы │ 1 - 32 (ср 5) │

│ Щелочные породы │ 5 - 20 (ср 7) │

└──────────────────────────────────────────┴───────────────┘

При рассмотрение распространения бериллия в магматичес-

ких горных породах, следует отметить, что бериллий не накап-

ливается не в ультроосновных, не в основных магмах, присутс-

твую в них во много раз меньших количествах, чем его среднее

кларк в земной коре.

Таким образом геохимическая история бериллия в земной

коре всецело связана с историей образования кислых и щелоч-

ных магм, заключающих в себе более 95% атомов бериллия. При

этом особенности поведениЯ бериллия в процессах кристаллиза-

ции кислых и щелочных магм определяются в первую очередь ге-

охимической спецификой этих существенно отличных друг от

друга процессов.

Ничтожное содержание бериллия в гранитном расплаве иск-

лючает возможность образование индивидуализированных берил-

лиевых минералов. В то же время отсутсвие в расплаве высоко-

валентных катионов, которые могли бы компенсировать вхожде-

ние бериллия в кристалическую решетку силикатов, затрудняет

и ограничивает захват бериллия породообразующими минералами

гранитов. Таким образом, ограниченное рассеяние бериллия в

продуктах главной фазы кристаллизации гранитной магмы приво-

дит к его накоплению в продуктах конечной стадии кристалли-

зации. Особенно резкое, скачкообразное обогащение поздних

магматических продуктов бериллием, по-видимому, происходит в

процессе кристализации кварца гранитов, практически не при-

нимающего бериллия в свою решетку. С этим процессом связано

появление на поздних стадиях формирования гранитнов распла-

вов, эманации и растворов, в различной стадии обогащенной

бериллием. Дальнейшая их судьба этих образований, определяю-

щаяся общими закономерностями становления конкретного магма-

тического очага и геохимической спецификацией, крайне разно-

образна.

ных процессах мусковитизации и грейзенизации гранитов, когда

в процессе изменения гранитов концентрации бериллия возрас-

тает в два раза по сравнению с количеством в биотитовых и

прочих гарнитов, не затронутых процессом мусковитизации.

Наиболее ярко эти процессы протекают в процессе образова-

ния постматических месторождений бериллия, приводящих к об-

разованию месторождений содержащих многие тысячи тонн этого

элемента. Наивысшее возможное содержаниме бериллия, присутс-

вующего в качестве изоморфной примеси в минералах гранитов

может достигать 15-20 *10^-4%.

Несколько повышенное рассеяние бериллия наблюдается в

гранитах с повышенным содержание редких земель.

Останавливаясь на особенностях поведения бериллия в ще-

лочгых магмах необходимо подчеркнуть следующие факторы, вли-

яющие на судьбу бериллия в этих процессах:

1) высокий кларк редких земель

2) длительное участие высоковалентных катионов в процес-

сах минералообразования

3) повышенная щелочность среды

Указанные факторы облегчают изоморфный захват бериллия в

процессе кристализации породообразующих элементов, препятс-

вуя концентрации бериллия. Несмотря, на значительно более

высокое содержание бериллия по сравнению со средним кларком

литосферы, наиболее типичной особенностью его поведения в

щелочных породах является рассеяние.

Появление концентрации бериллия в щелочных породах можно

ожидать в процессе перераспределения бериллия в процессе ши-

рокомасштабной альбитизации пород, содержащих повышенное ко-

личество бериллия.

Геохимическая история бериллия в пегматитовом процессе

может служить ярким примером послемагматической концентраци-

ей рассеяного элемента.

Накапливась по мере развития пегматитового процесса после

формирования зон графического и среднезернистого пегматита,

и выделения крупных мономинеральных блоков микроклин-перти-

тов, бериллий концентрируется в остаточных обогащенных лету-

чими порциях пегматитового расплава-раствора. Наконец в оп-

ределенный момент, обычно отвечающий окончанию формирования

крупных мономинеральных блоков, в условиях сильного пересы-

щения кремнием, накопления натрия и летучих компонентов нач-

инается формирование главного бериллиевого минерала гранит-

ных пегматитов - берилла, продолжающегося в стадии пневмато-
- 7 -

лито-гидротермальных замещений.

В период формирования пегматитов особенности концентра-

ции и миграции бериллия тесно связаны с поведением летучих

составных частей пегматитового расплава-раствора. Подобная

связь четко проявляется в образование наиболее высоких кон-

центраций бериллиевых минералов в апикальных участках пегма-

титовых тел.

В обстановке относительно высокой концентрации щелочей,

характерной для рассматриваемого периода формирования пегма-

титов, а также в присутствии галоидов и углекислоты, играю-

щих роль активных экстракторов-минерализаторов, перенос бе-

риллия осуществляется в форме подвижных комплексных соедине-

ний типа хлорбериллатов, фторбериллатов и карбонат берилла-

тов целочных металлов мигрирующих в процессе формирование

пегматита в надкритических, а позднее в водных растворах в

центральные части пегматитовых тел и в верхнии горизонты

пегматитовой инъекции.

Таким образом, при переносе бериллия в форме мобильных

комплексных галоидных или карбонатных соединений с щелочными

металлами выпадения бериллия в твердую фазу в виде бериллие-

вых минералов можно представить как сложный процесс распада

подвижных соединений бериллия и связывание его в форме труд-

но растворимых силикатах бериллия и алюминия. Решающее зна-

чение, по-видимому, имеет изменение режима кислотно-щелоч-

ности растворов в сторону увеличения рН, а также появления

жидкой фазы Н О, легко вызывающую гидролиз таких непрочных

соединений, как хлорбериллаты и др. Роль осадителя бериллия

также играет фосфор, образующий с бериллием ряд устойчивых в

обычных гидротермальных условиях минералов.

В скарнах высокая концентрация фтора, при сравнительно

низкой концентрации щелочей приводит к переносу бериллия в

виде фторидов и фторбериллатов. При этом важное значение в

уменьшение миграционной способности бериллия имеет увеличе-

ние значения pH минералообразующего раствора, происходящее

под влиянием связывания атомов фтора кальцием вмещающих по-

род.

Геохимическая история бериллия в мезо- и эпитермальном

лия, связанных со сравнительно низкотемпературными карбонат-

ными жилами, а также присутствие бериллиеввых минералов в

жилах альпийского типа говорит о достаточно широком диапазо-

не его миграции в гидротермальных условиях.

В жильных образованиях, формирование которых происходило

в обстновке высокой концентрации карбонат иона, перенос бе-

риллия осуществлялся в карбонатной форме.

Особенности миграции бериллия в области гипергенеза изу-

чены еще не достаточно. При этом следует отметить тот факт,

что большинство бериллиевых минералов, имеющих значительное

распространение, весьма устойчиво по отношению к агентам хи-

мического выветривания. Все эти минералы в процессе выветри-

вания содержщих их пород подвергаются в основном механичес-

кому разрушению, рассеяваясь в процессе эрозии с обломочным

материалом. Незначительный удельный вес минералов бериллия

препятствует образованию россыпных месторождений бериллия.

В бокситах отмечается незначительное увеличение концент-

рации бериллия, как этого можно было бы ожидать, учитывая

сходство бериллия и алюминия.