Ominaisuudet, historia ja sovellukset

Berryllium on kova ja kevyt metalli, jolla on korkea sulamispiste ja ainutlaatuiset ydinominaisuudet, mikä tekee siitä elintärkeän monille ilmailu- ja sotilassovelluksille.

• Atomisymboli: Ole
• Atominumero: 4
• Elementtiluokka: Maa-alkalimetalli
• Tiheys: 1,85 g / cm3
• Sulamispiste: 2349 F (1287 C)
• Kiehumispiste: 4476 F (2469 C)
• Mohsin kovuus: 5.5

Puhdas beryllium on erittäin kevyt, vahva ja hauras metalli. Tiheydellä 1,85 g / cm³, beryllium on toiseksi kevyin alkuainemetalli, vain takana litium.

Harmaasävyistä metallia pidetään seostavana elementtinä korkean sulamispisteensä, ryömimis- ja leikkauskestävyyden sekä suuren vetolujuuden ja taivutusjäykkyyden vuoksi. Vaikka vain noin neljäsosa painosta teräs, beryllium on kuusi kertaa vahvempi.

Kuten alumiini, berylliummetalli muodostaa sen pinnalle oksidikerroksen, joka auttaa vastustamaan korroosio. Metalli on molemmatmagneettinen ja kipinöimättömät - öljy- ja kaasukentässä arvostetut ominaisuudet - ja sillä on korkea lämmönjohtavuus lämpötila-alueella ja erinomaiset lämmönpoisto-ominaisuudet.

Berrylliumin matala röntgen-absorptio-poikkileikkaus ja korkea neutronien sironta-poikkileikkaus tekevät siitä ihanteellisen röntgenikkunoille ja neutronin heijastimena ja neutronin moderaattorina ydinsovelluksissa.

Vaikka alkuaineella on makea maku, se on syövyttävä kudokselle ja hengittäminen voi johtaa krooniseen, hengenvaaralliseen allergiseen sairauteen, joka tunnetaan beryllioosina.

Vaikka puhdasta metallimuotoista berylliumia eristettiin ensin 1800-luvun lopulla, se valmistettiin vasta vuonna 1828. Olisi toinen vuosisata ennen kuin berylliumin kaupalliset sovellukset kehittyisivät.

Ranskalainen kemisti Louis-Nicholas Vauquelin nimitti alun perin äskettäin löydetynsä elementin 'gluciniumiksi' glykys 'makealle') maunsa vuoksi. Friedrich Wohler, joka työskenteli samanaikaisesti elementin eristämisessä Saksassa, piti parempana termiä beryllium ja viime kädessä kansainvälisen puhtaan ja sovelletun kemian liitto päätti termin beryllium olla käytetty.

Vaikka metallin ominaisuuksien tutkimusta jatkettiin 1900-luvulla, vasta vasta toteutettaessa berylliumin hyödylliset ominaisuudet seostavana aineena 1900-luvun alkupuolella metallin kaupallisessa kehityksessä alkoi.

Beryllium uutetaan kahden tyyppisistä malmeista; beryyli (Be₃Al₂(SiO₃)₆) ja bertrandiitti (Be₄Si₂O₇(VAI NIIN)₂). Vaikka berryylillä on yleensä korkeampi berylliumpitoisuus (3–5 painoprosenttia), on vaikeampi jalostaa kuin bertrandiitti, joka sisältää keskimäärin alle 1,5 prosenttia berrylliumia. Molempien malmien jalostusprosessit ovat kuitenkin samanlaisia ​​ja ne voidaan suorittaa yhdessä laitoksessa.

Lisätyn kovuuden takia beryylimalmi on esikäsiteltävä sulattamalla sähkökaariuuniin. Sulatettu materiaali syötetään sitten veteen, jolloin saadaan hieno jauhe, jota kutsutaan fritiksi.

Murskattu bertrandiittimalmi ja fritti käsitellään ensin rikkihapolla, joka liuottaa berylliumin ja muut läsnä olevat metallit, jolloin saadaan vesiliukoinen sulfaatti. Berylliumia sisältävä sulfaattiliuos laimennetaan vedellä ja syötetään säiliöihin, jotka sisältävät hydrofobisia orgaanisia kemikaaleja.

Vaikka beryllium kiinnittyy orgaaniseen materiaaliin, vesipohjainen liuos säilyy rauta-, alumiini ja muut epäpuhtaudet. Tämä liuotinuuttoprosessi voidaan toistaa, kunnes haluttu berylliumpitoisuus on väkevöity liuokseen.

Seuraavaksi berylliumkonsentraatti käsitellään ammoniumkarbonaatilla ja kuumennetaan, jolloin saostuu berylliumhydroksidi (BeOH).₂). Erittäin puhdas berylliumhydroksidi on syöttömateriaali elementin tärkeimpiin sovelluksiin, mukaan lukien kupari-beryllium seokset, berylliakeramiikan ja puhtaan berylliummetallin valmistus.

Erittäin puhtaan berylliummetallin tuottamiseksi hydroksidimuoto liuotetaan ammoniumbifluoridiin ja kuumennetaan yli 1652: een.°F (900°C), jolloin muodostuu sulaa berylliumfluoridi. Muottiin valettuaan berylliumfluoridi sekoitetaan sulaan magnesium upokkaissa ja kuumennetaan. Tämän avulla puhdas beryllium voi erota kuonasta (jätemateriaalista). Erotuksen jälkeen magnesiumkuonasta jää berylliumpalloja, joiden mitta on noin 97 prosenttia puhdasta.

Ylimääräinen magnesium poltetaan edelleen käsittelemällä tyhjiöuunissa, jolloin jätetään beryllium, jonka puhtaus on jopa 99,99 prosenttia.

Berylliumpallot muunnetaan normaalisti jauheeksi isostaattisella puristamisella, jolloin muodostuu jauhe, jota voidaan käyttää beryllium-alumiiniseosten tai puhtaiden berylliummetallikilpien valmistuksessa.

Berryllium voidaan myös helposti kierrättää romuseoksista. Kierrätettyjen materiaalien määrä on kuitenkin vaihteleva ja rajoitettu johtuen sen käytöstä hajotustekniikoissa, kuten elektroniikassa. Elektroniikassa käytetyissä kupari-berylliumseoksissa olevaa berylliumia on vaikea kerätä ja milloin kerätyt tuotteet lähetetään ensin kuparin kierrätykseen, mikä laimentaa berylliumpitoisuuden epäekonomiseksi määrä.

Metallin strategisesta luonteesta johtuen berylliumin tarkkoja tuotantolukuja on vaikea saavuttaa. Jalostettujen berylliummateriaalien maailmanlaajuisen tuotannon arvioidaan kuitenkin olevan noin 500 tonnia.

Materion Corp. -yrityksessä hallitsee berylliumin louhinta ja jalostaminen Yhdysvalloissa, jonka osuus maailman tuotannosta on jopa 90 prosenttia. Yhtiö, joka tunnetaan aiemmin nimellä Brush Wellman Inc., ylläpitää Spor Mountain -bertrandiitin kaivoksia Utahissa ja on maailman suurin berylliummetallin tuottaja ja jalostaja.

Berrylliä jalostetaan vain Yhdysvalloissa, Kazakstanissa ja Kiinassa, mutta beryyliä louhitaan useissa maissa, kuten Kiinassa, Mosambikissa, Nigeriassa ja Brasiliassa.

Berrylliumin käyttö voidaan jakaa viiteen osaan:

• Kulutuselektroniikka ja televiestintä
• Teollisuuden komponentit ja kaupallinen ilmailu
• Puolustus ja armeija
• lääketieteellinen
• muut

Lähteet:

Walsh, Kenneth A. Beryylikemia ja prosessointi. ASM Intl (2009).
Yhdysvaltain geologinen tutkimus. Brian W. Jaskuła.
Beryllium Science & Technology Association. Tietoja berrylliumista.
Vulcan, Tom. Beryllium perusteet: Voiman luominen kriittisenä ja strategisena metallina.Mineraalien vuosikirja 2011. Beryllium.