Atribuudid, ajalugu ja rakendused

Berüllium on kõva ja kerge metall, millel on kõrge sulamistemperatuur ja ainulaadsed tuumaomadused, mis muudavad selle elutähtsaks arvukates kosmose- ja sõjalistes rakendustes.

• Aatomisümbol: ole
• Aatomarv: 4
• Elementide kategooria: leelismuldmetall
• Tihedus: 1,85 g / cm³
• Sulamistemperatuur: 2349 F (1287 C)
• Keemispunkt: 4476 F (2469 C)
• Mohsi kõvadus: 5.5

Puhas berüllium on äärmiselt kerge, tugev ja rabe metall. Tihedusega 1,85g / cm³, berüllium on teine ​​kõige kergem elementmetall, ainult tagapool liitium.

Halli värvi metalli hinnatakse legeeriva elemendina kõrge sulamistemperatuuri, libisemiskindluse ja nihkejõu, samuti kõrge tõmbetugevuse ja paindejäikuse tõttu. Ehkki ainult umbes veerandi kaalust teras, berüllium on kuus korda tugevam.

Nagu alumiinium, moodustab berülliummetall selle pinnale oksiidikihi, mis aitab vastu panna korrosioon. Metall on nii mitte-magnetiline ja sädemevabad - õli- ja gaasiväljas hinnatavad omadused - ning sellel on kõrge soojusjuhtivus erinevatel temperatuuridel ja suurepärased soojuse hajumise omadused.

Berülliumi väikese röntgenkiirguse neeldumise ja kõrge neutronide hajumise ristlõige muudavad selle ideaalseks röntgeniakende jaoks ning tuumarakendustes neutronite peegeldi ja neutronite moderaatorina.

Ehkki elemendil on magus maitse, on see kudedele söövitav ja sissehingamine võib põhjustada kroonilise, eluohtliku allergilise haiguse, mida nimetatakse berüllioosiks.

Ehkki esimest korda isoleeriti see 18. sajandi lõpus, toodeti berülliumist puhast metalli alles 1828. aastal. Berülli kommertsrakenduste väljatöötamiseks kuluks veel üks sajand.

Prantsuse keemik Louis-Nicholas Vauquelin nimetas oma hiljuti avastatud elemendi glütsiiniumiks (kreeka k. glükid 'magusate' jaoks) oma maitse tõttu. Samal ajal Saksamaal elemendi isoleerimisega tegelenud Friedrich Wohler eelistas terminit berüllium ja lõppkokkuvõttes otsustas termin berüllium olla Rahvusvaheline Puhta ja Rakenduskeemia Liit kasutatud.

Kui metalli omaduste uurimine jätkus kogu 20. sajandi vältel, siis alles metalli realiseerimisel berülliumi kasulikud omadused legeeriva ainena 20. sajandi alguses kui metalli kaubanduslik areng algas.

Berüllium ekstraheeritakse kahte tüüpi maagist; berüül (ole₃Al₂(SiO₃)₆) ja bertrandiit (Be₄Si₂O₇(OH)₂). Kui berüllil on üldiselt suurem berülliumi sisaldus (kolm kuni viis massiprotsenti), on seda keerukam täpsustada kui bertrandiiti, mis sisaldab keskmiselt vähem kui 1,5 protsenti berülliumi. Mõlema maagi rafineerimisprotsessid on aga sarnased ja neid saab läbi viia ühes rajatises.

Selle lisatud kõvaduse tõttu tuleb berüllimaaki kõigepealt eeltöödelda, sulatades selle elektrikaare ahjus. Seejärel sulanud materjal sukeldatakse vette, saades peene pulbri, mida nimetatakse fritiks.

Purustatud bertrandiitmaaki ja friti töödeldakse kõigepealt väävelhappega, mis lahustab berülliumi ja muid metalle, saades vees lahustuva sulfaadi. Berülliumi sisaldav sulfaadilahus lahjendatakse veega ja juhitakse hüdrofoobseid orgaanilisi kemikaale sisaldavatesse mahutitesse.

Kuigi berüllium kinnitub orgaanilise materjali külge, säilib veepõhine lahus rauda, alumiinium ja muud lisandid. Seda lahustiga ekstraheerimise protsessi võib korrata, kuni soovitud berülliumi sisaldus on lahuses kontsentreerunud.

Seejärel töödeldakse berülliumi kontsentraati ammooniumkarbonaadiga ja kuumutatakse, sadestades seeläbi berülliumhüdroksiidi (BeOH).₂). Kõrgpuhtusega berülliumhüdroksiid on sisendmaterjaliks elemendi peamistes rakendustes, sealhulgas vask-berüllium sulamid, berülliakeraamika ja puhta berülliummetalli tootmine.

Kõrge puhtusastmega berülliummetalli saamiseks lahustatakse hüdroksiidi vorm ammooniumbifluoriidis ja kuumutatakse temperatuuril üle 1652 ° C.°F (900°C), luues sula berülliumfluoriidi. Pärast vormidesse valamist segatakse berülliumfluoriid sulaga magneesium tiiglisse ja kuumutatakse. See võimaldab puhtal berülliumil räbu (jäätmematerjal) eraldada. Pärast magneesiumist räbust eraldamist jäävad berülliumkerakesed, mille puhtusaste on umbes 97 protsenti.

Liigne magneesium põletatakse edasisel töötlemisel vaakumahjus, jäädes berülliumini, mille puhtus on kuni 99,99 protsenti.

Berülliumi sfäärid muundatakse tavaliselt isostaatilise pressimise teel pulbriks, saades pulbri, mida saab kasutada berülliumi-alumiiniumi sulamite või puhaste berülliumi metallkilpide tootmisel.

Berülliumi saab ka vanaraua sulamitest hõlpsasti taaskasutada. Ringlussevõetud materjalide kogus on aga varieeruv ja piiratud tänu selle kasutamisele hajutavas tehnoloogias, näiteks elektroonikas. Elektroonikas kasutatavates vask-berülliumi sulamites sisalduvat berülliumi on keeruline koguda ja millal kogutud kogused saadetakse kõigepealt vase ringlussevõtuks, mis lahjendab berülliumi sisalduse ebaökonoomseks summa.

Metalli strateegilise iseloomu tõttu on berülliumi täpseid tootmisnäitajaid keeruline saavutada. Rafineeritud berülliumimaterjalide ülemaailmne tootmine on hinnanguliselt umbes 500 tonni.

90% kogu maailmas toodetavast berülliumi kaevandamisest ja rafineerimisest domineerib Materion Corp. Varem tuntud Brush Wellman Inc. nime all tegutsev ettevõte opereerib Spor Mountaini bertrandiitkaevandust Utahis ning on maailma suurim berülliummetalli tootja ja rafineerija.

Kui berülliumi rafineeritakse ainult USA-s, Kasahstanis ja Hiinas, kaevandatakse berülli paljudes riikides, sealhulgas Hiinas, Mosambiigis, Nigeerias ja Brasiilias.

Berülliumi kasutamise võib jagada viide valdkonda:

• Tarbeelektroonika ja telekommunikatsioon
• Tööstuslikud komponendid ja äriline lennundus
• Kaitse- ja sõjavägi
• Meditsiiniline
• Muud

Allikad:

Walsh, Kenneth A. Berülliumi keemia ja töötlemine. ASM Intl (2009).
USA geoloogiakeskus. Brian W. Jaskula.
Berülliumi teaduse ja tehnoloogia ühendus. Berülliumist.
Vulcan, Tom. Berülliumi alused: tugevuse suurendamine kui kriitiline ja strateegiline metall.Mineraalide aastaraamat 2011. Berüllium.