Beryllium egenskaper, historie og applikasjoner

Science Picture Co. / Getty Images

Beryllium er et hardt og lett metall som har et høyt smeltepunkt og unike kjernefysiske egenskaper, som gjør det viktig for en rekke romfarts- og militære applikasjoner.

Eiendommer

• Atomsymbol: Vær
• Atomnummer: 4
• Elementkategori: Alkaline Earth Metal
• Tetthet: 1,85 g/cm³
• Smeltepunkt: 2349 F (1287 C)
• Kokepunkt: 4476 F (2469 C)
• Mohs hardhet: 5,5

Kjennetegn

Rent beryllium er et ekstremt lett, sterkt og sprøtt metall. Med en tetthet på 1,85g/cm³, beryllium er det nest letteste elementære metallet, kun bak litium .

Det gråfargede metallet er verdsatt som et legeringselement på grunn av dets høye smeltepunkt, motstand mot kryp og skjærkraft, samt dets høye strekkfasthet og bøyestivhet. Selv om bare omtrent en fjerdedel av vekten av stål , beryllium er seks ganger så sterkt.

Som aluminium , danner berylliummetall et oksidlag på overflaten som bidrar til å motståkorrosjon. Metallet er både ikke- magnetisk og gnistfrie egenskaper som er verdsatt i olje- og gassfeltet, og den har høy varmeledningsevne over en rekke temperaturer og utmerkede varmeavledningsegenskaper.

Berylliums lave røntgenabsorpsjonstverrsnitt og høye nøytronspredningstverrsnitt gjør den ideell for røntgenvinduer og som nøytronreflektor og nøytronmoderator i kjernefysiske applikasjoner.

Selv om elementet har en søt smak, er det etsende for vev og innånding kan føre til en kronisk, livstruende allergisk sykdom kjent som berylliose.

Historie

Selv om den først ble isolert på slutten av 1700-tallet, ble en ren metallform av beryllium ikke produsert før i 1828. Det skulle gå et århundre før kommersielle bruksområder for beryllium utviklet seg.

Den franske kjemikeren Louis-Nicholas Vauquelin kalte opprinnelig sitt nyoppdagede grunnstoff 'glucinium' (fra gresk glycys for 'søt') på grunn av smaken. Friedrich Wohler, som samtidig jobbet med å isolere grunnstoffet i Tyskland, foretrakk begrepet beryllium, og det var til slutt International Union of Pure and Applied Chemistry som bestemte at begrepet beryllium skulle brukes.

Mens forskning på metallets egenskaper fortsatte gjennom det 20. århundre, var det ikke før realiseringen av berylliums nyttige egenskaper som legeringsmiddel på begynnelsen av 1900-tallet at kommersiell utvikling av metallet startet.

Produksjon

Beryllium utvinnes fra to typer malm; beryl (Be₃Til_to(SiO₃)₆) og bertranditt (Be₄Ja_toO₇(ÅH)_to). Mens Beryl generelt har et høyere berylliuminnhold (tre til fem vektprosent), er det vanskeligere å foredle enn bertranditt, som i gjennomsnitt inneholder mindre enn 1,5 prosent beryllium. Raffineringsprosessene til begge malmene er imidlertid like og kan utføres i et enkelt anlegg.

På grunn av dens ekstra hardhet må berylmalm først forbehandles ved smelting i en lysbueovn. Det smeltede materialet dyppes deretter ned i vann, og produserer et fint pulver referert til som 'fritte'.

Knust bertrandittmalm og fritte behandles først med svovelsyre, som løser opp beryllium og andre metaller som er tilstede, noe som resulterer i et vannløselig sulfat. Den berylliumholdige sulfatløsningen fortynnes med vann og mates inn i tanker som inneholder hydrofobe organiske kjemikalier.

Mens beryllium fester seg til det organiske materialet, holder den vannbaserte løsningen seg jern , aluminium og andre urenheter. Denne løsningsmiddelekstraksjonsprosessen kan gjentas inntil det ønskede berylliuminnholdet er konsentrert i løsningen.

Berylliumkonsentratet blir deretter behandlet med ammoniumkarbonat og oppvarmet, for derved å utfelle berylliumhydroksid (BeOH_to). Berylliumhydroksid med høy renhet er inngangsmaterialet for store anvendelser av elementet, inkludert kobber-beryllium legeringer , beryllia keramikk, og ren beryllium metall produksjon.

For å produsere berylliummetall med høy renhet, løses hydroksydformen i ammoniumbifluorid og varmes opp til over 1652 ° F (900 ° C), skaper et smeltet berylliumfluorid. Etter å ha blitt støpt i former, blandes berylliumfluorid med smeltet magnesium i digler og oppvarmet. Dette gjør at rent beryllium kan skilles fra slagget (avfallsmateriale). Etter separering fra magnesiumslagget gjenstår berylliumkuler som måler omtrent 97 prosent rene.

Overflødig magnesium brennes av ved ytterligere behandling i en vakuumovn, og etterlater beryllium som er opptil 99,99 prosent rent.

Berylliumkulene omdannes normalt til pulver via isostatisk pressing, og skaper et pulver som kan brukes i produksjon av beryllium-aluminiumslegeringer eller rene berylliummetallskjold.

Beryllium kan også lett resirkuleres fra skraplegeringer. Mengden av resirkulerte materialer er imidlertid varierende og begrenset på grunn av bruken i dispersive teknologier, for eksempel elektronikk. Berylliumet som er tilstede i kobber-beryllium-legeringer som brukes i elektronikk er vanskelig å samle inn, og når det samles inn, sendes det først til resirkulering av kobber, noe som fortynner berylliuminnholdet til en uøkonomisk mengde.

På grunn av metallets strategiske natur er nøyaktige produksjonstall for beryllium vanskelig å oppnå. Imidlertid er den globale produksjonen av raffinerte berylliummaterialer anslått til å være omtrent 500 tonn.

Gruvedrift og raffinering av beryllium i USA, som står for så mye som 90 prosent av den globale produksjonen, domineres av Materion Corp. Tidligere kjent som Brush Wellman Inc., driver selskapet Spor Mountain bertrandittgruven i Utah og er verdens største produsent og foredler av berylliummetall.

Mens beryllium bare raffineres i USA, Kasakhstan og Kina, utvinnes beryllium i en rekke land, inkludert Kina, Mosambik, Nigeria og Brasil.

applikasjoner

Berylliumbruk kan kategoriseres i fem områder:

• Forbrukerelektronikk og telekommunikasjon
• Industrielle komponenter og kommersiell romfart
• Forsvar og militær
• Medisinsk
• Annen

Kilder:

Walsh, Kenneth A. Beryllium kjemi og prosessering . ASM Intl (2009).
US Geological Survey. Brian W. Jaskula.
Beryllium Science & Technology Association. Om Beryllium.
Vulcan, Tom. Grunnleggende om Beryllium: Bygge på styrke som et kritisk og strategisk metall. Minerals årbok 2011 . Beryllium.