Właściwości, historia i zastosowania

Beryl jest twardym i lekkim metalem o wysokiej temperaturze topnienia i wyjątkowych właściwościach jądrowych, co czyni go niezbędnym w wielu zastosowaniach lotniczych i wojskowych.

• Symbol atomowy: Be
• Liczba atomowa: 4
• Kategoria elementu: metal ziem alkalicznych
• Gęstość: 1,85 g / cm³
• Temperatura topnienia: 2349 F (1287 C)
• Temperatura wrzenia: 4476 F (2469 C)
• Twardość w skali Mohsa: 5,5

Czysty beryl jest wyjątkowo lekkim, mocnym i kruchym metalem. O gęstości 1,85 g / cm³, beryl jest drugim najlżejszym metalem elementarnym, zaraz za nim lit.

Metal w kolorze szarym jest ceniony jako pierwiastek stopowy ze względu na jego wysoką temperaturę topnienia, odporność na pełzanie i ścinanie, a także wysoką wytrzymałość na rozciąganie i sztywność na zginanie. Chociaż tylko około jednej czwartej wagi stal, beryl jest sześciokrotnie mocniejszy.

Lubić aluminium, beryl metal tworzy warstwę tlenkową na swojej powierzchni, która pomaga się oprzeć korozja. Metal nie jest zarównomagnetyczny

Niski przekrój absorpcji promieniowania rentgenowskiego i wysokie rozproszenie neutronów Berylu sprawiają, że idealnie nadaje się do okien rentgenowskich oraz jako reflektor neutronowy i moderator neutronów w zastosowaniach jądrowych.

Chociaż pierwiastek ma słodki smak, jest żrący dla tkanek, a wdychanie może prowadzić do przewlekłej, zagrażającej życiu choroby alergicznej zwanej berylią.

Chociaż po raz pierwszy wyizolowano pod koniec XVIII wieku, czysta metalowa forma berylu pojawiła się dopiero w 1828 roku. Minie kolejny wiek, zanim rozwinie się komercyjne zastosowanie berylu.

Francuski chemik Louis-Nicholas Vauquelin początkowo nazwał swój nowo odkryty pierwiastek „glucinium” (z greckiego glykys dla „słodkiego”) ze względu na jego smak. Friedrich Wohler, który jednocześnie pracował nad izolacją pierwiastka w Niemczech, wolał termin beryl i ostatecznie to Międzynarodowy Związek Chemii Czystej i Stosowanej zdecydował, że termin beryl powinien być używany.

Podczas gdy badania właściwości metalu trwały przez cały XX wiek, dopiero po jego realizacji użyteczne właściwości berylu jako środka stopowego na początku XX wieku w komercyjnym rozwoju metalu rozpoczął się.

Beryl jest uzyskiwany z dwóch rodzajów rud; beryl (Be₃Glin₂(SiO₃)₆) i bertrandite (Be₄Si₂O₇(O)₂). Podczas gdy Beryl zazwyczaj ma wyższą zawartość berylu (trzy do pięciu procent wagowych), trudniej jest go rafinować niż bertrandyt, który średnio zawiera mniej niż 1,5 procent berylu. Procesy rafinacji obu rud są jednak podobne i można je przeprowadzić w jednym zakładzie.

Ze względu na zwiększoną twardość ruda berylu musi być najpierw poddana wstępnej obróbce przez stopienie w elektrycznym piecu łukowym. Stopiony materiał jest następnie zanurzany w wodzie, tworząc drobny proszek zwany „frytą”.

Zmiażdżona ruda i fryta bertrandytu są najpierw traktowane kwasem siarkowym, który rozpuszcza beryl i inne obecne metale, co daje rozpuszczalny w wodzie siarczan. Roztwór siarczanu zawierający beryl rozcieńcza się wodą i wprowadza do zbiorników zawierających hydrofobowe organiczne substancje chemiczne.

Podczas gdy beryl przyczepia się do materiału organicznego, roztwór na bazie wody zachowuje żelazo, aluminium i inne zanieczyszczenia. Ten proces ekstrakcji rozpuszczalnikowej można powtarzać, aż żądana zawartość berylu zostanie skoncentrowana w roztworze.

Koncentrat berylu następnie poddaje się działaniu węglanu amonu i ogrzewa, wytrącając w ten sposób wodorotlenek berylu (BeOH)₂). Wodorotlenek berylu o wysokiej czystości jest materiałem wejściowym do głównych zastosowań pierwiastka, w tym miedzi i berylu stopy, ceramika berylowa i produkcja czystego berylu.

W celu wytworzenia berylu o wysokiej czystości, postać wodorotlenku rozpuszcza się w dwufluorku amonu i ogrzewa do temperatury powyżej 1652 r.°F (900°C), tworząc stopiony fluorek berylu. Po wlaniu do form fluorek berylu miesza się ze stopionym magnez w tyglach i podgrzewane. Umożliwia to oddzielenie czystego berylu od żużla (materiału odpadowego). Po oddzieleniu od żużla magnezowego pozostają kulki berylu o czystości około 97 procent.

Nadmiar magnezu jest spalany przez dalszą obróbkę w piecu próżniowym, pozostawiając beryl o czystości do 99,99 procent.

Kulki berylu są zwykle przekształcane w proszek za pomocą prasowania izostatycznego, tworząc proszek, który można wykorzystać do produkcji stopów berylu z aluminium lub osłon z czystego berylu.

Beryl można również łatwo poddać recyklingowi ze stopów złomu. Jednak ilość materiałów pochodzących z recyklingu jest zmienna i ograniczona ze względu na zastosowanie w technologiach dyspersyjnych, takich jak elektronika. Beryl obecny w stopach miedzi i berylu stosowanych w elektronice jest trudny do zebrania i kiedy zebrane są najpierw wysyłane do recyklingu miedzi, co rozcieńcza zawartość berylu do nieekonomicznej ilość.

Ze względu na strategiczny charakter metalu trudno jest uzyskać dokładne dane dotyczące produkcji berylu. Jednak światowa produkcja rafinowanych materiałów berylowych szacowana jest na około 500 ton metrycznych.

Wydobycie i rafinacja berylu w USA, który stanowi aż 90 procent światowej produkcji, jest zdominowana przez Materion Corp. Firma, znana wcześniej jako Brush Wellman Inc., zarządza kopalnią bertrandytu Spor Mountain w stanie Utah i jest największym na świecie producentem i rafinatorem berylu.

Podczas gdy beryl jest rafinowany tylko w Stanach Zjednoczonych, Kazachstanie i Chinach, beryl jest wydobywany w wielu krajach, w tym w Chinach, Mozambiku, Nigerii i Brazylii.

Zastosowania berylu można podzielić na pięć obszarów:

• Elektronika użytkowa i telekomunikacja
• Komponenty przemysłowe i komercyjny przemysł lotniczy
• Obrona i wojsko
• Medyczny
• Inny

Źródła:

Walsh, Kenneth A. Chemia i przetwarzanie berylu. ASM Intl (2009).
US Geological Survey. Brian W. Jaskula.
Stowarzyszenie Nauki i Technologii Berylu. O berylu.
Vulcan, Tom. Podstawy berylu: budowanie siły jako metalu krytycznego i strategicznego.Rocznik minerałów 2011. Beryl.