Egenskaper, historik och applikationer

Beryllium är en hård och lätt metall som har en hög smältpunkt och unika kärnkraftsegenskaper, vilket gör det viktigt för många flyg- och militära tillämpningar.

• Atomic Symbol: Be
• Atomnummer: 4
• Elementkategori: Alkalisk jordmetall
• Densitet: 1,85 g / cm ^
• Smältpunkt: 2349 F (1287 C)
• Kokpunkt: 4476 F (2469 C)
• Mohs hårdhet: 5,5

Ren beryllium är en extremt lätt, stark och spröd metall. Med en densitet av 1,85 g / cm³, beryllium är den näst lättaste elementära metallen, bara bakom litium.

Den gråfärgade metallen uppskattas som ett legeringselement på grund av dess höga smältpunkt, motståndskraft mot krypning och skjuvning, liksom dess höga draghållfasthet och böjstyvhet. Även om bara en fjärdedel av vikten av stål, beryllium är sex gånger så stark.

Tycka om aluminium, berylliummetall bildar ett oxidskikt på ytan som hjälper till att motstå korrosion. Metallen är båda icke-magnetisk och icke-gnistrande - egenskaper värderade i olje- och gasfältet - och den har en hög värmeledningsförmåga över ett temperaturområde och utmärkta värmeavledningsegenskaper.

Berylliums tvärsnitt med låg röntgenabsorption och högt neutronspridning gör det idealiskt för röntgenfönster och som neutronreflektor och neutronmoderator i kärnkraftsapplikationer.

Även om elementet har en söt smak, är det frätande för vävnad och inandning kan leda till en kronisk, livshotande allergisk sjukdom som kallas beryllios.

Även om den först isolerades i slutet av 1700-talet producerades en ren metallform av beryllium förrän 1828. Det skulle vara ett århundrade innan kommersiella applikationer för beryllium utvecklades.

Den franska kemisten Louis-Nicholas Vauquelin kallade initialt sitt nyupptäckta element "glukinium" (från det grekiska) glykys för "söt") på grund av dess smak. Friedrich Wohler, som samtidigt arbetade med att isolera elementet i Tyskland, föredrog termen beryllium och I slutändan var det International Union of Pure and Applied Chemistry som bestämde sig för att beryllium skulle vara Begagnade.

Medan forskning om metallens egenskaper fortsatte genom 1900-talet var det inte förrän realiseringen av beryllium användbara egenskaper som ett legeringsmedel i början av 1900-talet som kommersiell utveckling av metallen började.

Beryllium utvinns från två typer malmer; beryl (Be₃al₂(SiOa₃)₆) och bertrandite (Be₄Si₂O₇(ÅH)₂). Medan Beryl i allmänhet har ett högre berylliuminnehåll (tre till fem viktprocent), är det svårare att förfina än bertrandit, som i genomsnitt innehåller mindre än 1,5 procent beryllium. Båda malmens raffineringsprocesser är emellertid likartade och kan genomföras i en enda anläggning.

På grund av dess hårdhet måste berylmalm först förbehandlas genom att smälta i en elektrisk bågugn. Det smälta materialet kastas sedan i vatten, vilket ger ett fint pulver som kallas "frit".

Krossad bertranditmalm och frit behandlas först med svavelsyra, som löser beryllium och andra närvarande metaller, vilket resulterar i ett vattenlösligt sulfat. Den berylliumhaltiga sulfatlösningen späds ut med vatten och matas in i tankar som innehåller hydrofoba organiska kemikalier.

Medan beryllium fästs vid det organiska materialet kvarstår den vattenbaserade lösningen järn, aluminium och andra föroreningar. Denna lösningsmedelsekstraktionsprocess kan upprepas tills det önskade berylliuminnehållet har koncentrerats i lösningen.

Berylliumkoncentratet behandlas därefter med ammoniumkarbonat och upphettas, varigenom berylliumhydroxid fälls ut (BeOH₂). Berylliumhydroxid med hög renhet är inmatningsmaterialet för stora tillämpningar av elementet, inklusive koppar-beryllium legeringar, beryllia keramik och tillverkning av ren berylliummetall.

För att framställa berylliummetall med hög renhet löses hydroxidformen i ammoniumbifluorid och upphettas till över 1652°F (900)°C), vilket skapar en smält berylliumfluorid. Efter gjutning i formar blandas berylliumfluoriden med smält magnesium i degel och uppvärmd. Detta gör att ren beryllium kan separeras från slaggen (avfallsmaterial). Efter att ha separerats från magnesiumslaggen, kvarstår berylliumsfärer som mäter ungefär 97 procent rent.

Överskott av magnesium bränns av genom ytterligare behandling i en vakuumugn, vilket lämnar beryllium som är upp till 99,99 procent rent.

Berylliumsfärerna konverteras normalt till pulver via isostatisk pressning, vilket skapar ett pulver som kan användas vid tillverkning av beryllium-aluminiumlegeringar eller rena berylliummetallsköldar.

Beryllium kan också lätt återvinnas från skrotlegeringar. Mängden återvunna material är emellertid varierande och begränsad på grund av dess användning i spridande tekniker, till exempel elektronik. Berylliet som finns i koppar-berylliumlegeringar som används i elektronik är svårt att samla in och när insamlade skickas först för kopparåtervinning, vilket später berylliuminnehållet till ett oekonomiskt belopp.

På grund av metallens strategiska karaktär är noggranna produktionssiffror för beryllium svåra att uppnå. Den globala produktionen av raffinerade berylliummaterial beräknas emellertid vara ungefär 500 ton.

Brytning och förädling av beryllium i USA, som står för så mycket som 90 procent av den globala produktionen, domineras av Materion Corp. Tidigare känd som Brush Wellman Inc., driver företaget Berorandite gruvan Spor Mountain i Utah och är världens största tillverkare och raffinör av berylliummetall.

Medan beryllium bara förädlas i USA, Kazakstan och Kina, bryts beryl i ett antal länder, inklusive Kina, Moçambique, Nigeria och Brasilien.

Berylliumanvändningar kan kategoriseras i fem områden:

• Konsumentelektronik och telekommunikation
• Industriella komponenter och kommersiell rymd
• Försvar och militär
• Medicinsk
• Övrig

källor:

Walsh, Kenneth A. Beryllium kemi och bearbetning. ASM Intl (2009).
US Geological Survey. Brian W. Jaskula.
Beryllium Science & Technology Association. Om Beryllium.
Vulcan, Tom. Beryllium Basics: bygger på styrka som en kritisk och strategisk metall.Minerals Årbok 2011. Beryllium.