Berilio savybės, istorija ir taikymas

Science Picture Co. / Getty Images

Berilis yra kietas ir lengvas metalas, turintis aukštą lydymosi temperatūrą ir unikalias branduolines savybes, todėl jis gyvybiškai svarbus daugeliui aviacijos ir karinių įrenginių.

Savybės

• Atominis simbolis: būk
• Atominis skaičius: 4
• Elemento kategorija: Šarminis žemės metalas
• Tankis: 1,85 g/cm³
• Lydymosi temperatūra: 2349 F (1287 C)
• Virimo temperatūra: 4476 F (2469 C)
• Moho kietumas: 5,5

Charakteristikos

Grynas berilis yra itin lengvas, stiprus ir trapus metalas. Kurio tankis 1,85g/cm³, berilis yra antras pagal lengvumą elementinis metalas, atsiliekantis tik ličio .

Pilkos spalvos metalas vertinamas kaip legiravimo elementas dėl aukštos lydymosi temperatūros, atsparumo valkšnumui ir šlyčiai, taip pat dėl ​​didelio atsparumo tempimui ir lenkimo standumo. Nors tik apie ketvirtadalį svorio plieno , berilis yra šešis kartus stipresnis.

Kaip aliuminio , berilio metalas ant jo paviršiaus suformuoja oksido sluoksnį, kuris padeda atsispirtikorozija. Metalas yra ir ne magnetinis ir nekibirkščiuojantis – savybės vertinamos naftos ir dujų telkiniuose – ir pasižymi dideliu šilumos laidumu įvairiose temperatūrų diapazone ir puikiomis šilumos išsklaidymo savybėmis.

Dėl mažo berilio skerspjūvio rentgeno spindulių sugerties ir didelio neutronų sklaidos skerspjūvio jis idealiai tinka rentgeno langams ir kaip neutronų reflektorius ir neutronų moderatorius branduolinėse srityse.

Nors elementas yra saldaus skonio, jis ėsdina audinius ir įkvėpus gali sukelti lėtinę, gyvybei pavojingą alerginę ligą, vadinamą berilioze.

Istorija

Nors pirmą kartą buvo išskirtas XVIII amžiaus pabaigoje, gryno metalo formos berilis buvo pagamintas tik 1828 m. Praėjo dar vienas šimtmetis, kol berilis bus pritaikytas komerciniais tikslais.

Prancūzų chemikas Louis-Nicholas Vauquelin iš pradžių pavadino savo naujai atrastą elementą „gliuciniu“ (iš graikų k. glicis „saldus“) dėl savo skonio. Friedrichas Wohleris, kuris tuo pat metu dirbo ties elemento išskyrimu Vokietijoje, pirmenybę teikė terminui berilis, ir galiausiai Tarptautinė grynosios ir taikomosios chemijos sąjunga nusprendė naudoti berilio terminą.

Nors metalo savybių tyrimai buvo tęsiami XX amžiuje, metalo komercinė plėtra prasidėjo tik tada, kai XX amžiaus pradžioje buvo suvoktos naudingos berilio, kaip legiruojančio agento, savybės.

Gamyba

Berilis išgaunamas iš dviejų rūšių rūdų; berilis (Be₃Į_du(SiO₃)₆) ir bertranditas (Be₄Taip_duO₇(OI)_du). Nors berilyje paprastai yra didesnis berilio kiekis (nuo trijų iki penkių masės procentų), jį sudėtingiau išgryninti nei bertranditą, kuriame vidutiniškai yra mažiau nei 1,5 procento berilio. Tačiau abiejų rūdų perdirbimo procesai yra panašūs ir gali būti atliekami viename įrenginyje.

Dėl papildomo kietumo berilio rūda pirmiausia turi būti išlydyta elektros lanko krosnyje. Tada išlydyta medžiaga panardinama į vandenį ir susidaro smulkūs milteliai, vadinami „fritu“.

Susmulkinta bertrandito rūda ir fritas pirmiausia apdorojami sieros rūgštimi, kuri ištirpdo berilį ir kitus esančius metalus, todėl susidaro vandenyje tirpus sulfatas. Berilio turintis sulfato tirpalas praskiedžiamas vandeniu ir tiekiamas į rezervuarus, kuriuose yra hidrofobinių organinių cheminių medžiagų.

Nors berilis prisitvirtina prie organinės medžiagos, vandens pagrindu pagamintas tirpalas išlieka geležies , aliuminio ir kitų priemaišų. Šis tirpiklio ekstrahavimo procesas gali būti kartojamas tol, kol tirpale susikoncentruoja norimas berilio kiekis.

Berilio koncentratas vėliau apdorojamas amonio karbonatu ir kaitinamas, taip nusodinant berilio hidroksidą (BeOH_du). Didelio grynumo berilio hidroksidas yra pagrindinė elemento, įskaitant vario ir berilio, naudojimo medžiaga. lydiniai , berilio keramika ir gryno berilio metalo gamyba.

Norint pagaminti didelio grynumo berilio metalą, hidroksido forma ištirpinama amonio bifluoride ir kaitinama iki 1652 laipsnių. ° F (900 ° C), sukuriant išlydytą berilio fluoridą. Supylus į formas, berilio fluoridas sumaišomas su išlydytu magnio tigliuose ir kaitinami. Tai leidžia grynam beriliui atskirti nuo šlako (atliekų). Atskyrus nuo magnio šlako, lieka berilio sferos, kurių grynumas yra apie 97 proc.

Magnio perteklius sudeginamas toliau apdorojant vakuuminėje krosnyje, paliekant berilį, kurio grynumas yra iki 99,99 proc.

Berilio sferos paprastai paverčiamos milteliais izostatinio presavimo būdu, sukuriant miltelius, kurie gali būti naudojami berilio ir aliuminio lydiniams arba gryno berilio metalo skydams gaminti.

Berilį taip pat galima lengvai perdirbti iš lydinių laužo. Tačiau perdirbamų medžiagų kiekis yra įvairus ir ribotas dėl jų naudojimo dispersinėse technologijose, pavyzdžiui, elektronikoje. Elektronikoje naudojamuose vario ir berilio lydiniuose esantį berilį sunku surinkti, o surinkus jis pirmiausia siunčiamas vario perdirbimui, o tai atskiedžia berilio kiekį iki neekonomiško kiekio.

Dėl strateginio metalo pobūdžio sunku nustatyti tikslius berilio gamybos duomenis. Tačiau apskaičiuota, kad pasaulinė rafinuotų berilio medžiagų gamyba sudaro apie 500 metrinių tonų.

Berilio kasyboje ir rafinavime JAV, kuri sudaro net 90 procentų pasaulinės produkcijos, dominuoja Materion Corp. Anksčiau žinoma kaip Brush Wellman Inc., įmonė valdo Spor Mountain bertrandito kasyklą Jutoje ir yra didžiausia pasaulyje. metalo berilio gamintojas ir rafinuotojas.

Nors berilis rafinuojamas tik JAV, Kazachstane ir Kinijoje, berilis kasamas daugelyje šalių, įskaitant Kiniją, Mozambiką, Nigeriją ir Braziliją.

Programos

Berilio naudojimą galima suskirstyti į penkias sritis:

• Buitinė elektronika ir telekomunikacijos
• Pramoniniai komponentai ir komercinė aviacija
• Gynyba ir kariuomenė
• Medicinos
• Kita

Šaltiniai:

Walshas, ​​Kennethas A. Berilio chemija ir apdorojimas . ASM Intl (2009).
JAV geologijos tarnyba. Brianas W. Jaskula.
Berilio mokslo ir technologijų asociacija. Apie berilį.
Vulkanas, Tomas. Berilio pagrindai: stiprybės kaip kritinio ir strateginio metalo stiprinimas. 2011 m. mineralų metraštis . Berilis.