Berilijs ir ciets un viegls metāls, kam ir augsta kušanas temperatūra un unikālas kodolīpašības, kas padara to par būtisku daudzām kosmiskās aviācijas un militārām vajadzībām.
Īpašības
- Atomu simbols: esiet
- Atomu skaitlis: 4
- Elementu kategorija: sārmzemju metāls
- Blīvums: 1,85 g / cm³
- Kušanas temperatūra: 2349 F (1287 C)
- Viršanas punkts: 4476 F (2469 C)
- Mosa cietība: 5.5
Raksturlielumi
Tīrs berilijs ir ārkārtīgi viegls, stiprs un trausls metāls. Ar blīvumu 1,85 g / cm3, berilijs ir otrs vieglākais metāls, tikai aiz tā litijs.
Pelēkās krāsas metāls tiek vērtēts kā leģējošs elements, jo tam ir augsta kušanas temperatūra, izturība pret šļūdes un bīdes spēkiem, kā arī tā augstā stiepes izturība un lieces stingrība. Lai gan tikai aptuveni viena ceturtdaļa no svara tērauda, berilijs ir sešas reizes spēcīgāks.
Patīk alumīnijs, berilija metāls uz tā virsmas veido oksīda slāni, kas palīdz pretoties korozija. Metāls navmagnētisks bez dzirksteles - īpašības, kuras novērtē naftas un gāzes laukā, un tai ir augsta siltuma vadītspēja dažādās temperatūru diapazonās un izcilas siltuma izkliedēšanas īpašības.
Berilija mazais rentgenstaru absorbcijas šķērsgriezums un augstais neitronu izkliedes šķērsgriezums padara to par ideālu rentgena logiem un kā neitronu reflektoru un neitronu moderatoru kodolieroču lietojumos.
Kaut arī elementam ir salda garša, tas ir kodīgs audiem, un ieelpošana var izraisīt hronisku, dzīvībai bīstamu alerģisku slimību, kas pazīstama kā berilioze.
Vēsture
Lai arī pirmo reizi izolēts 18. gadsimta beigās, berilija tīra metāla forma tika ražota tikai līdz 1828. gadam. Būtu pagājis vēl gadsimts, pirms attīstītos berilija komerciālie lietojumi.
Franču ķīmiķis Luiss-Nikolass Vaučelins sākotnēji savu jaunatklāto elementu nosauca par “glucinium” (no grieķu valodas glykys “saldajiem”) garšas dēļ. Fridrihs Volers, kurš vienlaikus strādāja pie elementa izolēšanas Vācijā, deva priekšroku terminam berilijs un galu galā tieši terminam berilijs izlēma Starptautiskā Tīras un lietišķās ķīmijas savienība izmanto.
Lai gan metāla īpašību izpēte turpinājās līdz pat 20. gadsimtam, tas notika tikai līdz berilija kā leģējošās vielas derīgās īpašības 20. gadsimta sākumā, kas veicina metāla komerciālo attīstību sākās.
Ražošana
Beriliju iegūst no divu veidu rūdām; berils (Be3Al2(SiO3)6) un bertrandīts (Be4Si2O7(OH)2). Lai gan berilā parasti ir lielāks berilija saturs (no trim līdz pieciem svara procentiem), to ir grūtāk rafinēt nekā bertrandītu, kurā berilijs vidēji satur mazāk nekā 1,5 procentus. Abu rūdu rafinēšanas procesi tomēr ir līdzīgi, un tos var veikt vienā iekārtā.
Papildu cietības dēļ berilu rūda vispirms jāapstrādā, kausējot elektriskā loka krāsnī. Pēc tam izkausēto materiālu ielej ūdenī, iegūstot smalku pulveri, ko dēvē par “frītu”.
Sasmalcinātu bertrandīta rūdu un frītu vispirms apstrādā ar sērskābi, kas izšķīdina beriliju un citus metālus, iegūstot ūdenī šķīstošu sulfātu. Berilija saturošais sulfāta šķīdums tiek atšķaidīts ar ūdeni un ievadīts tvertnēs, kurās ir hidrofobiskas organiskas ķīmiskas vielas.
Kamēr berilijs pievienojas organiskajam materiālam, ūdens šķīdums saglabājas dzelzs, alumīnijs un citi piemaisījumi. Šo šķīdinātāja ekstrakcijas procesu var atkārtot, līdz vēlamais berilija saturs ir koncentrēts šķīdumā.
Pēc tam berilija koncentrātu apstrādā ar amonija karbonātu un karsē, tādējādi izgulsnējot berilija hidroksīdu (BeOH).2). Augstas tīrības pakāpes berilija hidroksīds ir izejmateriāls galvenajiem elementa pielietojumiem, ieskaitot vara-beriliju sakausējumi, berilijas keramika un tīra berilija metāla ražošana.
Lai iegūtu augstas tīrības pakāpes berilija metālu, hidroksīda formu izšķīdina amonija bifluorīdā un uzkarsē līdz virs 1652°F (900°C), izveidojot izkausētu berilija fluorīdu. Pēc liešanas veidnēs berilija fluorīds tiek sajaukts ar izkausētu magnijs tīģelī un karsē. Tas ļauj tīram berilijam atdalīties no sārņiem (atkritumu materiāliem). Pēc atdalīšanas no magnija izdedžiem paliek berilija lodes, kuru izmērs ir aptuveni 97 procenti.
Magnija pārpalikums tiek sadedzināts, to tālāk apstrādājot vakuuma krāsnī, atstājot beriliju, kura tīrība ir līdz 99,99 procentiem.
Berilija sfēras parasti tiek pārveidotas pulverī, izmantojot izostatisko presēšanu, izveidojot pulveri, ko var izmantot berilija-alumīnija sakausējumu vai tīru berilija metāla vairogu ražošanā.
Beriliju var arī viegli pārstrādāt no lūžņu sakausējumiem. Tomēr pārstrādāto materiālu daudzums ir mainīgs un ierobežots, jo tos izmanto izkliedējošās tehnoloģijās, piemēram, elektronikā. Beriliju, kas atrodas vara-berilija sakausējumos, kurus izmanto elektronikā, ir grūti savākt un kad savākto vispirms nosūta vara pārstrādei, kas berilija saturu atšķaida par neekonomisku summa.
Metāla stratēģiskā rakstura dēļ precīzus berilija ražošanas rādītājus ir grūti sasniegt. Tomēr tiek lēsts, ka rafinētu berilija materiālu ražošana pasaulē ir aptuveni 500 metriskās tonnas.
Berilija ieguve un rafinēšana ASV, kas saražo pat 90 procentus no pasaules saražotās produkcijas, dominē Materion Corp. Iepriekš pazīstams kā Brush Wellman Inc., uzņēmums pārvalda Spor Mountain bertrandīta raktuves Jūtā un ir pasaulē lielākais berilija metāla ražotājs un rafinētājs.
Kamēr beriliju rafinē tikai ASV, Kazahstānā un Ķīnā, berils tiek iegūts daudzās valstīs, ieskaitot Ķīnu, Mozambiku, Nigēriju un Brazīliju.
Lietojumprogrammas
Berilija lietojumus var iedalīt piecās jomās:
- Patērētāju elektronika un telekomunikācijas
- Rūpnieciskie komponenti un komerciālais kosmiskais aprīkojums
- Aizsardzība un militārā joma
- Medicīniskā
- Cits
Avoti:
Walsh, Kenneth A. Berilija ķīmija un apstrāde. ASM Intl (2009).
ASV Ģeoloģijas dienests. Braiens W. Jaskula.
Berilija zinātnes un tehnoloģijas asociācija. Par beriliju.
Vulkāns, Toms. Berilija pamati: stiprināšanas spēks kā kritisks un stratēģisks metāls.Minerālu gadagrāmata 2011. Berilijs.