Lastnosti, zgodovina in aplikacije

Berilij je trda in lahka kovina, ki ima visoko tališče in edinstvene jedrske lastnosti, zaradi česar je ključnega pomena za številne vesoljske in vojaške namene.

• Atomski simbol: Bodi
• Atomska številka: 4
• Kategorija elementov: alkalne zemeljske kovine
• Gostota: 1,85 g / cm³
• Tališče: 1249 C 2349 F
• Vrelišče: 2469 C (4476 F)
• Mohsova trdota: 5,5

Čisti berilij je izjemno lahka, močna in krhka kovina. Z gostoto 1,85 g / cm³, berilij je druga najlažja kovinska elementarna kovina litij.

Kovina sive barve je cenjena kot legirni element zaradi visoke tališča, odpornosti na lezenje in striženje ter visoke natezne trdnosti in upogibne togosti. Čeprav le približno eno četrtino teže jeklo, berilij je šestkrat močnejši.

Všeč aluminij, kovina berilij na svoji površini tvori oksidno plast, ki pomaga upreti korozija. Kovina je oboje,magnetno in ne iskrenje - lastnosti, ki se vrednotijo ​​na področju nafte in plina - in ima visoko toplotno prevodnost v različnih temperaturah ter odlične lastnosti odvajanja toplote.

Berilijev nizki presek absorpcije rentgenskih žarkov in visok presek razkroja nevtronov je idealen za rentgenska okna in kot nevtronski reflektor in nevtronski moderator v jedrskih aplikacijah.

Čeprav ima element sladek okus, je jedko za tkivo in vdihavanje lahko privede do kronične, življenjsko nevarne alergijske bolezni, znane kot berilioza.

Čeprav je bila prvič izolirana v poznem 18. stoletju, je čista kovinska oblika berilija nastajala šele leta 1828. Minilo bi še stoletje, preden se bodo razvile komercialne aplikacije za berilij.

Francoski kemik Louis-Nicholas Vauquelin je svoj novo odkriti element sprva poimenoval 'glucinium' (iz grščine gliki za 'sladko') zaradi svojega okusa. Friedrich Wohler, ki je sočasno delal na izolaciji elementa v Nemčiji, je raje izraz Berilij in navsezadnje je mednarodna zveza čiste in uporabne kemije odločila, da bo izraz berilij rabljen.

Medtem ko so se raziskave lastnosti kovine nadaljevale skozi 20. stoletje, je bilo to šele do realizacije uporabne lastnosti berilija kot legirnega sredstva v zgodnjem 20. stoletju, ki komercialni razvoj kovine začel.

Berilij se pridobiva iz dveh vrst rud; beril (Bodi₃Al₂(SiO₃)₆) in bertrandita (Be₄Si₂O₇(OH)₂). Medtem ko ima Beryl na splošno višjo vsebnost berilija (tri do pet odstotkov teže), ga je težje rafinirati kot bertrandit, ki v povprečju vsebuje manj kot 1,5 odstotka berilija. Postopki rafiniranja obeh rud pa so podobni in se lahko izvajajo v enem samem objektu.

Zaradi dodane trdote je treba berilno rudo najprej obdelati s taljenjem v električni obločni peči. Staljeni material nato potopimo v vodo, pri čemer nastane fin prah, imenovan "frit".

Drobljeno bertranditovo rudo in frite najprej obdelamo z žveplovo kislino, ki raztopi berilij in druge prisotne kovine, kar ima za posledico vodotopni sulfat. Raztopina sulfata, ki vsebuje berilij, se razredči z vodo in dolije v rezervoarje, ki vsebujejo hidrofobne organske kemikalije.

Medtem ko se berilij pritrdi na organski material, se raztopina na vodni osnovi zadrži železo, aluminij in druge nečistoče. Ta postopek ekstrakcije topila se lahko ponovi, dokler se v raztopini ne koncentrira želena vsebnost berilija.

Berilijev koncentrat nato obdelamo z amonijevim karbonatom in segrevamo, s čimer oborimo berilijev hidroksid (BeOH₂). Berilijev hidroksid z visoko čistoto je vhodni material za večjo uporabo elementa, vključno z bakro-berilijem zlitine, keramika iz berilije in proizvodnja čistih kovin iz berilija.

Da bi ustvarili kovino berilija visoke čistote, raztopino hidroksida raztopimo v amonijevem bifluoridu in segrejemo do 1652°F (900°C), kar ustvarja staljeni berilijev fluorid. Po vlitju v kalupe zmešamo berilijev fluorid s staljenim magnezija v lončkih in segrevamo. To omogoča, da se čisti berilij loči od žlindre (odpadnih snovi). Po ločitvi od magnezijeve žlindre ostanejo berilijeve kroglice, ki merijo približno 97 odstotkov čistega.

Presežek magnezija se izgoreva z nadaljnjo obdelavo v vakuumski peči, pri čemer ostane berilij čist do 99,99 odstotka.

Krogle berilija se običajno pretvorijo v prah z izostatskim stiskanjem, kar ustvari prah, ki ga lahko uporabimo pri proizvodnji berilijev-aluminijevih zlitin ali čistih kovinskih ščitnikov iz berilija.

Berilij je mogoče zlahka reciklirati tudi iz odpadnih zlitin. Količina recikliranih materialov pa je zaradi uporabe v disperzivnih tehnologijah, kot je elektronika, spremenljiva in omejena. Berilij, ki je prisoten v bakro-berilijevih zlitinah, ki se uporabljajo v elektroniki, je težko zbrati in kdaj zbrani se najprej pošljejo za recikliranje bakra, kar vsebnost berilija razredči na neekonomično znesek.

Zaradi strateške narave kovine je težko doseči natančne podatke o proizvodnji berilija. Ocenjujejo pa, da je svetovna proizvodnja rafiniranih berilijevih materialov približno 500 metrskih ton.

Pri kopanju in rafiniranju berilija v ZDA, ki predstavlja kar 90 odstotkov svetovne proizvodnje, prevladuje Materion Corp. Že prej imenovano Brush Wellman Inc., podjetje upravlja rudnik bertrandita Spor Mountain v Utahu in je največji svetovni proizvajalec in rafiniralec berilijeve kovine.

Medtem ko berilij rafinirajo le v ZDA, Kazahstanu in na Kitajskem, se beril rudi v številnih državah, vključno s Kitajsko, Mozambikom, Nigerijo in Brazilijo.

Uporaba berilija lahko razvrstimo na pet področij:

• Potrošniška elektronika in telekomunikacije
• Industrijske komponente in komercialni zračni prostor
• Obrambna in vojska
• Medicinsko
• Drugo

Viri:

Walsh, Kenneth A. Kemija in predelava berilija. ASM Intl (2009).
Ameriški geološki zavod. Brian W. Jaskula.
Združenje za znanost in tehnologijo Berilij. O Beriliju.
Vulcan, Tom. Osnove berilija: Gradnja na trdnosti kot kritični in strateški kovini.Letnik o mineralih 2011. Berilij.