Vlastnosti, historie a aplikace

Beryllium je tvrdý a lehký kov, který má vysokou teplotu tání a jedinečné jaderné vlastnosti, díky čemuž je životně důležitý pro četné letecké a vojenské aplikace.

• Atomový symbol: Be
• Atomové číslo: 4
• Kategorie prvku: Alkalický zemní kov
• Hustota: 1,85 g / cm3
• Bod tání: 2349 ° F (1287 ° C)
• Bod varu: 4476 ° F (2469 ° C)
• Mohsova tvrdost: 5.5

Čistý berýlium je extrémně lehký, silný a křehký kov. S hustotou 1,85 g / cm³, berylium je druhý nejlehčí elementární kov, jen za ním lithium.

Šedě zbarvený kov je ceněn jako legující prvek, protože má vysokou teplotu tání, odolnost proti tečení a střihu, vysokou pevnost v tahu a tuhost v ohybu. I když jen asi jedna čtvrtina hmotnosti ocel, berylium je šestkrát silnější.

Jako hliník, kov berylia tvoří na svém povrchu vrstvu oxidu, která pomáhá odolávat koroze. Kov je ne-magnetický a nehořlavé - vlastnosti oceňované v ropném a plynovém poli - a má vysokou tepelnou vodivost v rozsahu teplot a vynikající vlastnosti pro odvod tepla.

Díky nízkému rentgenovému absorpčnímu průřezu Beryllium a vysokému průřezu rozptylu neutronů je ideální pro rentgenová okna a jako reflektor neutronů a moderátor neutronů v jaderných aplikacích.

Ačkoli prvek má sladkou chuť, je žíravý pro tkáň a inhalace může vést k chronickému, život ohrožujícímu alergickému onemocnění známému jako beryllióza.

Ačkoli nejprve izolovaný v pozdní 18. století, čistá kovová forma beryllium byla produkována dokud ne 1828. Bylo by to další století, než se vyvinuly komerční aplikace berylia.

Francouzský chemik Louis-Nicholas Vauquelin zpočátku pojmenoval svůj nově objevený prvek „glucinium“ (z řečtiny) glykys pro „sladké“) kvůli své chuti. Friedrich Wohler, který souběžně pracoval na izolaci prvku v Německu, upřednostňoval termín berylium a nakonec to byla Mezinárodní unie čisté a aplikované chemie, která rozhodla, že termín beryllium má být použitý.

Zatímco výzkum vlastností kovu pokračoval přes 20. století, to nebylo až do realizace beryllium je užitečné vlastnosti jako legující činidlo na začátku 20. století, že komerční vývoj kovu začal.

Berylium se získává ze dvou typů rud; beryl (Be₃Al₂(SiO₃)₆) a bertrandite (Be₄Si₂Ó₇(ACH)₂). Zatímco Beryl má obecně vyšší obsah berylia (tři až pět procent hmotnostních), je obtížnější ho rafinovat než bertrandit, který v průměru obsahuje méně než 1,5 procenta berylia. Procesy rafinace obou rud jsou však podobné a lze je provádět v jednom zařízení.

Kvůli přidané tvrdosti musí být beryl ruda nejprve předběžně zpracována tavením v elektrické obloukové peci. Roztavený materiál se poté ponoří do vody a vytvoří jemný prášek označovaný jako „frita“.

Rozdrcená bertranditová ruda a frita se nejprve zpracují kyselinou sírovou, která rozpouští berylium a další přítomné kovy, což vede k ve vodě rozpustnému síranu. Roztok síranu beryliového se zředí vodou a plní se do nádrží, které obsahují hydrofobní organické chemikálie.

Zatímco beryllium se váže k organickému materiálu, vodní roztok zůstává žehlička, hliník a další nečistoty. Tento proces extrakce rozpouštědlem může být opakován, dokud není požadovaný obsah berýlia koncentrován v roztoku.

Koncentrát berýlia se dále zpracuje uhličitanem amonným a zahřeje se, čímž se vysráží hydroxid berylia (BeOH)₂). Hydroxid berylia s vysokou čistotou je vstupním materiálem pro hlavní aplikace prvku, včetně mědi-berylia slitiny, keramika beryllie a výroba čistého berylia.

Za účelem výroby vysoce čistého beryliového kovu se hydroxidová forma rozpustí v bifluoridu amonném a zahřeje se na více než 1652°F (900°C), čímž se vytvoří roztavený fluorid berylia. Po odlití do forem se fluorid berylium smísí s roztaveným hořčík v kelímcích a vyhřívané. To umožňuje oddělit čisté berylium od strusky (odpadní materiál). Po oddělení od hořečnaté strusky zůstávají koule berylia, které měří asi 97 procent čisté.

Přebytek hořčíku se spálí dalším zpracováním ve vakuové peci, přičemž se získá berylium s čistotou až 99,99 procent.

Kuličky berylia se normálně přeměňují na prášek pomocí izostatického lisování, čímž se vytvoří prášek, který lze použít při výrobě slitin berylia a hliníku nebo čistých kovových berylia.

Berylium lze také snadno recyklovat ze slitin šrotu. Množství recyklovaných materiálů je však variabilní a omezené díky použití v disperzních technologiích, jako je elektronika. Berylium přítomné ve slitinách mědi a berylia používaných v elektronice je obtížné sbírat a kdy shromážděné jsou nejprve odeslány k recyklaci mědi, což ředí obsah berylia na nehospodárné množství.

Vzhledem ke strategické povaze kovu je obtížné dosáhnout přesných údajů o produkci berylia. Odhaduje se však, že celosvětová produkce rafinovaných beryliových materiálů činí zhruba 500 metrických tun.

Těžba a rafinace berylia v USA, které představují až 90 procent celosvětové produkce, ovládá Materion Corp. Společnost dříve známá jako Brush Wellman Inc. provozuje dolu Spor Mountain bertrandite v Utahu a je největším světovým výrobcem a rafinérem beryliového kovu.

Zatímco berylium se rafinuje pouze v USA, Kazachstánu a Číně, beryl se těží v řadě zemí, včetně Číny, Mozambiku, Nigérie a Brazílie.

Použití berylia je možné rozdělit do pěti oblastí:

• Spotřební elektronika a telekomunikace
• Průmyslové komponenty a komerční letectví
• Obrany a armády
• Lékařský
• jiný

Zdroje:

Walsh, Kenneth A. Chemie a zpracování berýlia. ASM Intl (2009).
Americký geologický průzkum. Brian W. Jaskula.
Beryllium Science and Technology Association. O uživateli Beryllium.
Vulcan, Tom. Berylium Základy: Budování na síle jako kritického a strategického kovu.Ročenka minerálů 2011. Berylium.