Свойства, история и приложения

Бериллий - это твердый и легкий металл с высокой температурой плавления и уникальными ядерными свойствами, что делает его жизненно важным для многочисленных применений в аэрокосмической и военной областях.

• Атомный символ: быть
• Атомный номер: 4
• Категория Элемента: Щелочноземельный Металл
• Плотность: 1,85 г / см³
• Температура плавления: 2349 F (1287 C)
• Точка кипения: 4476 F (2469 C)
• Твердость по Моосу: 5,5

Чистый бериллий - чрезвычайно легкий, прочный и хрупкий металл. С плотностью 1,85 г / см³Бериллий - второй самый легкий элементальный металл, уступая только литий.

Металл серого цвета ценится как легирующий элемент из-за его высокой температуры плавления, сопротивления ползучести и сдвигу, а также высокой прочности на разрыв и жесткости при изгибе. Хотя только около четверти веса сталибериллий в шесть раз сильнее.

подобно алюминийметаллический бериллий образует на своей поверхности оксидный слой, который помогает сопротивляться коррозия. Металл не являетсямагнитные и искробезопасность - свойства, ценимые в нефтегазовом месторождении, - и он обладает высокой теплопроводностью в диапазоне температур и превосходными свойствами рассеивания тепла.

Бериллий с низким сечением поглощения рентгеновского излучения и высоким сечением рассеяния нейтронов делает его идеальным для рентгеновских окон и в качестве отражателя нейтронов и замедлителя нейтронов в ядерных применениях.

Хотя элемент имеет сладкий вкус, он вызывает коррозию тканей и вдыхание может привести к хроническому, опасному для жизни аллергическому заболеванию, известному как бериллиоз.

Хотя впервые он был выделен в конце 18-го века, форма чистого металла бериллия не производилась до 1828 года. Пройдет еще одно столетие, прежде чем появятся коммерческие применения бериллия.

Французский химик Луи-Николас Воклен первоначально назвал свой недавно открытый элемент «глюциний» (от греческого glykys для «сладкого») из-за его вкуса. Фридрих Волер, который одновременно работал над изоляцией элемента в Германии, предпочитал термин бериллий и в конечном итоге именно Международный союз теоретической и прикладной химии решил, что термин бериллий должен быть используемый.

В то время как исследования свойств металла продолжались в течение 20-го века, это не было до реализации Полезные свойства бериллия в качестве легирующего агента в начале 20-го века, что коммерческое развитие металла начал.

Бериллий добывается из двух типов руд; берилл₃Al₂(SiO₃)₆) и бертрандит (бе₄си₂О₇(ОЙ)₂). Несмотря на то, что берилл обычно имеет более высокое содержание бериллия (от трех до пяти процентов по массе), его более трудно очищать, чем бертрандит, который в среднем содержит менее 1,5 процента бериллия. Однако процессы переработки обеих руд схожи и могут проводиться на одном предприятии.

Из-за дополнительной твердости берилловую руду необходимо предварительно обработать путем плавки в электродуговой печи. Расплавленный материал затем погружается в воду, образуя мелкий порошок, называемый «фритта».

Измельченную бертрандитную руду и фритту сначала обрабатывают серной кислотой, которая растворяет бериллий и другие присутствующие металлы, что приводит к образованию водорастворимого сульфата. Бериллийсодержащий сульфатный раствор разбавляют водой и подают в резервуары, которые содержат гидрофобные органические химические вещества.

В то время как бериллий прикрепляется к органическому материалу, раствор на водной основе сохраняет утюг, алюминий и другие примеси. Этот процесс экстракции растворителем может повторяться до тех пор, пока желаемое содержание бериллия не будет сконцентрировано в растворе.

Бериллиевый концентрат затем обрабатывают карбонатом аммония и нагревают, осаждая таким образом гидроксид бериллия (BeOH).₂). Высокочистый гидроксид бериллия является исходным материалом для основных областей применения элемента, включая медно-бериллиевый сплавы, бериллиевая керамика и производство чистого бериллиевого металла.

Для получения металлического бериллия высокой чистоты форму гидроксида растворяют в бифториде аммония и нагревают до температуры выше 1652°F (900°В), создавая расплавленный фторид бериллия. После заливки в формы фторид бериллия смешивают с расплавленным магний в тиглях и с подогревом. Это позволяет чистому бериллию отделяться от шлака (отходов). После отделения от магниевого шлака остаются бериллиевые сферы, чистота которых составляет около 97 процентов.

Избыток магния сгорает при дальнейшей обработке в вакуумной печи, в результате чего остается бериллий с чистотой до 99,99%.

Сферы из бериллия обычно превращаются в порошок посредством изостатического прессования, создавая порошок, который может быть использован при производстве бериллиево-алюминиевых сплавов или чистых металлических бериллиевых экранов.

Бериллий также может быть легко переработан из ломовых сплавов. Тем не менее, количество переработанных материалов является переменным и ограниченным из-за его использования в дисперсионных технологиях, таких как электроника. Бериллий, присутствующий в медно-бериллиевых сплавах, используемых в электронике, трудно собирать, и когда собранные сначала отправляются на переработку меди, что снижает содержание бериллия до неэкономичного количество.

Из-за стратегической природы металла трудно получить точные производственные показатели по бериллию. Однако мировое производство рафинированных бериллиевых материалов оценивается примерно в 500 метрических тонн.

Добыча и переработка бериллия в США, на долю которых приходится до 90 процентов мирового производства, преобладает Materion Corp. Ранее известная как Brush Wellman Inc., компания управляет бертрандитовым рудником Spor Mountain в Юте и является крупнейшим в мире производителем и аффинажем бериллиевого металла.

В то время как бериллий перерабатывается только в США, Казахстане и Китае, берилл добывается в ряде стран, включая Китай, Мозамбик, Нигерию и Бразилию.

Использование бериллия можно разделить на пять областей:

• Бытовая электроника и телекоммуникации
• Промышленные компоненты и коммерческий аэрокосмический
• Оборонные и военные
• медицинская
• Другой

Источники:

Уолш, Кеннет А. Бериллий Химия и переработка. ASM Intl (2009).
Геологическая служба США. Брайан В. Jaskula.
Бериллиевая научно-техническая ассоциация. О Бериллий.
Вулкан, Том. Основы бериллия: развитие на прочность как на критический и стратегический металл.Ежегодник Минералы 2011. Бериллий.