Ιδιότητες, Ιστορικό και Εφαρμογές

Το βηρύλλιο είναι ένα σκληρό και ελαφρύ μέταλλο που έχει υψηλό σημείο τήξης και μοναδικές πυρηνικές ιδιότητες, γεγονός που το καθιστά ζωτικό για πολλές αεροδιαστημικές και στρατιωτικές εφαρμογές.

• Ατομικό σύμβολο: Be
• Ατομικός αριθμός: 4
• Στοιχείο Κατηγορία: Μεταλλικό αλκαλικό μέταλλο
• Πυκνότητα: 1,85 g / cm3
• Σημείο τήξης: 2349 F (1287 C)
• Σημείο ζέσης: 4476 F (2469 C)
• Mohs Σκληρότητα: 5.5

Το καθαρό βηρύλλιο είναι ένα εξαιρετικά ελαφρύ, ισχυρό και εύθραυστο μέταλλο. Με πυκνότητα 1,85g / cm³, το βηρύλλιο είναι το δεύτερο ελαφρύτερο στοιχειακό μέταλλο, πίσω μόνο λίθιο.

Το γκρίζο μέταλλο αποτιμάται ως στοιχείο κράματος λόγω του υψηλού σημείου τήξης, της αντοχής στην ερπυσμό και της διάτμησης, καθώς και της υψηλής αντοχής σε εφελκυσμό και της ακαμψίας λόγω κάμψης. Αν και μόνο το ένα τέταρτο περίπου του βάρους του ατσάλι, το βηρύλλιο είναι έξι φορές ισχυρότερο.

Αρέσει αλουμίνιο, το μέταλλο βηρυλλίου σχηματίζει στην επιφάνεια του ένα στρώμα οξειδίου που βοηθά να αντισταθεί διάβρωση

Η χαμηλή διατομή απορρόφησης ακτίνων Χ του Beryllium και η υψηλή διατομή σκέδασης νετρονίων το καθιστούν ιδανικό για παράθυρα ακτίνων Χ και ως ανακλαστήρα νετρονίων και συντονιστή νετρονίων σε πυρηνικές εφαρμογές.

Αν και το στοιχείο έχει γλυκιά γεύση, είναι διαβρωτικό για τους ιστούς και η εισπνοή μπορεί να οδηγήσει σε μια χρόνια, επικίνδυνη για τη ζωή αλλεργική νόσος, γνωστή ως βηρυλίωση.

Παρόλο που απομονώθηκε για πρώτη φορά στα τέλη του 18ου αιώνα, μια καθαρή μεταλλική μορφή βηρυλλίου δεν παράχθηκε παρά το 1828. Θα ήταν ένας άλλος αιώνας πριν αναπτυχθούν οι εμπορικές εφαρμογές για βηρύλλιο.

Ο Γάλλος χημικός Λούης-Νικολάου Βακουελίν αρχικά ονόμασε το νεοανακαλυφθέν στοιχείο του «γκυννίμιο» (από τα ελληνικά glykys για το "γλυκό") λόγω της γεύσης του. Ο Friedrich Wohler, ο οποίος εργάστηκε ταυτόχρονα για την απομόνωση του στοιχείου στη Γερμανία, προτίμησε τον όρο beryllium και ήταν τελικά η Διεθνής Ένωση Καθαρής και Εφαρμοσμένης Χημείας που αποφάσισε να είναι ο όρος beryllium μεταχειρισμένος.

Ενώ η έρευνα για τις ιδιότητες του μετάλλου συνεχίστηκε μέσα στον 20ό αιώνα, δεν ήταν παρά μόνο η υλοποίηση του χρήσιμες ιδιότητες του βηρυλλίου ως παράγοντα κραματοποίησης στις αρχές του 20ου αιώνα, ότι η εμπορική ανάπτυξη του μετάλλου άρχισε.

Το βηρύλλιο εξάγεται από δύο τύπους μεταλλευμάτων. beryl (Be₃Αλ₂(SiO₃)₆) και bertrandite (Be₄Σι₂Ο₇(ΟΗ)₂). Ενώ η Beryl γενικά έχει υψηλότερη περιεκτικότητα σε βηρύλλιο (3 έως 5% κατά βάρος), είναι πιο δύσκολο να βελτιωθεί από ό, τι το bertrandite, το οποίο κατά μέσο όρο περιέχει λιγότερο από 1,5% βηρύλλιο. Ωστόσο, οι διεργασίες καθαρισμού και των δύο μεταλλευμάτων είναι παρόμοιες και μπορούν να πραγματοποιηθούν σε μία μόνο εγκατάσταση.

Λόγω της προστιθέμενης σκληρότητας του, το μετάλλευμα βηρύλλων πρέπει πρώτα να υποβληθεί σε προκατεργασία με τήξη σε φούρνο ηλεκτρικού τόξου. Το τηγμένο υλικό στη συνέχεια βυθίζεται σε νερό, παράγοντας μια λεπτή σκόνη που αναφέρεται ως «frit».

Το θρυμματισμένο μετάλλευμα του Bertrandite και το frit αρχικά κατεργάζονται με θειικό οξύ, το οποίο διαλύει το βηρύλλιο και άλλα μέταλλα που υπάρχουν, καταλήγοντας σε υδατοδιαλυτό θειικό άλας. Το θειικό διάλυμα που περιέχει βηρύλλιο αραιώνεται με νερό και τροφοδοτείται σε δεξαμενές που περιέχουν υδρόφοβα οργανικά χημικά.

Ενώ το βηρύλλιο προσκολλάται στο οργανικό υλικό, το διάλυμα με βάση το νερό διατηρεί σίδερο, αλουμίνιο και άλλες ακαθαρσίες. Αυτή η διεργασία εκχύλισης με διαλύτη μπορεί να επαναληφθεί μέχρις ότου συμπυκνωθεί το επιθυμητό περιεχόμενο βηρυλλίου στο διάλυμα.

Το συμπύκνωμα βηρυλλίου στη συνέχεια κατεργάζεται με ανθρακικό αμμώνιο και θερμαίνεται, οπότε καθιζάνει το υδροξείδιο του βηρυλλίου (BeOH₂). Το υδροξείδιο του βηρυλλίου υψηλής καθαρότητας είναι το υλικό εισόδου για σημαντικές εφαρμογές του στοιχείου, συμπεριλαμβανομένου του χαλκού-βηρυλλίου κράματα, κεραμικά από βηρύλλια και κατασκευή καθαρού μετάλλου βηρυλλίου.

Για να παραχθεί μέταλλο βηρυλλίου υψηλής καθαρότητας, η μορφή υδροξειδίου διαλύεται σε διφθοριούχο αμμώνιο και θερμαίνεται σε πάνω από 1652°F (900°C), δημιουργώντας ένα τετηγμένο φθορίδιο του βηρυλλίου. Αφού χυτευθεί σε καλούπια, το φθορίδιο του βηρυλλίου αναμειγνύεται με λειωμένο μαγνήσιο σε χωνευτήρια και θερμαίνεται. Αυτό επιτρέπει να διαχωριστεί το καθαρό βηρύλλιο από τη σκωρία (απόβλητο υλικό). Μετά το διαχωρισμό από τη σκωρία του μαγνησίου, οι σφαίρες βηρυλλίου που μετρούν περίπου 97 τοις εκατό καθαρό παραμένουν.

Η περίσσεια μαγνησίου καίγεται με περαιτέρω κατεργασία σε φούρνο κενού, αφήνοντας το βηρύλλιο να είναι μέχρι 99,99% καθαρό.

Οι σφαίρες βηρυλλίου μετατρέπονται κανονικά σε σκόνη μέσω ισοστατικής συμπίεσης, δημιουργώντας σκόνη που μπορεί να χρησιμοποιηθεί στην παραγωγή κραμάτων κράματος βηρυλλίου-αλουμινίου ή προστατευτικών μεταλλικών ασπίδων από βηρύλλιο.

Το βηρύλλιο μπορεί επίσης να ανακυκλώνεται εύκολα από κράματα θραυσμάτων. Ωστόσο, η ποσότητα των ανακυκλωμένων υλικών είναι μεταβλητή και περιορισμένη λόγω της χρήσης τους σε τεχνολογίες διασποράς, όπως τα ηλεκτρονικά. Το βηρύλλιο που υπάρχει στα κράματα χαλκού-βηρυλλίου που χρησιμοποιούνται στα ηλεκτρονικά είναι δύσκολο να συλλεχθούν και πότε που συλλέγονται πρώτα αποστέλλονται για ανακύκλωση χαλκού, η οποία αραιώνει το περιεχόμενο του βηρυλλίου σε μια αντιοικονομική ποσό.

Λόγω της στρατηγικής φύσης του μετάλλου, είναι δύσκολο να επιτευχθούν ακριβή στοιχεία για το βηρύλλιο. Ωστόσο, η συνολική παραγωγή εξευγενισμένων υλικών βηρυλλίου υπολογίζεται σε περίπου 500 μετρικούς τόνους.

Η εξόρυξη και ο εξευγενισμός του βηρυλλίου στις ΗΠΑ, που αντιπροσωπεύει περίπου το 90% της παγκόσμιας παραγωγής, κυριαρχείται από την Materialon Corp. Παλαιότερα γνωστή ως Brush Wellman Inc., η εταιρεία εκμεταλλεύεται το ορυχείο Spor Mountain bertrandite στη Γιούτα και είναι ο μεγαλύτερος παραγωγός και ραφιναριστής του μεταλλικού βηρυλλίου στον κόσμο.

Ενώ το βηρύλλιο εξευγενίζεται μόνο στις ΗΠΑ, στο Καζακστάν και στην Κίνα, το βηρύλαιο εξορύσσεται σε αρκετές χώρες, όπως η Κίνα, η Μοζαμβίκη, η Νιγηρία και η Βραζιλία.

Οι χρήσεις του βηρυλλίου μπορούν να κατηγοριοποιηθούν σε πέντε τομείς:

• Καταναλωτικά ηλεκτρονικά και τηλεπικοινωνίες
• Βιομηχανικά εξαρτήματα και εμπορική αεροδιαστημική
• Άμυνα και στρατιωτική
• Ιατρικός
• Αλλα

Πηγές:

Walsh, Kenneth Α. Χημεία και Επεξεργασία Βηρυλλίου. ASM Intl (2009).
Αμερικανική Γεωλογική Έρευνα. Brian W. Jaskula.
Ένωση επιστήμης και τεχνολογίας βηρυλλίου. Σχετικά με το Beryllium.
Vulcan, Tom. Βασικά στοιχεία του βηρυλλίου: Οικοδόμηση σε δύναμη ως κρίσιμο και στρατηγικό μέταλλο.Περίοδος Ορυκτών 2011. Βηρύλλιο.