Svojstva, povijest i aplikacije

Berilij je tvrd i lagan metal koji ima visoku talište i jedinstvena nuklearna svojstva, koja ga čine vitalnim za brojne zrakoplovne i vojne primjene.

• Atomski simbol: biti
• Atomski broj: 4
• Kategorija elemenata: alkalni zemni metal
• Gustoća: 1,85 g / cm³
• Talište: 1249 C
• Točka ključanja: 2469 C (4476 F)
• Mohsova tvrdoća: 5,5

Čisti berilij je izuzetno lagan, jak i lomljiv metal. S gustoćom od 1,85 g / cm³, berilij je drugi najlakši elementarni metal, samo iza litij.

Metal sive boje cijenjen je kao legirajući element zbog visoke tališnosti, otpornosti na puzanje i smicanja, kao i zbog velike vlačne čvrstoće i čvrstoće na savijanje. Iako je samo oko jedne četvrtine težine željezo, berilij je šest puta jači.

Kao aluminijum, metal berilija tvori na svojoj površini sloj oksida koji pomaže u otporu korozija. Metal je oboje,magnetski i ne-iskreće - svojstva koja se vrednuju u naftnom i plinskom polju - a ima visoku toplinsku provodljivost u raznim temperaturama i izvrsna svojstva raspršivanja topline.

Berylliumov presjek niskog apsorpcije rendgenskih zraka i poprečni presjek visokog raspršivanja neutrona čine ga idealnim za rendgenske prozore i kao reflektor neutrona i neutronski moderator u nuklearnim aplikacijama.

Iako element ima slatkast okus, korozivno je na tkivo i udisanje može dovesti do kronične, po život opasne alergijske bolesti poznate kao berilioza.

Iako je prvi izoliran u kasnom 18. stoljeću, čisti metalni oblik berilija proizveden je tek 1828. Prošlo bi još stoljeće prije nego što su se razvile komercijalne aplikacije za berilij.

Francuski kemičar Louis-Nicholas Vauquelin svoj je novootkriveni element u početku nazvao 'glucinium' (od grčke glykys za 'slatko') zbog svog ukusa. Friedrich Wohler, koji je istovremeno radio na izolaciji elementa u Njemačkoj, preferirao je termin berilij i na kraju je Međunarodna unija čiste i primijenjene kemije odlučila da to bude naziv berilij koristi.

Dok su se istraživanja svojstava metala nastavila u 20. stoljeću, tek su se dogodila saznanja korisna svojstva berilija kao legirajućeg sredstva u ranom 20. stoljeću, komercijalni razvoj metala počelo.

Berilij se izdvaja iz dvije vrste ruda; beril (Biti₃al₂(SiO₃)₆) i bertrandita (Be₄Si₂O₇(OH)₂). Dok uglavnom beril sadrži veći sadržaj berilija (tri do pet posto težine), teže ga je rafinirati od bertrandita, koji u prosjeku sadrži manje od 1,5 posto berilija. Međutim, postupci rafiniranja obje rude slični su i mogu se provesti u jednom postrojenju.

Zbog dodane tvrdoće, berilnu rudu prvo je potrebno prethodno obraditi topljenjem u električnoj lučnoj peći. Rastaljeni materijal zatim se uranja u vodu, stvarajući fini prah koji se naziva "frit".

Usitnjena bertranditna ruda i frit se najprije obrađuju sumpornom kiselinom koja rastvara berilij i ostale prisutne metale, što rezultira vodotopljivim sulfatom. Otopina sulfata koja sadrži berilij razrjeđuje se vodom i dovodi u spremnike koji sadrže hidrofobne organske kemikalije.

Dok se berilij pridaje organskom materijalu, otopina na vodenoj bazi se zadržava željezo, aluminij i ostale nečistoće. Ovaj postupak ekstrakcije otapala može se ponoviti sve dok se željeni sadržaj berilija ne koncentrira u otopini.

Berilijev koncentrat se zatim obrađuje amonijevim karbonatom i zagrijava, čime se taloži berilijev hidroksid (BeOH₂). Berilijev hidroksid visoke čistoće ulazni je materijal za glavne primjene elementa, uključujući bakar-berilij legure, berilijska keramika i proizvodnja čistog metala berilija.

Da bi se proizveo metalik berilij visoke čistoće, oblik hidroksida je otopljen u amonijevom bifluoridu i zagrijan na iznad 1652°F (900)°C), stvarajući staljeni berilijev fluorid. Nakon lijevanja u kalupe, berilijev fluorid pomiješan je s rastopljenim magnezij u loncima i grijani. To omogućava da se čisti berilij odvoji od šljake (otpadnog materijala). Nakon odvajanja od magnezijeve šljake ostaju berilijeve sfere koje mjere oko 97 posto čistoće.

Prekomjerni magnezij izgara se daljnjim obradom u vakuumskoj peći, čime se ostavlja berilij čist do 99,99 posto.

Kuglice od berilija obično se pretvaraju u prah izostatskim prešanjem, stvarajući prah koji se može koristiti u proizvodnji legura berilijuma i aluminija ili čistih zaštitnih metala od berilija.

Berilij se također može lako reciklirati iz otpadnih legura. Međutim, količina recikliranih materijala je promjenjiva i ograničena zbog njegove uporabe u disperzivnim tehnologijama, poput elektronike. Berilij prisutan u bakrenim-berilijuvim legurama koje se koriste u elektronici je teško sakupljati i kada prikupljeni se prvo šalju za recikliranje bakra, što razrjeđuje sadržaj berilija do neekonomičnog iznos.

Zbog strateške prirode metala, teško je postići točne podatke o proizvodnji berilija. Međutim, procjenjuje se da je ukupna proizvodnja rafiniranih berilijskih materijala približno 500 metričkih tona.

Iskopavanjem i rafiniranjem berilija u SAD-u, koji čini čak 90 posto globalne proizvodnje, dominira Materion Corp. Prije poznata kao Brush Wellman Inc., tvrtka upravlja rudnikom bertrandita Spor Mountain u Utahu i najveći je svjetski proizvođač i rafinerija metala berilija.

Dok se berilij rafinira samo u SAD-u, Kazahstanu i Kini, beril se minira u velikom broju zemalja, uključujući Kinu, Mozambik, Nigeriju i Brazil.

Upotrebe berilija mogu se razvrstati u pet područja:

• Potrošačka elektronika i telekomunikacije
• Industrijske komponente i komercijalni zračni prostor
• Obrana i vojska
• medicinski
• drugo

izvori:

Walsh, Kenneth A. Kemija i obrada berilija. ASM Intl (2009).
Američki geološki zavod. Brian W. Jaskula.
Berilijsko udruženje za znanost i tehnologiju. O Beriliju.
Vulcan, Tom. Osnove berilija: izgradnja čvrstoće kao kritičnog i strateškog metala.Godišnjak o mineralima 2011. Berilijum.