Металлы

Использование бериллия

Использование бериллия



Бериллий является стратегическим и критическим материалом, используемым во многих продуктах, необходимых для национальной безопасности.

Перепечатано из USGS Fact Sheet 2012-3056

Бериллиевое зеркало телескопа: Вид сзади одного из 18 сегментов бериллиевого зеркала для космического телескопа Джеймса Уэбба. Ребра в задней части зеркала помогают сохранить прочность и способность зеркала сохранять форму в экстремальных условиях. Передняя часть зеркала полностью гладкая и покрыта тонкой золотой пленкой. Фотография предоставлена ​​Национальным управлением по аэронавтике и исследованию космического пространства. Фото любезно предоставлено НАСА.

Стратегический и Критический Металл

Бериллий является одним из самых легких и жестких металлов, но промышленный спрос на него был незначительным до 1930-х и 1940-х годов, когда в аэрокосмической, оборонной и ядерной отраслях стали использовать бериллий и его соединения. Бериллий в настоящее время классифицируется Министерством обороны США как стратегический и критический материал, поскольку он используется в продуктах, жизненно важных для национальной безопасности.

Оксидная форма бериллия была идентифицирована в 1797 году, и ученые впервые выделили металлический бериллий в 1828 году. Бериллий и некоторые соединения бериллия токсичны и требуют осторожного обращения. Известно, что воздействие на рабочем месте пыли или паров бериллия и соединений бериллия вызывает серьезные проблемы со здоровьем, такие как рак или хроническое заболевание бериллием, которое является реакцией иммунной системы и может повредить легкие. Надлежащая практика на рабочем месте предотвращает эти воздействия.

Использование бериллия

Бериллиево-медные сплавы составляют примерно 80 процентов бериллия, используемого в Соединенных Штатах. Эти сплавы прочные, твердые и немагнитные; они являются хорошими проводниками электричества и тепла и устойчивы к коррозии и усталости. Бериллиевые сплавы используются при изготовлении соединителей, пружин, переключателей и других компонентов электронных и электрических устройств для аэрокосмической, автомобильной, компьютерной, оборонной, медицинской, телекоммуникационной и другой продукции.

Бериллий в аэрокосмической отрасли: Joint Strike Fighter ВВС США F-35 Lightning II и многие другие аэрокосмические аппараты используют электрические и механические компоненты, изготовленные из бериллиевых сплавов. Фото любезно предоставлено ВВС США.

Вы знали? Бериллиевые трубы содержат пучки субатомных частиц в ускорителе частиц Большого адронного коллайдера вблизи Женевы, Швейцария.

Физические свойства бериллия

Бериллиевый металл очень легкий и очень жесткий. В пересчете на массу бериллий в шесть раз жестче стали и сохраняет свою форму при высоких и низких температурах. Металлический бериллий используется в аэрокосмической и оборонной промышленности для изготовления легких прецизионных инструментов.

Зеркала космического телескопа Спитцера и космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST), запуск которого запланирован на 2021 год, выполнены из бериллия. Основное зеркало JWST содержит 18 шестиугольных сегментов (каждый сегмент имеет диаметр 4,3 фута), которые должны сохранять свою точную форму даже при температуре -400 градусов по Фаренгейту и должны быть достаточно легкими для переноса на орбиту; телескоп будет работать примерно на 1 миллион миль над Землей.

Бериллий практически прозрачен для рентгеновских лучей, а бериллиевая фольга используется в качестве оконного материала в рентгеновских и других радиационных аппаратах. В ядерных реакторах металлический бериллий и оксид бериллия используются для контроля реакций деления. Бериллий также использовался в спусковых механизмах для ядерного оружия.

Бертрандитский узелок: Большая часть бертрандита, найденного в горе Спор, штат Юта, содержится в конкрециях, состоящих из флюорита, опала и бертрандита. Бериллий концентрируется во внешней зоне опализованного флюорита. Такие узелки могут содержать до 1% бериллия по весу. Фото Дэвида А. Линдси, Геологическая служба США.

Откуда бериллий?

Два полезных ископаемых, бертрандит и берилл, добываются для бериллия, и оба находятся в ассоциации с магматическими породами. Весь бериллий, добываемый в настоящее время в Соединенных Штатах, происходит из минерала бертрандита.

Бертрандит Источники

Сложный ряд событий должен иметь место, чтобы сконцентрировать бериллий в бертрандит. Во-первых, магма, богатая фтором, бериллием и кремнеземом, должна прорываться в области, где есть карбонатные породы (известняк или доломит). Если тепло от магмы согревает грунтовые воды в этом районе и заставляет воду перемещаться через окружающие камни, вода собирает элементы, включая бериллий, из этих камней; вода может затем реагировать с подходящими магматическими или осадочными породами для кристаллизации минералов, в том числе бертрандита.

Бериллы: Четыре разновидности берилла ювелирного качества: слева направо и по часовой стрелке: морганит (розовато-оранжевый), гелиодор (желтый), зеленый берилл (бледно-зеленый), аквамарин (сине-зеленый). Очень небольшое количество сегодняшних запасов бериллия поступает из необработанного берилла, добытого при поиске драгоценных материалов.

Вы знали? Римляне разработали изумрудные рудники в Восточной пустыне Египта примерно 2000 лет назад.

Берилл Источники

Минеральный берилл является основным источником бериллия, добываемого за пределами Соединенных Штатов. Берилл чаще всего встречается в жилах или пегматитах, которые представляют собой породы, которые содержат последние минералы, которые кристаллизуются в результате сильного извержения. Пегматиты отличаются большими взаимосвязанными кристаллами, которые часто включают необычные элементы и минералы.

Чистые кристаллы берилла бесцветны, но включение других элементов в берилл создает красочные, ценные драгоценные камни. Зеленый цвет в изумруде обусловлен следами хрома и иногда ванадия в кристаллической решетке берилла. Бледно-голубой или сине-зеленый цвет аквамарина обусловлен атомами железа с степенью окисления +2 (Fe2+); другие элементы в кристаллах берилла дают цвета от золотого до красного. Самый большой в Америке ограненный изумруд - драгоценный камень в 64 карата - был вырезан из темно-зеленого кристалла весом в 310 карат, найденного на Изумрудном руднике Адамс в Северной Каролине в 2009 году.

Бертрандит Металл: Бусина из мрамора размером с мрамор. Фотография НАСА.

Спрос и предложение на бериллий

Соединенные Штаты являются ведущим в мире источником бериллия. На одной шахте в Спор-Маунтин, штат Юта, в 2010 году было добыто более 85 процентов бериллия, добываемого по всему миру. Больше всего оставалось в Китае, а менее 2 процентов - из Мозамбика и других стран. Национальные запасы также предоставляют значительные количества бериллия для переработки.

Три страны - Китай, Казахстан и США - перерабатывают бериллиевую руду. В 2005 году Министерство обороны США начало сотрудничество с частной компанией по строительству нового перерабатывающего предприятия в штате Огайо для производства высокочистого металлического бериллия. Завод по переработке был завершен в 2011 году, и до двух третей его продукции должно было быть направлено на оборону и другие связанные с правительством конечные виды использования.

Соединенные Штаты импортировали приблизительно 34 процента бериллиевого сырья, которое оно использовало в 2011 году, включая металлический бериллий и другие обработанные бериллиевые материалы, используемые в производстве; две трети этого материала поступили из России и Казахстана.

Вы знали? Керамика из бериллия (оксида бериллия) часто используется для сдерживания и контроля лазеров, используемых в хирургии.

Переработка бериллия

Бериллий, который рециркулируется из отходов, оставшихся от производства бериллийсодержащих продуктов, может обеспечить приблизительно 10 процентов от видимого потребления США. Видимое потребление - это мера количества фактически используемого материала, рассчитанная как производство + импорт - экспорт ± изменения в государственных или отраслевых запасах.

Бериллиевые ресурсы США

Соединенные Штаты, вероятно, смогут удовлетворить большинство своих потребностей в бериллии из внутренних источников. Существуют значительные доказанные запасы бертрандита в Спор-Маунтин, штат Юта, а также есть запасы бериллия в других районах Юты и Аляски. Приблизительно 65 процентов предполагаемых глобальных ресурсов непегматитового бериллия находится в Соединенных Штатах. Министерство обороны США стремится хранить приблизительно 45 метрических тонн горячего прессованного металлического порошка бериллия в запасе национальной обороны.

Бериллиевая Информация
1 Бериллий: Brian W. Jaskula, Геологическая служба США, Обзор минеральных сырьевых товаров, январь 2012 г.
2 Beryllium: Brian W. Jaskula, Геологическая служба США, Ежегодник по минералам, апрель 2012 г.
3 Вторичная переработка бериллия в Соединенных Штатах: Ларри Д. Каннингем, Циркуляр геологической службы Соединенных Штатов 1196-П, 2004.
4 Модель распространения для Национальной оценки вулканических месторождений бериллия: Нора К. Фоли, Роберт Р. Сил, II, Надин М. Пятак и Брианна Хетланд, Геологическая служба США, Отчет об открытом файле 2010-1195, 2010.

Обеспечение будущих поставок бериллия

Чтобы помочь предсказать, где могут быть расположены будущие запасы бериллия, ученые USGS изучают, как и где ресурсы бериллия сосредоточены в земной коре, и используют эти знания для оценки вероятности того, что необнаруженные ресурсы бериллия могут существовать. Геологическая служба США разработала методы оценки минеральных ресурсов для поддержки управления федеральными землями и для лучшей оценки доступности минеральных ресурсов в глобальном контексте. USGS также собирает статистику и информацию о мировом предложении, спросе и поступлении бериллия. Эти данные используются для информирования США о разработке национальной политики.


Смотреть видео: Бериллий - НЕВЕРОЯТНО ЛЕГКИЙ И ТОКСИЧНЫЙ МЕТАЛЛ!