Metāli

Berilija lietojumi



Berilijs ir stratēģisks un kritisks materiāls, ko izmanto daudzos valsts drošībai svarīgos izstrādājumos.

Pārpublicēts no USGS faktu lapas 2012-3056

Berilija teleskopa spogulis: Džeimsa Veba kosmiskā teleskopa viena no 18 berilija spoguļa segmenta aizmugures skats. Ribas spoguļa aizmugurē palīdz saglabāt spoguļa izturību un spēju saglabāt savu formu ekstremālos apstākļos. Spoguļa priekšpuse ir pilnīgi gluda un pārklāta ar plānu zelta plēvi. Fotogrāfija ar Nacionālās aeronautikas un kosmosa pārvaldes atļauju. Fotoattēls ar NASA atbalstu.

Stratēģisks un kritisks metāls

Berilijs ir viens no vieglākajiem un stingrākajiem metāliem, taču rūpnieciskais pieprasījums pēc tā nebija mazs līdz 30. un 1940. gadiem, kad aviācijas, aizsardzības un kodolnozares sāka izmantot beriliju un tā savienojumus. Tagad ASV Aizsardzības departaments beriliju klasificē kā stratēģisku un kritisku materiālu, jo to izmanto izstrādājumos, kas ir vitāli nepieciešami valsts drošībai.

Berilija oksīda forma tika identificēta 1797. gadā, un zinātnieki metālisko beriliju pirmoreiz izdalīja 1828. gadā. Berilijs un daži berilija savienojumi ir toksiski un ar tiem jārīkojas uzmanīgi. Ir zināms, ka iedarbība uz darba vietu, kas saistīta ar berilija un berilija savienojumu putekļiem vai izgarojumiem, rada nopietnas veselības problēmas, piemēram, vēzi vai hronisku berilija slimību, kas ir imūnsistēmas reakcija, kas var bojāt plaušas. Pareiza darba vietas prakse novērš šo iedarbību.

Berilija lietojumi

Berilija un vara sakausējumi veido aptuveni 80 procentus no berilija, ko izmanto Amerikas Savienotajās Valstīs. Šie sakausējumi ir spēcīgi, cieti un nemagnētiski; tie ir labi elektrības un siltuma vadītāji, kā arī iztur pret koroziju un nogurumu. Berilija sakausējumus izmanto, lai izgatavotu savienotājus, atsperes, slēdžus un citas elektronisko un elektrisko ierīču sastāvdaļas kosmiskās aviācijas, automašīnu, datoru, aizsardzības, medicīnas, telekomunikāciju un citiem izstrādājumiem.

Berilijs kosmosā: ASV Gaisa spēku F-35 Lightning II apvienotais streiku iznīcinātājs un daudzi citi kosmiskās aviācijas transportlīdzekļi paļaujas uz elektriskām un mehāniskām sastāvdaļām, kas izgatavotas no berilija sakausējumiem. Foto ar ASV gaisa spēku pieklājību.

Vai tu zināji? Berilija caurulēs atrodas subatomisko daļiņu stari Lielajā hadronu sadursmju daļiņu paātrinātājā netālu no Ženēvas, Šveicē.

Berilija fizikālās īpašības

Berilija metāls ir ļoti viegls un ļoti stīvs. Pēc svara svara berilijs ir sešas reizes stingrāks nekā tērauds, un tas saglabā savu formu augstā un zemā temperatūrā. Berilija metāls tiek izmantots aviācijas un aizsardzības rūpniecībā, lai izgatavotu vieglus un precīzus instrumentus.

Spicera kosmiskā teleskopa un Džeimsa Veba kosmiskā teleskopa (JWST) spoguļi, kuru palaišana plānota 2021. gadā, ir izgatavoti no berilija. JWST primārajā spogulī ir 18 sešstūraini segmenti (katra segmenta diametrs ir 4,3 pēdas), kuriem jāsaglabā precīza forma pat temperatūrā -400 grādi pēc Fārenheita un jābūt pietiekami viegliem, lai tos varētu pārvadāt orbītā; teleskops darbosies aptuveni miljons jūdžu virs Zemes.

Berilijs ir gandrīz caurspīdīgs pret rentgenstariem, un berilija foliju izmanto kā logu materiālu rentgena un citās starojuma mašīnās. Kodolreaktoros dalīšanās reakciju kontrolei izmanto berilija metālu un berilija oksīdu. Berilijs ir izmantots arī kodolieroču palaišanas mehānismos.

Bertrandīta mezgliņš: Liela daļa Jordānas Sporas kalnā atrodamā bertrandīta atrodas mezgliņos, kas sastāv no fluorīta, opāla un bertrandīta. Berilijs ir koncentrēts ārējā opalizētā fluorīta zonā. Šādi mezgliņi var saturēt līdz 1% berilija svara. Foto: Deivids A. Lindsijs, Amerikas Savienoto Valstu ģeoloģijas dienests.

Kur rodas berilijs?

Berilijam tiek iegūti divi minerāli, bertrandīts un berils, un abi ir sastopami kopā ar nezināmajiem iežiem. Viss berilijs, ko pašlaik iegūst ASV, nāk no minerālā bertrandīta.

Bertrandīta avoti

Lai beriliju koncentrētu bertrandītā, jānotiek sarežģītai pasākumu sērijai. Pirmkārt, magmai, kas ir bagāta ar fluoru, beriliju un silīcija dioksīdu, jāizceļas apgabalā, kur ir karbonātu ieži (kaļķakmens vai dolomīts). Ja karstums no magmas sasilda gruntsūdeņus šajā apgabalā un liek ūdenim pārvietoties pa apkārtējiem iežiem, ūdens no šiem iežiem uzņem elementus, ieskaitot beriliju; pēc tam ūdens var reaģēt ar piemērotiem citur nezināmiem vai nogulumiežiem, lai izkristalizētu minerālus, ieskaitot bertrandītu.

Berils dārgakmeņi: Četras dārgakmeņu kvalitātes berilu šķirnes: no kreisās puses pa kreisi, virzoties pulksteņrādītāja virzienā: morganīts (rožaini oranžs), heliodors (dzeltens), zaļš berils (gaiši zaļš), akvamarīns (zili zaļš). Ļoti mazs šodienas berilija daudzums tiek iegūts no beriliem, kas nav dārgakmeņi un kas iegūti, meklējot dārgakmeņu materiālus.

Vai tu zināji? Romieši Ēģiptes austrumu tuksnesī attīstīja smaragda mīnas aptuveni pirms 2000 gadiem.

Berilu avoti

Minerālais berils ir galvenais berilija avots, ko iegūst ārpus Amerikas Savienotajām Valstīm. Berils visbiežāk atrodams vēnās vai pegmatītos, kas ir ieži, kas satur pēdējos minerālus, kas izkristalizējas no lielas nedzīvas ielaušanās. Pegmatīti izceļas ar lieliem savstarpēji savienotiem kristāliem, kuros bieži ietilpst neparasti elementi un minerāli.

Tīri berilu kristāli ir bezkrāsaini, bet citu elementu iekļaušana berilā rada krāsainus, vērtīgus dārgakmeņus. Zaļo krāsu smaragdā rada hroma un dažreiz vanādija pēdas berilu kristāla režģī. Akvamarīna bāli zilu līdz zili zaļu krāsu izraisa dzelzs atomi ar oksidācijas pakāpi +2 (Fe2+); citi elementi berilu kristālos rada krāsas, kas svārstās no zelta līdz sarkanai. Amerikas lielākais slīpotais smaragds, 64 karātu dārgakmens, tika sagriezts no 310 karātu tumši zaļa kristāla, kas 2009. gadā tika atrasts Adamsa smaragda raktuvē Ziemeļkarolīnā.

Bertrandīta metāls: Marmora lieluma lodīte no berilija. NASA fotogrāfija.

Berilija piedāvājums un pieprasījums

Amerikas Savienotās Valstis ir pasaulē vadošais berilija avots. Vienā raktuvē Spor kalnā, Jūtā, tika saražoti vairāk nekā 85 procenti no 2010. gadā visā pasaulē iegūtā berilija. Ķīnā saražoja lielāko daļu pārējā, mazāk nekā 2 procentus - no Mozambikas un citām valstīm. Valsts krājumi pārstrādei nodrošina arī ievērojamu berilija daudzumu.

Trīs valstis - Ķīna, Kazahstāna un Amerikas Savienotās Valstis - apstrādā berilija rūdu. 2005. gadā ASV Aizsardzības departaments uzsāka partnerību ar privātā sektora uzņēmumu, lai Ohaio uzbūvētu jaunu pārstrādes rūpnīcu augstas tīrības pakāpes berilija metāla ražošanai. Apstrādes iekārta tika pabeigta 2011. gadā, un līdz divām trešdaļām no tās saražotās produkcijas bija jāpiešķir aizsardzībai un citiem ar valdību saistītiem gala lietojumiem.

Amerikas Savienotās Valstis importēja aptuveni 34 procentus no berilija izejvielām, kuras tā izmantoja 2011. gadā, ieskaitot berilija metālu un citus pārstrādātus berilija materiālus, ko izmanto ražošanā; divas trešdaļas šī materiāla nāca no Krievijas un Kazahstānas.

Vai tu zināji? Berilijas (berilija oksīda) keramika bieži tiek izmantota ķirurģijā izmantoto lāzeru saturēšanai un kontrolei.

Berilija pārstrāde

Berilijs, kas tiek pārstrādāts no lūžņiem, kas palikuši no beriliju saturošu izstrādājumu ražošanas, var nodrošināt aptuveni 10 procentus no acīmredzamā ASV patēriņa. Acīmredzamais patēriņš ir faktiski izmantotā materiāla daudzuma mērs, ko aprēķina kā produkciju + importu - eksportu ± valdības vai nozares krājumu izmaiņas.

Amerikas Savienoto Valstu berilija resursi

Visticamāk, ka Amerikas Savienotās Valstis lielāko daļu savu berilija prasību varēs izpildīt no vietējiem avotiem. Spor kalnā, Jūtā ir ievērojamas bertrandīta rezerves, un ir berilija resursi citos Jūtas un Aļaskas apgabalos. Aptuveni 65 procenti no aprēķinātajiem bezpematītiskā berilija resursiem atrodas Amerikas Savienotajās Valstīs. ASV Aizsardzības departamenta mērķis ir Valsts aizsardzības krājumā glabāt aptuveni 45 metriskās tonnas karsti presēta berilija metāla pulvera.

Informācija par beriliju
1 Berilijs: Braiens W. Jaskula, Amerikas Savienoto Valstu ģeoloģiskais dienests, minerālpreču kopsavilkumi, 2012. gada janvāris.
2 Berils: Braiens W. Jaskula, Amerikas Savienoto Valstu ģeoloģijas dienests, Minerālu gadagrāmata, 2012. gada aprīlis.
3 Berilija pārstrāde Amerikas Savienotajās Valstīs: Lerijs D. Kunninghems, Amerikas Savienoto Valstu Ģeoloģiskās izpētes apkārtraksts 1196-P, 2004.
4 Vulkanogēnu berilija noguldījumu nacionālā novērtējuma sastopamības modelis: Nora K. Foley, Robert R. Seal, II, Nadine M. Piatak un Brianna Hetland, Amerikas Savienoto Valstu ģeoloģiskais dienests, atklāts ziņojums 2010-1195, 2010.

Nākotnes berilija piegāžu nodrošināšana

Lai palīdzētu prognozēt, kur nākotnē varētu atrasties berilija krājumi, USGS zinātnieki pēta, kā un kur berilija resursi ir koncentrēti Zemes garozā, un izmanto šīs zināšanas, lai novērtētu neatklātu berilija resursu iespējamības esamību. USGS ir izstrādājusi minerālresursu novērtēšanas paņēmienus, lai atbalstītu federālo zemju pārvaldību un labāk novērtētu minerālresursu pieejamību globālā kontekstā. USGS arī apkopo statistiku un informāciju par berilija piedāvājumu, pieprasījumu un plūsmu visā pasaulē. Šie dati tiek izmantoti, lai informētu ASV politikas veidošanu.


Skatīties video: "VJERA I ZNANOST" - AKADEMIK VLADIMIR PAAR - PREDAVANJE (Oktobris 2021).