Kovy

Použití berylia



Berylium je strategický a kritický materiál používaný v mnoha produktech nezbytných pro národní bezpečnost.

Zveřejněno z informačního listu USGS 2012-3056

Zrcadlo dalekohledu Beryllium: Pohled na zadní část jednoho z 18 segmentů zrcadla berylia pro kosmický dalekohled James Webb. Žebra na zadní straně zrcadla pomáhají udržovat sílu a schopnost zrcadla udržet jeho tvar v extrémních podmínkách. Přední strana zrcadla je zcela hladká a potažená tenkou vrstvou zlata. Fotografie se svolením Národní správy letectví a vesmíru. Foto s laskavým svolením NASA.

Strategický a kritický kov

Berylium je jedním z nejlehčích a nejpevnějších kovů, ale průmyslová poptávka po něm byla až do 30. a 40. let, kdy letecké a obranné a jaderné sektory začaly používat berylium a jeho sloučeniny. Beryllium je nyní americkým ministerstvem obrany klasifikováno jako strategický a kritický materiál, protože se používá ve výrobcích, které jsou životně důležité pro národní bezpečnost.

Oxidová forma berylia byla identifikována v roce 1797 a vědci poprvé izolovali kovové berylium v ​​roce 1828. Berylium a některé sloučeniny berylia jsou toxické a je třeba s nimi zacházet opatrně. Je známo, že expozice prachu a výparů berylia a sloučenin berylia na pracovišti způsobují vážné zdravotní problémy, jako je rakovina nebo chronická nemoc berylia, což je reakce imunitního systému, která může poškodit plíce. Těmto expozicím brání správné postupy na pracovišti.

Použití berylia

Slitiny berylia a mědi představují přibližně 80 procent berylia používaného ve Spojených státech. Tyto slitiny jsou silné, tvrdé a nemagnetické; jsou dobrými vodiči elektřiny a tepla a odolávají korozi a únavě. Slitiny berylia se používají při výrobě konektorů, pružin, spínačů a dalších součástí elektronických a elektrických zařízení pro letecký, automobilový, počítačový, obranný, lékařský, telekomunikační a další výrobky.

Berylium v ​​letectví: Americký letoun F-35 Lightning II Joint Strike Fighter a mnoho dalších leteckých vozidel se spoléhají na elektrické a mechanické komponenty vyrobené ze slitin berylia. Foto se svolením amerického letectva.

Věděl jsi? Trubky z berylia obsahují paprsky subatomových částic v urychlovači částic velkých hadronů Collider poblíž Ženevy ve Švýcarsku.

Fyzikální vlastnosti berylia

Kov berylia je velmi lehký a velmi tuhý. Z hlediska hmotnosti na hmotnost je berylium šestkrát tužší než ocel a udržuje si svůj tvar při vysokých a nízkých teplotách. Kov berylia je používán v leteckém a obranném průmyslu k výrobě lehkých přesných nástrojů.

Zrcátka Spitzerova kosmického dalekohledu a kosmického dalekohledu James Webb (JWST), který má být uveden na trh v roce 2021, jsou vyrobena z berylia. Primární zrcadlo JWST obsahuje 18 hexagonálních segmentů (každý segment má průměr 4,3 stop), které si musí udržovat svůj přesný tvar i při teplotách -400 stupňů Fahrenheita a musí být dostatečně lehké, aby mohly být přeneseny na oběžné dráze; dalekohled bude fungovat přibližně 1 milion mil nad Zemí.

Berylium je pro rentgenové paprsky téměř průhledné a fólie pro berylium se používá jako materiál oken v rentgenových a jiných radiačních strojích. V jaderných reaktorech se k regulaci štěpných reakcí používá kov berylia a oxid berylia. Beryllium se také používá v spouštěcích mechanismech pro jaderné zbraně.

Bertrandite Nodule: Velká část bertranditu nalezeného na Spor Mountain je Utah obsažena v uzlech složených z fluoritu, opálu a bertranditu. Berýlium je koncentrováno ve vnější opalizované zóně fluoritu. Uzly, jako je tento, mohou obsahovat až 1% hmotnostní berylia. Fotografie David A. Lindsey, Geologický průzkum Spojených států.

Odkud pochází Beryllium?

Dva nerosty, bertrandit a beryl, se těží na berylium a oba se vyskytují ve spojení s vyvřelými horninami. Veškeré berylium v ​​současnosti těžené ve Spojených státech pochází z minerálního bertranditu.

Bertranditské zdroje

K soustředění berylia do bertranditu musí dojít komplexní řada událostí. Za prvé, magma, která je bohatá na fluor, berylium a oxid křemičitý, musí vybuchnout v oblasti, kde jsou uhličitanové horniny (vápenec nebo dolomit). Pokud teplo z magmatu ohřeje podzemní vodu v oblasti a způsobí, že se voda bude pohybovat okolními horninami, voda z těchto hornin zachytí prvky, včetně berylia; voda pak může reagovat s vhodnými vyvřelými nebo sedimentárními horninami, aby vykrystalizovala minerály, včetně bertranditu.

Berylské drahokamy: Čtyři odrůdy berylu v kvalitě drahokamů: zleva zezadu, ve směru hodinových ručiček: morganit (růžovo-oranžový), heliodor (žlutý), zelený beryl (bledě zelený), akvamarín (modrozelený). Velmi malé množství dnešní dodávky berylia pochází z netkaného berylu získaného při hledání drahokamů.

Věděl jsi? Římané vyvinuli smaragdové doly ve východní pouštní Egyptě přibližně před 2 000 lety.

Zdroje Beryl

Minerální beryl je hlavním zdrojem berylia těženého mimo USA. Beryl se nejčastěji vyskytuje v žilách nebo pegmatitech, což jsou horniny, které obsahují poslední minerály, které krystalizují z velkého vyvřelého vniknutí. Pegmatity se vyznačují velkými zámkovými krystaly, které často obsahují neobvyklé prvky a minerály.

Čisté krystaly berylu jsou bezbarvé, ale zahrnutí dalších prvků do berylu vytváří barevné cenné kameny. Zelená barva smaragdu je způsobena stopami chrómu a někdy vanadu v mřížce beryl krystalu. Bledě modrá až modrozelená barva akvamarinu je způsobena atomy železa s oxidačním stavem +2 (Fe2+); jiné prvky v krystalech berylu produkují barvy, které sahají od zlata k červené. Největší americký smaragd, 64-karátový drahokam, byl vyříznut z 310 karátového tmavě zeleného krystalu nalezeného v Adams Emerald Mine v Severní Karolíně v roce 2009.

Bertrandite Metal: Mramorový korálek berylia. Fotografie NASA.

Dodávka a poptávka berylia

Spojené státy americké jsou předním zdrojem berylia na světě. Jeden důl ve Spor Mountain v Utahu vyprodukoval v roce 2010 více než 85 procent berylia těženého po celém světě. Čína produkovala většinu zbytku a méně než 2 procenta pocházely z Mosambiku a dalších zemí. Národní zásoby také poskytují značné množství berylia pro zpracování.

Tři země - Čína, Kazachstán a Spojené státy - zpracovávají beryliové rudy. V roce 2005 zahájilo americké ministerstvo obrany partnerství se společností ze soukromého sektoru s cílem vybudovat v Ohiu nové zpracovatelské zařízení na výrobu vysoce čistého berylia. Zařízení na zpracování bylo dokončeno v roce 2011 a až dvě třetiny jeho produkce měly být přiděleny na obranné účely a další konečná použití související s vládou.

Spojené státy dovezly přibližně 34 procent beryliových surovin, které použily v roce 2011, včetně kovového berylia a dalších zpracovaných beryliových materiálů používaných při výrobě; dvě třetiny tohoto materiálu pocházely z Ruska a Kazachstánu.

Věděl jsi? Keramika Beryllia (oxid berylia) se často používá k uchovávání a kontrole laserů používaných v chirurgii.

Recyklace berylia

Berylium, které se recykluje ze šrotu, který zůstal při výrobě produktů obsahujících berylium, může poskytnout přibližně 10 procent zjevné spotřeby v USA. Zdánlivá spotřeba je míra množství materiálu, který je skutečně používán, vypočtená jako výroba + dovoz - vývoz ± změny vládních nebo průmyslových zásob.

Spojené státy americké zdroje berylia

Spojené státy pravděpodobně budou schopny splnit většinu svých požadavků na berylium z domácích zdrojů. Na Spor Mountain v Utahu jsou značné prokázané zásoby bertranditu a v jiných oblastech Utahu a Aljašky existují zdroje berylia. Přibližně 65 procent odhadovaných globálních zdrojů nepegmatitického berylia se nachází ve Spojených státech. Cílem ministerstva obrany USA je držet přibližně 45 metrických tun horkého lisovaného kovového prášku berylia v zásobě národní obrany.

Informace o berýliu
1 Berylium: Brian W. Jaskula, Geologický průzkum Spojených států, Shrnutí minerálních komodit, leden 2012.
2 Berylium: Brian W. Jaskula, Geologický průzkum Spojených států, Ročenka minerálů, duben 2012.
3 Recyklace berylia v USA: Larry D. Cunningham, Circular Geological Survey, USA 1196-P, 2004.
4 Model výskytu pro národní hodnocení sopečných depozitů berylia: Nora K. Foley, Robert R. Seal, II, Nadine M. Piatak a Brianna Hetland, Geologický průzkum Spojených států, Open-File Report 2010-1195, 2010.

Zajištění budoucích dodávek berylia

Vědci USGS studují, jak a kde jsou beryliové zdroje koncentrovány v zemské kůře, a pomocí těchto znalostí posoudit pravděpodobnost, že mohou existovat neobjevené beryliové zdroje, aby předpověděly, kde by mohly být umístěny budoucí berylia. Techniky pro hodnocení nerostných zdrojů byly vyvinuty USGS pro podporu správcovství spolkových zemí a pro lepší hodnocení dostupnosti nerostných zdrojů v globálním kontextu. USGS také shromažďuje statistiky a informace o celosvětové nabídce, poptávce a toku berylia. Tyto údaje se používají k informování americké národní politiky.