Metallid

Berülliumi kasutusalad

Berülliumi kasutusalad



Berüllium on strateegiline ja kriitiline materjal, mida kasutatakse paljudes riigi julgeoleku seisukohast olulistes toodetes.

Taas avaldatud USGS-i infolehelt 2012-3056

Berülliumi teleskoobi peegel: James Webbi kosmoseteleskoobi jaoks mõeldud 18 berülliumi peegelsegmendi ühe tagaosa vaade. Peegli taga olevad ribid aitavad säilitada peegli tugevust ja võimet säilitada kuju äärmuslikes tingimustes. Peegli esiosa on täiesti sile ja kaetud õhukese kuldkilega. Foto viisakalt National Aeronautics and Space Administration. Foto viisakalt NASA.

Strateegiline ja kriitiline metall

Berüllium on üks kergematest ja jäigematest metallidest, kuid selle järele oli tööstuse järele vähe nõudlust kuni 1930. ja 1940. aastateni, mil kosmose-, kaitse- ja tuumaenergiasektor hakkas kasutama berülliumi ja selle ühendeid. Berüllium on USA kaitseministeeriumi poolt klassifitseeritud kui strateegiline ja kriitiline materjal, kuna seda kasutatakse toodetes, mis on ülitähtsad riikliku julgeoleku jaoks.

Berülliumi oksiidvorm tuvastati 1797. aastal ja teadlased eraldasid metallilise berülliumi esmakordselt 1828. aastal. Berüllium ja mõned berülliumiühendid on mürgised ja neid tuleb hoolikalt käsitseda. Töökohaga seotud kokkupuude berülliumi ja berülliumiühendite tolmude või aurudega põhjustab teadaolevalt tõsiseid terviseprobleeme, nagu vähk või krooniline berülliumihaigus, mis on immuunsussüsteemi reaktsioon, mis võib kahjustada kopse. Nõuetekohased töökohapraktikad väldivad sellist kokkupuudet.

Berülliumi kasutusalad

Berülliumi-vasesulamid moodustavad umbes 80 protsenti Ameerika Ühendriikides kasutatavast berülliumist. Need sulamid on tugevad, kõvad ja mittemagnetilised; need on head elektri- ja soojusjuhid ning vastupidavad korrosioonile ja väsimusele. Berülliumi sulamid kasutatakse kosmose-, auto-, arvuti-, kaitse-, meditsiini-, telekommunikatsiooni- ja muude toodete elektrooniliste ja elektriseadmete ühenduste, vedrude, lülitite ja muude komponentide valmistamiseks.

Berüllium kosmoses: USA õhuväe F-35 Lightning II Joint Strike Fighter ja paljud teised kosmosesõidukid tuginevad berülliumsulamitest valmistatud elektrilistele ja mehaanilistele komponentidele. Foto viisakalt USA õhujõududelt.

Kas sa teadsid? Berülliumitorudes paiknevad subatomaarsete osakeste talad suures Hadron Collideri osakeste kiirendis Šveitsi Genfi lähedal.

Berülliumi füüsikalised omadused

Berülliummetall on väga kerge ja väga jäik. Kaalu järgi on berüllium kuus korda jäigem kui teras ja see säilitab oma kuju kõrgetel ja madalatel temperatuuridel. Berülliummetalli kasutatakse lennunduses ja kaitsetööstuses kergete täppisinstrumentide valmistamiseks.

Spitzeri kosmoseteleskoobi ja James Webbi kosmoseteleskoobi (JWST) peeglid, mis on kavas turule lasta 2021. aastal, on valmistatud berülliumist. JWST esmane peegel sisaldab 18 kuusnurkset segmenti (iga segmendi läbimõõt on 4,3 jalga), mis peavad säilitama oma täpse kuju isegi temperatuuril -400 Fahrenheiti kraadi ja olema piisavalt kerged, et seda orbiidile viia; teleskoop töötab umbes miljon miili maapinnast.

Berüllium on röntgenikiirte suhtes peaaegu läbipaistev ning berülliumfooliumi kasutatakse röntgenikiirgustes ja teistes kiirgusaparaatides aknamaterjalina. Tuumareaktorites kasutatakse lõhustumisreaktsioonide juhtimiseks berülliummetalli ja berülliumoksiidi. Berülliumi on kasutatud ka tuumarelvade käivitusmehhanismides.

Bertrandite sõlmpunkt: Suur osa Utah'is Spori mäest leitud bertrandiidist sisaldab sõlmedes, mis koosnevad fluoriidist, opaalist ja bertrandiidist. Berüllium on kontsentreeritud optilisse fluoriiti välimisse tsooni. Sellised sõlmed võivad sisaldada kuni 1% massist berülliumi. Foto autor: David A. Lindsey, Ameerika Ühendriikide geoloogiakeskus.

Kust berüllium pärineb?

Berülliumi jaoks kaevandatakse kahte mineraali, bertrandiiti ja berüüli, ja neid mõlemat leidub koos tardkivimitega. Kogu praegu USA-s kaevandatav berüllium on pärit mineraalbertrandiidist.

Bertrandite allikad

Berülli kontsentreerimiseks bertrandiidiks peab toimuma keeruline ürituste sari. Esiteks peab fluorist, berülliumist ja ränidioksiidist rikas magma purskama piirkonnas, kus on karbonaatkivimid (lubjakivi või dolomiit). Kui magmast tulenev kuumus soojendab piirkonna põhjavett ja põhjustab vee liikumist ümbritsevate kivimite kaudu, korjab vesi nendest kivimitest elemente, sealhulgas berülliumi; vesi võib seejärel reageerida sobivate tard- või settekivimitega mineraalide, sealhulgas bertrandiidi kristalliseerumiseks.

Berülli kalliskivid: Kivi kvaliteediga berülli neli sorti: vasakult tagant, päripäeva: morganiit (roosakasoranžikas), heliodor (kollane), roheline berüll (kahvaturoheline), akvamariin (sinakasroheline). Väga väike osa tänasest berülliumivarust on pärlimaterjalide otsimisel saadud mittegeemilisest berüllist.

Kas sa teadsid? Roomlased arendasid smaragdikaevandusi Egiptuse idaosa kõrbes umbes 2000 aastat tagasi.

Berülliallikad

Mineraalne berüül on väljaspool Ameerika Ühendriike kaevandatud berülliumi peamine allikas. Berülli leidub kõige sagedamini veenides või pegmatiitides, mis on kivimid, mis sisaldavad viimati mineraale, mis suurest tardunud sissetungist kristalliseeruvad. Pegmatiite eristatakse suurte omavahel seotud kristallidega, mis sisaldavad sageli ebatavalisi elemente ja mineraale.

Puhtad berüülkristallid on värvitu, kuid muude elementide lisamine berüllisse loob värvilised, väärtuslikud vääriskivid. Roheline värv smaragdis on tingitud kroomi ja mõnikord ka vanaadiumi jälgedest berüllkristallvõres. Akvamariini kahvatu-sinist kuni sinakasrohelist värvi põhjustavad rauaaatomid, mille oksüdatsiooni olek on +2 (Fe2+); muud berüllkristallide elemendid annavad värve vahemikus kuldpunast. Ameerika suurim lihvitud smaragd, 64-karaadine kalliskivi, lõigati 310-karaadisest tumerohelisest kristallist, mis leiti Adams smaragdikaevandusest Põhja-Carolinas 2009. aastal.

Bertrandiitmetall: Marmorisuurune berülli helmes. NASA foto.

Berülliumi pakkumine ja nõudlus

Ameerika Ühendriigid on maailma juhtiv berülliumi allikas. Üksik kaevandus Utahi osariigis Spori mäel tootis 2010. aastal üle 85 protsendi kogu maailmas kaevandatud berülliumist. Ülejäänud osa tootis suurem osa Hiinast ja vähem kui 2 protsenti tuli Mosambiigist ja teistest riikidest. Riiklikud varud annavad töötlemiseks ka märkimisväärses koguses berülliumi.

Berülliumi maagi töötlevad kolm riiki - Hiina, Kasahstan ja Ameerika Ühendriigid. 2005. aastal alustas USA kaitseministeerium partnerlust eraettevõttega, et ehitada Ohiosse uus töötlemisjaam kõrge puhtusastmega berülliummetalli tootmiseks. Töötlemisrajatis valmis 2011. aastal ja kuni kaks kolmandikku selle toodangust pidi eraldama kaitseotstarbeliseks ja muuks valitsusega seotud lõppkasutuseks.

USA importis umbes 34 protsenti 2011. aastal kasutatud berülliumi toorainest, sealhulgas berülliummetall ja muud töötlemisel kasutatavad berülliumimaterjalid; kaks kolmandikku sellest materjalist tuli Venemaalt ja Kasahstanist.

Kas sa teadsid? Berüllia (berülliumoksiid) keraamikat kasutatakse sageli kirurgias kasutatavate laserite hoidmiseks ja juhtimiseks.

Berülliumi ümbertöötlemine

Berülliumi sisaldavate toodete valmistamisel järelejäänud jääkidest ringlussevõetud berüllium võib moodustada umbes 10 protsenti USA näilisest tarbimisest. Nähtav tarbimine on tegelikult kasutatud materjali koguse mõõt, arvutatuna tootmiseks + impordiks - ekspordiks ± muutusteks valitsuse või tööstuse varudes.

Ameerika Ühendriikide berülliumiressursid

Tõenäoliselt suudab USA suurema osa oma berülliuminõuetest täita kodumaistest allikatest. Utahis Spori mäel on märkimisväärsed tõestatud bertrandiidi varud, lisaks on berülliumivarud Utah ja Alaska teistes piirkondades. Ligikaudu 65 protsenti mitteregiootilise berülliumi hinnangulisest ülemaailmsest ressursist asub Ameerika Ühendriikides. USA kaitseministeeriumi eesmärk on hoida riigikaitsevarudes umbes 45 tonni kuumalt pressitud berülliummetallipulbrit.

Berülliumi teave
1 berüllium: Brian W. Jaskula, Ameerika Ühendriikide geoloogiakeskus, mineraalainete kokkuvõtted, jaanuar 2012.
2 berüllium: Brian W. Jaskula, Ameerika Ühendriikide geoloogiakeskus, mineraalide aastaraamat, aprill 2012.
3 Berülliumi ringlussevõtt Ameerika Ühendriikides: Larry D. Cunningham, Ameerika Ühendriikide geoloogiakeskuse ringkiri 1196-P, 2004.
4 Vulkaanogeense berülliumimaardlate riikliku hindamise esinemismudel: Nora K. Foley, Robert R. Seal, II, Nadine M. Piatak ja Brianna Hetland, Ameerika Ühendriikide geoloogiakeskus, avatud toimiku aruanne 2010-1195, 2010.

Tulevaste berülliumitarnete tagamine

Et ennustada, kus tulevikus berülliumivarud paiknevad, uurivad USGS-i teadlased, kuidas ja kuhu koonduvad berülliumi ressursid maakooresse, ning kasutavad neid teadmisi, et hinnata avastamata berülliumi ressursside tõenäosust. USGS on välja töötanud maavarade hindamise tehnikad, et toetada föderaalmaade valitsemist ja paremini hinnata maavarade kättesaadavust globaalses kontekstis. USGS kogub ka statistikat ja teavet berülliumi ülemaailmse pakkumise, nõudluse ja voo kohta. Neid andmeid kasutatakse USA riiklike poliitikakujundajate teavitamiseks.