Eigenschaften, Verlauf und Anwendungen

Beryllium ist ein hartes und leichtes Metall mit einem hohen Schmelzpunkt und einzigartigen nuklearen Eigenschaften, die es für zahlreiche Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt sowie im Militärbereich von entscheidender Bedeutung machen.

• Atomsymbol: Sei
• Ordnungszahl: 4
• Elementkategorie: Erdalkalimetall
• Dichte: 1,85 g / cm³
• Schmelzpunkt: 2349 F (1287 C)
• Siedepunkt: 2469 C (4476 F)
• Mohs-Härte: 5,5

Reines Beryllium ist ein extrem leichtes, starkes und sprödes Metall. Mit einer Dichte von 1,85 g / cm³Beryllium ist das zweitleichteste elementare Metall, nur dahinter Lithium.

Das grau gefärbte Metall wird aufgrund seines hohen Schmelzpunktes, seiner Kriech- und Scherfestigkeit sowie seiner hohen Zugfestigkeit und Biegesteifigkeit als Legierungselement geschätzt. Obwohl nur etwa ein Viertel des Gewichts von StahlBeryllium ist sechsmal so stark.

Mögen AluminiumBerylliummetall bildet auf seiner Oberfläche eine Oxidschicht, die widerstandsfähig ist Korrosion. Das Metall ist beide nicht

Berylliums geringer Röntgenabsorptionsquerschnitt und hoher Neutronenstreuungsquerschnitt machen es ideal für Röntgenfenster und als Neutronenreflektor und Neutronenmoderator in nuklearen Anwendungen.

Obwohl das Element einen süßen Geschmack hat, ist es ätzend für das Gewebe und das Einatmen kann zu einer chronischen, lebensbedrohlichen allergischen Erkrankung führen, die als Berylliose bekannt ist.

Obwohl erst Ende des 18. Jahrhunderts isoliert, wurde eine reine Metallform von Beryllium erst 1828 hergestellt. Es würde ein weiteres Jahrhundert dauern, bis sich kommerzielle Anwendungen für Beryllium entwickelten.

Der französische Chemiker Louis-Nicholas Vauquelin nannte sein neu entdecktes Element zunächst "Glucinium" (aus dem Griechischen) Glykys für 'süß') aufgrund seines Geschmacks. Friedrich Wohler, der gleichzeitig an der Isolierung des Elements in Deutschland arbeitete, bevorzugte den Begriff Beryllium und Es war letztendlich die Internationale Union für reine und angewandte Chemie, die den Begriff Beryllium entschied benutzt.

Während die Erforschung der Eigenschaften des Metalls im 20. Jahrhundert fortgesetzt wurde, dauerte es bis zur Realisierung von Berylliums nützliche Eigenschaften als Legierungsmittel im frühen 20. Jahrhundert, die kommerzielle Entwicklung des Metalls begann.

Beryllium wird aus zwei Arten von Erzen gewonnen; Beryll (Be₃Al₂(SiO₃)₆) und Bertrandit (Be₄Si₂Ö₇(OH)₂). Während Beryll im Allgemeinen einen höheren Berylliumgehalt aufweist (drei bis fünf Gewichtsprozent), ist es schwieriger zu raffinieren als Bertrandit, das im Durchschnitt weniger als 1,5 Prozent Beryllium enthält. Die Raffinierungsprozesse beider Erze sind jedoch ähnlich und können in einer einzigen Anlage durchgeführt werden.

Beryllerz muss wegen seiner zusätzlichen Härte zunächst durch Schmelzen in einem Lichtbogenofen vorbehandelt werden. Das geschmolzene Material wird dann in Wasser getaucht, wobei ein feines Pulver erzeugt wird, das als "Fritte" bezeichnet wird.

Zerkleinertes Bertranditerz und Fritte werden zuerst mit Schwefelsäure behandelt, die Beryllium und andere vorhandene Metalle löst, was zu einem wasserlöslichen Sulfat führt. Die berylliumhaltige Sulfatlösung wird mit Wasser verdünnt und in Tanks mit hydrophoben organischen Chemikalien eingespeist.

Während sich Beryllium an das organische Material bindet, bleibt die Lösung auf Wasserbasis erhalten Eisen, Aluminium und andere Verunreinigungen. Dieser Lösungsmittelextraktionsprozess kann wiederholt werden, bis der gewünschte Berylliumgehalt in der Lösung konzentriert ist.

Das Berylliumkonzentrat wird als nächstes mit Ammoniumcarbonat behandelt und erhitzt, wodurch Berylliumhydroxid (BeOH) ausgefällt wird₂). Hochreines Berylliumhydroxid ist das Ausgangsmaterial für Hauptanwendungen des Elements, einschließlich Kupfer-Beryllium Legierungen, Beryllia-Keramik und Herstellung von reinem Berylliummetall.

Um hochreines Berylliummetall herzustellen, wird die Hydroxidform in Ammoniumbifluorid gelöst und auf über 1652 erhitzt°F (900°C), wodurch ein geschmolzenes Berylliumfluorid entsteht. Nach dem Gießen in Formen wird das Berylliumfluorid mit der Schmelze gemischt Magnesium in Tiegeln und erhitzt. Dadurch kann sich reines Beryllium von der Schlacke (Abfallmaterial) trennen. Nach der Trennung von der Magnesiumschlacke verbleiben Berylliumkugeln mit einer Reinheit von etwa 97 Prozent.

Überschüssiges Magnesium wird durch weitere Behandlung in einem Vakuumofen verbrannt, wobei Beryllium übrig bleibt, das zu 99,99 Prozent rein ist.

Die Berylliumkugeln werden normalerweise durch isostatisches Pressen in Pulver umgewandelt, wodurch ein Pulver entsteht, das zur Herstellung von Beryllium-Aluminium-Legierungen oder reinen Berylliummetall-Abschirmungen verwendet werden kann.

Beryllium kann auch leicht aus Schrottlegierungen recycelt werden. Die Menge der recycelten Materialien ist jedoch aufgrund ihrer Verwendung in dispersiven Technologien wie der Elektronik variabel und begrenzt. Das in Kupfer-Beryllium-Legierungen, die in der Elektronik verwendet werden, vorhandene Beryllium ist schwer zu sammeln und wann Die gesammelten werden zunächst zum Kupferrecycling geschickt, wodurch der Berylliumgehalt unwirtschaftlich verdünnt wird Menge.

Aufgrund der strategischen Natur des Metalls sind genaue Produktionszahlen für Beryllium schwer zu erreichen. Die weltweite Produktion von raffinierten Berylliummaterialien wird jedoch auf rund 500 Tonnen geschätzt.

Der Abbau und die Raffination von Beryllium in den USA, das bis zu 90 Prozent der weltweiten Produktion ausmacht, wird von Materion Corp. dominiert. Das Unternehmen, das früher als Brush Wellman Inc. bekannt war, betreibt die Bertranditmine Spor Mountain in Utah und ist der weltweit größte Produzent und Raffinierer von Berylliummetall.

Während Beryllium nur in den USA, Kasachstan und China raffiniert wird, wird Beryll in einer Reihe von Ländern abgebaut, darunter China, Mosambik, Nigeria und Brasilien.

Beryllium-Verwendungen können in fünf Bereiche eingeteilt werden:

• Unterhaltungselektronik und Telekommunikation
• Industrielle Komponenten und kommerzielle Luft- und Raumfahrt
• Verteidigung und Militär
• Medizinisch
• Andere

Quellen:

Walsh, Kenneth A. Berylliumchemie und -verarbeitung. ASM Intl (2009).
U.S. Geologische Befragung. Brian W. Jaskula.
Beryllium Science & Technology Association. Über Beryllium.
Vulcan, Tom. Beryllium-Grundlagen: Aufbau auf Stärke als kritisches und strategisches Metall.Mineralien Jahrbuch 2011. Beryllium.