מאפיינים, היסטוריה ויישומים

בריליום הוא מתכת קשה וקלילה שיש לה נקודת התכה גבוהה ותכונות גרעיניות ייחודיות, שהופכות אותה חיונית למספר יישומים חלליים וצבאיים.

• סמל אטומי: היה
• מספר אטומי: 4
• קטגוריית אלמנטים: מתכת אדמה אלקלית
• צפיפות: 1.85 גר '/ ס"מ
• נקודת התכה: 2349 F (1287 צלזיוס)
• נקודת רתיחה: 4476 F (2469 צלזיוס)
• קשיות מוהס: 5.5

בריליום טהור הוא מתכת קלה במיוחד, חזקה ושבירה. עם צפיפות של 1.85 גרם / ס"מ³, הבריליום הוא המתכת האלמנטרית השנייה הקלה ביותר, מאחור בלבד ליתיום.

המתכת בצבע אפור מוערכת כאלמנט מסגסוגת בגלל נקודת ההתכה הגבוהה שלה, ההתנגדות לזחילה ולגזירה, כמו גם חוזק מתיחה גבוה ונוקשות כיפוף. אם כי רק כרבע ממשקלו של פלדה, הבריליום חזק פי שישה.

כמו אלומיניום, מתכת בריליום יוצרת שכבת תחמוצת על פני השטח שלה המסייעת להתנגד קורוזיה. המתכת שניהם לאמגנטי ואינם מנצנצים - תכונות המוערכות בשדה הנפט והגז - ויש לה מוליכות תרמית גבוהה לאורך טווח טמפרטורות ותכונות פיזור חום מעולות.

חתך הרוחב נמוך של ספיגת הרנטגן של בריליום וחתך הפיזור הגבוה של פיזור נויטרונים הופכים אותו לאידיאלי עבור חלונות רנטגן וכמשקף נויטרונים ומנחה נויטרונים ביישומים גרעיניים.

למרות שלאלמנט יש טעם מתוק, הוא מאכל לרקמות ושאיפה יכולה להוביל למחלה אלרגית כרונית, מסכנת חיים המכונה בריליוזיס.

אף על פי שבודד לראשונה בסוף המאה ה -18, צורת מתכת טהורה של בריליום לא הופקה עד שנת 1828. זה יהיה עוד מאה עוד לפני שהתפתח יישומים מסחריים לבריליום.

הכימאי הצרפתי לואי-ניקולאס ווקלין כינה תחילה את היסוד החדש שהתגלה כ'גלוקיניום '(מיוונית) גליזים עבור 'מתוק') בגלל טעמו. פרידריך ווהלר, שעבד במקביל על בידוד היסוד בגרמניה, העדיף את המונח בריליום ו בסופו של דבר היה זה האיחוד הבינלאומי לכימיה טהורה ויישומית שהחליט שהמונח בריליום אמור להיות בשימוש.

בעוד המחקר על תכונות המתכת נמשך לאורך המאה העשרים, זה היה רק ​​לפני מימושו המאפיינים השימושיים של בריליום כחומר סגסוגת בתחילת המאה העשרים לפיתוח מסחרי של המתכת התחיל.

הבריליום מופק משני סוגים של עפרות; בריל (היה₃אל₂(SiO₃)₆) וברטרנדיט (Be₄סי₂הו₇(אוה)₂). בעוד שלבריל יש בדרך כלל תכולת בריליום גבוהה יותר (שלושה עד חמישה אחוזים ממשקלם), קשה יותר לזקק אותה מאשר ברטרנדיט, המכיל בממוצע פחות מ- 1.5 אחוז בריליום. תהליכי הזיקוק של שני העפרות, לעומת זאת, דומים ויכולים להתבצע במתקן יחיד.

בגלל הקשיות הנוספת שלו, ראשית יש לטפל בעפרות בריל על ידי התכה בתנור קשת חשמלי. לאחר מכן צולל החומר למים, ומייצר אבקה דקה המכונה "פריט".

עפרות ברטראניט כתושות ופריס מטופלות תחילה בחומצה גופרתית, הממיסות בריליום ומתכות אחרות הקיימות, וכתוצאה מכך גופרתי מסיס במים. תמיסת הסולפט המכילה בריליום מדוללת במים ומוזנת למיכלים המכילים כימיקלים אורגניים הידרופוביים.

בעוד הבריליום נצמד לחומר האורגני, התמיסה על בסיס מים נשמרת ברזלאלומיניום וזיהומים אחרים. ניתן לחזור על תהליך מיצוי ממס זה עד לריכוז תוכן הבריליום הרצוי בתמיסה.

לאחר מכן מטפלים ברכז הבריליום באמוניום קרבונט ומחומם, ובכך מזרז בריליום הידרוקסיד (BeOH₂). בריליום הידרוקסיד טוהר גבוה הוא חומר הקלט ליישומים עיקריים של היסוד, כולל נחושת-בריליום סגסוגות, קרמיקה לבריליה, וייצור מתכות בריליום טהור.

על מנת לייצר מתכת בריליום בעלת טוהר גבוה, צורת ההידרוקסיד מומסת באמוניום בפלואוריד ומחוממת למעל 1652°F (900°ג), יצירת פלואוריד בריליום מותך. לאחר היציקה לתבניות, הפלואור הבריליום מעורבב עם מותך מגנזיום בכור היתוך ומחומם. זה מאפשר להפריד בין הבריליום הטהור לבין הסיגים (חומר הפסולת). לאחר ההפרדה מגרג המגנזיום, נותרו כדורי בריליום שנמדדים כ -97 אחוז טהורים.

עודף מגנזיום נשרף על ידי טיפול נוסף בכבשן ואקום, ומותיר בריליום עד 99.99 אחוז טהור.

תחומי הבריליום מומרים לרוב לאבקה באמצעות לחיצה איזוסטטית, ויוצרים אבקה שניתן להשתמש בה בייצור סגסוגות בריליום-אלומיניום או מגני מתכת בריליום טהורים.

ניתן למחזר בקלות את הבריליום מסגסוגות גרוטאות. עם זאת, כמות החומרים הממוחזרים משתנה ומוגבלת עקב השימוש בהם בטכנולוגיות המפוזרות, כמו אלקטרוניקה. הבריליום הקיים בסגסוגות נחושת-ברילי המשמש באלקטרוניקה קשה לאיסוף ומתי שנאספו נשלחים לראשונה למיחזור נחושת, המדלל את תכולת הבריליום ללא כלכלי כמות.

בשל האופי האסטרטגי של המתכת, קשה להשיג את נתוני הייצור המדויקים של הבריליום. עם זאת, ההערכה של הייצור העולמי של חומרי בריליום מעודנים היא בערך 500 טון מטרי.

הכרייה והזיקוק של הבריליום בארה"ב, המהווים 90 אחוז מהייצור העולמי, נשלטת על ידי Materion Corp. החברה נקראה בעבר Brush Wellman Inc., ומפעילה את מכרה הברטרנדיט של Spor Mountain ביוטה, והיא המייצרת והזיקוק הגדולה בעולם של מתכת בריליום.

בעוד הבריליום מזוקק רק בארה"ב, קזחסטן וסין, הבריל ממוקש במספר מדינות, כולל סין, מוזמביק, ניגריה וברזיל.

ניתן לסווג שימושים בבריליום לחמישה אזורים:

• אלקטרוניקה צרכנית וטלקומוניקציה
• רכיבים תעשייתיים וחלל מסחרי
• הגנה וצבא
• רפואי
• אחר

מקורות:

וולש, קנת א. כימיה ועיבוד בריליום. ASM Intl (2009).
סקר גיאולוגי בארה"ב. בריאן וו. יסקולה.
אגודת בריליום למדע וטכנולוגיה. על בריליום.
וולקן, טום. יסודות בריליום: בנייה על חוזק כמתכת ביקורתית ואסטרטגית.שנת מינרלים 2011. בריליום.