Eigenschappen, geschiedenis en toepassingen

Beryllium is een hard en licht metaal met een hoog smeltpunt en unieke nucleaire eigenschappen, waardoor het van vitaal belang is voor tal van ruimtevaart- en militaire toepassingen.

• Atoomsymbool: Be
• Atoomnummer: 4
• Elementcategorie: Alkaline Earth Metal
• Dichtheid: 1,85 g / cm³
• Smeltpunt: 2349 F (1287 C)
• Kookpunt: 4476 F (2469 C)
• Mohs-hardheid: 5.5

Pure beryllium is een extreem licht, sterk en bros metaal. Met een dichtheid van 1,85 g / cm³, beryllium is het tweede lichtste elementaire metaal, alleen achter lithium.

Het grijs gekleurde metaal wordt gewaardeerd als een legeringselement vanwege zijn hoge smeltpunt, weerstand tegen kruip en schuifkrachten, evenals zijn hoge treksterkte en buigstijfheid. Hoewel slechts ongeveer een kwart van het gewicht van staal, beryllium is zes keer zo sterk.

Leuk vinden aluminiumberylliummetaal vormt op het oppervlak een oxidelaag die helpt weerstand te bieden corrosie. Het metaal is beide niet-magnetisch en niet-vonkend - eigenschappen gewaardeerd in het olie- en gasveld - en het heeft een hoge thermische geleidbaarheid over een bereik van temperaturen en uitstekende warmteafvoereigenschappen.

Beryllium's lage röntgenabsorptiedoorsnede en hoge neutronenverstrooiingsdoorsnede maken het ideaal voor röntgenvensters en als een neutronenreflector en neutronenmoderator in nucleaire toepassingen.

Hoewel het element een zoete smaak heeft, is het bijtend voor weefsel en kan inademing leiden tot een chronische, levensbedreigende allergische ziekte die bekend staat als berylliose.

Hoewel voor het eerst geïsoleerd in de late 18e eeuw, werd een zuivere metalen vorm van beryllium pas in 1828 geproduceerd. Het zou nog een eeuw duren voordat commerciële toepassingen voor beryllium werden ontwikkeld.

De Franse chemicus Louis-Nicholas Vauquelin noemde zijn nieuw ontdekte element aanvankelijk 'glucinium' (uit het Grieks) glyky's voor 'zoet') vanwege zijn smaak. Friedrich Wohler, die tegelijkertijd aan het isoleren van het element in Duitsland werkte, gaf de voorkeur aan de term beryllium en uiteindelijk was het de International Union of Pure and Applied Chemistry die besloot dat de term beryllium zou zijn gebruikt.

Hoewel het onderzoek naar de eigenschappen van het metaal doorging tot in de 20e eeuw, was het niet tot de realisatie van beryllium's nuttige eigenschappen als legeringsmiddel in het begin van de 20e eeuw die commerciële ontwikkeling van het metaal begon.

Beryllium wordt gewonnen uit twee soorten ertsen; beryl (Be₃Al₂(SiO₃)₆) en bertrandite (Be₄Si₂O₇(OH)₂). Hoewel Beryl in het algemeen een hoger berylliumgehalte heeft (drie tot vijf gewichtsprocent), is het moeilijker te verfijnen dan bertrandiet, dat gemiddeld minder dan 1,5 procent beryllium bevat. De raffinageprocessen van beide ertsen zijn echter vergelijkbaar en kunnen in een enkele faciliteit worden uitgevoerd.

Vanwege de toegevoegde hardheid moet berylerts eerst worden voorbehandeld door te smelten in een vlamboogoven. Het gesmolten materiaal wordt vervolgens in water gedompeld, waarbij een fijn poeder wordt geproduceerd dat 'frit' wordt genoemd.

Verpletterd bertrandieterts en frit worden eerst behandeld met zwavelzuur, dat beryllium en andere aanwezige metalen oplost, wat resulteert in een in water oplosbaar sulfaat. De beryllium bevattende sulfaatoplossing wordt verdund met water en gevoed in tanks die hydrofobe organische chemicaliën bevatten.

Terwijl beryllium zich hecht aan het organische materiaal, blijft de oplossing op waterbasis behouden ijzer, aluminium en andere onzuiverheden. Dit oplosmiddelextractieproces kan worden herhaald totdat het gewenste berylliumgehalte in de oplossing is geconcentreerd.

Het berylliumconcentraat wordt vervolgens behandeld met ammoniumcarbonaat en verwarmd, waardoor berylliumhydroxide (BeOH neerslaat)₂). Hoogzuiver berylliumhydroxide is het invoermateriaal voor belangrijke toepassingen van het element, waaronder koper-beryllium legeringen, beryllia-keramiek en productie van puur berylliummetaal.

Om berylliummetaal met een hoge zuiverheid te produceren, wordt de hydroxidevorm opgelost in ammoniumbifluoride en verwarmd tot boven 1652°F (900°C), waarbij een gesmolten berylliumfluoride wordt gevormd. Nadat het in vormen is gegoten, wordt het berylliumfluoride gemengd met gesmolten magnesium in smeltkroezen en verwarmd. Hierdoor kan pure beryllium zich scheiden van de slak (afvalmateriaal). Na scheiding van de magnesiumslak blijven berylliumbollen met een zuiverheidsgraad van ongeveer 97 procent achter.

Overtollig magnesium wordt verbrand door verdere behandeling in een vacuümoven, waardoor beryllium achterblijft dat tot 99,99 procent zuiver is.

De berylliumbollen worden normaal gesproken omgezet in poeder via isostatisch persen, waardoor een poeder ontstaat dat kan worden gebruikt bij de productie van beryllium-aluminiumlegeringen of zuivere berylliummetaalschilden.

Beryllium kan ook gemakkelijk worden gerecycled uit schrootlegeringen. De hoeveelheid gerecycleerde materialen is echter variabel en beperkt vanwege het gebruik ervan in dispersieve technologieën, zoals elektronica. De beryllium aanwezig in koper-berylliumlegeringen die in de elektronica worden gebruikt, zijn moeilijk te verzamelen en wanneer verzameld worden eerst verzonden voor koperrecycling, waardoor het berylliumgehalte verdunt tot een oneconomisch bedrag.

Vanwege het strategische karakter van het metaal zijn nauwkeurige productiecijfers voor beryllium moeilijk te bereiken. De wereldwijde productie van geraffineerde berylliummaterialen wordt echter geschat op ongeveer 500 ton.

Mijnbouw en raffinage van beryllium in de VS, die goed is voor maar liefst 90 procent van de wereldwijde productie, wordt gedomineerd door Materion Corp. Voorheen bekend als Brush Wellman Inc., exploiteert het bedrijf de Spor Mountain bertrandietmijn in Utah en is het 's werelds grootste producent en raffinaderij van berylliummetaal.

Hoewel beryllium alleen wordt verfijnd in de VS, Kazachstan en China, wordt beryl gedolven in een aantal landen, waaronder China, Mozambique, Nigeria en Brazilië.

Het gebruik van Beryllium kan worden onderverdeeld in vijf gebieden:

• Consumentenelektronica en telecommunicatie
• Industriële componenten en commerciële ruimtevaart
• Defensie en militairen
• Medisch
• Andere

Bronnen:

Walsh, Kenneth A. Beryllium Chemie en verwerking. ASM Intl (2009).
US Geological Survey. Brian W. Jaskula.
Beryllium Science & Technology Association. Over Beryllium.
Vulcan, Tom. Beryllium Basics: Building on Strength as a Critical & Strategic Metal.Mineralen Jaarboek 2011. Beryllium.