+
Kovy

Použitie berýlia



Berylium je strategický a kritický materiál používaný v mnohých produktoch nevyhnutných pre národnú bezpečnosť.

Zverejnené na informačnom letáku USGS 2012-3056

Zrkadlo ďalekohľadu berylia: Pohľad na zadnú časť jedného z 18 beryliových zrkadlových segmentov pre vesmírny teleskop Jamesa Webba. Rebrá v zadnej časti zrkadla pomáhajú udržiavať silu a schopnosť zrkadla udržať tvar v extrémnych podmienkach. Predná strana zrkadla je úplne hladká a pokrytá tenkou vrstvou zlata. Fotografie so súhlasom Národnej správy letectva a vesmíru. Foto s láskavým dovolením agentúry NASA.

Strategický a kritický kov

Berylium je jedným z najľahších a najtvrdších kovov, priemyselný dopyt po ňom však existoval až do tridsiatych a štyridsiatych rokov, keď letecké a obranné a jadrové sektory začali berylium a jeho zlúčeniny používať. Americké ministerstvo obrany teraz berylium klasifikuje ako strategický a kritický materiál, pretože sa používa vo výrobkoch, ktoré sú životne dôležité pre národnú bezpečnosť.

Oxidová forma berýlia bola identifikovaná v roku 1797 a vedci prvýkrát izolovali kovové berýlium v ​​roku 1828. Berýlium a niektoré zlúčeniny berýlia sú toxické a musí sa s nimi zaobchádzať opatrne. Je známe, že vystavenie prachu alebo výparom berýlia a zlúčenín berýlia na pracovisku spôsobuje vážne zdravotné problémy, ako je rakovina alebo chronické ochorenie berýlia, čo je reakcia imunitného systému, ktorá môže poškodiť pľúca. Expozíciám bránia správne postupy na pracovisku.

Použitie berýlia

Zliatiny berylia a medi tvoria asi 80 percent berylia použitého v Spojených štátoch. Tieto zliatiny sú silné, tvrdé a nemagnetické; sú dobrými vodičmi elektriny a tepla a odolávajú korózii a únave. Zliatiny berýlia sa používajú na výrobu konektorov, pružín, spínačov a iných komponentov elektronických a elektrických zariadení pre letecký, automobilový, počítačový, obranný, lekársky, telekomunikačný a iné výrobky.

Berylium v ​​letectve: Spoločný štrajk amerického letectva F-35 Lightning II a mnoho ďalších leteckých vozidiel sa spolieha na elektrické a mechanické komponenty vyrobené zo zliatin berýlia. Foto s láskavým dovolením leteckých síl USA.

Vedel si? Trubice z berýlia uchovávajú lúče subatomárnych častíc v urýchľovači častíc častíc Hadron Collider neďaleko Ženevy vo Švajčiarsku.

Fyzikálne vlastnosti berýlia

Kov berýlia je veľmi ľahký a veľmi tuhý. Z hľadiska hmotnosti je berýlium šesťkrát tvrdšie ako oceľ a udržuje si svoj tvar pri vysokých a nízkych teplotách. Kov berylia sa používa v leteckom a obrannom priemysle na výrobu ľahkých a presných prístrojov.

Zrkadlá Spitzerovho vesmírneho ďalekohľadu a James Webbovho vesmírneho ďalekohľadu (JWST), ktoré sa plánuje uviesť na trh v roku 2021, sú vyrobené z berýlia. Primárne zrkadlo JWST obsahuje 18 šesťuholníkových segmentov (každý segment má priemer 4,3 stôp), ktoré si musia zachovať svoj presný tvar aj pri teplotách -400 stupňov Fahrenheita a musia byť dostatočne ľahké, aby sa mohli preniesť na obežnú dráhu; ďalekohľad bude pracovať približne 1 milión kilometrov nad Zemou.

Berýlium je takmer priehľadné pre röntgenové lúče a fólia berýlia sa používa ako materiál okien v röntgenových a iných žiareniach. V jadrových reaktoroch sa na kontrolu štiepnych reakcií používa kov berýlia a oxid berýlia. Berýlium sa používa aj v spúšťacích mechanizmoch pre jadrové zbrane.

Bertranditový uzol: Veľká časť bertranditu nájdeného na Spor Mountain je v Utahu obsiahnutá v uzloch zložených z fluoritu, opálu a bertranditu. Berýlium sa koncentruje vo vonkajšej opalizovanej zóne fluoritu. Uzly, ako je tento, môžu obsahovať až 1% hm. Berýlia. Fotografia David A. Lindsey, Geologický prieskum Spojených štátov.

Odkiaľ pochádza Beryllium?

Dva nerasty, bertrandit a beryl, sa ťažia na berýlium a obe sa nachádzajú v spojení s vyvrelými horninami. Celé berylium, ktoré sa v súčasnosti ťaží v Spojených štátoch, pochádza z minerálu bertranditu.

Bertranditské zdroje

Na koncentrovanie berýlia do bertranditu sa musí uskutočniť komplexná séria udalostí. Po prvé, magma, ktorá je bohatá na fluór, berýlium a oxid kremičitý, musí prepuknúť v oblasti, kde sa nachádzajú uhličitanové horniny (vápenec alebo dolomit). Ak teplo z magmy zahreje podzemnú vodu v oblasti a spôsobí, že sa voda bude pohybovať okolitými horninami, voda z týchto hornín zachytí prvky vrátane berýlia; voda potom môže reagovať s vhodnými vyvrelými alebo sedimentárnymi horninami, aby vykryštalizovala minerály vrátane bertranditu.

Drahokamy Beryl: Štyri odrody berylu drahokamovej kvality: zozadu zľava, v smere hodinových ručičiek: morganit (ružovkastooranžový), heliodor (žltý), zelený beryl (bledozelený), akvamarín (modrozelený). Veľmi malé množstvo dnešnej dodávky berýlia pochádza z nemastného berylu získaného pri hľadaní drahokamov.

Vedel si? Rimania vyvinuli smaragdové bane vo východnej púšti Egypta približne pred 2 000 rokmi.

Zdroje berylu

Minerálny beryl je hlavným zdrojom berylia ťaženého mimo Spojených štátov. Beryl sa najčastejšie vyskytuje v žilách alebo pegmatitoch, čo sú horniny, ktoré obsahujú posledné minerály, ktoré vykryštalizujú z veľkého vyvretia. Pegmatity sa vyznačujú veľkými vzájomne prepojenými kryštálmi, ktoré často obsahujú neobvyklé prvky a minerály.

Čisté kryštály berylu sú bezfarebné, ale zahrnutím ďalších prvkov do berylu sa vytvoria farebné cenné kamene. Zelená farba smaragdu je spôsobená stopami chrómu a niekedy vanádu v mreži kryštálov berylu. Bledomodrú až modrozelenú farbu akvamarínu spôsobujú atómy železa s oxidačným stavom +2 (Fe2+); ďalšie prvky v kryštáloch berylu produkujú farby, ktoré siahajú od zlata po červenú. Najväčší americký smaragd, 64-karátový drahokam, bol vyrezaný z 310 karátového tmavo zeleného kryštálu nájdeného v bani Adams Emerald v Severnej Karolíne v roku 2009.

Bertrandite Metal: Perlička berýlia veľkosti mramoru. Fotografia NASA.

Ponuka a dopyt po berýliu

Spojené štáty americké sú popredným zdrojom berylia na svete. Jedna baňa v Spor Mountain v Utahu vyprodukovala v roku 2010 viac ako 85 percent berylia vyťaženého na celom svete. Čína vyrobila väčšinu zvyšku a menej ako 2 percentá pochádzali z Mozambiku a ďalších krajín. Národné zásoby tiež poskytujú značné množstvo berýlia na spracovanie.

Tri krajiny - Čína, Kazachstan a Spojené štáty - spracovávajú beryliu rudu. V roku 2005 americké ministerstvo obrany začalo partnerstvo so spoločnosťou zo súkromného sektora s cieľom postaviť v Ohiu nové spracovateľské zariadenie na výrobu vysoko čistého berylia. Spracovateľské zariadenie bolo dokončené v roku 2011 a až dve tretiny jeho produkcie sa mali prideliť na obranné účely a na iné konečné použitia súvisiace s vládou.

Spojené štáty doviezli približne 34 percent surovín berýlia, ktoré použili v roku 2011, vrátane kovového berýlia a iných spracovaných materiálov berýlia používaných vo výrobe; dve tretiny tohto materiálu pochádzajú z Ruska a Kazachstanu.

Vedel si? Keramika z berylia (oxid berylia) sa často používa na zachytenie a kontrolu laserov používaných v chirurgii.

Recyklácia berýlia

Berylium, ktoré sa recykluje zo zvyšku, ktorý zostal pri výrobe výrobkov obsahujúcich berýlium, môže poskytnúť asi 10 percent zjavnej spotreby v USA. Zdanlivá spotreba je miera množstva materiálu, ktorý sa skutočne používa, vypočítaná ako výroba + dovoz - vývoz ± zmena stavu vládnych alebo priemyselných zásob.

Spojené štáty americké zdroje berylia

Spojené štáty pravdepodobne budú schopné splniť väčšinu svojich požiadaviek na berýlium z domácich zdrojov. Na Spor Mountain v Utahu sú značné preukázané zásoby bertranditu a v iných oblastiach Utahu a Aljašky existujú zdroje berýlia. Približne 65 percent odhadovaných globálnych zdrojov nepegmatitického berýlia sa nachádza v Spojených štátoch. Americké ministerstvo obrany si kladie za cieľ zadržať približne 45 metrických ton kovového prášku berýlia za horúca lisovaných v zásobe národnej obrany.

Informácie o berýliu
1 Berylium: Brian W. Jaskula, Geologický prieskum Spojených štátov, Zhrnutia minerálnych komodít, január 2012.
2 Berylium: Brian W. Jaskula, Geologický prieskum Spojených štátov, Ročenka minerálov, apríl 2012.
3 Recyklácia berylia v Spojených štátoch: Larry D. Cunningham, obežník geologických prieskumov Spojených štátov 1196-P, 2004.
4 Model výskytu pre národné hodnotenie sopečných depozitov berylia: Nora K. Foley, Robert R. Seal, II, Nadine M. Piatak a Brianna Hetland, Geologický prieskum Spojených štátov, správa z otvoreného súboru 2010-1195, 2010.

Zabezpečenie budúcich dodávok berýlia

Vedci USGS študujú, ako a kde sú zdroje berýlia sústredené v zemskej kôre, aby pomohli predpovedať, kde by sa mohli budúce zásoby berylia nachádzať, a pomocou týchto poznatkov zhodnotiť pravdepodobnosť, že môžu existovať neobjavené zdroje berýlia. Techniky posudzovania nerastných zdrojov vyvinula organizácia USGS na podporu správcovstva spolkových krajín a na lepšie vyhodnotenie dostupnosti nerastných zdrojov v globálnom kontexte. USGS tiež zostavuje štatistiky a informácie o celosvetovej ponuke berylia, dopyte po ňom a toku berylia. Tieto údaje sa používajú na informovanie vnútroštátnych právnych predpisov USA.