Indhold
- Et strategisk og kritisk metal
- Anvendelser af Beryllium
- Berylliums fysiske egenskaber
- Hvor kommer Beryllium fra?
- Bertrandite kilder
- Beryl Kilder
- Beryllium udbud og efterspørgsel
- Beryllium Genbrug
- Amerikanske Beryllium Resources
- Sikring af fremtidige Beryllium-forsyninger
Beryllium teleskop spejl: Udsigt til bagsiden af et af de 18 beryllium spejlsegmenter til James Webb Space Telescope. Ribbenene bagpå spejlet hjælper med at bevare spejlerne styrke og evne til at holde sin form under ekstreme forhold. Det forreste af spejlet er helt glat og belagt i en tynd film af guld. Fotografi med tilladelse fra National Aeronautics and Space Administration. Foto med tilladelse fra NASA.
Et strategisk og kritisk metal
Beryllium er et af de letteste og stiveste metaller, men der var lidt industriel efterspørgsel efter det indtil 1930'erne og 1940'erne, da luftfarts-, forsvars- og nukleare sektorer begyndte at bruge beryllium og dens forbindelser. Beryllium klassificeres nu af det amerikanske forsvarsdepartement som et strategisk og kritisk materiale, fordi det bruges i produkter, der er afgørende for national sikkerhed.
Oxidformen af beryllium blev identificeret i 1797, og forskere isolerede først metallisk beryllium i 1828. Beryllium og nogle berylliumforbindelser er giftige og skal håndteres omhyggeligt. Arbejdspladsrelaterede eksponeringer for støv eller dampe af beryllium og berylliumforbindelser er kendt for at forårsage alvorlige sundhedsmæssige problemer, såsom kræft eller kronisk berylliumsygdom, som er et immunsystemrespons, der kan skade lungerne. Korrekt arbejdspladspraksis forhindrer disse eksponeringer.
Anvendelser af Beryllium
Beryllium-kobberlegeringer tegner sig for cirka 80 procent af det beryllium, der bruges i USA. Disse legeringer er stærke, hårde og ikke-magnetiske; de er gode ledere af elektricitet og varme, og de modstår korrosion og træthed. Beryllium-legeringer bruges til fremstilling af stik, fjedre, afbrydere og andre komponenter i elektroniske og elektriske apparater til rumfart, bil, computer, forsvar, medicinsk, telekommunikation og andre produkter.
Beryllium i rumfart: U.S. Air Force F-35 Lightning II Joint Strike Fighter og mange andre rumfartsvogne er afhængige af elektriske og mekaniske komponenter fremstillet af berylliumlegeringer. Foto med tilladelse fra den amerikanske luftvåben.
Berylliums fysiske egenskaber
Beryllium metal er meget let og meget stift. På vægt til vægt er beryllium seks gange stivere end stål, og det fastholder sin form ved høje og lave temperaturer. Berylliummetal bruges inden for rum- og forsvarsindustrien til at fremstille lette præcisionsinstrumenter.
Spejlerne fra Spitzer-rumteleskopet og James Webb-rumteleskopet (JWST), som er planlagt til lancering i 2021, er lavet af beryllium. JWST's primære spejl indeholder 18 sekskantede segmenter (hvert segment er 4,3 fod i diameter), der skal opretholde deres nøjagtige form selv ved temperaturer på -400 grader Fahrenheit og skal være lette nok til at blive ført i kredsløb; teleskopet fungerer ca. 1 million miles over Jorden.
Beryllium er næsten gennemsigtig for røntgenstråler, og berylliumfolie bruges som vinduesmateriale i røntgenstråler og andre strålingsmaskiner. I nukleare reaktorer bruges berylliummetal og berylliumoxid til at kontrollere fissionsreaktioner. Beryllium er også blevet brugt i triggermekanismerne til atomvåben.
Bertrandite Nodule: Meget af bertranditten, der findes ved Spor Mountain, Utah, er indeholdt i knuder sammensat af fluorit, opal og bertrandit. Berylliet koncentreres i den ydre opaliserede fluoritzone. Nodler som dette kan indeholde op til 1 vægtprocent beryllium. Fotografi af David A. Lindsey, USAs geologiske undersøgelse.
Hvor kommer Beryllium fra?
To mineraler, bertrandit og beryl, udvindes til beryllium, og begge findes i forbindelse med stødende klipper. Al beryllium, der i øjeblikket udvindes i USA, stammer fra mineralet bertrandite.
Bertrandite kilder
En kompleks række begivenheder skal finde sted for at koncentrere beryllium til bertrandit. For det første skal en magma, der er rig på fluor, beryllium og silica, bryde ud i et område, hvor der er carbonater (kalksten eller dolomit). Hvis varme fra magmaen varmer grundvandet i området og får vandet til at bevæge sig gennem de omgivende klipper, henter vandet elementer, inklusive beryllium, fra disse klipper; vandet kan derefter reagere med egnede, stødende eller sedimentære klipper for at krystallisere mineraler, inklusive bertrandit.
Beryl perler: Fire sorter af ædelsten-kvalitet beryl: bagfra til venstre, gå med uret: morganit (pink-orange), heliodor (gul), grøn beryl (lysegrøn), akvamarin (blågrøn). En meget lille mængde berylliumforsyning i dag er fra beryl, der ikke er ædelsten, indvundet i søgningen efter perlematerialer.
Beryl Kilder
Mineralet beryl er den vigtigste kilde til beryllium, der er udvindet uden for USA. Beryl findes oftest i årer eller pegmatitter, som er klipper, der indeholder de sidste mineraler, der krystalliseres fra en stor igneøs indtrængen. Pegmatitter er kendetegnet ved store sammenlåsende krystaller, der ofte inkluderer usædvanlige elementer og mineraler.
Rene berylkrystaller er farveløse, men inkluderingen af andre elementer i beryl skaber farverige, værdifulde ædelstene. Den grønne farve i smaragd skyldes spor af krom og undertiden vanadium i berylkrystallitteret. Den lyseblå til blågrønne farve på akvamarin er forårsaget af jernatomer med en oxidationstilstand på +2 (Fe2+); andre elementer i berylkrystaller producerer farver, der spænder fra guld til rød. Amerikas største facetterede smaragd, en 64 karat ædelsten, blev skåret ud af en 310 karat mørkegrøn krystal fundet ved Adams Emerald Mine i North Carolina i 2009.
Bertrandite Metal: En marmorformet perle af beryllium. Fotografi af NASA.
Beryllium udbud og efterspørgsel
De Forenede Stater er verdens førende kilde til beryllium. En enkelt mine ved Spor Mountain, Utah, producerede mere end 85 procent af berylliet, der blev udvindet over hele verden i 2010. Kina producerede det meste af resten, og mindre end 2 procent kom fra Mozambique og andre lande. Nationale lagre leverer også betydelige mængder beryllium til forarbejdning.
Tre lande-Kina, Kasakhstan og USA-processer berylliummalm. I 2005 indledte det amerikanske forsvarsministerium et partnerskab med en privat sektor for at bygge et nyt forarbejdningsanlæg i Ohio til fremstilling af høj-ren berylliummetal. Behandlingsfaciliteten blev afsluttet i 2011, og op til to tredjedele af sin produktion skulle allokeres til forsvar og andre regeringsrelaterede slutanvendelser.
De Forenede Stater importerede ca. 34 procent af de berylliumråmaterialer, de brugte i 2011, inklusive berylliummetal og andre forarbejdede berylliummaterialer, der blev brugt til fremstilling; to tredjedele af dette materiale kom fra Rusland og Kasakhstan.
Beryllium Genbrug
Beryllium, der genanvendes fra skrot, der er tilbage fra fremstillingen af berylliumbærende produkter, kan give ca. 10 procent af det amerikanske tilsyneladende forbrug. Tilsyneladende forbrug er et mål på mængden af et materiale, der faktisk bruges, beregnet som produktion + import - eksport ± ændringer i regerings- eller industrilagre.
Amerikanske Beryllium Resources
De Forenede Stater vil sandsynligvis være i stand til at imødekomme de fleste af sine berylliumkrav fra indenlandske kilder. Der er betydelige beviste reserver af bertrandit ved Spor Mountain, Utah, og der er berylliumressourcer i andre områder af Utah og Alaska. Cirka 65 procent af de anslåede globale ressourcer af ikke-pegmatitisk beryllium ligger i USA. Det amerikanske forsvarsministerium sigter mod at besidde ca. 45 tons varmtpresset berylliummetallpulver i National Defense Stockpile.
Sikring af fremtidige Beryllium-forsyninger
For at hjælpe med at forudsige, hvor fremtidige berylliumforsyninger kan befinde sig, studerer USGS-forskere, hvordan og hvor berylliumressourcer er koncentreret i jordskorpen og bruger denne viden til at vurdere sandsynligheden for, at uopdagede berylliumressourcer kan eksistere. USGS har udviklet teknikker til vurdering af mineralressourcer til støtte for forvaltningen af føderale lande og for bedre at evaluere mineralressourcernes tilgængelighed i en global sammenhæng. USGS udarbejder også statistikker og information om den verdensomspændende udbud af, efterspørgsel efter og strøm af beryllium. Disse data bruges til at informere U.S.'s nationale politiske beslutningstagning.