Περιεχόμενο
- Ένα στρατηγικό και κρίσιμο μέταλλο
- Χρήσεις του Βηρυλλίου
- Φυσικές ιδιότητες του βηρυλλίου
- Από πού προέρχεται το βηρύλλιο;
- Πηγές Bertrandite
- Πηγές Beryl
- Προσφορά και ζήτηση βηρυλλίου
- Ανακύκλωση του βηρυλλίου
- Ηνωμένες Πολιτείες Beryllium Πόρων
- Εξασφάλιση μελλοντικών προμηθειών για το βηρύλλιο
Καθρέπτης τηλεσκοπίου βεριύλιο: Άποψη του πίσω μέρους ενός από τα 18 τμήματα καθρέπτη βηρυλλίου για το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb. Οι νευρώσεις στο πίσω μέρος του καθρέφτη συμβάλλουν στη διατήρηση της αντοχής των καθρεπτών και της ικανότητάς τους να συγκρατούν το σχήμα τους σε ακραίες συνθήκες. Το μπροστινό μέρος του καθρέφτη είναι τελείως λεία και επικαλυμμένο σε λεπτό φιλμ χρυσού. Φωτογραφία ευγενική προσφορά της Εθνικής Υπηρεσίας Αεροναυτικής και Διαστήματος. Φωτογραφία ευγενική προσφορά της NASA.
Ένα στρατηγικό και κρίσιμο μέταλλο
Το βηρύλλιο είναι ένα από τα ελαφρύτερα και σκληρότερα μέταλλα, αλλά υπήρξε ελάχιστη βιομηχανική ζήτηση μέχρι τη δεκαετία του 1930 και του 1940, όταν οι τομείς της αεροδιαστημικής, της άμυνας και της πυρηνικής ενέργειας άρχισαν να χρησιμοποιούν βηρύλλιο και τις ενώσεις του. Το βηρύλλιο ταξινομείται τώρα από το Υπουργείο Άμυνας των ΗΠΑ ως στρατηγικό και κρίσιμο υλικό επειδή χρησιμοποιείται σε προϊόντα που είναι ζωτικής σημασίας για την εθνική ασφάλεια.
Η μορφή οξειδίου του βηρυλλίου αναγνωρίστηκε το 1797 και οι επιστήμονες απομονώθηκαν για πρώτη φορά το μεταλλικό βηρύλλιο το 1828. Το βηρύλλιο και ορισμένες ενώσεις του βηρυλλίου είναι τοξικές και πρέπει να αντιμετωπιστούν με προσοχή. Οι σχετιζόμενες με την εργασία εκθέσεις σε σκόνες ή καπνούς από βηρύλλιο και ενώσεις βηρυλλίου είναι γνωστό ότι προκαλούν σοβαρά προβλήματα υγείας, όπως ο καρκίνος ή η χρόνια ασθένεια του βηρυλλίου, η οποία είναι μια απάντηση του ανοσοποιητικού συστήματος που μπορεί να βλάψει τους πνεύμονες. Οι σωστές πρακτικές στο χώρο εργασίας αποτρέπουν αυτές τις εκθέσεις.
Χρήσεις του Βηρυλλίου
Τα κράματα βηρυλλίου-χαλκού αντιπροσωπεύουν περίπου το 80% του βηρυλλίου που χρησιμοποιείται στις Ηνωμένες Πολιτείες. Αυτά τα κράματα είναι ισχυρά, σκληρά και μη μαγνητικά. είναι καλοί οδηγοί ηλεκτρισμού και θερμότητας και αντιστέκονται στη διάβρωση και την κόπωση. Τα κράματα βηρυλλίου χρησιμοποιούνται για την κατασκευή συνδέσμων, ελατηρίων, διακοπτών και άλλων εξαρτημάτων ηλεκτρονικών και ηλεκτρικών συσκευών για την αεροδιαστημική, την αυτοκινητοβιομηχανία, τον υπολογιστή, την άμυνα, την ιατρική, τις τηλεπικοινωνίες και άλλα προϊόντα.
Βηρύλλιο στην αεροδιαστημική: Ο αγωνιστής μαχητικών αεροσκαφών F-35 Lightning II των ΗΠΑ και πολλά άλλα αεροσκάφη βασίζονται σε ηλεκτρικά και μηχανικά εξαρτήματα κατασκευασμένα από κράματα βηρυλλίου. Φωτογραφία ευγενική παραχώρηση της Πολεμικής Αεροπορίας των ΗΠΑ.
Φυσικές ιδιότητες του βηρυλλίου
Το μέταλλο του βηρυλλίου είναι πολύ ελαφρύ και πολύ σκληρό. Σε βάση βάρους προς βάρος, το βηρύλλιο είναι έξι φορές πιο άκαμπτο από το χάλυβα και διατηρεί το σχήμα του σε υψηλές και χαμηλές θερμοκρασίες. Το μέταλλο του βηρυλλίου χρησιμοποιείται στις βιομηχανίες αεροδιαστημικής και άμυνας για να παράγει ελαφριά όργανα ακριβείας.
Οι καθρέφτες του διαστημικού τηλεσκοπίου Spitzer και του διαστημικού τηλεσκοπίου James Webb (JWST), το οποίο έχει προγραμματιστεί να κυκλοφορήσει το 2021, είναι κατασκευασμένες από βηρύλλιο. Ο πρωτεύων καθρέφτης του JWST περιέχει 18 εξαγωνικά τμήματα (κάθε τμήμα έχει διάμετρο 4,3 πόδια) που πρέπει να διατηρούν το ακριβές σχήμα τους ακόμη και σε θερμοκρασίες -400 βαθμούς Φαρενάιτ και πρέπει να είναι αρκετά ελαφριά ώστε να μεταφέρονται σε τροχιά. το τηλεσκόπιο θα λειτουργεί περίπου 1 εκατομμύριο μίλια πάνω από τη Γη.
Το βηρύλλιο είναι σχεδόν διαφανές στις ακτινογραφίες και το φύλλο βηρυλλίου χρησιμοποιείται ως υλικό παραθύρου σε συσκευές ακτινοβολίας και άλλες συσκευές ακτινοβολίας. Σε πυρηνικούς αντιδραστήρες, το μέταλλο βηρυλλίου και το οξείδιο του βηρυλλίου χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο των αντιδράσεων σχάσης. Το βηρύλλιο έχει επίσης χρησιμοποιηθεί στους μηχανισμούς ενεργοποίησης των πυρηνικών όπλων.
Bertrandite Nodule: Μεγάλο μέρος του bertrandite που βρίσκεται στο Spor Mountain, Γιούτα, περιέχεται σε οζίδια που αποτελούνται από φθορίτη, οπάλιο και bertrandite. Το βηρύλλιο συμπυκνώνεται στην εξωτερική ζώνη φθορίτη. Αυτά τα οζίδια μπορούν να περιέχουν έως και 1% βηρύλλιο κατά βάρος. Φωτογραφία από τον David A. Lindsey, Γεωλογική Έρευνα Ηνωμένων Πολιτειών.
Από πού προέρχεται το βηρύλλιο;
Δύο ορυκτά, μπρανταρίτης και βηρύλ, εξορύσσονται για βηρύλλιο, και τα δύο βρίσκονται σε συνδυασμό με πυριγενή πετρώματα. Όλο το βηρύλλιο που εξορύσσεται σήμερα στις Ηνωμένες Πολιτείες προέρχεται από το ορυκτό bertrandite.
Πηγές Bertrandite
Μια σύνθετη σειρά εκδηλώσεων πρέπει να λάβει χώρα για να συγκεντρωθεί το βηρύλλιο σε bertrandite. Πρώτον, ένα μάγμα που είναι πλούσιο σε φθόριο, βηρύλλιο και πυριτία πρέπει να εκραγεί σε μια περιοχή όπου υπάρχουν ανθρακικά βράχια (ασβεστόλιθος ή δολομίτης). Εάν η θερμότητα από το μάγμα θερμαίνει τα υπόγεια ύδατα στην περιοχή και προκαλεί τη διακίνηση του νερού μέσα από τους γύρω βράχους, το νερό συλλέγει στοιχεία, συμπεριλαμβανομένου του βηρυλλίου, από αυτά τα πετρώματα. το νερό μπορεί στη συνέχεια να αντιδράσει με κατάλληλα πυριγενή ή ιζηματογενή πετρώματα για να κρυσταλλώσει ορυκτά, συμπεριλαμβανομένου του bertrandite.
Beryl πολύτιμοι λίθοι: Τέσσερις ποικιλίες beryl ποιότητας με πολύτιμους λίθους: από πίσω αριστερά, που πηγαίνουν δεξιόστροφα: morganite (ροζ-πορτοκαλί), heliodor (κίτρινο), πράσινο beryl (ανοιχτό πράσινο), aquamarine (μπλε-πράσινο). Μια πολύ μικρή ποσότητα του σημερινού εφοδιασμού με βηρύλλιο προέρχεται από μη-μπιμπελ βρύλ ανακτηθεί στην αναζήτηση για υλικά πολύτιμων λίθων.
Πηγές Beryl
Το ορυκτό beryl είναι η κύρια πηγή βηρυλλίου που εξορύσσεται εκτός των Ηνωμένων Πολιτειών. Το Beryl απαντάται συχνότερα σε φλέβες ή πεγκματίδες, που είναι βράχοι που περιέχουν τα τελευταία ανόργανα στοιχεία για να κρυσταλλωθούν από μια μεγάλη πυριτική διείσδυση. Οι πεγκυτίτες διακρίνονται από μεγάλους κρυστάλλους αλληλεπίδρασης που συχνά περιλαμβάνουν ασυνήθιστα στοιχεία και ανόργανα στοιχεία.
Οι καθαροί κρύσταλλοι βερύλλων είναι άχρωμοι, αλλά η συμπερίληψη άλλων στοιχείων στο βερίκολο δημιουργεί πολύχρωμα, πολύτιμα πολύτιμους λίθους. Το πράσινο χρώμα στο σμαράγδι οφείλεται σε ίχνη χρωμίου και μερικές φορές βαναδίου στο πλέγμα κρυστάλλων beryl. Το απαλό μπλε έως μπλε-πράσινο χρώμα του γαλαζοπράσινου προκαλείται από άτομα σιδήρου με κατάσταση οξείδωσης +2 (Fe2+) · άλλα στοιχεία σε κρύσταλλα βηρύλιας παράγουν χρώματα που κυμαίνονται από χρυσό έως κόκκινο. Η αμερικανική μεγαλύτερη πολύπλευρη σμαράγδι, ένας πολύτιμος λίθος 64 καρατίων, κόπηκε από ένα σκούρο πράσινο κρύσταλλο 310 καρατίων που βρέθηκε στο ορυχείο Emerald Adams της Βόρειας Καρολίνας το 2009.
Bertrandite Metal: Ένα μαρμάρινο χάντρα από βηρύλλιο. Φωτογραφία από τη NASA.
Προσφορά και ζήτηση βηρυλλίου
Οι Ηνωμένες Πολιτείες είναι η κορυφαία πηγή βηρύλλων παγκοσμίως. Ένα μόνο ορυχείο στο Spor Mountain, Γιούτα, παρήγαγε πάνω από το 85 τοις εκατό του βρυυλλίου που εξήχθη παγκοσμίως το 2010. Η Κίνα παρήγαγε το μεγαλύτερο μέρος των υπόλοιπων και λιγότερο από το 2 τοις εκατό προέρχεται από τη Μοζαμβίκη και άλλες χώρες. Τα εθνικά αποθέματα παρέχουν επίσης σημαντικές ποσότητες βηρυλλίου για επεξεργασία.
Τρεις χώρες - η Κίνα, το Καζακστάν και το Ηνωμένο Βασίλειο επεξεργάζονται μεταλλεύματα βηρυλλίου. Το 2005, το υπουργείο Άμυνας των ΗΠΑ ξεκίνησε μια συνεργασία με μια εταιρεία του ιδιωτικού τομέα για να κατασκευάσει μια νέα μονάδα επεξεργασίας στο Οχάιο για να παράγει μέταλλο βηρυλλίου υψηλής καθαρότητας. Η μονάδα επεξεργασίας ολοκληρώθηκε το 2011 και μέχρι τα δύο τρίτα της παραγωγής της έπρεπε να διατεθεί για την άμυνα και άλλες τελικές χρήσεις που σχετίζονται με την κυβέρνηση.
Οι Ηνωμένες Πολιτείες εισήγαγαν περίπου το 34% των πρώτων υλών του βηρυλλίου που χρησιμοποίησε το 2011, συμπεριλαμβανομένου του μετάλλου βηρυλλίου και άλλων επεξεργασμένων υλικών βερυλλίου που χρησιμοποιούνται στην κατασκευή. τα δύο τρίτα αυτού του υλικού προέρχονταν από τη Ρωσία και το Καζακστάν.
Ανακύκλωση του βηρυλλίου
Το βηρύλλιο που ανακυκλώνεται από θραύσματα που παραμένουν από την κατασκευή προϊόντων που φέρουν βηρύλλιο μπορεί να παρέχει περίπου το 10% της φαινόμενης κατανάλωσης των ΗΠΑ. Η φαινόμενη κατανάλωση είναι ένα μέτρο της ποσότητας ενός υλικού που χρησιμοποιείται πραγματικά, υπολογιζόμενο ως παραγωγή + εισαγωγές - εξαγωγές ± μεταβολές στα αποθέματα της κυβέρνησης ή της βιομηχανίας.
Ηνωμένες Πολιτείες Beryllium Πόρων
Οι Ηνωμένες Πολιτείες είναι πιθανό να είναι σε θέση να καλύψουν τις περισσότερες από τις απαιτήσεις βηρυλλίου από εγχώριες πηγές. Υπάρχουν σημαντικά αποδεδειγμένα αποθέματα bertrandite στο Spor Mountain της Γιούτα και υπάρχουν πόροι βηρυλλίου σε άλλες περιοχές της Γιούτα και της Αλάσκας. Περίπου το 65 τοις εκατό των εκτιμώμενων παγκόσμιων πόρων μη αμφισβητούμενου βηρυλλίου βρίσκεται στις Ηνωμένες Πολιτείες. Το αμερικανικό υπουργείο Άμυνας σκοπεύει να συγκρατήσει περίπου 45 μετρικούς τόνους μεταλλικής σκόνης βηρυλλίου θερμής πίεσης στην εθνική αμυντική αποθήκη.
Εξασφάλιση μελλοντικών προμηθειών για το βηρύλλιο
Για να βοηθήσουμε να προβλέψουμε ποια μελλοντικά προμήθειες βηρυλλίου θα μπορούσαν να εντοπιστούν, οι επιστήμονες της USGS μελετούν πώς και πού οι πόροι βηρυλλίου συγκεντρώνονται στη γήινη κρούστα και χρησιμοποιούν αυτές τις γνώσεις για να εκτιμήσουν την πιθανότητα ύπαρξης ανεξερεύνητων πόρων βηρυλλίου. Οι τεχνικές εκτίμησης των ορυκτών πόρων έχουν αναπτυχθεί από το USGS για να υποστηρίξουν την διαχείριση των ομοσπονδιακών περιοχών και να αξιολογήσουν καλύτερα τη διαθεσιμότητα ορυκτών πόρων σε ένα παγκόσμιο πλαίσιο. Το USGS συγκεντρώνει επίσης στατιστικά στοιχεία και πληροφορίες σχετικά με την παγκόσμια προσφορά, ζήτηση και ροή βηρυλλίου. Αυτά τα δεδομένα χρησιμοποιούνται για την ενημέρωση των εθνικών πολιτικών των ΗΠΑ.