Wissenschaft

Beryllium – Eigenschaften, Geschichte und Anwendungen

Beryllium ist ein hartes und leichtes Metall mit einem hohen Schmelzpunkt und einzigartigen nuklearen Eigenschaften, die es für zahlreiche Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt sowie im Militärbereich von entscheidender Bedeutung machen.

Eigenschaften

  • Atomsymbol: Sei
  • Ordnungszahl: 4
  • Elementkategorie: Erdalkalimetall
  • Dichte: 1,85 g / cm³
  • Schmelzpunkt: 2349 F (1287 C)
  • Siedepunkt: 4469 F (2469 C)
  • Mohs-Härte: 5,5

Eigenschaften

Reines Beryllium ist ein extrem leichtes, starkes und sprödes Metall. Mit einer Dichte von 1,85 g / cm 3 ist Beryllium nach nur Lithium das zweitleichteste elementare Metall .

Das grau gefärbte Metall wird aufgrund seines hohen Schmelzpunktes, seiner Kriech- und Scherfestigkeit sowie seiner hohen Zugfestigkeit und Biegesteifigkeit als Legierungselement geschätzt. Obwohl Beryllium nur etwa ein Viertel des Stahlgewichts ausmacht , ist es sechsmal so stark.

Berylliummetall bildet wie Aluminium auf seiner Oberfläche eine Oxidschicht, die Korrosion widersteht . Das Metall ist sowohl nicht magnetisch als auch funkenfrei – Eigenschaften, die im Öl- und Gasfeld geschätzt werden – und es hat eine hohe Wärmeleitfähigkeit über einen Temperaturbereich und ausgezeichnete Wärmeableitungseigenschaften.

Berylliums geringer Röntgenabsorptionsquerschnitt und hoher Neutronenstreuungsquerschnitt machen es ideal für Röntgenfenster und als Neutronenreflektor und Neutronenmoderator in nuklearen Anwendungen.

Obwohl das Element einen süßen Geschmack hat, ist es ätzend für das Gewebe und das Einatmen kann zu einer chronischen, lebensbedrohlichen allergischen Erkrankung führen, die als Berylliose bekannt ist.

Geschichte

Obwohl erstmals im späten 18. Jahrhundert isoliert, wurde eine reine Metallform von Beryllium erst 1828 hergestellt. Es würde ein weiteres Jahrhundert dauern, bis sich kommerzielle Anwendungen für Beryllium entwickelten.

Der französische Chemiker Louis-Nicholas Vauquelin nannte sein neu entdecktes Element „Glucinium“ (von den griechischen Glykys für „süß“) aufgrund seines Geschmacks. Friedrich Wohler, der gleichzeitig an der Isolierung des Elements in Deutschland arbeitete, bevorzugte den Begriff Beryllium, und letztendlich entschied die Internationale Union für reine und angewandte Chemie, den Begriff Beryllium zu verwenden.

Während die Erforschung der Eigenschaften des Metalls im 20. Jahrhundert fortgesetzt wurde, begann die kommerzielle Entwicklung des Metalls erst mit der Erkenntnis der nützlichen Eigenschaften von Beryllium als Legierungsmittel im frühen 20. Jahrhundert.

Produktion

Beryllium wird aus zwei Arten von Erzen gewonnen; Beryll (Be 3 Al 2 (SiO 3 ) 6 ) und Bertrandit (Be 4 Si 2 O 7 (OH) 2 ). Während Beryll im Allgemeinen einen höheren Berylliumgehalt aufweist (drei bis fünf Gewichtsprozent), ist es schwieriger zu raffinieren als Bertrandit, das im Durchschnitt weniger als 1,5 Prozent Beryllium enthält. Die Raffinierungsprozesse beider Erze sind jedoch ähnlich und können in einer einzigen Anlage durchgeführt werden.

Beryllerz muss wegen seiner zusätzlichen Härte zunächst durch Schmelzen in einem Lichtbogenofen vorbehandelt werden. Das geschmolzene Material wird dann in Wasser getaucht, wobei ein feines Pulver erzeugt wird, das als „Fritte“ bezeichnet wird.

Zerkleinertes Bertranditerz und Fritte werden zuerst mit Schwefelsäure behandelt, die Beryllium und andere vorhandene Metalle löst, was zu einem wasserlöslichen Sulfat führt. Die berylliumhaltige Sulfatlösung wird mit Wasser verdünnt und in Tanks mit hydrophoben organischen Chemikalien eingespeist.

Während sich Beryllium an das organische Material anlagert, hält die Lösung auf Wasserbasis Eisen. Aluminium und andere Verunreinigungen zurück. Dieser Lösungsmittelextraktionsprozess kann wiederholt werden, bis der gewünschte Berylliumgehalt in der Lösung konzentriert ist.

Das Berylliumkonzentrat wird als nächstes mit Ammoniumcarbonat behandelt und erhitzt, wodurch Berylliumhydroxid (BeOH 2 ) ausgefällt wird . Hochreines Berylliumhydroxid ist das Ausgangsmaterial für Hauptanwendungen des Elements, einschließlich Kupfer-Beryllium- Legierungen. Beryllia-Keramik und Herstellung von reinem Beryllium-Metall.

Um hochreinem Beryllium – Metall zu erzeugen, wird der Hydroxidform in Ammoniumbifluorid gelöst und erhitzt , bis über 1652 ° F (900 ° C), um ein geschmolzenes Berylliumfluorid erzeugen. Nach dem Gießen in Formen wird das Berylliumfluorid mit geschmolzenem Magnesium in Tiegeln gemischt und erhitzt. Dadurch kann sich reines Beryllium von der Schlacke (Abfallmaterial) trennen. Nach der Abtrennung von der Magnesiumschlacke verbleiben Berylliumkugeln mit einer Reinheit von etwa 97 Prozent.

Überschüssiges Magnesium wird durch weitere Behandlung in einem Vakuumofen verbrannt, wobei Beryllium übrig bleibt, das zu 99,99 Prozent rein ist.

Die Berylliumkugeln werden normalerweise durch isostatisches Pressen in Pulver umgewandelt, wodurch ein Pulver entsteht, das zur Herstellung von Beryllium-Aluminium-Legierungen oder reinen Berylliummetall-Abschirmungen verwendet werden kann.

Beryllium kann auch leicht aus Schrottlegierungen recycelt werden. Die Menge der recycelten Materialien ist jedoch aufgrund ihrer Verwendung in dispersiven Technologien wie der Elektronik variabel und begrenzt. Das in Kupfer-Beryllium-Legierungen, die in der Elektronik verwendet werden, enthaltene Beryllium ist schwer zu sammeln und wird beim Sammeln zuerst zum Kupferrecycling geschickt, wodurch der Berylliumgehalt auf eine unwirtschaftliche Menge verdünnt wird.

Aufgrund der strategischen Natur des Metalls sind genaue Produktionszahlen für Beryllium schwer zu erreichen. Die weltweite Produktion von raffinierten Berylliummaterialien wird jedoch auf rund 500 Tonnen geschätzt.

Der Abbau und die Raffination von Beryllium in den USA, das bis zu 90 Prozent der weltweiten Produktion ausmacht, wird von Materion Corp. dominiert. Früher bekannt als Brush Wellman Inc., betreibt das Unternehmen die Bertranditmine Spor Mountain in Utah und ist die weltweit größte Hersteller und Ra
ffinierer von Berylliummetall.

Während Beryllium nur in den USA, Kasachstan und China raffiniert wird, wird Beryll in einer Reihe von Ländern abgebaut, darunter China, Mosambik, Nigeria und Brasilien.

Anwendungen

Beryllium-Verwendungen können in fünf Bereiche eingeteilt werden:

  • Unterhaltungselektronik und Telekommunikation
  • Industrielle Komponenten und kommerzielle Luft- und Raumfahrt
  • Verteidigung und Militär
  • Medizinisch
  • Andere

Quellen:

Walsh, Kenneth A. Beryllium Chemie und Verarbeitung . ASM Intl (2009).
U.S. Geologische Befragung. Brian W. Jaskula.
Beryllium Science & Technology Association. Über Beryllium.
Vulkanier, Tom. Beryllium-Grundlagen: Aufbau auf Stärke als kritisches und strategisches Metall. Mineralien Jahrbuch 2011 . Beryllium.

Similar Posts

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert.