Innhold
- Et strategisk og kritisk metall
- Bruk av Beryllium
- Fysiske egenskaper ved Beryllium
- Hvor kommer Beryllium fra?
- Bertrandite kilder
- Beryl Kilder
- Berylliumforsyning og etterspørsel
- Beryllium Gjenvinning
- United States Beryllium Resources
- Sikre fremtidige berylliumforsyninger
Beryllium teleskop speil: Utsikt mot baksiden av et av de 18 berylliumspeil segmentene for James Webb romteleskopet. Ribbene på baksiden av speilet hjelper til med å opprettholde speilens styrke og evne til å holde formen under ekstreme forhold. Forsiden av speilet er helt glatt og belagt i en tynn film av gull. Fotografi med tillatelse fra National Aeronautics and Space Administration. Foto med tillatelse fra NASA.
Et strategisk og kritisk metall
Beryllium er en av de letteste og stiveste metaller, men det var liten industriell etterspørsel etter det før på 1930- og 1940-tallet da luftfarts-, forsvars- og kjernefysiske sektorer begynte å bruke beryllium og dens forbindelser. Beryllium er nå klassifisert av det amerikanske forsvarsdepartementet som et strategisk og kritisk materiale fordi det brukes i produkter som er avgjørende for nasjonal sikkerhet.
Oksidformen av beryllium ble identifisert i 1797, og forskere isolerte først metallisk beryllium i 1828. Beryllium og noen berylliumforbindelser er giftige og må håndteres nøye. Arbeidsplassrelaterte eksponeringer for støv eller røyk av beryllium og berylliumforbindelser er kjent for å forårsake alvorlige helseproblemer, for eksempel kreft eller kronisk berylliumsykdom, som er et immunsystemrespons som kan skade lungene. Riktig praksis på arbeidsplassen forhindrer disse eksponeringene.
Bruk av Beryllium
Beryllium-kobberlegeringer utgjør omtrent 80 prosent av berylliumet som brukes i USA. Disse legeringene er sterke, harde og ikke-magnetiske; de er gode ledere av elektrisitet og varme, og de motstår korrosjon og tretthet. Beryllium-legeringer brukes til å lage kontakter, fjærer, brytere og andre komponenter av elektroniske og elektriske apparater for romfart, bil, datamaskin, forsvar, medisinsk, telekommunikasjon og andre produkter.
Beryllium i romfart: U.S. Air Force F-35 Lightning II Joint Strike Fighter og mange andre luftfartøyer er avhengige av elektriske og mekaniske komponenter laget av berylliumlegeringer. Foto med tillatelse fra det amerikanske flyvåpenet.
Fysiske egenskaper ved Beryllium
Beryllium metall er veldig lett og veldig stivt. På vekt-til-vekt basis er beryllium seks ganger stivere enn stål, og det opprettholder sin form ved høye og lave temperaturer. Berylliummetall brukes i luftfarts- og forsvarsindustrien for å lage lette presisjonsinstrumenter.
Speilene til Spitzer-romteleskopet og James Webb romteleskopet (JWST), som er planlagt lansert i 2021, er laget av beryllium. Primærspeilet til JWST inneholder 18 sekskantede segmenter (hvert segment er 4,3 fot i diameter) som må opprettholde sin nøyaktige form selv ved temperaturer på -400 grader Fahrenheit og må være lette nok til å føres inn i bane; teleskopet vil operere omtrent 1 million miles over jorden.
Beryllium er nesten gjennomsiktig for røntgenstråler, og berylliumfolie brukes som vindusmateriale i røntgen og andre strålingsmaskiner. I kjernefysiske reaktorer brukes berylliummetall og berylliumoksyd for å kontrollere fisjonreaksjoner. Beryllium har også blitt brukt i utløsningsmekanismene for atomvåpen.
Bertrandite Nodule: Mye av bertranditten som finnes ved Spor Mountain, Utah, er inneholdt i knuter sammensatt av fluoritt, opal og bertranditt. Berylliet er konsentrert i den ytre opaliserte fluorittsonen. Nodler som dette kan inneholde opptil 1 vekt% beryllium. Fotografi av David A. Lindsey, USAs geologiske undersøkelse.
Hvor kommer Beryllium fra?
To mineraler, bertranditt og beryl, er utvunnet for beryllium, og begge finnes i forbindelse med stollartede bergarter. All beryllium som for øyeblikket blir utvunnet i USA kommer fra mineralet bertrandite.
Bertrandite kilder
En kompleks serie med hendelser må finne sted for å konsentrere beryllium til bertranditt. For det første må en magma som er rik på fluor, beryllium og silica, bryte ut i et område hvor det er karbonatbergarter (kalkstein eller dolomitt). Hvis varme fra magmaen varmer grunnvannet i området og får vannet til å bevege seg gjennom de omkringliggende bergartene, henter vannet elementer, inkludert beryllium, fra disse bergartene; vannet kan deretter reagere med egnede, stivne eller sedimentære bergarter for å krystallisere mineraler, inkludert bertranditt.
Beryl perler: Fire varianter av edelstenekvalitet i beryl: fra venstre bak, med urviseren: morganitt (rosa-oransje), heliodor (gul), grønn beryl (blekgrønn), akvamarin (blågrønn). En veldig liten mengde dagens tilførsel av beryllium er fra ikke-perlen beryl som ble utvunnet i jakten på perlematerialer.
Beryl Kilder
Mineralet beryl er den viktigste kilden til beryllium utvunnet utenfor USA. Beryl finnes som oftest i årer eller pegmatitter, som er bergarter som inneholder de siste mineralene som krystalliseres fra en stor, stollende inntrenging. Pegmatitter kjennetegnes ved store sammenlåsende krystaller som ofte inkluderer uvanlige elementer og mineraler.
Rene berylkrystaller er fargeløse, men inkluderingen av andre elementer i beryl skaper fargerike, verdifulle edelstener. Grønnfargen i smaragd skyldes spor av krom og noen ganger vanadium i berylkrystallgitteret. Den blekblå til blågrønne fargen på akvamarin er forårsaket av jernatomer med en oksidasjonstilstand på +2 (Fe2+); andre elementer i berylkrystaller produserer farger som spenner fra gull til rødt. Amerikas største fasetterte smaragd, en 64 karat edelsten, ble skåret av en mørkegrønn krystall på 310 karat som ble funnet ved Adams Emerald Mine i North Carolina i 2009.
Bertrandite Metal: En marmorformet perle av beryllium. Fotografi av NASA.
Berylliumforsyning og etterspørsel
USA er verdens ledende kilde til beryllium. En enkelt gruve ved Spor Mountain, Utah, produserte mer enn 85 prosent av berylliet som ble utvunnet over hele verden i 2010. Kina produserte det meste av resten, og mindre enn 2 prosent kom fra Mosambik og andre land. Nasjonale lagre gir også betydelige mengder beryllium for prosessering.
Tre land-Kina, Kasakhstan og USA-prosesserer berylliummalm. I 2005 innledte det amerikanske forsvarsdepartementet et samarbeid med et privat selskap for å bygge et nytt prosesseringsanlegg i Ohio for å produsere berylliummetall med høy renhet. Behandlingsanlegget ble ferdigstilt i 2011, og opptil to tredjedeler av produksjonen skulle tildeles til forsvar og annen regjeringsrelatert sluttbruk.
USA importerte omtrent 34 prosent av berylliumråvarene den brukte i 2011, inkludert berylliummetall og andre bearbeidede berylliummaterialer som ble brukt i produksjonen; to tredjedeler av dette materialet kom fra Russland og Kasakhstan.
Beryllium Gjenvinning
Beryllium som resirkuleres fra rester fra produksjonen av berylliumbærende produkter, kan gi omtrent 10 prosent av det amerikanske tilsynelatende forbruket. Tilsynelatende forbruk er et mål på mengden av et materiale som faktisk brukes, beregnet som produksjon + import - eksport ± endringer i myndigheter eller industri.
United States Beryllium Resources
USA vil sannsynligvis kunne oppfylle de fleste av sine krav til beryllium fra innenlandske kilder. Det er betydelige påviste bertrandittreserver ved Spor Mountain, Utah, og det er berylliumressurser i andre områder i Utah og Alaska. Omtrent 65 prosent av de estimerte globale ressursene til ikke-pegmatittisk beryllium ligger i USA. Det amerikanske forsvarsdepartementet tar sikte på å holde omtrent 45 tonn varmtpresset berylliummetallpulver i National Defense Stockpile.
Sikre fremtidige berylliumforsyninger
For å forutsi hvor fremtidige berylliumforsyninger kan befinne seg, studerer USGS-forskere hvordan og hvor berylliumressurser er konsentrert i jordskorpen og bruker denne kunnskapen for å vurdere sannsynligheten for at uoppdagede berylliumressurser kan eksistere. Teknikker for å vurdere mineralressurser er utviklet av USGS for å støtte forvaltning av føderale land og for bedre å evaluere tilgjengeligheten av mineralressurser i en global sammenheng. USGS sammenstiller også statistikk og informasjon om verdensomspennende tilbud, etterspørsel og flyt av beryllium. Disse dataene brukes til å informere amerikansk nasjonal politikk.