Sadržaj
- Strateški i kritični metal
- Upotrebe Berilija
- Fizička svojstva Berilija
- Odakle dolazi Berilij?
- Bertranditski izvori
- Beryl izvori
- Ponuda i potražnja berilija
- Recikliranje berilija
- Beryllium Resources Sjedinjenih Država
- Osiguravanje budućih potrepština od berilija
Berilijevo ogledalo u teleskopu: Pogled na stražnju stranu jednog od 18 segmenata zrcala od berilija za svemirski teleskop James Webb. Rebra na stražnjoj strani ogledala pomažu u održavanju čvrstoće ogledala i sposobnosti držanja oblika u ekstremnim uvjetima. Prednja strana ogledala potpuno je glatka i obložena tankim zlatnim filmom. Ljubazno fotografiranje iz Nacionalne uprave za zrakoplovstvo i svemir. Fotografija ljubaznošću NASA-e.
Strateški i kritični metal
Berilij je jedan od najlakših i najtvrđih metala, ali postojala je mala industrijska potražnja za njim sve do 1930-ih i 40-ih godina kada su zrakoplovni, odbrambeni i nuklearni sektor počeli koristiti berilij i njegove spojeve. Američko ministarstvo obrane Berilij sada klasificira kao strateški i kritični materijal jer se koristi u proizvodima koji su od vitalnog značaja za nacionalnu sigurnost.
Oblik oksida berilija identificiran je 1797. godine, a znanstvenici su prvi izolirali metalni berilij 1828. Berilij i neki spojevi berilija toksični su i s njima se mora pažljivo postupati. Poznato je da izloženost radnom mjestu prašini ili dimima berilija i berilijevih spojeva uzrokuje ozbiljne zdravstvene probleme, poput raka ili kronične bolesti berilija, što je odgovor imunološkog sustava koji može oštetiti pluća. Pravilna praksa na radnom mjestu sprječava ova izlaganja.
Upotrebe Berilija
Berilij-bakrene slitine otpadaju otprilike 80 posto berilija koji se koristi u Sjedinjenim Državama. Te su legure jake, tvrde i nemagnetne; Dobri su provodnici električne energije i topline, a otporni su na koroziju i umor. Berlijeve legure koriste se u izradi konektora, opruga, sklopki i ostalih komponenata elektroničkih i električnih uređaja za zrakoplovne, automobilske, računalne, obrambene, medicinske, telekomunikacijske i druge proizvode.
Berilij u zrakoplovstvu: Američki zrakoplov F-35 Lightning II zajednički udarni borac i mnoga druga zrakoplovna vozila oslanjaju se na električne i mehaničke komponente izrađene od berilijevih legura. Fotografija ljubaznošću američkih zračnih snaga.
Fizička svojstva Berilija
Berilijev metal je vrlo lagan i vrlo čvrst. Na osnovi težine, berilij je šest puta čvršći od čelika, a svoj oblik održava na visokim i niskim temperaturama. Berilijev metal koristi se u zrakoplovnoj i obrambenoj industriji za izradu laganih preciznih instrumenata.
Ogledala svemirskog teleskopa Spitzer i svemirskog teleskopa James Webb (JWST), koja bi trebala biti lansirana 2021. godine, izrađena su od berilija. Primarno ogledalo JWST-a sadrži 18 šesterokutnih segmenata (svaki segment je promjera 4,3 stopa) koji moraju održavati svoj točan oblik čak i na temperaturama od -400 stupnjeva Fahrenheita i moraju biti dovoljno lagani da se mogu izvesti u orbitu; teleskop će djelovati otprilike milion milja iznad Zemlje.
Berilij je gotovo transparentan na rendgenske zrake, a berilijev folija koristi se kao materijal prozora u rendgenskim i drugim strojevima za zračenje. U nuklearnim reaktorima koriste se berilijev metal i berilijev oksid za kontrolu reakcija fisije. Berilij se također koristio u okidačkim mehanizmima za nuklearno oružje.
Bertrandite nodule: Veliki dio bertrandita koji se nalazi na Spor planini, Utah, sadrži kvržice sastavljene od fluorita, opala i bertrandita. Berilij je koncentriran u vanjskoj opaliziranoj zoni fluorita. Ovakvi čvorići mogu sadržavati do 1% berilija po masi. Fotograf David A. Lindsey, Sjedinjene Države Geological Survey.
Odakle dolazi Berilij?
Za berilij se kopaju dva minerala, bertrandit i beril, i oba se nalaze u vezi s magnetskim stijenama. Sav berilij koji se trenutno kopa u Sjedinjenim Državama potječe iz mineralnog bertrandita.
Bertranditski izvori
Za koncentriranje berilija u bertrandit mora se dogoditi složeni niz događaja. Prvo, magma koja je bogata fluorom, berilijem i silicijevim dioksidom mora izbiti na području gdje postoje karbonatne stijene (vapnenac ili dolomit). Ako toplina magme zagrijava podzemne vode na tom području i uzrokuje da se voda kreće kroz okolne stijene, voda iz tih stijena uzima elemente, uključujući berilij; voda tada može reagirati s pogodnim magnetskim ili sedimentnim stijenama na kristalizaciju minerala, uključujući bertrandit.
Beryl dragulji: Četiri sorte berila s kvalitetom dragog kamenja: odozdo lijevo, ide u smjeru kazaljke na satu: morganit (ružičasto-narančasta), heliodor (žuta), zeleni beril (blijedozelena), akvamarin (plavo-zelena). Vrlo mala količina današnje opskrbe berilijem dobiva se iz ne-drag berili oporavljeni u potrazi za draguljarskim materijalima.
Beryl izvori
Mineral beril glavni je izvor berilija koji se vadi izvan Sjedinjenih Država. Beril se najčešće nalazi u venama ili pegmatitima, to su stijene koje sadrže posljednje minerale koji se kristaliziraju iz velikog magnetskog upada. Pegmatiti se odlikuju velikim kristalima koji se međusobno zaključuju, a koji često uključuju neobične elemente i minerale.
Čisti kristali berila su bezbojni, ali uključivanje ostalih elemenata u beril stvara šarene, vrijedne dragog kamenja. Zelena boja smaragda nastaje zbog tragova kroma, a ponekad i vanadijuma u rešetki kristalnog berila. Blijedoplava do plavo-zelena boja akvamarina uzrokovana je atomima željeza sa oksidacijskim stanjem +2 (Fe2+); ostali elementi u kristalima berila proizvode boje koje se kreću od zlata do crvene boje. Najveći fasetirani smaragd Amerike, 64-karatni dragulj, izrezan je iz 310-karatnog tamnozelenog kristala koji je pronađen u rudniku Adams Emerald u Sjevernoj Karolini 2009. godine.
Bertrandite metal: Mljevenje zrnca od berilija. Fotografija NASA-e.
Ponuda i potražnja berilija
Sjedinjene Države vodeći su svjetski izvor berilija. Jedan rudnik na Spor planini, Utah, proizveo je više od 85 posto berilija miniranog širom svijeta u 2010. godini. Kina je proizvela veći dio ostatka, a manje od 2 posto dolazilo je iz Mozambika i drugih zemalja. Nacionalne zalihe također daju značajne količine berilija za preradu.
Tri zemlje - Kina, Kazahstan i Sjedinjene Države prerađuju berilijeve rude. 2005. godine američko Ministarstvo obrane započelo je partnerstvo s tvrtkom iz privatnog sektora radi izgradnje novog pogona za preradu u Ohiju za proizvodnju visoko čistog metala berilija. Postrojenje za obradu dovršeno je 2011. godine, a do dvije trećine proizvodnje trebalo je izdvojiti za obranu i druge krajnje svrhe u vezi s vladom.
Sjedinjene Države uvezle su otprilike 34 posto sirovina berilija koje je koristila u 2011., uključujući berilijev metal i ostale prerađene berilijeve materijale koji se koriste u proizvodnji; dvije trećine ovog materijala dolazilo je iz Rusije i Kazahstana.
Recikliranje berilija
Berilij koji se reciklira od ostataka preostalih od proizvodnje proizvoda koji sadrže berilij može osigurati otprilike 10 posto američke prividne potrošnje. Prividna potrošnja je mjera količine materijala koji se zapravo koristi, izračunava se kao proizvodnja + uvoz - izvoz - promjene u državnim ili industrijskim zalihama.
Beryllium Resources Sjedinjenih Država
Sjedinjene Države će vjerojatno moći ispuniti većinu svojih potreba za berilijem iz domaćih izvora. Na planini Spor, Utah, postoje znatne dokazane rezerve bertrandita, a resursi berilija postoje u ostalim područjima Utaha i Aljaske. Otprilike 65 posto procijenjenih globalnih resursa nepegmatiticnog berilija nalazi se u Sjedinjenim Državama. Američko Ministarstvo obrane ima za cilj zadržati oko 45 metričkih tona vruće prešanog praha metala berilija u Nacionalnoj zalihi obrane.
Osiguravanje budućih potrepština od berilija
Kako bi pomogli predvidjeti gdje će se možda nalaziti buduće zalihe berilija, znanstvenici iz USGS-a proučavaju kako i gdje su resursi berilija koncentrirani u zemljinoj kori te koriste to znanje za procjenu vjerojatnosti postojanja neotkrivenih resursa berilija. USGS je razvio tehnike za procjenu mineralnih sirovina za podršku upravljanja saveznim zemljama i za bolju procjenu dostupnosti mineralnih resursa u globalnom kontekstu. USGS također prikuplja statistike i informacije o svjetskoj ponudi, potražnji i protoku berilija. Ti se podaci upotrebljavaju za informiranje o američkom nacionalnom oblikovanju politika.