الخصائص والتاريخ والتطبيقات

البريليوم هو معدن صلب وخفيف يحتوي على نقطة انصهار عالية وخصائص نووية فريدة ، مما يجعله حيويًا للعديد من التطبيقات الفضائية والعسكرية.

• الرمز الذري: كن
• العدد الذري: 4
• العنصر الفئة: قلوية الأرض المعادن
• الكثافة: 1.85 جم / سم مكعب
• نقطة الانصهار: 2349 فهرنهايت (1287 مئوية)
• نقطة الغليان: 4476 فهرنهايت (2469 درجة مئوية)
• موس صلابة: 5.5

البريليوم النقي هو معدن خفيف للغاية وقوي وهش. بكثافة 1.85 جم / سم³، البريليوم هو ثاني أخف معدن عنصري ، وراء فقط الليثيوم.

يتم تقييم المعدن ذو اللون الرمادي كعنصر صناعة السبائك بسبب درجة انصهاره العالية ، ومقاومة الزحف والقص ، فضلاً عن قوته الشد العالية وصلابته العاطفية. على الرغم من حوالي ربع وزن صلبوالبريليوم قوي بستة أضعاف.

مثل الألومنيوم، يشكل معدن البريليوم طبقة أكسيد على سطحه تساعد على المقاومة تآكل. المعدن كلاهما غيرمغناطيسي وغير مسببة للتأثير ، وهي خواص تقدر في حقل النفط والغاز ، ولها الموصلية الحرارية العالية على مدى من درجات الحرارة وخصائص تبديد الحرارة الممتازة.

إن المقطع العرضي لامتصاص الأشعة السينية المنخفض لبريليوم والمقطع العرضي المتناثر بالنيوترونات العالية يجعله مثاليًا لنوافذ الأشعة السينية وكعاكس للنيوترونات ومعدل للنيوترونات في التطبيقات النووية.

على الرغم من أن العنصر ذو مذاق حلو ، إلا أنه يسبب تآكلًا للأنسجة ويمكن أن يؤدي استنشاقه إلى مرض حساسية مزمن يهدد الحياة ويعرف باسم البريليوس.

على الرغم من عزله لأول مرة في أواخر القرن الثامن عشر ، إلا أن شكل المعدن النقي من البريليوم لم يتم إنتاجه حتى عام 1828. سيكون قرن آخر قبل تطوير التطبيقات التجارية للبريليوم.

أطلق الكيميائي الفرنسي لويس نيكولاس فوكيلين في البداية اسمه "الجلوكينيوم" المكتشف حديثًا (من اليونانية) glykys ل "الحلو") بسبب مذاقه. فضل فريدريش فولر ، الذي كان يعمل بشكل متزامن على عزل العنصر في ألمانيا ، مصطلح البريليوم و في نهاية المطاف ، كان الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية هو الذي قرر مصطلح البريليوم مستخدم.

في حين استمرت الأبحاث في خواص المعدن خلال القرن العشرين ، لم يتحقق ذلك حتى تحقق خصائص مفيدة البريليوم كعامل صناعة السبائك في أوائل القرن 20th أن التنمية التجارية للمعادن بدأت.

يتم استخراج البريليوم من نوعين من الخامات. بيريل (كن₃آل₂(سيو₃)₆) وبرترانيت (كن₄سي₂يا₇(يا)₂). بينما يحتوي البريل عمومًا على نسبة أعلى من البريليوم (ثلاثة إلى خمسة في المائة بالوزن) ، إلا أنه من الصعب تحسينه أكثر من البرترانيت ، الذي يحتوي في المتوسط ​​على أقل من 1.5 في المائة من البريليوم. ومع ذلك ، فإن عمليات تكرير كلا الخامات متشابهة ويمكن تنفيذها في منشأة واحدة.

بسبب صلابته المضافة ، يجب أولاً معالجة خام البريل عن طريق الذوبان في فرن القوس الكهربائي. ثم يتم غمر المادة المنصهرة في الماء ، مما ينتج مسحوقًا ناعمًا يشار إليه باسم "فريت".

يتم أولاً معالجة خام البرترانيت المسحوق والتهيج بحمض الكبريتيك الذي يذوب البريليوم والمعادن الأخرى الموجودة ، مما يؤدي إلى كبريتات قابلة للذوبان في الماء. يتم تخفيف محلول كبريتات المحتوية على البريليوم بالماء وتغذيته في خزانات تحتوي على مواد كيميائية عضوية مسعورة.

بينما يرتبط البريليوم بالمواد العضوية ، يحتفظ المحلول المائي حديدوالألومنيوم والشوائب الأخرى. يمكن تكرار عملية استخراج المذيبات حتى يتركز محتوى البريليوم المرغوب فيه في المحلول.

يتم بعد ذلك معالجة مركز البريليوم بكربونات الأمونيوم وتسخينه ، وبالتالي يعجل هيدروكسيد البريليوم (BeOH)₂). هيدروكسيد البريليوم عالي النقاء هو مادة الإدخال للتطبيقات الرئيسية للعنصر ، بما في ذلك البريليوم النحاس سبائكوالسيراميك البريلي وتصنيع البريليوم النقي.

من أجل إنتاج معدن البريليوم عالي النقاء ، يذوب شكل هيدروكسيد في bifluoride الأمونيوم ويسخن إلى أكثر من 1652°F (900°C) ، وخلق فلوريد البريليوم المنصهر. بعد صبها في قوالب ، يتم خلط فلوريد البريليوم مع المنصهر المغنيسيوم في البوتقات وتسخينها. هذا يسمح للبريليوم النقي بالفصل عن الخبث (مواد النفايات). بعد الانفصال عن خبث المغنيسيوم ، تبقى كرات البريليوم التي تقيس حوالي 97 في المئة نقية.

يتم حرق المغنيسيوم الزائد عن طريق المعالجة الإضافية في فرن الفراغ ، مما يترك البريليوم نقيًا بنسبة 99.99٪.

يتم عادةً تحويل كرات البريليوم إلى مسحوق عبر الضغط المتساوي ، مما ينتج عنه مسحوق يمكن استخدامه في إنتاج سبائك البريليوم-الألمنيوم أو الدروع المعدنية النقية.

يمكن إعادة تدوير البريليوم بسهولة من سبائك الخردة. ومع ذلك ، فإن كمية المواد المعاد تدويرها متغيرة ومحدودة بسبب استخدامها في التقنيات المشتتة ، مثل الإلكترونيات. من الصعب جمع البريليوم الموجود في سبائك النحاس البريليوم المستخدمة في الإلكترونيات ومتى يتم جمعها لأول مرة لإعادة تدوير النحاس ، مما يخفف من محتوى البريليوم إلى غير اقتصادي كمية.

بسبب الطبيعة الإستراتيجية للمعادن ، يصعب تحقيق أرقام الإنتاج الدقيقة للبريليوم. ومع ذلك ، يقدر الإنتاج العالمي من مواد البريليوم المكرر بحوالي 500 طن متري.

تهيمن شركة Materion Corp على تعدين وتكرير البريليوم في الولايات المتحدة ، والذي يمثل ما يصل إلى 90 في المائة من الإنتاج العالمي. تُعرف الشركة سابقًا باسم Brush Wellman Inc. ، وتقوم بإدارة منجم Spor Mountain bertrandite في ولاية يوتا ، وهي أكبر منتج ومصفاة لمعدن البريليوم في العالم.

بينما يتم تكرير البريليوم في الولايات المتحدة وكازاخستان والصين فقط ، يتم استخراج البريل في عدد من البلدان ، بما في ذلك الصين وموزمبيق ونيجيريا والبرازيل.

يمكن تصنيف استخدامات البريليوم في خمسة مجالات:

• الالكترونيات الاستهلاكية والاتصالات السلكية واللاسلكية
• المكونات الصناعية والفضاء التجاري
• الدفاع والجيش
• طبي
• آخر

المصادر:

والش ، كينيث أ. كيمياء البريليوم ومعالجتها. ASM Intl (2009).
هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية. براين دبليو جاسكولا.
جمعية البريليوم للعلوم والتكنولوجيا. حول البريليوم.
فولكان ، توم. أساسيات البريليوم: بناء على القوة باعتبارها المعادن الحرجة والاستراتيجية.حولية المعادن 2011. البريليوم.