מתכות

שימושים בבריליום



בריליום הוא חומר אסטרטגי וקריטי המשמש במוצרים רבים החיוניים לביטחון לאומי.

פורסם מחדש מגיליון העובדות של USGS 2012-3056

מראה טלסקופ בריליום: מבט אל החלק האחורי של אחד מ 18 מקטעי מראה הבריליום עבור טלסקופ החלל ג'יימס ווב. הצלעות בחלק האחורי של המראה עוזרות לשמור על חוזק המראה ויכולתו להחזיק את צורתו בתנאים קיצוניים. חזית המראה חלקה ומצופה בסרט דק של זהב. תצלום באדיבות מינהל האווירונאוטיקה והחלל הלאומי. צילום באדיבות נאס"א.

מתכת אסטרטגית וביקורתית

בריליום הוא אחת המתכות הקלות והנוקשות ביותר, אך לא היה בו מעט ביקוש תעשייתי עד שנות השלושים והארבעים של המאה העשרים, כאשר תחומי התעופה והחלל, הביטחון והגרעין החלו להשתמש בבריליום ובמתרכיו. בריליום מסווג כיום על ידי משרד ההגנה האמריקאי כחומר אסטרטגי וקריטי מכיוון שהוא משמש במוצרים החיוניים לביטחון הלאומי.

צורת תחמוצת הבריליום זוהתה בשנת 1797, ומדענים בודדו לראשונה בריליום מתכתי בשנת 1828. בריליום וכמה תרכובות בריליום רעילים ויש לטפל בהם בזהירות. חשיפות הקשורות במקום העבודה בפני אבק או אדים של תרכובות בריליום ובריליום ידועות כגורמות לבעיות בריאותיות חמורות, כמו סרטן או מחלת בריליום כרונית, המהווה תגובה של מערכת חיסון העלולה לפגוע בריאות. שיטות עבודה נאותות מונעות חשיפות אלה.

שימושים בבריליום

סגסוגות בריליום-נחושת מהוות כ 80 אחוז מהבריליום המשמש בארצות הברית. סגסוגות אלה חזקות, קשות ולא מגנטיות; הם מוליכים חשמליים וחום, והם עומדים בפני קורוזיה ועייפות. סגסוגות בריליום משמשות לייצור מחברים, קפיצים, מתגים ורכיבים אחרים של מכשירים אלקטרוניים וחשמליים לחלל, רכב, מחשב, הגנה, רפואה, טלקומוניקציה ומוצרים אחרים.

בריליום בחלל האווירי: חיל האוויר האמריקאי F-35 Lightning II Joint Strike לוחם וכלי רכב חלליים רבים אחרים מסתמכים על רכיבים חשמליים ומכניים העשויים מסגסוגות בריליום. תמונה באדיבות חיל האוויר האמריקני.

האם ידעת? צינורות בריליום מאכלסים את קורות החלקיקים התת-אטומיים במאיץ החלקיקים הגדול Hadron Collider ליד ז'נבה, שוויץ.

תכונות פיזיות של בריליום

מתכת הבריליום קלה מאוד ונוקשה מאוד. על בסיס משקל למשקל, הבריליום נוקשה פי שישה מהפלדה, והוא שומר על צורתו בטמפרטורות גבוהות ונמוכות. מתכת בריליום משמשת בתעשיות התעופה והחלל לייצור מכשירי דיוק קלים.

מראות טלסקופ החלל שפיצר וטלסקופ החלל ג'יימס ווב (JWST) המיועד לשיגור בשנת 2021 עשויים מבריליום. המראה הראשית של ה- JWST מכילה 18 מקטעים משושים (כל קטע בקוטר 4.3 רגל) שחייבים לשמור על צורתם המדויקת גם בטמפרטורות של -400 מעלות פרנהייט וחייבים להיות קלים בכדי שיובלו למסלול; הטלסקופ יפעל כמיליון מיילים מעל כדור הארץ.

בריליום כמעט שקוף לצילומי רנטגן, ונייר בריליום משמשים כחומר חלון במקרני רנטגן ומכונות קרינה אחרות. בכורים גרעיניים משתמשים במתכת בריליום ותחמוצת בריליום כדי לשלוט בתגובות הביקוע. בריליום שימש גם במנגנוני ההדק של הנשק הגרעיני.

צומת ברטרנדיט: חלק גדול מהברטרנדיט שנמצא בהר ספר, יוטה, מכיל גושים המורכבים מפלואוריט, אופל וברטרנדיט. הבריליום מרוכז באזור הפלואוריט החיצוני. צמתים כאלה יכולים להכיל עד 1% בריליום לפי משקל. תצלום של דייויד א 'לינדסי, הסקר הגיאולוגי של ארצות הברית.

מאיפה בריליום בא?

שני מינרלים, ברטרנדיט ובריל, מכורים לבריליום, ושניהם נמצאים בשילוב עם סלעים דלקתיים. כל הבריליום שנכרת כיום בארצות הברית מקורו במינרל ברטרנדיט.

מקורות ברטרנדיטים

סדרת אירועים מורכבת חייבת להתקיים כדי לרכז בריליום לברטראניט. ראשית, מאגמה העשירה בפלואור, בריליום וסיליקה חייבת להתפרץ באזור שיש בו סלעי קרבונט (אבן גיר או דולומיט). אם החום מהמאגמה מחמם את מי התהום באזור וגורם למים לנוע דרך הסלעים שמסביב, המים מרים אלמנטים, כולל בריליום, מאותם סלעים; לאחר מכן המים עלולים להגיב עם סלעים איגניים או משקעיים להתגבשות מינרלים, כולל ברטרנדיט.

אבני חן בריל: ארבעה סוגים של בריל באיכות אבני חן: משמאל מאחור, הולכים בכיוון השעון: מורגניט (כתום-ורדרד), הליודור (צהוב), בריל ירוק (ירוק בהיר), אקוומרין (כחול-ירוק). כמות קטנה מאוד של אספקת הבריליום של ימינו היא מבריל שאינו פנינה שהתאושש בחיפוש אחר חומרי פנינה.

האם ידעת? הרומאים פיתחו מוקשים אמרלדיים במדבר המזרחי של מצרים לפני כ -2,000 שנה.

מקורות בריל

המינרל בריל הוא המקור העיקרי לבריליום שנכרת מחוץ לארצות הברית. בריל נמצא לרוב בעורקים או בפגמטיטים, שהם סלעים המכילים את המינרלים האחרונים להתגבשות מפריצה נרחבת. Pegmatites נבדלים על ידי גבישים גדולים זה בזה המשלבים לרוב אלמנטים ומינרלים יוצאי דופן.

גבישי בריל טהורים הם חסרי צבע, אך הכללת אלמנטים אחרים בבריל יוצרת אבני חן צבעוניות ויקרות ערך. הצבע הירוק באמרלד נובע מעקבות כרום ולעיתים ונדיום בסריג קריסטל הבריל. צבע הכחול בהיר עד כחול-ירוק של אקוומרין נגרם על ידי אטומי ברזל עם מצב חמצון של +2 (Fe2+); אלמנטים אחרים בגבישי בריל מייצרים צבעים שנעים בין זהב לאדום. האזמרגד הגדול ביותר של אמריקה, אבן חן בגודל 64 קראט, נחתך מקריסטל ירוק כהה בנפח 310 קראט שנמצא במכרה אדמס האמריקני בצפון קרוליינה בשנת 2009.

ברטרנדי מתכת: חרוז בריליום בגודל שיש. תצלום של נאס"א.

היצע וביקוש של בריליום

ארצות הברית היא המקור המוביל בעולם לבריליום. מכרה בודד בהר ספור, יוטה, ייצר יותר מ- 85 אחוז מהבריליום שנכרה ברחבי העולם בשנת 2010. סין ייצרה את מרבית השאר, ופחות משני אחוזים הגיעו ממוזמביק וממדינות אחרות. מאגרים לאומיים מספקים גם כמויות משמעותיות של בריליום לעיבוד.

שלוש מדינות - סין, קזחסטן וארצות הברית - מעבדות עפרות בריליום. בשנת 2005, משרד ההגנה האמריקני החל בשותפות עם חברה מהמגזר הפרטי לבניית מתקן עיבוד חדש באוהיו לייצור מתכת בריליום גבוהה. מתקן העיבוד הושלם בשנת 2011, והוקצה עד שני שליש מתפוקתו לשימושים ביטחוניים ושימושים אחרים הקשורים לממשלה.

ארצות הברית ייבאה כ -34 אחוז מחומרי הגלם של הבריליום בהם השתמשה בשנת 2011, כולל מתכת בריליום וחומרי בריליום מעובדים אחרים ששימשו לייצור; שני שליש מחומר זה הגיע מרוסיה וקזחסטן.

האם ידעת? קרמיקה של בריליה (תחמוצת בריליום) משמשת לרוב להכיל ולייזרים של לייזרים המשמשים בניתוח.

מיחזור בריליום

בריליום הממוחזר מגרוטאות שנשארו מייצור מוצרים הנושאים בריליום עשוי לספק כעשרה אחוזים מהצריכה הנראית בארה"ב. צריכה לכאורה היא מדד לכמות החומר המשמש בפועל, מחושב כייצור + יבוא - יצוא ± שינויים במלאי הממשלה או התעשייה.

משאבי בריליום בארצות הברית

ארצות הברית עשויה להיות מסוגלת לעמוד ברוב דרישות הבריליום שלה ממקורות ביתיים. קיימות עתודות מוכחות משמעותיות של ברטרנדיט בהר ספר, יוטה, ויש משאבי בריליום באזורים אחרים ביוטה ובאלסקה. בערך 65 אחוז מהמשאבים העולמיים המשוערים של בריליום לא פגמטי נמצאים בארצות הברית. מחלקת ההגנה האמריקאית שמה לה למטרה להחזיק בערך 45 טונות של אבקת מתכת בריליום חמה לחוצה במאגר ההגנה הלאומי.

מידע על בריליום
בריליום 1: בריאן וו. ג'סקולה, הסקר הגיאולוגי של ארצות הברית, סיכומי מצרכים מינרלים, ינואר 2012.
בריליום 2: בריאן וו. ג'קולה, הסקר הגיאולוגי של ארצות הברית, ספר מינרלים, אפריל 2012.
3 מיחזור בריליום בארצות הברית: לארי ד. קנינגהם, חוזר הסקר הגיאולוגי של ארצות הברית, 1196-P, 2004.
4 מודל התרחשות להערכה הלאומית של הפקדות בריליום וולקוגניים: נורה ק. פולי, רוברט ר. סייל, השני, נדין מ. פיאטק, ובריאנה הדלנד, הסקר הגיאולוגי של ארצות הברית, דוח בקובץ פתוח 2010-1195, 2010.

הבטחת אספקת בריליום עתידית

כדי לסייע בחיזוי היכן עשויים להימצא אספקת בריליום עתידית, מדעני USGS חוקרים כיצד והיכן מרוכזים משאבי הבריליום בקרום כדור הארץ ומשתמשים בידע זה כדי להעריך את הסבירות כי יתכן שיש משאבי בריליום שלא נחשפו. טכניקות להערכת משאבי מינרלים פותחו על ידי USGS כדי לתמוך בניהול של אדמות פדרליות ולהעריך טוב יותר את זמינות משאבי המינרלים בהקשר עולמי. ה- USGS גם אוסף סטטיסטיקות ומידע על היצע, דרישה וזרימה עולמית של בריליום ברחבי העולם. נתונים אלה משמשים ליידע על קביעת מדיניות ארצית בארה"ב.