การใช้เบริลเลียม: โลหะที่เบามากและแข็งมาก

เนื้อหา

• โลหะเชิงกลยุทธ์และที่สำคัญ
• การใช้เบริลเลียม
• คุณสมบัติทางกายภาพของเบริลเลียม
• เบริลเลียมมาจากไหน
• แหล่ง Bertrandite
• Beryl Sources
• อุปสงค์และอุปทานเบริลเลียม
• เบริลเลียมรีไซเคิล
• ทรัพยากรเบริลเลียม United States
• สร้างความมั่นใจในอนาคตอุปกรณ์เบริลเลียม

เบริลเลียมกระจกกล้องโทรทรรศน์: มุมมองด้านหลังของหนึ่งใน 18 ส่วนของกระจกเงาเบริลเลียมสำหรับกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์ กระดูกซี่โครงที่ด้านหลังของกระจกช่วยรักษาความแข็งแรงของกระจกและความสามารถในการรักษารูปร่างของมันภายใต้สภาวะที่รุนแรง ด้านหน้าของกระจกนั้นเรียบและเคลือบด้วยฟิล์มบางสีทอง ภาพถ่ายเอื้อเฟื้อโดยองค์การวิชาการบินและอวกาศแห่งชาติ ภาพถ่ายจากองค์การนาซ่า

โลหะเชิงกลยุทธ์และที่สำคัญ

เบริลเลียมเป็นหนึ่งในโลหะที่เบาที่สุดและแข็งที่สุด แต่ก็มีความต้องการด้านอุตสาหกรรมเพียงเล็กน้อยจนถึงทศวรรษที่ 1930 และ 1940 เมื่อภาคอวกาศการป้องกันและนิวเคลียร์เริ่มใช้เบริลเลียมและสารประกอบ เบริลเลียมได้รับการจัดประเภทโดยกระทรวงกลาโหมของสหรัฐอเมริกาว่าเป็นวัสดุเชิงกลยุทธ์และมีความสำคัญเนื่องจากมีการใช้ในผลิตภัณฑ์ที่มีความสำคัญต่อความมั่นคงของประเทศ

รูปแบบของออกไซด์ของเบริลเลียมถูกระบุใน 1797 และนักวิทยาศาสตร์แรกแยกเบริลเลียมโลหะใน 1828 เบริลเลียมและสารประกอบเบริลเลียมบางอย่างเป็นพิษและต้องจัดการอย่างระมัดระวัง การสัมผัสกับฝุ่นหรือควันของเบริลเลียมและสารประกอบเบริลเลียมเป็นที่ทราบกันดีว่าก่อให้เกิดปัญหาสุขภาพที่รุนแรงเช่นโรคมะเร็งหรือโรคเบริลเลียมเรื้อรังซึ่งเป็นการตอบสนองของระบบภูมิคุ้มกันที่สามารถทำลายปอด การปฏิบัติงานในสถานที่ที่เหมาะสมช่วยป้องกันความเสี่ยงเหล่านี้

การใช้เบริลเลียม

โลหะผสมทองแดงเบริลเลียมมีสัดส่วนประมาณ 80 เปอร์เซ็นต์ของเบริลเลียมที่ใช้ในสหรัฐอเมริกา โลหะผสมเหล่านี้มีความแข็งแกร่งแข็งและไม่เป็นแม่เหล็ก พวกเขาเป็นตัวนำไฟฟ้าและความร้อนที่ดีและพวกเขาต้านทานการกัดกร่อนและความเหนื่อยล้า เบริลเลียมอัลลอยด์ใช้ในการทำขั้วต่อสปริงสวิตช์และส่วนประกอบอื่น ๆ ของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และไฟฟ้าสำหรับการบินและอวกาศรถยนต์คอมพิวเตอร์การป้องกันการแพทย์การสื่อสารโทรคมนาคมและผลิตภัณฑ์อื่น ๆ

เบริลเลียมในอวกาศ: กองทัพอากาศสหรัฐ F-35 Lightning II Joint Strike Fighter และยานอวกาศการบินอื่น ๆ พึ่งพาส่วนประกอบทางไฟฟ้าและเครื่องกลที่ทำจากเบริลเลียมโลหะผสม ภาพถ่ายจากกองทัพอากาศสหรัฐฯ

คุณสมบัติทางกายภาพของเบริลเลียม

เบริลเลียมโลหะเบาและแข็งมาก เบริลเลียมเป็นเหล็กที่แข็งกว่าเหล็กถึงหกเท่าและยังคงรูปทรงที่อุณหภูมิสูงและต่ำ เบริลเลียมโลหะถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศและการป้องกันประเทศเพื่อสร้างเครื่องมือที่มีความแม่นยำน้ำหนักเบา

กระจกของกล้องโทรทรรศน์อวกาศสปิตเซอร์และกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์ (JWST) ซึ่งมีกำหนดเปิดตัวในปี 2021 นั้นทำจากเบริลเลียม กระจกหลักของ JWST มี 18 ส่วนหกเหลี่ยม (แต่ละส่วนมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 4.3 ฟุต) ที่จะต้องรักษารูปร่างที่แน่นอนแม้ที่อุณหภูมิ -400 องศาฟาเรนไฮต์และต้องมีแสงสว่างเพียงพอที่จะนำไปสู่วงโคจร กล้องโทรทรรศน์จะใช้งานได้ประมาณ 1 ล้านไมล์เหนือโลก

เบริลเลียมเกือบจะโปร่งใสต่อรังสีเอกซ์และเบริลเลียมฟอยล์ถูกใช้เป็นวัสดุหน้าต่างในเครื่องเอ็กซเรย์และเครื่องฉายรังสีอื่น ๆ ในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์โลหะเบริลเลียมและเบริลเลียมออกไซด์ถูกใช้เพื่อควบคุมปฏิกิริยาฟิชชัน เบริลเลียมยังถูกใช้ในกลไกกระตุ้นอาวุธนิวเคลียร์

Bertrandite Nodule: ส่วนใหญ่ของ bertrandite ที่พบใน Spor Mountain, Utah นั้นมีอยู่ในก้อนที่ประกอบด้วยฟลูออไรต์, โอปอลและ bertrandite เบริลเลียมนั้นกระจุกตัวอยู่ในเขตฟลูออไรต์ด้านนอก ก้อนเช่นนี้อาจมีเบริลเลียมสูงถึง 1% โดยน้ำหนัก ภาพถ่ายโดย David A. Lindsey, การสำรวจทางธรณีวิทยาของสหรัฐอเมริกา

เบริลเลียมมาจากไหน

แร่ธาตุสองชนิดคือ bertrandite และ beryl ซึ่งขุดได้จากแร่เบริลเลียมและทั้งสองชนิดนี้พบกับหินอัคนี เบริลเลียมทั้งหมดที่กำลังขุดอยู่ในสหรัฐอเมริกามาจากแร่เบอเทอแรนต์

แหล่ง Bertrandite

ชุดของเหตุการณ์ที่ซับซ้อนจะต้องเกิดขึ้นเพื่อรวมเบริลเลียมเข้าไปในเบอร์ทราน อย่างแรกแมกมาที่อุดมไปด้วยฟลูออรีนเบริลเลียมและซิลิกาจะต้องปะทุในบริเวณที่มีหินคาร์บอเนต (หินปูนหรือโดโลไมต์) หากความร้อนจากหินหนืดอุ่นน้ำใต้ดินในพื้นที่และทำให้น้ำไหลผ่านหินที่อยู่โดยรอบน้ำจะไปจับองค์ประกอบต่างๆรวมถึงเบริลเลียมจากหินเหล่านั้น จากนั้นน้ำอาจทำปฏิกิริยากับหินอัคนีหรือหินตะกอนที่เหมาะสมเพื่อตกผลึกแร่ธาตุรวมถึง bertrandite

อัญมณีแวววับ: เบริลคุณภาพอัญมณีสี่ชนิด: จากซ้ายไปตามเข็มนาฬิกา: มอร์แกนไนต์ (สีชมพูอมส้ม), เฮลิโอเดอร์ (สีเหลือง), เบริลคอลสีเขียว (สีเขียวอ่อน), พลอยสีฟ้า (สีเขียวน้ำเงิน) อุปทานเบริลเลียมในปัจจุบันมีน้อยมากจากเบริลที่ไม่ใช่อัญมณีที่ถูกค้นพบในการค้นหาวัสดุอัญมณี

Beryl Sources

แร่เบริลเลียมเป็นแหล่งที่มาหลักของเบริลเลียมที่ขุดได้นอกสหรัฐอเมริกา เบริลพบได้บ่อยที่สุดในเส้นเลือดหรือเพกมาไทต์ซึ่งเป็นหินที่มีแร่ธาตุสุดท้ายที่จะตกผลึกจากการบุกรุกของหินอัคนีขนาดใหญ่ Pegmatites นั้นโดดเด่นด้วยผลึกประสานขนาดใหญ่ซึ่งมักจะมีองค์ประกอบที่ผิดปกติและแร่ธาตุ

ผลึกเบริลบริสุทธิ์นั้นไม่มีสี แต่การรวมองค์ประกอบอื่น ๆ ในแวววับสร้างอัญมณีที่มีสีสันและมีค่า สีเขียวในมรกตมีสาเหตุมาจากร่องรอยของโครเมียมและบางครั้งวานาเดียมในตาข่ายคริสตัลแวววับ สีฟ้าอ่อนถึงน้ำเงินเขียวของพลอยสีฟ้าเกิดจากอะตอมเหล็กที่มีสถานะออกซิเดชันของ +2 (Fe²⁺); องค์ประกอบอื่น ๆ ในผลึก beryl ผลิตสีที่มีตั้งแต่ทองจนถึงสีแดง มรกตที่ใหญ่ที่สุดในทวีปอเมริกาซึ่งเป็นอัญมณีขนาด 64 กะรัตถูกตัดจากคริสตัลสีเขียวเข้ม 310 กะรัตซึ่งพบได้ที่เหมืองอดัมส์เอเมอรัลด์ในนอร์ ธ แคโรไลนา

เบอร์ทรานด์ไรต์โลหะ: ลูกปัดเบริลเลียมขนาดเท่าหินอ่อน ถ่ายภาพโดย NASA

อุปสงค์และอุปทานเบริลเลียม

สหรัฐอเมริกาเป็นแหล่งเบริลเลียมชั้นนำของโลก เหมืองเดี่ยวที่ Spor Mountain รัฐยูทาห์ผลิตแร่เบริลเลียมมากกว่าร้อยละ 85 ในโลกในปี 2010 จีนผลิตส่วนที่เหลือส่วนใหญ่และน้อยกว่า 2% มาจากประเทศโมซัมบิกและประเทศอื่น ๆ คลังสินค้าแห่งชาติยังให้เบริลเลียมจำนวนมากสำหรับการประมวลผล

สามประเทศ - จีนคาซัคสถานและแร่เบริลเลียมในกระบวนการของสหรัฐอเมริกา ในปี 2548 กระทรวงกลาโหมสหรัฐได้เริ่มต้นความร่วมมือกับ บริษัท เอกชนเพื่อสร้างโรงงานแปรรูปแห่งใหม่ในรัฐโอไฮโอเพื่อผลิตเบริลเลียมโลหะที่มีความบริสุทธิ์สูง หน่วยประมวลผลเสร็จสมบูรณ์ในปี 2554 และมีการจัดสรรผลผลิตมากถึงสองในสามของทั้งหมดเพื่อการป้องกันและการใช้งานอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องกับรัฐบาล

สหรัฐอเมริกานำเข้าประมาณร้อยละ 34 ของวัตถุดิบเบริลเลียมที่ใช้ในปี 2011 รวมถึงโลหะเบริลเลียมและวัสดุอื่น ๆ ที่ใช้ในการผลิตเบริลเลียม สองในสามของเนื้อหานี้มาจากรัสเซียและคาซัคสถาน

เบริลเลียมรีไซเคิล

เบริลเลียมที่ถูกรีไซเคิลจากเศษเหล็กที่เหลือจากการผลิตผลิตภัณฑ์ที่มีแบริ่งเป็นเบริลเลียมอาจให้การบริโภคที่ชัดเจนในสหรัฐอเมริกาประมาณ 10 เปอร์เซ็นต์ ปริมาณการใช้ที่เห็นได้ชัดเป็นการวัดปริมาณของวัสดุที่ใช้จริงคำนวณเป็นการนำเข้า + การผลิต - ส่งออก±การเปลี่ยนแปลงในรัฐบาลหรือหุ้นอุตสาหกรรม

ทรัพยากรเบริลเลียม United States

สหรัฐอเมริกามีแนวโน้มที่จะสามารถตอบสนองความต้องการส่วนใหญ่ของเบริลเลียมจากแหล่งภายในประเทศ มีปริมาณสำรองที่พิสูจน์แล้วของ bertrandite ที่ Spor Mountain, Utah, และมีทรัพยากรเบริลเลียมในพื้นที่อื่น ๆ ของ Utah และ Alaska ประมาณ 65 เปอร์เซ็นต์ของทรัพยากรทั่วโลกโดยประมาณของเบริลเลียม nonpegmatitic ตั้งอยู่ในสหรัฐอเมริกา กระทรวงกลาโหมของสหรัฐอเมริกาตั้งเป้าที่จะเก็บผงโลหะเบริลเลียมแบบกดร้อนประมาณ 45 เมตริกตันในสต็อกกลาโหมแห่งชาติ

สร้างความมั่นใจในอนาคตอุปกรณ์เบริลเลียม

เพื่อช่วยในการทำนายตำแหน่งที่อาจมีแหล่งเบริลเลียมในอนาคตนักวิทยาศาสตร์ USGS ศึกษาว่าแหล่งเบริลเลียมมีความเข้มข้นอย่างไรในเปลือกโลกและใช้ความรู้นั้นในการประเมินความเป็นไปได้ที่ทรัพยากรเบริลเลียมที่ยังไม่ถูกค้นพบอาจมีอยู่ เทคนิคในการประเมินทรัพยากรแร่ได้รับการพัฒนาโดย USGS เพื่อสนับสนุนการดูแลดินแดนของรัฐบาลกลางและเพื่อประเมินความพร้อมของทรัพยากรแร่ในบริบทโลก USGS ยังรวบรวมสถิติและข้อมูลเกี่ยวกับอุปสงค์อุปทานและการไหลของเบริลเลียมทั่วโลก ข้อมูลเหล่านี้ใช้เพื่อแจ้งกำหนดนโยบายระดับชาติของสหรัฐอเมริกา