3) Производство сплавов (Be-Cu для изготовления ответственных деталей машин и приборов, безискровой инструмент, часовые механизмы, хирургические инструменты; Be-Ni, Be-Co для изготовления зажимов, контактов, пружин в электрических аппаратах; Be-Nb,Ta,Zr как конструкционный материал для управляемых снарядов)
4) Производство огнеупоров (на основе оксида бериллия тигля, футеровка печей, труб).
4.3.4. Сырьевые источники бериллия
Содержание бериллия в земной коре 6∙10 -4 %. Известно около 40 минералов бериллия, представляющих собой преимущественно различные сложные силикаты. Среди всех минералов промышленное значение имеют:
Берилл Be3Al2(Si6O18) — наиболее распространенный минерал бериллия. Содержит 14,1 % ВеО. Часто содержит примеси щелочных металлов. Твердость берилла 7,5 — 8 по минералогической шкале, плотность 2,6 — 2,9 г/см 3 .
Хризоберилл А1ВеО4 — содержит примеси Fe2O3 (до 6 %), TiO2 (до 2 %), Сг2О3 (до 0,4 %), придающих ему окраску от желтой и желто-зеленой до изумрудно-зеленой (у драгоценной разновидности под названием александрит). Плотности минерала 3,5 — 3,8 г/см 3 , твердость 8,5 (по минералогической шкале).
Бериллий — НЕВЕРОЯТНО ЛЕГКИЙ И ТОКСИЧНЫЙ МЕТАЛЛ!
Фенакит Be2SiO4 — самый богатый по содержанию бериллия минерал (46 % ВеО). Плотность 3,0 г/см 3 , твердость 7,5. В настоящее время наряду с бериллом имеет большое промышленное значение.
Гельвин Mn8(BeSiO4)6S2 — содержит 13,6 % ВеО. Плотность 3,16 — 3,36 г/см 3 , твердость 6 — 6,6.
Бетрандит – Be[Si2O7](ОН2) — содержит 39,6 — 42,6 % ВеО. Плотность 2,6 г/см 3 , твердость 6,0.
Даналит Fe8(BeSiO4)6S2 — плотность 3,4 г/см 3 ; твердость 5,5 — 6.
4.3.5. Методы обогащения руд
Бериллиевые руды бедные, содержат 0,03 – 2 % BeO. Основные методы обогащения руд следующие:
1) Ручная сортировка. Применяется для крупно-вкрапленных руд (крупность минералов 5-10 мм и более). Разработаны методы автоматизированной радиометрической сортировки по наведенной радиоактивности при облучении γ-лучами.
2) Избирательное измельчение. Применяется для руд, содержащих мягкие породы (слюдистые сланцы, тальк и др.). Твердые минералы бериллия отделяются на грохотах или классификаторах от минералов пустой породы.
3) Флотация. Применяется для руд с мелкой вкрапленностью берилла. Берилл флотируют с жирными кислотами (олеиновая кислота), используя различные схемы флотационного обогащения.
Стандартные берилловые концентраты должны отвечать следующим требованиям: концентрат I сорта (флотационный) должен содержать ВеО не менее 9,7 %, II сорта — не менее 6,12 %. Примерный состав концентрата I сорта, %: ВеО 10 — 12; SiO2 62 — 65; Аl2О3 17 — 23; Fe2O3 0,4 — 2,0; СаО 0,3 — 3,0; MgO 0 — 0,7; Li2O 0 — 0,8; К2О 0 — 0,2; Na2O 0 — 1,5.
Берилловые концентраты перерабатывают обычно на оксид или гидроксид бериллия, из которых затем получают фторид или хлорид бериллия — исходные материалы для производства бериллия.
Источник: studfile.net
Бериллий: это что, и где его используют?
Бериллий – это элемент второй группы 2-го периода таблицы Менделеева, имеющий атомный номер 4 и обозначающийся символом Ве. Он высокотоксичный и обладает множеством специфических свойств, которые обусловили его широкое применение во многих сферах. И сейчас будет рассказано как о характеристиках данного элемента, так и об его использовании.
Физические свойства
Выглядит данное вещество как светло-серый металл. Он относительно твердый, по шкале Мооса оценен в 5,5 баллов. Это значит, что его можно повредить лишь с усилием, и только чем-то острым. Он является одним из самых твердых металлов, существующих в чистом виде. По данному показателю его опережает иридий, осмий, вольфрам и уран.
Можно выделить следующие физические характеристики:
- Плотность – 1,848 г/см³.
- Молярный объем – 5,0 см³/моль.
- Температура плавления и кипения – 1278 °C и 2970 °C соответственно.
- Молярная теплоемкость – 16,44 Дж/(K•моль).
- Удельная теплота плавления и испарения – 12,21 и 309 кДж/моль соответственно.
Еще у этого металла высокий модуль упругости, составляющий 300 Гпа. Даже у сталей этот показатель равен 200-210 Гпа. Находясь на воздухе, он активно покрывается стойкой пленкой атмосферного оксида ВеО. Также стоит отметить, что в бериллии очень высокая скорость звука. Она равна 12 600 м/с.
А это в два-три раза выше, чем в остальных металлах.
Хрупкость
Несмотря на свою впечатляющую твердость, бериллий – это очень хрупкий металл. Скорее всего, данное качество связано с присутствием в нем кислорода. Но эта особенность легко устраняется. Бериллий отправляют в вакуум на переплавку. В данном процессе обязательно участвует раскислитель (титан, например).
В результате получается прочный металл с достаточной ковкостью.
Также хрупкость бериллия – это особенность, связанная с распространением в монокристаллах трещин. Учитывая данный факт, повысить пластичность металла можно посредством обработки, уменьшающей размер зерен и препятствующей их росту. Это свойство бериллия всегда устраняется, поскольку из-за него он крайне плохо сваривается и паяется. Кстати, хрупкость может и повыситься – для этого достаточно добавить в металл немного селена (неметалл, халькоген).
Химические особенности
Бериллий – полезные свойства, уникальность и опасность металла
Это вещество соперничает с алюминием, сталями, благородными металлами.
Бериллий приходит на Землю из Космоса. Им покрыты зеркала телескопов, он есть в Большом адронном коллайдере.
Что представляет собой
Бериллий – элемент №4 таблицы Менделеева. Сероватый металл легок, с приглушенным блеском.
Имеет в составе один стабильный изотоп Ве-9.
Его материалом служит вещество межзвездных скоплений. Доставляется на Землю лучами из глубин Космоса.
Международное обозначение и формула простого вещества – Be .
Проблемы классификации
Бериллий относится к щелочноземельным металлам. Однако с классификацией определились не сразу.
По химическим свойствам его легко отличить от остальных металлов этой группы. Он не реагирует с водой, его гидроксид – не щелочь.
Большой выбор украшений из натуральных камней и минералов со скидкой -50%
Однако сегодня, согласно номенклатуре Международного союза теоретической и прикладной химии (ИЮПАК), все элементы второй группы таблицы Менделеева, а значит и бериллий, считаются щелочноземельными металлами.
Как был открыт
К открытию элемента причастны европейские химики, физик и русский ученый:
- Первооткрывателем стал французский химик Луи Николя Воклен. В 1798 он выделил из берилла оксид.
- Через тридцать лет его коллеги немец Франц Велер и француз Антуан Бюсси получили, каждый в своей лаборатории, свободный бериллий.
- Металлическая форма вещества – заслуга француза Поля Лебо. Физик применил электролиз к расплаву солей вещества.
- В России бериллий исследовал Иван Авдеев. Химик проанализировал состав бериллиевых минералов и соединений с Урала, доказав истинную валентность оксида металла.
Интересна история названия элемента. За сладкий вкус растворяемых водой соединений его окрестили глицинием. Бериллием его предложили именовать химики Мартин Клапрот (Германия) и Андерс Экеберг (Швеция).
Термин «берилл» восходит к названию индийского города Белур в окрестностях Мадраса. Здесь веками добывали ювелирную разновидность берилла — изумруд.
Формы нахождения в природе
В природе металл представлен россыпями и коренными залежами минералов.
Таких минералов три десятка, из них половина – силикаты, еще четверть – фосфаты. Самые известные – берилл, фенакит, хризоберилл.
Берилл 
Фенакит 
Хризоберилл
Тонна земной коры содержит 3,8 г бериллия (щелочные породы – до 70 г). Литр морской воды – 0,000006 мг.
Попадаются кристаллы с габаритами в несколько метров и тонн. Их добывают из пегматитов.
На особом счету драгоценные разновидности берилла – аквамарин, изумруд, гелиодор. Голубой, зеленый, желтый цвет создают примеси других элементов в составе.
Месторождения
Месторождения бериллиевых руд распределены по планете. Наибольшие запасы – в обеих Америках (США, Бразилия, Аргентина), Африке, Казахстане, России.
Источники сырья в России – Бурятия, Свердловская, Мурманская области.
Физико-химические характеристики
Бериллий – необычный металл. С изменением температуры кристаллическая структура его решетки меняется с гексагональной на кубическую.
Ученые выявили уникальные физические и химические свойства элемента:
- Высшая среди металлов теплоемкость, звукопроницаемость.
- Высокая теплопроводность.
- Малое электрическое сопротивление.
- Порог упругости выше, чем у сталей.
Твердость средняя (5,5 по Моосу), но это больше, чем у других «легких» металлов.
| Бери́ллий / Beryllium (Be), 4 |
| 9,012182(3) а. е. м. (г/моль) |
| [ He ] 2s² |
| 112 пм |
| 90 пм |
| 35 (+2e) пм |
| 1,57 (шкала Полинга) |
| −1,69 В |
| +2 ; 0 |
| 898,8 (9,32) кДж/моль (эВ) |
| 1,848 г/см³ |
| 1551 K (1278 °C, 2332 °F) |
| 3243 K (2970 °C, 5378 °F) |
| 12,21 кДж/моль |
| 309 кДж/моль |
| 16,44 Дж/(K·моль) |
| 5,0 см³/моль |
| гексагональная |
| a=2,286 Å; c=3,584 Å |
| 1,567 |
| 1000 K |
| (300 K) 201 Вт/(м·К) |
| 7440-41-7 |
На воздухе металл покрывается оксидным щитом-пленкой. Поэтому химическая активность запускается только при высоких температурах.
Технология получения
Бериллиевую руду доставляют на обогатительную фабрику.
Более 8000 видов товара из 500 разновидностей натурального камня. Ежедневное обновление!
Здесь получают соли вещества:
- Из них извлекают металлический продукт, восстанавливая фторид магнием.
- Сырье для второго способа получения – хлориды натрия и бериллия. Смесь расплавляют, затем применяют электролиз.
- Продукт высокой чистоты создают в вакууме переплавкой и дистилляцией.
Переработка руды налажена в США, КНР, Казахстане, России.
Глобальный объем производства бериллия – 260-310 тонн ежегодно.
Обработка бериллия проблематична, опасна для здоровья, поэтому главные способы производства – точное литье и порошковая металлургия. Размолотый металл спрессовывают, создавая форму по заданным параметрам либо универсальную заготовку (труба, пруток).
Обработку затрудняет хрупкость. Этот недостаток устранили в 1970-х годах, выяснив, что пластичен чистый бериллий.
Где используется
Две трети бериллия либо соединений забирает промышленность. Каждый сегмент использует нужные для себя достоинства вещества. Самые красивые находки достаются ювелирам и коллекционерам.
Металлургия
Первые в цепочке потребителей руды – металлурги. Добавка микродоз бериллия к сталям и сплавам повышает их утилитарные характеристики: прочность, твердость, невосприимчивость к ржавчине.
Особо популярна бериллиевая бронза (рандоль). Идет на диски, пружины, другие комплектующие, работающие в экстремальных условиях.
Всего 0,5% бериллия в составе сплава на порядки увеличивает количество рабочих циклов изделия, предотвращает искрение. Внешне сплав неотличим от благородного металла, за что назван «цыганским золотом».
Другие отрасли
Продукцию металлургов закупают производители оборудования для разных сфер:
- В ядерной отрасли это отражатель, замедлитель, источник нейтронов (начинка реакторов АЭС). Оксид бериллия плюс уран – ядерное топливо с высоким КПД. Фторид – компонент стекла специального назначения.
- Аэрокосмическая техника. Металл в полтора раза легче алюминия, но прочнее стали. Также жаростоек, упруг, с хорошей теплопроводностью. Поэтому нашел применение как материал корпуса и конструкций ракет, самолетов, космических аппаратов. Недорогой, с пониженной токсичностью гидрид бериллия – основа ракетного топлива.
- Металл неуязвим для рентгеновских лучей, поэтому становится «оконцами» рентгеновских аппаратов, детекторов.
- Это также детали лазеров.
- Металл – третий по теплопроводности среди химических элементов. Используется как огнеупор, изолятор, материал тиглей и специальных сортов керамики.
- Динамики с бериллием – компонент аудиосистем класса люкс.
ФАКТ! Из бериллия сделан «трубопровод» Большого адронного коллайдера. Им покрыты зеркала телескопов Хаббла, Спитцера, Уэбба, работающих в открытом космосе.
Цены
На российском рынке представлены разные продукты из металла.
Цена определяется видом продукции (руб./ кг):
- Чистое вещество – 10,7 тыс.
- Метацирконат – 12,3 тыс.
- Алюминат – 339.
Такой же расклад на мировом рынке.
Опасность
Роль вещества для биологических систем невелика. Однако металл скапливается в почках, способен вытеснить из скелета магний.
Каждый день в организм человека с пищей поступает 0,01 мг бериллия.
Металлический бериллий нетоксичен. Опасность исходит от пыли, порошка, растворимых, летучих соединений. Они провоцируют аллергию и онкологию.
Особо ощущают вредность металла работники, занятые на добыче и обогатительных предприятиях. Их профессиональное заболевание – бериллиоз. То есть поражение дыхательной системы (особенно легких).
По стандартам РФ, кубометр воздуха не должен содержать более 0,001 мг бериллия.
Источник: jgems.ru