المعادن

استخدامات البريليوم



البريليوم مادة استراتيجية وحاسمة تستخدم في العديد من المنتجات الأساسية للأمن القومي.

أعيد نشرها من صحيفة وقائع هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية 2012-3056

مرآة تلسكوب البريليوم: منظر للجزء الخلفي لأحد مقاطع مرآة البريليوم الـ 18 لتلسكوب James Webb Space Telescope. تساعد الأضلاع الموجودة في الجزء الخلفي من المرآة في الحفاظ على قوة المرآة وقدرتها على الحفاظ على شكلها في الظروف القاسية. مقدمة المرآة ناعمة ومغلفة بالكامل بطبقة رقيقة من الذهب. الصورة مجاملة من الإدارة الوطنية للملاحة الجوية والفضاء. الصورة مجاملة من ناسا.

المعادن الاستراتيجية والحرجة

يعتبر البريليوم أحد أخف المعادن وأكثرها صلابة ، لكن كان هناك طلب صناعي ضئيل عليها حتى الثلاثينيات والأربعينيات عندما بدأت القطاعات الفضائية الجوية والدفاعية والنووية في استخدام البريليوم ومركباته. تصنف وزارة الدفاع الأمريكية الآن البريليوم على أنه مادة استراتيجية وحاسمة لأنه يستخدم في المنتجات الحيوية للأمن القومي.

تم تحديد شكل أكسيد البريليوم في عام 1797 ، وقام العلماء أولاً بعزل البريليوم المعدني في عام 1828. مادة البريليوم وبعض مركبات البريليوم سامة ويجب معالجتها بعناية. من المعروف أن تعرض أماكن العمل للغبار أو أبخرة مركبات البريليوم والبريليوم يسبب مشاكل صحية خطيرة ، مثل السرطان أو مرض البريليوم المزمن ، وهو استجابة لجهاز المناعة يمكن أن تلحق الضرر بالرئتين. تمنع الممارسات الصحيحة في مكان العمل هذه التعرضات.

استخدامات البريليوم

تمثل سبائك البريليوم والنحاس حوالي 80 في المائة من البريليوم المستخدم في الولايات المتحدة. هذه السبائك قوية ، صلبة ، وغير مغنطيسية. هم موصلات جيدة للكهرباء والحرارة ، ويقاومون التآكل والتعب. تستخدم سبائك البريليوم في صنع الموصلات ، والينابيع ، والمفاتيح ، والمكونات الأخرى للأجهزة الإلكترونية والكهربائية للفضاء ، والسيارات ، والكمبيوتر ، والدفاع ، والطبية ، والاتصالات السلكية واللاسلكية ، وغيرها من المنتجات.

البريليوم في الفضاء: تعتمد طائرة F-35 Lightning II Joint Strike Joint Air Force الأمريكية F-35 والعديد من مركبات الفضاء الأخرى على المكونات الكهربائية والميكانيكية المصنوعة من سبائك البريليوم. الصورة مجاملة من سلاح الجو الأمريكي.

هل كنت تعلم؟ تحتوي أنابيب البريليوم على عوارض من الجسيمات دون الذرية في معجل جسيمات Hadron Collider الكبيرة بالقرب من جنيف ، سويسرا.

الخصائص الفيزيائية للبريليوم

معدن البريليوم خفيف جدا وقاسي جدا. على أساس الوزن إلى الوزن ، يكون البريليوم أكثر صلابة بست مرات من الفولاذ ، ويحافظ على شكله في درجات الحرارة العالية والمنخفضة. يستخدم معدن البريليوم في صناعات الفضاء والدفاع لصنع أدوات دقيقة خفيفة الوزن.

صُنعت مرايا تلسكوب سبيتزر الفضائي وتلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) ، المقرر إطلاقهما في عام 2021 ، من البريليوم. تحتوي المرآة الأساسية لـ JWST على 18 قطعة سداسية (كل قطعة يبلغ قطرها 4.3 قدم) والتي يجب أن تحافظ على شكلها الدقيق حتى في درجات حرارة تصل إلى -400 درجة فهرنهايت ويجب أن تكون خفيفة بما يكفي لحملها في المدار ؛ سوف يعمل التلسكوب على بعد حوالي مليون ميل فوق الأرض.

البريليوم شبه شفاف للأشعة السينية ، ويستخدم بريليوم فويل كمادة نافذة في الأشعة السينية وآلات الإشعاع الأخرى. في المفاعلات النووية ، يتم استخدام معدن البريليوم وأكسيد البريليوم للتحكم في تفاعلات الانشطار. كما استخدم البريليوم في آليات إطلاق الأسلحة النووية.

برترانديت العقيدات: يوجد جزء كبير من البرترانيت الموجود في جبل سبور ، ويوتا في عقيدات مؤلفة من فلوريت ، أوبال وبرترانيت. يتركز البريليوم في منطقة فلوريت الخارجية المحلاة. يمكن أن تحتوي العقيدات مثل هذا على ما يصل إلى 1٪ من البريليوم بالوزن. الصورة ديفيد أ. ليندسي ، هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية.

من أين يأتي البريليوم؟

يتم استخراج اثنين من المعادن ، برترانيت وبريل ، لالبريليوم ، وكلاهما موجود في ارتباط مع الصخور النارية. كل البريليوم الذي يجري تعدينه حاليا في الولايات المتحدة يأتي من البرترانيت المعدني.

مصادر برترانيت

يجب أن تعقد سلسلة معقدة من الأحداث لتركيز البريليوم في البرترانيت. أولاً ، يجب أن تندلع الصهارة الغنية بالفلور والبريليوم والسيليكا في منطقة توجد فيها صخور كربونات (حجر جيري أو دولوميت). إذا كانت حرارة الصهارة تدفئ المياه الجوفية في المنطقة وتتسبب في تحرك المياه من خلال الصخور المحيطة ، فإن الماء يلتقط العناصر ، بما في ذلك البريليوم ، من تلك الصخور ؛ قد يتفاعل الماء بعد ذلك مع الصخور البركانية أو الرسوبية المناسبة لتبلور المعادن ، بما في ذلك البرترانيت.

جواهر البريل: أربعة أنواع من البريل ذي الأحجار الكريمة: من الخلف إلى اليسار ، في اتجاه عقارب الساعة: مورغانيتي (برتقالي وردي) ، هيليوودور (أصفر) ، بيريل أخضر (أخضر شاحب) ، زبرجد (أزرق-أخضر). كمية صغيرة جدا من إمدادات البريليوم اليوم هي من البريل غير جوهرة المستردة في البحث عن المواد جوهرة.

هل كنت تعلم؟ طور الرومان مناجم الزمرد في الصحراء الشرقية لمصر منذ حوالي 2000 سنة.

مصادر البريل

البريل المعدني هو المصدر الرئيسي للبريليوم الملغوم خارج الولايات المتحدة. غالبًا ما يوجد البريل في الأوردة أو البغماتيت ، وهي صخور تحتوي على المعادن الأخيرة التي تتبلور من تسرب ناري كبير. تتميز Pegmatites بلورات كبيرة متشابكة غالباً ما تتضمن عناصر ومعادن غير عادية.

بلورات البريل النقية عديمة اللون ، لكن إدراج عناصر أخرى في البريل يخلق أحجار كريمة ملونة وقيمة. يعود اللون الأخضر في الزمرد إلى آثار الكروم وأحيانًا الفاناديوم في شعرية البللوري البلورية. اللون الأزرق الشاحب إلى اللون الأزرق والأخضر من الزبرجد ناتج عن ذرات الحديد مع حالة أكسدة +2 (Fe2+)؛ العناصر الأخرى في بلورات البريل تنتج ألوانًا تتراوح من الذهب إلى الأحمر. تم قطع حجر الزمرد الأوجه في أمريكا ، وهو حجر كريم 64 قيراط ، من الكريستال الأخضر الداكن 310 قيراط الموجود في منجم آدمز إميرالد في ولاية كارولينا الشمالية في عام 2009.

برترانيت المعادن: حبة من الرخام البريليوم. الصورة من قبل ناسا.

البريليوم العرض والطلب

الولايات المتحدة هي المصدر الرئيسي في العالم للبريليوم. أنتج منجم واحد في جبل سبور بولاية يوتا أكثر من 85 في المائة من البريليوم الملغوم في جميع أنحاء العالم في عام 2010. أنتجت الصين معظم الباقي ، وأقل من 2 في المائة جاءت من موزامبيق ودول أخرى. كما توفر المخزونات الوطنية كميات كبيرة من البريليوم للمعالجة.

ثلاث دول هي الصين وكازاخستان والولايات المتحدة تقوم بمعالجة خام البريليوم. في عام 2005 ، بدأت وزارة الدفاع الأمريكية شراكة مع شركة من القطاع الخاص لبناء منشأة معالجة جديدة في أوهايو لإنتاج معدن البريليوم عالي النقاء. تم الانتهاء من منشأة المعالجة في عام 2011 ، وسيتم تخصيص ما يصل إلى ثلثي إنتاجها للاستخدامات الدفاعية وغيرها من الاستخدامات ذات الصلة بالحكومة.

استوردت الولايات المتحدة حوالي 34 في المائة من المواد الخام من البريليوم التي استخدمتها في عام 2011 ، بما في ذلك معدن البريليوم وغيرها من مواد البريليوم المصنعة المستخدمة في التصنيع ؛ جاء ثلثا هذه المواد من روسيا وكازاخستان.

هل كنت تعلم؟ غالبًا ما تستخدم سيراميك البريليوم (أكسيد البريليوم) لاحتواء ومراقبة الليزر المستخدم في الجراحة.

إعادة تدوير البريليوم

قد يوفر البريليوم المعاد تدويره من الخردة المتخلفة عن تصنيع المنتجات الحاملة للتريليوم حوالي 10 في المائة من الاستهلاك الظاهري للولايات المتحدة. الاستهلاك الظاهر هو مقياس لكمية المواد المستخدمة فعليًا ، وتحسب كإنتاج + واردات - صادرات - تغيرات في مخزونات الحكومة أو الصناعة.

الولايات المتحدة الأمريكية البريليوم الموارد

من المحتمل أن تكون الولايات المتحدة قادرة على تلبية معظم متطلبات البريليوم من المصادر المحلية. هناك احتياطيات كبيرة مثبتة من البرترنيت في جبل سبور بولاية يوتا ، وهناك موارد البريليوم في مناطق أخرى من يوتا وألاسكا. يوجد ما يقرب من 65 في المائة من الموارد العالمية المقدرة من البريليوم اللامفاتي في الولايات المتحدة. تهدف وزارة الدفاع الأمريكية إلى الاحتفاظ بحوالي 45 طنًا متريًا من مسحوق بريليوم المعدني المضغوط في مخزون الدفاع الوطني.

البريليوم المعلومات
1 البريليوم: براين و. جاسكولا ، هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية ، ملخصات السلع المعدنية ، يناير 2012.
2 البريليوم: براين و. جاسكولا ، الولايات المتحدة للمسح الجيولوجي ، حولية المعادن ، أبريل 2012.
3 إعادة تدوير البريليوم في الولايات المتحدة: لاري د. كننغهام ، الولايات المتحدة الأمريكية للمسح الجيولوجي التعميم 1196-P ، 2004.
4 نموذج لحدث للتقييم الوطني لرواسب البريليوم البركانية: نورا ك. فولي ، روبرت ر. سيل ، الثاني ، نادين م. بياتاك ، وبراينا هيتلاند ، الولايات المتحدة الأمريكية للمسح الجيولوجي ، تقرير مفتوح للملفات 2010-1195 ، 2010.

ضمان مستقبل البريليوم اللوازم

للمساعدة في التنبؤ بمكان وجود إمدادات البريليوم في المستقبل ، يدرس علماء هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية كيف وأين تتركز موارد البريليوم في قشرة الأرض ويستخدمون تلك المعرفة لتقييم احتمال وجود موارد البريليوم غير المكتشفة. تم تطوير تقنيات لتقييم الموارد المعدنية من قبل دائرة المسح الجيولوجي الأمريكية لدعم الإشراف على الأراضي الفيدرالية ولتقييم توافر الموارد المعدنية بشكل أفضل في سياق عالمي. تقوم هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية أيضًا بتجميع الإحصاءات والمعلومات حول العرض العالمي للبريليوم والطلب عليه وتدفقه. تُستخدم هذه البيانات لإبلاغ صناعة السياسة الوطنية بالولايات المتحدة.

شاهد الفيديو: معدن البيريليوم استخدام واضرار #Beryllium (شهر فبراير 2020).