ベリリウムの特性、歴史、用途

サイエンスピクチャー株式会社/ゲッティイメージズ

ベリリウムは、多くの航空宇宙および軍事用途に不可欠な、高い融点と独自の核特性を持つ硬くて軽い金属です。

プロパティ

• 原子記号: Be
• 原子番号: 4
• 要素カテゴリ: アルカリ土類金属
• 密度: 1.85 g/cm³
• 融点: 2349 F (1287 C)
• 沸点: 4476 F (2469 C)
• モース硬度: 5.5

特徴

純粋なベリリウムは、非常に軽く、強く、もろい金属です。密度1.85g/cm³、ベリリウムは 2 番目に軽い元素金属です。 リチウム .

灰色の金属は、融点が高く、クリープやせん断に強く、引張強度と曲げ剛性が高いため、合金元素として評価されています。重さは4分の1程度ですが、 鋼 、ベリリウムは6倍の強度があります。

お気に入り アルミニウム 、ベリリウム金属は、抵抗するのに役立つ表面に酸化物層を形成します腐食.金属はどちらも非 磁気 油ガス分野で高く評価されている特性であり、さまざまな温度範囲で高い熱伝導率と優れた熱放散特性を備えています。

ベリリウムの X 線吸収断面積が低く、中性子散乱断面積が高いため、X 線ウィンドウや、核用途の中性子反射体および中性子減速材として理想的です。

この要素は甘い味を持っていますが、組織に対して腐食性があり、吸い込むとベリリア症として知られる生命を脅かす慢性的なアレルギー疾患につながる可能性があります。

歴史

最初に分離されたのは 18 世紀後半ですが、ベリリウムの純粋な金属形態は 1828 年まで生成されませんでした。ベリリウムの商業的用途が開発されるまでには、さらに 1 世紀かかります。

フランスの化学者ルイ・ニコラス・ヴォークランは当初、彼が新たに発見した元素を「グルシニウム」（ギリシャ語から）と名付けました。 グリシス 「甘い」の意味）その味による。同時にドイツで元素の分離に取り組んでいたフリードリッヒ・ウェーラーは、ベリリウムという用語を好み、最終的にベリリウムという用語を使用することを決定したのは国際純粋応用化学連合でした。

金属の特性に関する研究は 20 世紀を通じて続けられたが、金属の商業的開発が始まったのは、20 世紀初頭に合金化剤としてのベリリウムの有用な特性が実現するまでではなかった.

製造

ベリリウムは、2 種類の鉱石から抽出されます。ベリル（Be₃に₂(SiO₃)₆) とベルトランダイト (Be₄はい₂〇₇（おー）₂）。ベリルは一般にベリリウムの含有量が多い (3 ～ 5 重量パーセント) が、平均して 1.5 パーセント未満のベリリウムを含むベルトランダイトよりも精製が困難です。ただし、両方の鉱石の精製プロセスは類似しており、単一の施設で実行できます。

硬度が高いため、ベリル鉱石はまず電気アーク炉で溶解して前処理する必要があります。次に、溶融した材料を水中に沈め、「フリット」と呼ばれる微粉末を生成します。

粉砕されたベルトランダイト鉱石とフリットは、最初に硫酸で処理され、存在するベリリウムやその他の金属が溶解され、水溶性の硫酸塩が生成されます。ベリリウム含有硫酸塩溶液は水で希釈され、疎水性有機化学物質を含むタンクに供給されます。

ベリリウムは有機物に付着しますが、水ベースの溶液は 鉄 、アルミニウム、およびその他の不純物。所望のベリリウム含有量が溶液中に濃縮されるまで、この溶媒抽出プロセスを繰り返すことができる。

次に、ベリリウム精鉱を炭酸アンモニウムで処理し、加熱して、水酸化ベリリウム（BeOH₂）。高純度の水酸化ベリリウムは、銅ベリリウムを含む元素の主要な用途の入力材料です。 合金 、ベリリアセラミックス、および純ベリリウム金属の製造。

高純度のベリリウム金属を生成するために、水酸化物型をフッ化水素アンモニウムに溶解し、1652 以上に加熱します。 ° F (900 ° C）、溶融フッ化ベリリウムを作成します。型に鋳造された後、フッ化ベリリウムは溶融物と混合されます マグネシウム るつぼに入れて加熱します。これにより、純粋なベリリウムがスラグ (廃棄物) から分離されます。マグネシウムスラグから分離した後、純度約 97% のベリリウム球が残ります。

余分なマグネシウムは、真空炉でさらに処理することによって燃焼除去され、最大 99.99% の純度のベリリウムが残ります。

ベリリウム球は、通常、静水圧プレスによって粉末に変換され、ベリリウム アルミニウム合金または純粋なベリリウム金属シールドの製造に使用できる粉末が作成されます。

ベリリウムは、スクラップ合金からも容易にリサイクルできます。ただし、リサイクルされた材料の量は、エレクトロニクスなどの分散技術で使用されるため、可変であり、制限されています。電子機器に使用される銅-ベリリウム合金に含まれるベリリウムは収集が難しく、収集されるとまず銅のリサイクルに送られますが、ベリリウム含有量が不経済な量にまで希釈されます。

金属の戦略的性質により、ベリリウムの正確な生産量を達成することは困難です。しかし、精錬されたベリリウム材料の世界的な生産量は、およそ 500 トンと推定されています。

米国でのベリリウムの採掘と精製は、世界の生産量の 90% を占めており、Materion Corp. が支配しています。以前は Brush Wellman Inc. として知られていた同社は、ユタ州で Spor Mountain ベルトランダイト鉱山を運営しており、世界最大の鉱山です。ベリリウム金属の生産者および精製者。

ベリリウムは米国、カザフスタン、中国でしか精製されていませんが、ベリルは中国、モザンビーク、ナイジェリア、ブラジルなど多くの国で採掘されています。

アプリケーション

ベリリウムの用途は、次の 5 つの領域に分類できます。

• 家電および電気通信
• 産業用部品および商用航空宇宙
• 防衛と軍事
• 医学
• 他の

ソース:

ウォルシュ、ケネス・A. ベリリウムの化学と処理 . ASM インターナショナル (2009)。
米国地質調査所。 ブライアン・W・ジャスキュラ。
ベリリウム科学技術協会。 ベリリウムについて。
ヴァルカン、トム。 ベリリウムの基本: 重要かつ戦略的な金属としての強度を構築します。 鉱物年鑑 2011 .ベリリウム。