Применение бериллия и его минеральные ресурсы

Применение

По причине того, что бериллий в чистом виде был получен лишь в самом конце XIX века, он долгое время не мог найти достойного применения. По этому в различных справочниках и энциклопедиях начала XX века о бериллии говорилось: «Практического применения не имеет». Для того чтобы уникальные свойства элемента номер четыре нашли своё применение, требовалось время — время для развития современного уровня технологий. И если в тридцатых годах XX века советский академик А.Е. Ферсман называл бериллий металлом будущего, то сейчас он может по праву называться металлом настоящего.

Огромное количество бериллия расходуется в качестве легирующей добавки к различным сплавам на основе алюминия, никеля, магния, меди и других металлов. Такая добавка обеспечивает высокую твердость, хорошую электрическую проводимость теплопроводность и прочность сплавов, коррозионную устойчивость поверхностей изделий изготовленных из этих сплавов. Наиболее известны и применяемы в технике — бериллиевые бронзы (в США в 80-х годах до 80 % от производимого бериллия) — сплавы меди с бериллием. Из них изготавливают многие изделия, от которых требуются большая прочность, хорошая сопротивляемость усталости и коррозии, сохранение упругости в значительном интервале температур, высокая электро- и теплопроводность. Одним из потребителей этого сплава является авиационная промышленность — подсчитано, что в современном тяжелом самолете свыше тысячи деталей сделано из бериллиевой бронзы. Благодаря своим упругим свойствам бериллиевая бронза служит прекрасным пружинным материалом. Пружины из этого материала практически не знают усталости: они способны выдерживать до 20 миллионов циклов нагрузки, при том, что рессоры из обычной углеродистой стали выходят из строя уже после 800—850 циклов. Кроме того, бериллиевые бронзы не искрятся при ударе о металл или камень, по этой причине их используют для изготовления специального инструмента, применяемого на взрывоопасных работах — в шахтах, на пороховых заводах, нефтебазах. Добавки бериллия облагораживают и другие сплавы, например, на основе магния и алюминия: весьма малые количества бериллия (достаточно 0,005 %) намного уменьшают потери магниевых сплавов от горения и окисления при плавке и литье. Не менее интересными свойствами обладают и бериллиды — интерметаллические соединения бериллия с танталом, ниобием, цирконием и другими тугоплавкими металлами. Подобные соединения обладают исключительной твердостью и стойкостью против окисления, они могут проработать более десяти часов при температуре 1 650 °C. Перспективным считается получение сплавов бериллия с литием — они будут легче воды.

Повысить жесткость, прочность и жаростойкость других металлов можно и без введения бериллия в сплав. В таких случаях используют бериллизацию — насыщение поверхности стальной детали бериллием путем диффузии. После чего поверхность детали покрывается твердым химическим соединением бериллия с железом и углеродом. Это прочное защитное покрытие толщиной всего 0,15...0,4 мм придает деталям жаростойкость и устойчивость к морской воде и азотной кислоте.

Сочетание малой атомной массы, малого сечения захвата тепловых нейтронов (0,009 барн на атом), большого сечения их рассеивания и достаточной стойкости в условиях радиации делает бериллий одним из лучших материалов для изготовления замедлителей и отражателей нейтронов в атомных реакторах. Изготовление замедлителей и отражателей из бериллия и его окиси позволяет намного уменьшить АЗ реакторов, увеличить рабочую температуру и эффективнее использовать ядерное топливо. Из бериллия изготовляют окошки рентгеновских трубок, используя его высокую проницаемость для рентгеновских лучей (в 17 раз большую, чем у алюминия). В смесях с некоторыми α-радиоактивными нуклидами (радия, полония, актиния, плутония) бериллий используют в ампульных нейтронных источниках, так как он обладает свойством интенсивного излучения нейтронов при бомбардировке α-частицами.

Бериллий и некоторые его соединения (в виде раствора в жидком аммиаке, в виде гидрида бериллия, раствора боргидрида бериллия в жидком аммиаке) рассматриваются как перспективное твёрдое ракетное топливо с наиболее высокими удельными импульсами. Соединения бериллия нашли не меньшее применение, чем сам металл: в лазерной технике используется алюминат бериллия при изготовлении твердотельных излучателей (стержней, пластин). Боргидрид бериллия и тонкодисперсный бериллиевый порошок пропитанные жидким кислородом либо окисью фтора, иногда применяются как особо мощные взрывчатые вещества (ВВ). Фторид бериллия используется в атомной технике для варки стекла применяемого для регулирования небольших потоков нейтронов. Множеством ценных свойств обладает окись бериллия — благодаря высокой огнеупорности (температура плавления 2 570 °С), значительной химической стойкости и большой теплопроводности этот материал используется для футеровки индукционных печей, изготовления тиглей для плавки различных металлов и сплавов. Оксид бериллия — основной материал для оболочек тепловыделяющих элементов (твэлов) атомных реакторов. Ведь именно в этих оболочках особенно велика плотность нейтронного потока и самая высокая температура, самые большие напряжения и все условия для коррозии. Поскольку уран коррозионно неустойчив и недостаточно прочен, его приходится защищать специальными оболочками, как правило, из оксида бериллия.

БЕРИЛЛ (от греч. beryllos — старинное название драгоценных камней, которые использовались для зрительных стёкол * а. beryl; н. Beryll; ф. beryl; и. berilo) — минерал подкласса кольцевых силикатов, Be₃Al₂[Si₆O₁₈]; содержит 14,1% ВеО. Характерны примеси Na, Cs, Rb, Li, Fe²⁺, Fe³⁺, Mg, Mn, Н₂О, Не; редко Cr³⁺, Sc, Ca. Кристаллизуется в гексагональной сингонии. Основной структурный мотив — шестерные кольца [Si₆О₁₈], расположенные друг над другом в виде колонок с полыми вертикальными каналами внутри них; между собой кольца связаны колонками Ве-тетраэдров и Al-октаэдров. Примеси, входящие в состав берилла, замещают Be или Al; крупные катионы щелочных металлов и вода размещаются в каналах.

Различают 3 типа берилла: t-бериллы, в которых ионы Li- и частично Mg²⁺ занимают тетраэдрические позиции Be²⁺; о-бериллы, содержащие катионы Fe²⁺, Fe³⁺, Mg²⁺, Mn²⁺ в октаэдрических позициях — на месте Al³⁺; n-бериллы теоретического состава. По содержанию щелочей и Li выделяют бесщелочные, натровые, натрово-литиевые и литиево-цезиевые разновидности.

Бериллам свойственны хорошо образованные кристаллы призматического, игольчатого, реже таблитчатого габитусов, нередко значительного размера. Самый крупный из известных в мире кристаллов — кристалл берилла с Мадагаскара (длина 18 м, диаметр 3,5 м, масса 380 т). Характерны псевдомонокристаллы (агрегатные сростки индивидов с общей внешней огранкой). Чистый берилл бесцветен; окраска берилла определяется составом примесей. Голубовато-зелёные тона связаны с примесью Fe²⁺ и Fe³⁺, густо-зелёные- Cr³⁺, жёлтые — Fe³⁺, розовые — Mn²⁺. Твердость 7,5-8. Плотность 2650-2750 кг/м³.

Берилл формируется в гранитных пегматитах, грейзенах

Дата добавления: 2015-07-26; просмотров: 204; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!