Contenuto
- Un metallo strategico e critico
- Usi di berillio
- Proprietà fisiche del berillio
- Da dove viene il berillio?
- Fonti Bertrandite
- Fonti di berillo
- Offerta e domanda di berillio
- Riciclaggio del berillio
- Risorse al berillio degli Stati Uniti
- Garantire future forniture di berillio
Specchio telescopio al berillio: Vista della parte posteriore di uno dei 18 segmenti di specchio al berillio per il James Webb Space Telescope. Le nervature sul retro dello specchio aiutano a mantenere la forza e la capacità degli specchi di mantenere la sua forma in condizioni estreme. La parte anteriore dello specchio è completamente liscia e rivestita da un sottile film d'oro. Fotografia per gentile concessione della National Aeronautics and Space Administration. Foto per gentile concessione della NASA.
Un metallo strategico e critico
Il berillio è uno dei metalli più leggeri e rigidi, ma la domanda industriale era scarsa fino agli anni '30 e '40, quando i settori aerospaziale, della difesa e nucleare iniziarono a usare il berillio e i suoi composti. Il berillio è ora classificato dal Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti come materiale strategico e critico perché viene utilizzato in prodotti fondamentali per la sicurezza nazionale.
La forma di ossido di berillio è stata identificata nel 1797 e gli scienziati hanno prima isolato il berillio metallico nel 1828. Il berillio e alcuni composti del berillio sono tossici e devono essere maneggiati con cura. Le esposizioni sul posto di lavoro a polveri o fumi di berillio e composti del berillio sono noti per causare gravi problemi di salute, come il cancro o la malattia cronica di berillio, che è una risposta del sistema immunitario che può danneggiare i polmoni. Le pratiche corrette sul posto di lavoro impediscono queste esposizioni.
Usi di berillio
Le leghe di berillio-rame rappresentano circa l'80 percento del berillio utilizzato negli Stati Uniti. Queste leghe sono forti, dure e non magnetiche; sono buoni conduttori di elettricità e calore e resistono alla corrosione e alla fatica. Le leghe di berillio sono utilizzate nella realizzazione di connettori, molle, interruttori e altri componenti di dispositivi elettronici ed elettrici per l'industria aerospaziale, automobilistica, informatica, della difesa, medica, delle telecomunicazioni e di altri prodotti.
Berillio nell'aerospaziale: L'aeronautica statunitense F-35 Lightning II Joint Strike Fighter e molti altri veicoli aerospaziali si basano su componenti elettrici e meccanici realizzati con leghe di berillio. Foto per gentile concessione della US Air Force.
Proprietà fisiche del berillio
Il metallo al berillio è molto leggero e molto rigido. In base al peso, il berillio è sei volte più rigido dell'acciaio e mantiene la sua forma ad alte e basse temperature. Il metallo al berillio viene utilizzato nell'industria aerospaziale e della difesa per realizzare strumenti di precisione leggeri.
Gli specchi dello Spitzer Space Telescope e del James Webb Space Telescope (JWST), il cui lancio è previsto per il 2021, sono realizzati in berillio. Lo specchio principale del JWST contiene 18 segmenti esagonali (ogni segmento ha un diametro di 4,3 piedi) che devono mantenere la loro forma esatta anche a temperature di -400 gradi Fahrenheit e devono essere abbastanza leggeri per essere trasportati in orbita; il telescopio opererà circa 1 milione di miglia sopra la Terra.
Il berillio è quasi trasparente ai raggi X e il foglio di berillio viene utilizzato come materiale per finestre nei raggi X e in altre macchine a radiazione. Nei reattori nucleari, il metallo al berillio e l'ossido di berillio sono usati per controllare le reazioni di fissione. Il berillio è stato anche usato nei meccanismi di innesco per le armi nucleari.
Nodulo Bertrandite: Gran parte del bertrandite trovato a Spor Mountain, nello Utah, è contenuto in noduli composti da fluorite, opale e bertrandite. Il berillio è concentrato nella zona di fluorite opalizzata esterna. Noduli come questo possono contenere fino all'1% di berillio in peso. Fotografia di David A. Lindsey, United States Geological Survey.
Da dove viene il berillio?
Due minerali, bertrandite e berillo, vengono estratti per il berillio, ed entrambi si trovano in associazione con rocce ignee. Tutto il berillio attualmente in fase di estrazione negli Stati Uniti proviene dalla bertrandite minerale.
Fonti Bertrandite
Una serie complessa di eventi deve aver luogo per concentrare il berillio in bertrandite. Innanzitutto, un magma che è ricco di fluoro, berillio e silice deve esplodere in un'area in cui vi sono rocce carbonatiche (calcare o dolomite). Se il calore del magma riscalda le acque sotterranee nell'area e fa muovere l'acqua attraverso le rocce circostanti, l'acqua raccoglie elementi, incluso il berillio, da quelle rocce; l'acqua può quindi reagire con opportune rocce ignee o sedimentarie per cristallizzare minerali, compresa la bertrandite.
Gemme di berillo: Quattro varietà di berillo di qualità gemma: dalla parte posteriore sinistra, andando in senso orario: morganite (arancio-rosato), eliodoro (giallo), berillo verde (verde pallido), acquamarina (blu-verde). Una quantità molto piccola della fornitura di berillio di oggi proviene dal berillo non gemma recuperato nella ricerca di materiali gemmali.
Fonti di berillo
Il berillo minerale è la principale fonte di berillio estratto al di fuori degli Stati Uniti. Il berillo si trova più spesso nelle vene o nelle pegmatiti, che sono rocce che contengono gli ultimi minerali da cristallizzare da una grande intrusione ignea. Le pegmatiti si distinguono per i grandi cristalli intrecciati che spesso includono elementi e minerali insoliti.
I cristalli di berillo puri sono incolori, ma l'inclusione di altri elementi nel berillo crea pietre preziose colorate e preziose. Il colore verde smeraldo è dovuto a tracce di cromo e talvolta vanadio nel reticolo cristallino berillio. Il colore dal blu pallido al blu-verde dell'acquamarina è causato da atomi di ferro con uno stato di ossidazione di +2 (Fe2+); altri elementi nei cristalli di berillo producono colori che vanno dall'oro al rosso. Lo smeraldo sfaccettato più grande d'America, una pietra preziosa da 64 carati, è stato tagliato da un cristallo verde scuro da 310 carati trovato alla miniera di smeraldi di Adams, nella Carolina del Nord, nel 2009.
Bertrandite Metal: Un granello di berillio delle dimensioni di un marmo. Fotografia della NASA.
Offerta e domanda di berillio
Gli Stati Uniti sono la principale fonte di berillio al mondo. Una sola miniera a Spor Mountain, nello Utah, ha prodotto oltre l'85 percento del berillio estratto nel mondo nel 2010. La Cina ha prodotto la maggior parte del resto e meno del 2 percento proveniva dal Mozambico e da altri paesi. Le scorte nazionali forniscono anche quantità significative di berillio per la lavorazione.
Tre paesi: Cina, Kazakistan e Stati Uniti trattano il minerale di berillio. Nel 2005, il Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti iniziò una partnership con una società del settore privato per costruire un nuovo impianto di lavorazione in Ohio per produrre metallo berillio ad alta purezza. L'impianto di elaborazione è stato completato nel 2011 e fino a due terzi della sua produzione doveva essere destinata alla difesa e ad altri usi finali legati al governo.
Gli Stati Uniti hanno importato circa il 34 percento delle materie prime al berillio utilizzate nel 2011, tra cui metallo al berillio e altri materiali al berillio trasformati utilizzati nella produzione; i due terzi di questo materiale provenivano dalla Russia e dal Kazakistan.
Riciclaggio del berillio
Il berillio che viene riciclato dai rottami lasciati dalla fabbricazione di prodotti contenenti berillio può fornire circa il 10 percento del consumo apparente negli Stati Uniti. Il consumo apparente è una misura della quantità di materiale effettivamente utilizzato, calcolata come produzione + importazioni - esportazioni ± variazioni nelle scorte governative o industriali.
Risorse al berillio degli Stati Uniti
È probabile che gli Stati Uniti siano in grado di soddisfare la maggior parte dei suoi requisiti di berillio da fonti domestiche. Esistono notevoli riserve comprovate di bertrandite a Spor Mountain, nello Utah, e ci sono risorse di berillio in altre aree dello Utah e dell'Alaska. Circa il 65 percento delle risorse globali stimate di berillio non pegmatitico si trova negli Stati Uniti. Il Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti mira a contenere circa 45 tonnellate di polvere di metallo al berillio pressato a caldo nella riserva nazionale della difesa.
Garantire future forniture di berillio
Per aiutare a prevedere dove potrebbero trovarsi le future scorte di berillio, gli scienziati USGS studiano come e dove le risorse di berillio sono concentrate nella crosta terrestre e usano tale conoscenza per valutare la probabilità che possano esistere risorse di berillio non ancora scoperte. L'USGS ha sviluppato tecniche per valutare le risorse minerarie per supportare la gestione delle terre federali e valutare meglio la disponibilità delle risorse minerarie in un contesto globale. USGS raccoglie anche statistiche e informazioni sull'offerta, la domanda e il flusso di berillio in tutto il mondo. Questi dati vengono utilizzati per informare le politiche nazionali statunitensi.