Propriétés, historique et applications

Le béryllium est un métal dur et léger qui a un point de fusion élevé et des propriétés nucléaires uniques, ce qui le rend vital pour de nombreuses applications aérospatiales et militaires.

• Symbole atomique: être
• Numéro atomique: 4
• Catégorie d'élément: Métal alcalino-terreux
• Densité: 1,85 g / cm³
• Point de fusion: 2349 F (1287 C)
• Point d'ébullition: 4476 F (2469 C)
• Dureté Mohs: 5,5

Le béryllium pur est un métal extrêmement léger, solide et cassant. Avec une densité de 1,85 g / cm³, le béryllium est le deuxième métal élémentaire le plus léger, derrière seulement lithium.

Le métal de couleur grise est apprécié comme élément d'alliage en raison de son point de fusion élevé, de sa résistance au fluage et au cisaillement, ainsi que de sa résistance à la traction élevée et de sa rigidité en flexion. Bien que seulement un quart environ du poids des acier, le béryllium est six fois plus fort.

Comme aluminium, le béryllium métallique forme à sa surface une couche d'oxyde qui aide à résister

La section efficace à faible absorption de rayons X et la section efficace à diffusion élevée de neutrons du béryllium le rendent idéal pour les fenêtres à rayons X et comme réflecteur de neutrons et modérateur de neutrons dans les applications nucléaires.

Bien que l'élément ait un goût sucré, il est corrosif pour les tissus et l'inhalation peut entraîner une maladie allergique chronique menaçant le pronostic vital appelée bérylliose.

Bien qu'isolée pour la première fois à la fin du XVIIIe siècle, une forme métallique pure de béryllium n'a été produite qu'en 1828. Il faudra encore un siècle avant que les applications commerciales du béryllium ne se développent.

Le chimiste français Louis-Nicholas Vauquelin a initialement appelé son élément nouvellement découvert «glucinium» (du grec glykys pour «sucré») en raison de son goût. Friedrich Wohler, qui travaillait simultanément sur l'isolement de l'élément en Allemagne, a préféré le terme béryllium et c'est finalement l'Union internationale de chimie pure et appliquée qui a décidé que le terme béryllium devait être utilisé.

Si les recherches sur les propriétés du métal se sont poursuivies tout au long du XXe siècle, il a fallu attendre la les propriétés utiles du béryllium comme agent d'alliage au début du 20e siècle que le développement commercial du métal a commencé.

Le béryllium est extrait de deux types de minerais; béryl (être₃Al₂(SiO₃)₆) et la bertrandite (Be₄Si₂O₇(OH)₂). Alors que le béryl a généralement une teneur en béryllium plus élevée (trois à cinq pour cent en poids), il est plus difficile à raffiner que la bertrandite, qui contient en moyenne moins de 1,5 pour cent de béryllium. Les processus de raffinage des deux minerais, cependant, sont similaires et peuvent être effectués dans une seule installation.

En raison de sa dureté supplémentaire, le minerai de béryl doit d'abord être prétraité par fusion dans un four à arc électrique. Le matériau fondu est ensuite plongé dans l'eau, produisant une fine poudre appelée «fritte».

Le minerai et la fritte de bertrandite broyés sont d'abord traités avec de l'acide sulfurique, qui dissout le béryllium et les autres métaux présents, ce qui donne un sulfate soluble dans l'eau. La solution de sulfate contenant du béryllium est diluée avec de l'eau et introduite dans des réservoirs contenant des produits chimiques organiques hydrophobes.

Alors que le béryllium se fixe sur la matière organique, la solution à base d'eau conserve le fer, l'aluminium et d'autres impuretés. Ce processus d'extraction par solvant peut être répété jusqu'à ce que la teneur en béryllium souhaitée soit concentrée dans la solution.

Le concentré de béryllium est ensuite traité avec du carbonate d'ammonium et chauffé, précipitant ainsi l'hydroxyde de béryllium (BeOH₂). L'hydroxyde de béryllium de haute pureté est le matériau d'entrée pour les principales applications de l'élément, y compris le cuivre-béryllium alliages, la céramique de béryllium et la fabrication de métal pur au béryllium.

Afin de produire du béryllium métallique de haute pureté, la forme hydroxyde est dissoute dans du bifluorure d'ammonium et chauffée au-dessus de 1652°F (900°C), créant un fluorure de béryllium fondu. Après avoir été coulé dans des moules, le fluorure de béryllium est mélangé avec du magnésium dans des creusets et chauffés. Cela permet au béryllium pur de se séparer des scories (déchets). Après séparation du laitier de magnésium, il reste des sphères de béryllium qui mesurent environ 97% de pureté.

L'excès de magnésium est brûlé par un traitement supplémentaire dans un four à vide, laissant le béryllium jusqu'à 99,99% pur.

Les sphères de béryllium sont normalement converties en poudre par pressage isostatique, créant une poudre qui peut être utilisée dans la production d'alliages béryllium-aluminium ou de boucliers métalliques en béryllium pur.

Le béryllium peut également être facilement recyclé à partir d'alliages de rebut. Cependant, la quantité de matériaux recyclés est variable et limitée en raison de son utilisation dans les technologies dispersives, telles que l'électronique. Le béryllium présent dans les alliages cuivre-béryllium utilisés en électronique est difficile à collecter et collectés sont d'abord envoyés pour le recyclage du cuivre, ce qui dilue la teneur en béryllium à un montant.

En raison de la nature stratégique du métal, il est difficile d'obtenir des chiffres de production précis pour le béryllium. Cependant, la production mondiale de matériaux raffinés en béryllium est estimée à environ 500 tonnes métriques.

Aux États-Unis, l'extraction et le raffinage du béryllium, qui représente jusqu'à 90% de la production mondiale, sont dominés par Materion Corp. Anciennement connue sous le nom de Brush Wellman Inc., la société exploite la mine de bertrandite de Spor Mountain dans l'Utah et est le plus grand producteur et raffineur de béryllium métal au monde.

Alors que le béryllium n'est raffiné qu'aux États-Unis, au Kazakhstan et en Chine, le béryl est extrait dans un certain nombre de pays, dont la Chine, le Mozambique, le Nigéria et le Brésil.

Les utilisations du béryllium peuvent être classées en cinq domaines:

• Electronique grand public et télécommunications
• Composants industriels et aérospatiale commerciale
• Défense et militaire
• Médical
• Autre

Sources:

Walsh, Kenneth A. Chimie et traitement du béryllium. ASM Intl (2009).
US Geological Survey. Brian W. Jaskula.
Association des sciences et technologies du béryllium. À propos du béryllium.
Vulcain, Tom. Les bases du béryllium: s'appuyer sur la force en tant que métal critique et stratégique.Annuaire des minéraux 2011. Béryllium.