Berilyum en hafif ve en sert metallerden biridir ancak havacılık, savunma ve nükleer sektörlerin berilyum ve bileşiklerini kullanmaya başlaması 1930 ve 1940’lı yıllara dayanmaktadır. Berilyum, ABD Savunma Bakanlığı tarafından stratejik ve kritik bir malzeme olarak sınıflandırılmaktadır çünkü ulusal güvenlik için hayati önem taşıyan ürünlerde berilyum kullanılmaktadır.
Berilyumun oksit formu 1797’de tanımlanmıştır. Bilim insanları tarafından ilk olarak 1828’de metalik berilyum izole edilmiştir. Berilyum ve bazı berilyum bileşikleri toksiktir bu nedenle dikkatli kullanılmaları gerekmektedir. Berilyum ve berilyum bileşiklerinin tozlarına veya dumanlarına maruz kalmak, akciğerlere zarar vererek kanser veya kronik berilyum hastalığı (berilyoz) gibi ciddi sağlık sorunlarına neden olmaktadır.
Berilyumun Fiziksel Özellikleri
Berilyum metali hem çok hafif hemde çok serttir. Berilyum çelikten altı kat daha serttir. Şeklini yüksek ve düşük sıcaklıklarda korumaktadır. Berilyum metal, havacılık ve savunma endüstrilerinde hafif hassas aletler yapmak amacıyla kullanılmaktadır.
ÖNEMLİ NOT: 2021 yılında fırlatılması planlanan Spitzer Uzay Teleskobu ve James Webb Uzay Teleskobu’nun (JWST) aynaları berilyumdan yapılmıştır. JWST’nin birincil aynası, -400 Fahrenheit derece sıcaklıklarda bile tam şeklini koruyacak ve yörüngeye taşınacak kadar hafif olması için 18 altıgen bölüm içermektedir (her bölüm 4.3 fit çapında). Teleskop Dünya’nın yaklaşık 1 milyon mil üzerinde çalışacaktır.
Berilyum neredeyse x-ışınlarına karşı şeffaftır. Berilyum folyo, röntgen ve diğer radyasyon makinelerinde pencere malzemesi olarak kullanılmaktadır. Berilyum metali ve berilyum oksit, nükleer reaktörlerdeki fisyon reaksiyonlarını kontrol etmek amacıyla kullanılmaktadır. Nükleer silahların tetik mekanizmalarında da berilyum kullanılmaktadır.
Berilyum Nasıl Elde Edilir?
Bertrandit (berilyum cevheri) ve beril olmak üzere iki mineral, berilyum elde etmek amacı ile magmatik kayaçlardan çıkarılmaktadır.
Bertrandit Kaynakları
Bertranditi berilyuma dönüştürmek için karmaşık bir dizi olay gerçekleşmektedir. İlk olarak, karbonat kayaçların ( kireçtaşı veya dolomit ) olduğu bir alanda flor, berilyum ve silika bakımından zengin bir magma püskürtülmelidir. Magmadan gelen ısı, bölgede bulunan yeraltı suyunu ısıtırsa ve suyun çevredeki kayalardan geçmesine neden olursa, su bu kayalardan berilyum dahil diğer elementleri toplar. Sonrasında bertrandit dahil diğer mineralleri kristalleştirmek için uygun magmatik veya tortul kayalarla reaksiyona girebilir.
Beril Kaynakları
Beril, büyük magmatik püskürtmeler sonrasında kristalize olan mineralleri içeren kayaların oyuklarında veya pegmatitlerinde bulunur. Pegmatitler , genellikle olağandışı elementler ve mineraller içeren ve birbirine kenetlenen kristallerle ayırt edilir.
Saf beril kristalleri renksizdir ancak diğer elementlerin beril içerisine dahil edilmesi renkli ve değerli taşların oluşmasını sağlar. Zümrütteki yeşil renk, kristal kafesteli beril, krom ve bazen vanadyum kalıntılarından kaynaklanmaktadır. Akuamarinin soluk mavi ila mavi-yeşil rengi, oksidasyon durumu +2 (Fe 2+ ) olan demir atomlarından kaynaklanmaktadır. Beril kristallerindeki diğer elementler, altından kırmızıya değişen renkler oluşturmaktadır.
ÖNEMLİ NOT: Amerika’nın en büyük yüzlü zümrütü, 64 karattır ve 2009 yılında Kuzey Carolina’daki Adams Emerald Madeni’nde bulunan 310 karatlık koyu yeşil bir kristalden kesilmiştir.
Berilyum Geri Dönüşümü
Berilyum içeren ürünlerin imalatından kalan kalıntıdan geri dönüştürülen berilyum, ABD zahiri tüketiminin yaklaşık %10’unu sağlayabilmektedir.
ÖNEMLİ NOT: Zahiri(görünür) tüketim = Üretim + İthalat – İhracat – Hükümet veya Endüstri Stoklarındaki Değişiklikler, olarak hesaplanır. Fiilen kullanılan malzeme miktarının ölçüsüdür.
Berilyum Kullanımının Avantajları
Aşırı sıcaklıklarda hafif ağırlığın yüksek mukavemet ile kombinasyonu: Berilyum metali ve alüminyum-berilyum alaşımları; roket, uydu ve uçak bileşenleri gibi yüksek performanslı havacılık uygulamalarında kullanılmaktadır.
Bakır Berilyum alaşımlarının güvenilirliği: Hava taşıtları, tıbbi elektronikler, otomobil hava yastığı sistemleri ve kilitlenmeyi önleyici fren sistemleri ve yangın söndürme sistemleri gibi kritik sistemler için elektronik ve elektrikli konektör terminallerini etkinleştirmesi amacıyla kullanılmaktadır.
X-radyasyonu şeffaflığı: Saf berilyum metali, güvenlik ekipmanlarında ve meme kanserini tespit etmek için mamografi gibi yüksek çözünürlüklü tıbbi görüntüleme teknolojilerinde kullanılmaktadır.
Berilyum’un yüksek mukavemeti, iletkenliği ve manyetik olmayan özellikleri: Petrol ve gaz sondaj sensörlerinde ve yönlendirme sistemlerinde kullanılmaktadır.
Berilyum içeren alaşımların kıvılcım çıkarmayan, manyetik olmayan özellikleri: Petrol rafinerileri, kimya fabrikaları ve medikal anestezikler gibi yüksek patlama riski olan ortamlarda kullanılan aletlerde kullanılmaktadır.
Bakır-Berilyum Alaşımlarının Yüksek Performanslı Elektriksel Olarak İletken Terminallerin Üretimindeki Kullanım Alanları:
- Hava yastığı çarpışma sensörü ve açılma sistemleri, kilitlenme önleyici fren sistemleri ve diğer birçok can güvenliği uygulamasında kullanılmaktadır.
- Tıbbi ameliyathanedeki bağlantılar ve izleme ekipmanı gibi hayat kurtaran tıbbi uygulamalarda kullanılmaktadır.
- İfaiye ve polis gibi acil servislerin iletişim kurduğu elektrik, elektronik ve telekomünikasyon ekipmanlarındaki kritik bağlantılarda ve rölelerde kullanılmaktadır.
- Hava araçlarındaki elektrikli ve elektronik konektörlerinde, uçuş uçaklarında ve altimetre diyaframları gibi kritik uçak bileşenlerinde kullanılmaktadır.
- Yangın sprinklerinde ve su kontrol vanası yaylarında kullanılmaktadır.
- Telefon santralleri, endüstriyel, evsel ve otomobil elektrik ekipmanlarının rölelerinde kullanılmaktadır.
Bakır Berilyum Alaşımlarının Mekanik Bileşenlerin Üretimindeki Kullanım Alanları:
- Petrol ve gaz aramalarında, üretim ve yönlü sondaj ekipmanlarında, manyetik olmayan ekipman bileşenleri sondaj alanlarının sayısını ve ayak izini azaltarak, çıkarma verimliliğini artırır ve sondaj sahalarının kapladığı alanı azaltmak amacıyla kullanılmaktadır.
- Daha uzun süre yer altı kömürü ile çalışan maden ekipman yatakları sağlamak amacıyla kullanılmaktadır.
- Mayın algılama ve mayın tarama sistemlerinde kullanılmaktadır.
- Orijinal kablo sistemlerinde, deniz altı fiber optik kablo sinyal amplifikasyon koruyucularında kullanılmaktadır.
- Düşük sürtünmeli, yüksek mukavemetli uçak iniş takımı yataklarında, kontrol çubuğu uçlarında ve kanat kanatçık / kanat yatağında karbondioksit emisyonlarını azaltmak amacıyla kullanılmaktadır.
- Pitot tüplerinde yüksek termal verimlilik ve buzlanmayı azaltması amacıyla kullanılmaktadır.
- Otomatik otomobil ve cihaz kaynaklarında, kaynak robotlarının elektrot tutucuları ve bileşenlerinde kullanılmaktadır.
- Otomobillerde ve kamyonlarda yakıt ve kirliliği azaltan alüminyum ve magnezyum dökümlerinin özelliklerini arttırmak amacıyla kullanılmaktadır.
- Plastik ve metal döküm kalıplarının termal verimliliğimi arttırmak amacıyla kullanılmaktadır.
Alüminyum, Bakır, Nikel Ve % 1-14 Berilyum İçeren Alaşımların Kullanım Alanları:
- Araba gövde panelleri, koltuk çerçeveleri, araba direksiyon bileşenleri ve tekerleklerin üretiminde, mukavemet, süneklik gibi fiziksel özellikler sağlaması nedeniyle kullanılmaktadır.
- Robotik ve kaynak gibi birçok endüstriyel uygulamada akışkanlık ve hassas, karmaşık şekiller üretme yeteneği sağlamasından dolayı kullanılmaktadır.
- Alüminyum izabe makinelerinde, içecek kutusu alaşımlarında ve uçak kaplamalarında kullanılan magnezyumun yanmasını % 50 oranında azalttığı için kullanılmaktadır.
Berilyumun %20’sinin Saf Metal Formunda, % 50’sinin Berilyum İçerdiği Metal Matris Formunun Kullanım Alanları:
- X-Ray kaynaklarının kullanıldığı tüm tıbbi, bilimsel ve analitik cihazlarda X-Ray ışınlarını kontrol etmek ve odaklamak amacıyla X-Ray şeffaf pencereler kullanılır. Bu pencereler daha ince çözünürlük sağlayarak, mamografi ve diğer tıbbi müdahalelerde erken kanser tespiti sağlaması nedeniyle kullanılmaktadır.
- Uçaklarda, zırhlı araçlarda ve deniz füze sistemlerindeki rehberlik, seyir ve hedefleme sistemlerinde kullanılan, jiroskop yalpa çemberleri ve çatalları yapımında kullanılır.
- GPS konum sinyallerinde, astronomik ve diğer teleskoplarda ve uyduya monteli yön kontrol cihazlarında kullanılmaktadır.
- Uydunun yapısal bileşenlerinde kullanılmaktadır.
- JET, CERN ve ITER gibi dünyanın önde gelen bilim ve teknoloji programları, başka herhangi bir malzeme ile ikame edilemeyen kritik bileşenler için berilyum metalini kullanmaktadır.
- Radyoaktif olmayan nükleer füzyon çalışmalarında kullanılmaktadır.
- Belçika, Hollanda ve ABD’deki tıbbi izotop üretimi nükleer reaktörlerinde, berilyumun benzersiz nötron ışını yansıtma yeteneği nedeniyle kanser tedavisi için izotop üretiminde kullanmıştır.
ÖNEMLİ NOT: 1998 yılında McLaren Formula 1 takımı berilyum-alüminyum alaşımlı pistonlarla tasarlanan Mercedez-Benz motorlarını kullanmaya başladığında, F1 yarışlarının hayranları arasında tartışma konusu oldu. Tüm berilyum motor bileşenleri daha sonra 2001 yılında yasaklandı.
Berilyumun Kullanım Alanları
Amerika Birleşik Devletleri’nde kullanılan berilyumun yaklaşık yüzde 80’ini berilyum-bakır alaşımları oluşturmaktadır. Bu alaşımlar güçlü, sert ve manyetik değildir. Ayrıca, elektrik ve ısıyı iyi iletirler, korozyona karşı direnç gösterirler. Berilyum alaşımları, havacılık, otomobil, bilgisayar, savunma, tıbbi, telekomünikasyon ve diğer elektronik ve elektrikli cihazların konektörleri, yayları, anahtarları ve diğer bileşenlerinin yapımında kullanılmaktadır.
Askeri Uygulamalar
- Nükleer silahlarda
- Savaş uçakları, helikopterler ve uydularda hafif alaşımlar halinde
- Füze jiroskopları ve yalpa çemberleri
- Uydularda ve optik sistemlerde sensör olarak
- Kızılötesi aynalar ve gözetim ekipmanlarında
- Roket iticiler için deri panellerde (örneğin Agena)
- Füze sistemlerindeki iç aşama birleştirme elemanlarında (örneğin Minuteman)
- Roket nozullarında
- Patlayıcı mühimmat imha ekipmanlarında kullanılmaktadır.
Tıbbi Kullanımlar
- Kalp pillerinde
- CAT tarayıcılarında
- MRI makinelerinde
- Lazer neşterlerinde
- Cerrahi aletler için kullanılan yaylar ve zarlarda (berilyum-demir ve berilyum-nikel alaşımları)
Hazırlayan: Rabiye Baştürk
