Contenu
- Un métal stratégique et critique
- Utilisations du béryllium
- Propriétés physiques du béryllium
- D'où vient le béryllium?
- Sources de Bertrandite
- Sources de béryl
- Offre et demande de béryllium
- Recyclage du béryllium
- États-Unis Beryllium Resources
- Assurer les approvisionnements futurs en béryllium
Miroir télescopique en béryllium: Vue de l'arrière de l'un des 18 segments de miroir en béryllium du télescope spatial James Webb. Les nervures à l'arrière du miroir aident à maintenir la force du miroir et sa capacité à conserver sa forme dans des conditions extrêmes. L'avant du miroir est complètement lisse et recouvert d'une fine pellicule d'or. Photographie reproduite avec l'autorisation de la National Aeronautics and Space Administration. Photo gracieuseté de la NASA.
Un métal stratégique et critique
Le béryllium est l’un des métaux les plus légers et les plus rigides, mais sa demande industrielle n’était guère importante jusque dans les années 1930 et 1940, lorsque l’aérospatiale, la défense et le nucléaire ont commencé à utiliser le béryllium et ses composés. Le département américain de la défense classe maintenant le béryllium comme un matériau stratégique et essentiel, car il est utilisé dans des produits essentiels à la sécurité nationale.
La forme oxyde du béryllium a été identifiée en 1797 et les scientifiques ont d'abord isolé le béryllium métallique en 1828. Le béryllium et certains composés du béryllium sont toxiques et doivent être manipulés avec précaution. Les expositions sur le lieu de travail aux poussières ou aux émanations de béryllium et de composés du béryllium sont connues pour causer de graves problèmes de santé, tels que le cancer ou la maladie chronique du béryllium, une réaction du système immunitaire pouvant endommager les poumons. De bonnes pratiques sur le lieu de travail empêchent ces expositions.
Utilisations du béryllium
Les alliages de béryllium et de cuivre représentent environ 80% du béryllium utilisé aux États-Unis. Ces alliages sont forts, durs et non magnétiques; ils sont de bons conducteurs d'électricité et de chaleur et résistent à la corrosion et à la fatigue. Les alliages de béryllium sont utilisés dans la fabrication de connecteurs, de ressorts, de commutateurs et d'autres composants d'appareils électroniques et électriques destinés aux secteurs de l'aérospatiale, de l'automobile, de l'informatique, de la défense, du médical, des télécommunications et autres.
Béryllium en aérospatiale: L’avion de combat interarmées F-35 Lightning II de la US Air Force et de nombreux autres véhicules aérospatiaux reposent sur des composants électriques et mécaniques en alliages de béryllium. Photo fournie par l’armée de l’air américaine.
Propriétés physiques du béryllium
Le béryllium est très léger et très rigide. Poids / poids, le béryllium est six fois plus rigide que l'acier et conserve sa forme aux températures élevées et basses. Le béryllium est utilisé dans les industries de l'aérospatiale et de la défense pour fabriquer des instruments de précision légers.
Les miroirs du télescope spatial Spitzer et du télescope spatial James Webb (JWST), dont le lancement est prévu pour 2021, sont en béryllium. Le miroir principal du JWST contient 18 segments hexagonaux (chaque segment mesure 4,8 mètres de diamètre) qui doivent conserver leur forme exacte, même à des températures de -400 degrés Fahrenheit, et doivent être suffisamment légers pour être transportés en orbite; le télescope sera exploité à environ 1 million de miles au-dessus de la Terre.
Le béryllium est presque transparent aux rayons X et la feuille de béryllium est utilisée comme matériau de fenêtre dans les machines à rayons X et autres machines à rayonnement. Dans les réacteurs nucléaires, le béryllium et l'oxyde de béryllium sont utilisés pour contrôler les réactions de fission. Le béryllium a également été utilisé dans les mécanismes de déclenchement des armes nucléaires.
Nodule de Bertrandite: Une grande partie de la bertrandite trouvée à Spor Mountain, dans l'Utah, est contenue dans des nodules composés de fluorite, d'opale et de bertrandite. Le béryllium est concentré dans la zone externe de fluorite opalisée. De tels nodules peuvent contenir jusqu'à 1% en poids de béryllium. Photographie de David A. Lindsey, United States Geological Survey.
D'où vient le béryllium?
Deux minéraux, la bertrandite et le béryl, sont exploités pour le béryllium, et les deux sont associés à des roches ignées. Tout le béryllium actuellement exploité aux États-Unis provient du minerai bertrandite.
Sources de Bertrandite
Une série d'événements complexes doit avoir lieu pour concentrer le béryllium dans la bertrandite. Premièrement, un magma riche en fluor, béryllium et silice doit éclater dans une zone où se trouvent des roches carbonatées (calcaire ou dolomite). Si la chaleur du magma réchauffe les eaux souterraines de la région et fait en sorte que l'eau se déplace à travers les roches environnantes, l'eau capte des éléments, notamment du béryllium, dans ces roches; l'eau peut alors réagir avec des roches ignées ou sédimentaires appropriées pour cristalliser des minéraux, notamment de la bertrandite.
Beryl gemmes: Quatre variétés de béryl de qualité gemme: de l'arrière à gauche, dans le sens des aiguilles d'une montre: morganite (orange rosé), héliodore (jaune), béryl vert (vert pâle), aigue-marine (bleu-vert). De nos jours, une très petite quantité de béryllium provient de béryl non précieux récupéré lors de la recherche de matériaux précieux.
Sources de béryl
Le minéral béryl est la principale source de béryllium extrait en dehors des États-Unis. Le béryl se trouve le plus souvent dans les veines ou les pegmatites, qui sont les roches qui contiennent les derniers minéraux à cristalliser à partir d'une grande intrusion ignée. Les pegmatites se distinguent par de gros cristaux imbriqués comprenant souvent des éléments et des minéraux inhabituels.
Les cristaux de béryl purs sont incolores, mais l’inclusion d’autres éléments dans le béryl crée des pierres précieuses colorées et précieuses. La couleur verte de l'émeraude est due aux traces de chrome et parfois de vanadium dans le réseau cristallin de béryl. La couleur bleu pâle à bleu-vert de l’aquamarine est causée par des atomes de fer avec un état d’oxydation de +2 (Fe2+) d'autres éléments dans les cristaux de béryl produisent des couleurs allant de l'or au rouge. La plus grosse émeraude à facettes d’Amérique, une pierre précieuse de 64 carats, a été taillée dans un cristal vert foncé de 310 carats trouvé à la mine Adams Emerald en Caroline du Nord en 2009.
Bertrandite Metal: Une perle de béryllium de la taille d'un marbre. Photographie de la NASA.
Offre et demande de béryllium
Les États-Unis sont la principale source de béryllium au monde. Une seule mine à Spor Mountain, dans l'Utah, a produit plus de 85% du béryllium extrait dans le monde entier en 2010. La Chine a produit la majeure partie du reste, et moins de 2% provenaient du Mozambique et d'autres pays. Les stocks nationaux fournissent également des quantités importantes de béryllium à transformer.
Trois pays, la Chine, le Kazakhstan et les États-Unis, transforment du minerai de béryllium. En 2005, le département américain de la Défense a lancé un partenariat avec une société du secteur privé pour la construction d’une nouvelle installation de traitement dans l’Ohio afin de produire du béryllium métallique de haute pureté. L'installation de traitement a été achevée en 2011 et près des deux tiers de sa production devaient être affectés à la défense et à d'autres utilisations finales liées aux pouvoirs publics.
Les États-Unis ont importé environ 34% des matières premières au béryllium utilisées en 2011, y compris le béryllium métal et d'autres matières transformées au béryllium utilisées dans la fabrication; Les deux tiers de ce matériel provenaient de Russie et du Kazakhstan.
Recyclage du béryllium
Le béryllium qui est recyclé à partir des débris laissés par la fabrication de produits contenant du béryllium peut fournir environ 10% de la consommation apparente des États-Unis. La consommation apparente est une mesure de la quantité réellement utilisée d'un matériau, calculée en tant que production + importations - exportations - variations des stocks gouvernementaux ou industriels.
États-Unis Beryllium Resources
Les États-Unis seront probablement en mesure de satisfaire la plupart de leurs besoins en béryllium à partir de sources nationales. Il existe d'importantes réserves prouvées de bertrandite à Spor Mountain, dans l'Utah, et des ressources en béryllium dans d'autres régions de l'Utah et de l'Alaska. Environ 65% des ressources mondiales estimées en béryllium non pégmatitique se trouvent aux États-Unis. Le département américain de la Défense a pour objectif de stocker environ 45 tonnes de poudre de métal au béryllium pressée à chaud dans le stock de la Défense nationale.
Assurer les approvisionnements futurs en béryllium
Pour aider à prédire où les futures réserves de béryllium pourraient être localisées, les scientifiques de l'USGS étudient comment et où les ressources de béryllium sont concentrées dans la croûte terrestre et utilisent ces connaissances pour évaluer la probabilité que des ressources de béryllium non découvertes puissent exister. L'USGS a mis au point des techniques d'évaluation des ressources minérales afin de faciliter la gestion des terres fédérales et de mieux évaluer la disponibilité des ressources minérales dans un contexte mondial. L'USGS compile également des statistiques et des informations sur l'offre, la demande et les flux de béryllium dans le monde. Ces données sont utilisées pour éclairer les politiques nationales américaines.