Beryllium

Beryllium is een chemisch element met het symbool Be en atoomnummer 4. Het is een relatief zeldzaam element in het universum, dat meestal voorkomt als een product van de spallatie van grotere atoomkernen die in botsing zijn gekomen met kosmische stralen. Binnen de kernen van sterren is het beryllium uitgeput doordat het is versmolten tot zwaardere elementen. Het is een tweewaardig element dat van nature alleen in combinatie met andere elementen in mineralen voorkomt. Opmerkelijke edelstenen die beryllium bevatten zijn beryl (aquamarijn, smaragd) en chrysoberyl. Als vrij element is het een staal-grijs, sterk, licht en bros alkalisch aardmetaal.

In structurele toepassingen maakt de combinatie van hoge buigstijfheid, thermische stabiliteit, warmtegeleidingsvermogen en lage dichtheid (1,85 maal die van water) berylliummetaal tot een gewild materiaal voor de ruimtevaart voor vliegtuigonderdelen, raketten, ruimtevaartuigen en satellieten. Door zijn lage dichtheid en atoommassa is beryllium relatief transparant voor röntgenstralen en andere vormen van ioniserende straling; daarom is het het meest voorkomende raammateriaal voor röntgenapparatuur en onderdelen van deeltjesdetectoren. De hoge warmtegeleidingscoëfficiënten van beryllium en berylliumoxide hebben geleid tot het gebruik ervan in thermische managementtoepassingen. Wanneer het als legeringselement aan aluminium wordt toegevoegd, verbetert koper (met name de legering beryllium koper), ijzer of nikkel beryllium vele fysische eigenschappen. Gereedschappen van berylliumkoperlegeringen zijn sterk en hard en maken geen vonken wanneer ze een stalen oppervlak raken. Beryllium vormt geen oxiden totdat het zeer hoge temperaturen bereikt.

Het commerciële gebruik van beryllium vereist het gebruik van geschikte stofbestrijdingsapparatuur en industriële controles te allen tijde vanwege de toxiciteit van ingeademd beryllium-bevattend stof dat een chronische levensbedreigende allergische ziekte kan veroorzaken bij sommige mensen die berylliosis worden genoemd.

Geschiedenis

Het mineraal beryl, dat beryllium bevat, wordt ten minste sinds de Ptolemeïsche dynastie van Egypte gebruikt. In de eerste eeuw CE vermeldde de Romeinse naturalist Plinius de Oudere in zijn encyclopedie Natuurgeschiedenis dat beryl en smaragd (“smaragdus”) op elkaar leken. De Papyrus Graecus Holmiensis, geschreven in de derde of vierde eeuw CE, bevat aantekeningen over hoe kunstmatige smaragd en beryl te bereiden. Louis-Nicolas Vauquelin ontdekte beryllium

Vroege analyses van smaragden en bessen door Martin Heinrich Klaproth, Torbern Olof Bergman, Franz Karl Achard en Johann Jakob Bindheim leverden altijd vergelijkbare elementen op, wat leidde tot de misleidende conclusie dat beide stoffen aluminiumsilicaten zijn. Mineraloog René Just Haüy ontdekte dat beide kristallen geometrisch identiek zijn en vroeg de chemicus Louis-Nicolas Vauquelin om een chemische analyse.

In een document uit 1798 dat voor het Institut de France werd gelezen, meldde Vauquelin dat hij een nieuwe “aarde” had gevonden door het oplossen van aluminiumhydroxide uit smaragd en beryl in een extra alkali. De redactie van het tijdschrift Annales de Chimie et de Physique noemde de nieuwe aarde “glucine” voor de zoete smaak van sommige van zijn verbindingen. Klaproth gaf de voorkeur aan de naam “beryllina” omdat yttria ook zoete zouten vormde. De naam “beryllium” werd voor het eerst gebruikt door Wöhler in 1828.

Friedrich Wöhler en Antoine Bussy hebben beryllium in 1828 door de chemische reactie van metallisch kalium met berylliumchloride onafhankelijk van elkaar geïsoleerd:

BeCl2 + 2 K → 2 KCl + Be

Met behulp van een alcohollamp verhit Wöhler afwisselend lagen berylliumchloride en kalium in een draadvormige platinakroes. De bovenstaande reactie vond onmiddellijk plaats en zorgde ervoor dat de smeltkroes witheet werd. Bij het afkoelen en wassen van het ontstane grijs-zwarte poeder zag hij dat het bestond uit fijne deeltjes met een donkere metaalglans. Het zeer reactieve kalium was geproduceerd door de elektrolyse van zijn verbindingen, een proces dat 21 jaar eerder werd ontdekt. De chemische methode met behulp van kalium leverde slechts kleine berylliumkorrels op, waaruit geen enkele metalen staaf kon worden gegoten of gehamerd.

De directe elektrolyse van een gesmolten mengsel van berylliumfluoride en natriumfluoride door Paul Lebeau in 1898 resulteerde in de eerste zuivere (99,5 tot 99,8%) monsters van beryllium. De industriële productie begon echter pas na de Eerste Wereldoorlog. De oorspronkelijke industriële betrokkenheid omvatte dochterondernemingen en wetenschappers met betrekking tot de Union Carbide and Carbon Corporation in Cleveland OH en Siemens & Halske AG in Berlijn. In de VS werd het proces geregeerd door Hugh S. Cooper, directeur van The Kemet Laboratories Company. In Duitsland werd het eerste commercieel succesvolle proces voor de productie van beryllium in 1921 ontwikkeld door Alfred Stock en Hans Goldschmidt.

Een monster van beryllium werd gebombardeerd met alfastralen van het verval van radium in een experiment van James Chadwick uit 1932 dat het bestaan van het neutron blootlegde. Dezelfde methode wordt gebruikt in een klasse van op radio-isotopen gebaseerde laboratorium-neutronenbronnen die 30 neutronen per miljoen α-deeltjes produceren.

De productie van beryllium nam tijdens de Tweede Wereldoorlog snel toe door de stijgende vraag naar harde beryllium-koperlegeringen en fosforen voor fluorescentielampen. De meeste vroege fluorescentielampen gebruikten zinkorthosilicaat met een variërend gehalte aan beryllium om groen licht uit te stralen. Kleine toevoegingen van magnesiumwolfraam verbeterden het blauwe deel van het spectrum om een aanvaardbaar wit licht te geven. Fosforen op basis van halofosfaat verving beryllium nadat beryllium toxisch bleek te zijn.

Elektrolyse van een mengsel van berylliumfluoride en natriumfluoride werd gebruikt om beryllium te isoleren in de 19e eeuw. Het hoge smeltpunt van het metaal maakt dit proces meer energieverbruikend dan de overeenkomstige processen die voor de alkalimetalen worden gebruikt. In het begin van de 20e eeuw werd de productie van beryllium door de thermische afbraak van berylliumjodide onderzocht na het succes van een soortgelijk proces voor de productie van zirkonium, maar dit proces bleek onrendabel te zijn voor de volumeproductie.

Zuiver berylliummetaal kwam pas in 1957 beschikbaar, hoewel het al veel eerder als legeringsmetaal was gebruikt om koper te verharden en te harden. Beryllium kon worden geproduceerd door het verminderen van berylliumverbindingen zoals berylliumchloride met metallisch kalium of natrium. Momenteel wordt het meeste beryllium geproduceerd door het verminderen van berylliumfluoride met magnesium. De prijs op de Amerikaanse markt voor vacuüm gegoten berylliumstaven bedroeg in 2001 ongeveer 338 dollar per pond (745 dollar per kilogram).

Tussen 1998 en 2008 was de wereldproductie van beryllium gedaald van 343 naar ongeveer 200 ton. Daarna steeg de productie tot 230 ton in 2018, waarvan 170 ton afkomstig was uit de Verenigde Staten.

Etymologie

Vroege voorlopers van het woord beryllium kan worden herleid tot vele talen, waaronder het Latijnse beryllus; Franse béry; Oudgrieks βήρυλλος, bērullos, ‘beryl’; Prakrit वॆरुलिय (veruliya); Pāli वेलिय (veḷuriya), भेलिरु (veḷiru) of भिलर् (viḷar) - “om bleek te worden”, in verwijzing naar de bleke halfedelsteen beryl. De originele bron is waarschijnlijk het Sanskriet woord वैडूर्य (vaidurya), dat van Zuid-Indiase oorsprong is en zou kunnen worden gerelateerd aan de naam van de moderne stad Belur. Tot ca. 1900 was beryllium ook bekend als glucinum of glucinium (met het bijbehorende chemische symbool “Gl”, of “G”), de naam afkomstig van het Oudgriekse woord voor zoet: γλυκύς, vanwege de zoete smaak van berylliumzouten.

Natuurlijk voorkomen

De Zon heeft een concentratie van 0,1 deel per miljard (ppb) beryllium. Beryllium heeft een concentratie van 2 tot 6 delen per miljoen (ppm) in de aardkorst. Het is het meest geconcentreerd in de bodem, 6 ppm. In de atmosfeer van de aarde worden sporen van 9Be gevonden. De concentratie van beryllium in zeewater is 0,2-0,6 deeltjes per biljoen. In beekwater is beryllium echter overvloediger aanwezig met een concentratie van 0,1 ppb.

Beryllium komt voor in meer dan 100 mineralen, maar de meeste zijn ongewoon tot zeldzaam. De meest voorkomende berylliumhoudende mineralen zijn: bertrandiet (Be4Si2O7(OH)2), beryl (Al2Be3Si6O18), chrysoberyl (Al2BeO4) en fenakiet (Be2SiO4). Kostbare vormen van beryl zijn aquamarijn, rode beryl en smaragd. De groene kleur in edelsteenkwaliteitsvormen van beryl is afkomstig van wisselende hoeveelheden chroom (ongeveer 2% voor smaragd).

De twee belangrijkste ertsen van beryllium, beryl en bertrandiet, komen voor in Argentinië, Brazilië, India, Madagaskar, Rusland en de Verenigde Staten. De totale wereldreserves aan berylliumertsen zijn groter dan 400.000 ton.

Productie

De extractie van beryllium uit zijn verbindingen is een moeilijk proces vanwege de hoge affiniteit voor zuurstof bij hoge temperaturen en het vermogen om water te verminderen wanneer de oxidelaag wordt verwijderd. Momenteel zijn de Verenigde Staten, China en Kazachstan de enige drie landen die betrokken zijn bij de winning van beryllium op industriële schaal. Kazachstan produceert Be uit een concentraatvoorraad vóór het uiteenvallen van de Sovjet-Unie rond 1991. Deze hulpbron is medio 2010 bijna uitgeput geraakt.

De productie van beryllium in Rusland werd in 1997 stopgezet en zal in de jaren 2020 worden hervat.

Beryllium wordt meestal gewonnen uit het mineraal beryl, dat ofwel gesinterd wordt met een extractiemiddel ofwel gesmolten wordt tot een oplosbaar mengsel. Het sinterproces bestaat uit het mengen van beryl met natriumfluorosilicaat en soda bij 770 °C (1.420 °F) om natriumfluoroberylaat, aluminiumoxide en siliciumdioxide te vormen. Berylliumhydroxide wordt uit een oplossing van natriumfluoroberyllaat en natriumhydroxide in water neergeslagen. Bij de extractie van beryllium met behulp van de smeltmethode wordt beryllium tot een poeder vermalen en tot 1.650 °C (3.000 °F) verhit. De smelt wordt snel afgekoeld met water en vervolgens opnieuw verhit tot 250 à 300 °C (482 à 572 °F) in geconcentreerd zwavelzuur, dat meestal berylliumsulfaat en aluminiumsulfaat oplevert. Waterige ammoniak wordt dan gebruikt om het aluminium en zwavel te verwijderen, waardoor berylliumhydroxide overblijft.

Berylliumhydroxide gemaakt met behulp van de sinter of smelt methode wordt vervolgens omgezet in berylliumfluoride of berylliumchloride. Om de fluoride te vormen, wordt waterige ammoniumwaterstoffluoride toegevoegd aan berylliumhydroxide om een neerslag van ammoniumtetrafluoroberyllaat op te wekken, dat wordt verwarmd tot 1.000 °C (1.830 °F) om berylliumfluoride te vormen. Het verwarmen van de fluoride tot 900 °C (1.650 °F) met magnesium vormt fijn verdeeld beryllium, en extra verwarming tot 1.300 °C (2.370 °F) zorgt voor het compacte metaal. Het verwarmen van berylliumhydroxide vormt het oxyde, dat in combinatie met koolstof en chloor berylliumchloride wordt. Elektrolyse van gesmolten berylliumchloride wordt dan gebruikt om het metaal te verkrijgen.

Economisch gebruik

Stralingsvensters

Vanwege het lage atoomnummer en de zeer lage absorptie voor röntgenstraling is de oudste en nog steeds een van de belangrijkste toepassingen van beryllium in stralingsvensters voor röntgenbuizen. Extreme eisen worden gesteld aan de zuiverheid en zuiverheid van beryllium om artefacten in de röntgenfoto’s te vermijden. Dunne berylliumfolies worden gebruikt als stralingsvensters voor röntgendetectoren, en de extreem lage absorptie minimaliseert de verwarmingseffecten die worden veroorzaakt door hoge intensiteit, lage energie röntgenstraling die typisch is voor synchrotronstraling. Vacuümdichte ramen en straalbuizen voor stralingsexperimenten op synchrotronen worden uitsluitend vervaardigd uit beryllium. In wetenschappelijke opstellingen voor verschillende röntgenstralen-emissiestudies (bv. energiedispersieve röntgenspectroscopie) wordt de monsterhouder meestal gemaakt van beryllium omdat de uitgezonden röntgenstralen veel minder energie hebben (≈100 eV) dan röntgenstralen van de meeste bestudeerde materialen.

Een laag atoomnummer maakt beryllium ook relatief transparant voor energetische deeltjes. Daarom wordt het gebruikt om de straalbuis rond het botsingsgebied te bouwen in deeltjesfysische opstellingen, zoals alle vier de belangrijkste detector-experimenten bij de Large Hadron Collider (ALICE, ATLAS, CMS, LHCb), de Tevatron en de SLAC. De lage dichtheid van beryllium laat botsingsproducten toe om de omringende detectoren te bereiken zonder noemenswaardige interactie, zijn stijfheid laat toe om een krachtig vacuüm te produceren in de pijp om de interactie met gassen te minimaliseren, zijn thermische stabiliteit laat toe om correct te functioneren bij temperaturen van slechts enkele graden boven het absolute nulpunt, en zijn diamagnetische aard verhindert dat hij interfereert met de complexe meerpolige magneetsystemen die gebruikt worden om de deeltjesbundels te sturen en te focussen.

Mechanische toepassingen

Vanwege de stijfheid, het lichte gewicht en de dimensionale stabiliteit over een breed temperatuurbereik wordt berylliummetaal gebruikt voor lichtgewicht structurele componenten in de defensie- en ruimtevaartindustrie in hogesnelheidsvliegtuigen, geleide raketten, ruimtevaartuigen en satellieten, waaronder de James Webb-telescoop. Verschillende vloeibare-brandstof-raketten hebben raketstraalpijpen van zuiver beryllium gebruikt. Berylliumpoeder werd zelf bestudeerd als raketbrandstof, maar dit gebruik heeft zich nooit gemanifesteerd. Een klein aantal extreme high-end fietsframes zijn gebouwd met beryllium. Van 1998 tot 2000 heeft het McLaren Formule 1 team gebruik gemaakt van Mercedes-Benz motoren met beryllium-aluminium-legeringszuigers. Het gebruik van beryllium motoronderdelen werd verboden na een protest van Scuderia Ferrari.

Het mengen van ongeveer 2,0% beryllium in koper vormt een legering die beryllium-koper wordt genoemd en die zes keer sterker is dan alleen koper. Berylliumlegeringen worden in vele toepassingen gebruikt vanwege hun combinatie van elasticiteit, hoge elektrische geleidbaarheid en thermische geleidbaarheid, hoge sterkte en hardheid, niet-magnetische eigenschappen, evenals goede weerstand tegen corrosie en vermoeiing. Deze toepassingen omvatten niet-vonkende gereedschappen die worden gebruikt in de buurt van brandbare gassen (berylliumnikkel), in veren en membranen (berylliumnikkel en berylliumijzer) die worden gebruikt in chirurgische instrumenten en apparatuur voor hoge temperaturen. Slechts 50 delen per miljoen van beryllium gelegeerd met vloeibaar magnesium leidt tot een aanzienlijke verhoging van de oxidatiebestendigheid en vermindering van de brandbaarheid.

De hoge elastische stijfheid van beryllium heeft geleid tot het uitgebreide gebruik ervan in precisie-instrumenten, bijvoorbeeld in traagheidsgeleidingssystemen en in de ondersteuningsmechanismen voor optische systemen. Beryllium-koperlegeringen werden ook toegepast als verhardingsmiddel in “Jason-pistolen”, die werden gebruikt om de verf van de scheepsrompen te ontdoen.

Beryllium werd ook gebruikt voor cantilevers in high performance phonograaf cartridge styli, waar de extreme stijfheid en lage dichtheid het mogelijk maakte om gewichten te volgen tot 1 gram, maar toch hoogfrequente doorgangen met minimale vervorming te volgen.

Een eerdere belangrijke toepassing van beryllium was in remmen voor militaire vliegtuigen vanwege de hardheid, het hoge smeltpunt en het uitzonderlijke vermogen om warmte af te voeren. Milieuoverwegingen hebben geleid tot vervanging door andere materialen.

Om de kosten te drukken, kan beryllium worden gelegeerd met aanzienlijke hoeveelheden aluminium, wat resulteert in de AlBeMet-legering (een handelsnaam). Dit mengsel is goedkoper dan zuiver beryllium, terwijl het toch veel gewenste eigenschappen behoudt.

Spiegels

Berylliumspiegels zijn bijzonder interessant. Spiegels met een groot oppervlak, vaak met een honingraatstructuur, worden bijvoorbeeld gebruikt in meteorologische satellieten waar een laag gewicht en langdurige dimensionale stabiliteit van cruciaal belang zijn. Kleinere berylliumspiegels worden gebruikt in optische geleidingssystemen en in brandcontrolesystemen, bijvoorbeeld in de Duitse Leopard 1 en Leopard 2 hoofdtanks. In deze systemen is een zeer snelle beweging van de spiegel vereist, wat weer een lage massa en een hoge stijfheid dicteert. Meestal is de berylliumspiegel voorzien van een harde elektrolytische nikkellaag die gemakkelijker kan worden gepolijst tot een fijnere optische afwerking dan beryllium. Bij sommige toepassingen wordt de beryllium blanco gepolijst zonder enige coating. Dit is met name van toepassing op de cryogene werking, waarbij een verkeerde thermische uitzetting kan leiden tot het vastlopen van de coating.

De James Webb Space Telescope zal 18 zeshoekige beryllium secties hebben voor zijn spiegels. Omdat JWST een temperatuur van 33 K zal hebben, is de spiegel gemaakt van verguld beryllium, dat beter bestand is tegen extreme kou dan glas. Beryllium krimpt en vervormt minder dan glas - en blijft uniformer - bij dergelijke temperaturen. Om dezelfde reden is de optiek van de Spitzer Space Telescope volledig opgebouwd uit beryllium metaal.

Magnetische toepassingen

Beryllium is niet-magnetisch. Daarom worden gereedschappen gefabriceerd uit beryllium-gebaseerde materialen gebruikt door marine of militaire explosievenopruimingsteams voor werk aan of in de buurt van zeemijnen, aangezien deze mijnen vaak magnetische fuzes hebben. Ze worden ook gevonden in onderhouds- en bouwmaterialen in de buurt van MRI-machines (magnetic resonance imaging) vanwege de hoge magnetische velden die worden opgewekt. Op het gebied van radiocommunicatie en krachtige (meestal militaire) radars worden handgereedschappen van beryllium gebruikt om de zeer magnetische klystrons, magnetrons, reizende golfbuizen, etc. af te stellen, die worden gebruikt voor het genereren van hoge niveaus van microgolfvermogen in de zenders.

Nucleaire toepassingen

Dunne platen of folies van beryllium worden soms gebruikt in kernwapenontwerpen als de buitenste laag van de plutoniumkuilen in de primaire stadia van thermonucleaire bommen, die worden geplaatst om het splijtbare materiaal te omringen. Deze lagen beryllium zijn goede “pushers” voor de implosie van het plutonium-239, en ze zijn goede neutronenreflectoren, net als in beryllium-gemodereerde kernreactoren.

Beryllium wordt ook vaak gebruikt in sommige neutronenbronnen in laboratoriumapparatuur waar relatief weinig neutronen nodig zijn (in plaats van een kernreactor of een door een deeltjesversneller aangedreven neutronengenerator te gebruiken). Voor dit doel wordt een doelwit van beryllium-9 gebombardeerd met energetische alfadeeltjes van een radio-isotoop zoals polonium-210, radium-226, plutonium-238 of americium-241. In de kernreactie die plaatsvindt, wordt een berylliumkern getransmuteerd in koolstof-12, en wordt één vrij neutron uitgestoten, dat ongeveer in dezelfde richting reist als het alfadeeltje. Dergelijke alfa-verval gedreven beryllium-neutronenbronnen, genaamd “urchin” neutroneninitialen, werden gebruikt in een aantal vroege atoombommen. Neutronenbronnen waarin beryllium wordt gebombardeerd met gammastralen van een radio-isotoop voor gammaverval, worden ook gebruikt om laboratoriumneutronen te produceren.

Beryllium wordt ook gebruikt bij de productie van brandstof voor CANDU-reactoren. De brandstofelementen hebben kleine aanhangsels die door middel van een inductie-soldeerproces met Be als soldeermateriaal aan de brandstofbekleding worden gesoldeerd. De lagerblokken zijn op hun plaats gesoldeerd om te voorkomen dat de brandstofbundel in contact komt met de drukslang, en de tussenliggende afstandsblokken zijn gesoldeerd om te voorkomen dat het element in contact komt met het element.

Beryllium wordt ook gebruikt in het Joint European Torus nuclear-fusion onderzoekslaboratorium, en het zal worden gebruikt in de meer geavanceerde ITER om de componenten die met het plasma te maken hebben te conditioneren. Beryllium is ook voorgesteld als bekledingsmateriaal voor splijtstofstaven, vanwege de goede combinatie van mechanische, chemische en nucleaire eigenschappen. Berylliumfluoride is een van de samenstellende zouten van het eutectische zoutmengsel FLiBe, dat wordt gebruikt als oplosmiddel, moderator en koelmiddel in veel hypothetische ontwerpen van gesmolten zoutreactoren, waaronder de vloeibare fluoride thoriumreactor (LFTR).

Akoestiek

Het lage gewicht en de hoge stijfheid van beryllium maken het nuttig als materiaal voor hoogfrequent luidsprekers. Omdat beryllium duur is (vele malen meer dan titanium), moeilijk te vormen is vanwege de broosheid en giftig is als het verkeerd wordt behandeld, zijn beryllium tweeters beperkt tot high-end home, pro audio en public address toepassingen. Sommige high-fidelity producten zijn frauduleus beweerd te zijn gemaakt van het materiaal.

Sommige high-end phonograaf cartridges gebruikten beryllium cantilevers om het volgen te verbeteren door het verminderen van de massa.

Elektronisch

Beryllium is een p-type doteermiddel in III-V samengestelde halfgeleiders. Het wordt op grote schaal gebruikt in materialen zoals GaAs, AlGaAs, InGaAs en InAlAs gekweekt door moleculaire bundel epitaxie (MBE). Dwarsgewalste berylliumplaat is een uitstekende structurele ondersteuning voor printplaten in de technologie voor oppervlaktemontage. In kritische elektronische toepassingen is beryllium zowel een structurele steun als een koellichaam. De toepassing vereist ook een thermische uitzettingscoëfficiënt die goed is afgestemd op de alumina en polyimide-glas substraten. De beryllium-berylliumoxide composiet “E-materialen” zijn speciaal ontworpen voor deze elektronische toepassingen en hebben het bijkomende voordeel dat de thermische uitzettingscoëfficiënt kan worden aangepast aan diverse substraatmaterialen.

Beryllium-berylliumoxide is nuttig voor vele toepassingen die de gecombineerde eigenschappen van een elektrische isolator en een uitstekende warmtegeleider, met hoge sterkte en hardheid, en een zeer hoog smeltpunt vereisen. Berylliumoxide wordt vaak gebruikt als een isolatorbasisplaat in hoogvermogentransistoren in radiofrequentiezenders voor telecommunicatie. Berylliumoxide wordt ook bestudeerd voor gebruik bij het verhogen van de warmtegeleiding van uraniumdioxide kernbrandstofpellets. Berylliumverbindingen werden gebruikt in TL-buizen, maar dit gebruik werd stopgezet vanwege de ziekte berylliosis die zich ontwikkelde in de arbeiders die de buizen maakten.

Gezondheidszorg

Beryllium is een bestanddeel van verschillende tandheelkundige legeringen.

Veiligheid

Beryllium is een gezondheids- en veiligheidsprobleem voor werknemers. Blootstelling aan beryllium op de werkplek kan leiden tot een sensibiliserende immuunrespons en kan na verloop van tijd een chronische berylliumziekte (CBD) ontwikkelen. Het National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) in de Verenigde Staten onderzoekt deze effecten in samenwerking met een grote fabrikant van berylliumproducten. Het doel van dit onderzoek is om sensibilisatie en CBD te voorkomen door een beter begrip te ontwikkelen van de werkprocessen en blootstellingen die een potentieel risico kunnen vormen voor werknemers, en om effectieve interventies te ontwikkelen die het risico op nadelige gezondheidseffecten zullen verminderen. Het NIOSH voert ook genetisch onderzoek uit naar sensibilisatie en VBD, onafhankelijk van deze samenwerking. Het NIOSH-handboek voor analysemethoden bevat methoden voor het meten van beroepsmatige blootstelling aan beryllium.

Ongeveer 35 microgram beryllium wordt gevonden in het gemiddelde menselijke lichaam, een hoeveelheid die niet als schadelijk wordt beschouwd. Beryllium is chemisch vergelijkbaar met magnesium en kan het daarom verdringen van enzymen, waardoor deze slecht functioneren. Omdat Be2+ een sterk geladen en klein ion is, kan het gemakkelijk in vele weefsels en cellen terechtkomen, waar het specifiek gericht is op celkernen, waardoor veel enzymen worden geremd, waaronder die welke worden gebruikt voor de synthese van DNA. De toxiciteit wordt verergerd door het feit dat het lichaam geen middelen heeft om het berylliumniveau te controleren, en eenmaal in het lichaam kan het beryllium niet meer worden verwijderd. Chronische berylliose is een pulmonale en systemische granulomateuze ziekte die wordt veroorzaakt door het inademen van met beryllium besmette stof of dampen; ofwel grote hoeveelheden over een korte tijd ofwel kleine hoeveelheden over een lange tijd kunnen tot deze kwaal leiden. Symptomen van de ziekte kunnen tot vijf jaar duren; ongeveer een derde van de patiënten met de ziekte sterft en de overlevenden worden gehandicapt achtergelaten. Het Internationaal Agentschap voor Kankeronderzoek (IARC) noemt beryllium en berylliumverbindingen als kankerverwekkende stoffen van categorie 1. In de VS heeft de Occupational Safety and Health Administration (OSHA) een toelaatbare blootstellingsgrens (PEL) op de werkplek vastgesteld met een tijdgewogen gemiddelde (TWA) van 2 µg/m3 en een constante blootstellingsgrens van 5 µg/m3 gedurende 30 minuten, met een maximale piekgrens van 25 µg/m3. Het National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) heeft een aanbevolen blootstellingsgrenswaarde (REL) van constant 500 ng/m3 vastgesteld. De IDLH-waarde (onmiddellijk gevaarlijk voor leven en gezondheid) is 4 mg/m3.

De toxiciteit van fijn verdeeld beryllium (stof of poeder, voornamelijk aangetroffen in industriële omgevingen waar beryllium wordt geproduceerd of bewerkt) is zeer goed gedocumenteerd. Vast berylliummetaal brengt niet dezelfde gevaren met zich mee als ingeademd stof in de lucht, maar elk gevaar in verband met fysiek contact is slecht gedocumenteerd. Werknemers die met afgewerkte berylliumstukken werken, wordt aangeraden deze met handschoenen te behandelen, zowel uit voorzorg als omdat veel, zo niet de meeste toepassingen van beryllium geen resten van huidcontact, zoals vingerafdrukken, kunnen verdragen.

Acute beryllium ziekte in de vorm van chemische pneumonitis werd voor het eerst gemeld in Europa in 1933 en in de Verenigde Staten in 1943. Uit een onderzoek bleek dat ongeveer 5% van de werknemers in fabrieken die in 1949 in de Verenigde Staten fluorescentielampen produceerden, beryllium-gerelateerde longziekten hadden. Chronische berylliose lijkt in veel opzichten op sarcoïdose en de differentiële diagnose is vaak moeilijk. Het doodde enkele vroege arbeiders in het ontwerpen van kernwapens, zoals Herbert L. Anderson.

Beryllium kan worden gevonden in steenkoolslakken. Wanneer de slak wordt geformuleerd in een straalmiddel voor het stralen van verf en roest van harde oppervlakken, kan het beryllium in de lucht terechtkomen en een bron van blootstelling worden.

Vroege onderzoekers proefden beryllium en zijn verschillende verbindingen op zoetheid om de aanwezigheid ervan te verifiëren. Moderne diagnostische apparatuur maakt deze zeer risicovolle procedure niet meer nodig en er moet niet meer geprobeerd worden om deze zeer giftige stof in te nemen. Beryllium en zijn verbindingen moeten met grote zorg worden behandeld en er moeten speciale voorzorgsmaatregelen worden genomen bij het uitvoeren van elke activiteit die kan leiden tot het vrijkomen van berylliumstof (longkanker is een mogelijk gevolg van langdurige blootstelling aan met beryllium beladen stof). Hoewel het gebruik van berylliumverbindingen in TL-buizen in 1949 werd stopgezet, bestaat de mogelijkheid van blootstelling aan beryllium in de nucleaire en de ruimtevaartindustrie en bij het raffineren van berylliummetaal en het smelten van berylliumhoudende legeringen, het vervaardigen van elektronische apparaten en het hanteren van ander berylliumhoudend materiaal.

Een succesvolle test voor beryllium in de lucht en op oppervlakken is onlangs ontwikkeld en gepubliceerd als een internationale vrijwillige consensusstandaard ASTM D7202. De procedure maakt gebruik van verdunde ammoniumbifluoride voor het oplossen en fluorescentiedetectie met beryllium gebonden aan gesulfoneerde hydroxybenzochinoline, waardoor tot 100 keer meer gevoelige detectie mogelijk is dan de aanbevolen grenswaarde voor berylliumconcentratie op de werkplek. De fluorescentie neemt toe naarmate de berylliumconcentratie toeneemt. De nieuwe procedure is met succes getest op verschillende oppervlakken en is effectief voor het oplossen en ultrasnelle detectie van vuurvast berylliumoxide en kiezelhoudende beryllium (ASTM D7458).