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RÉSUMÉ
Cet article est entièrement consacré au béryllium, ses gisements, sa métallurgie extractive, son exploitation et sa fabrication. Utilisé sous forme d’alliage, d’oxyde ou de métal, le béryllium possède des propriétés physiques et chimiques très intéressantes, notamment sa forte résistivité électrique et sa grande conductivité thermique, mais il présente toutefois un prix élevé. Il faut relever que seuls deux minéraux sont produits industriellement, la bertrandite exploité aux Etats-Unis, et le béryl exploité dans le reste du monde.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Pierre BLAZY : Professeur Honoraire - Ancien Directeur de l’École Nationale Supérieure de Géologie (ENSG)
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El-Aïd JDID : Docteur es Sciences - Ingénieur de Recherche au Laboratoire Environnement et Minéralurgie (LEM), ENSG – INPL – CNRS – UMR 7569
INTRODUCTION
Le béryllium a des propriétés physiques et chimiques (faible masse volumique, forte résistivité électrique, grande conductivité thermique, rigidité et résistance à la corrosion par les acides) qui le rendent apte à de nombreux usages sous forme d’alliage, d’oxyde ou de métal. Toutefois, compte tenu de son prix élevé en comparaison de ceux des autres métaux, les applications sont limitées à des cas où il est irremplaçable.
Deux minéraux du béryllium, la bertrandite et le béryl, ont une importance industrielle. La bertrandite est le principal minéral exploité aux États-Unis et le béryl est le principal minéral produit dans le reste du monde.
Le producteur le plus important mondialement, Brush Wellman, fabrique de l’oxyde de béryllium BeO et de l’hydroxyde de béryllium Be(OH)2, directement à partir de la bertrandite et du béryl. L’hydroxyde Be(OH)2 est transformé en (NH4)2BeF4, qui est cristallisé, puis décomposé en BeF2. Celui-ci est réduit par le magnésium pour obtenir Be métal. Une autre voie consiste à produire du BeCI2 pur par distillation fractionnée et électrolyse ignée du chlorure dans NaCl. Le raffinage par fusion sous vide ou par solvant, ou par le procédé Van Arkel, est l’étape finale. Les principaux produits commerciaux sont le métal, l’oxyde et les alliages.
Les poussières et les fumées du béryllium sont reconnues comme étant la cause de la béryllose, une maladie pulmonaire chronique grave. Seuls les scraps récents sont recyclés par le producteur.
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9. Fabrication du béryllium en poudre
Le béryllium métal est toujours utilisé sous forme de poudre, dont la dimension des grains doit être comprise entre 5 et 15 µm : en effet, la granulométrie affecte la résistance, la ductilité et les caractéristiques d’usinage. C’est la raison pour laquelle les techniques standards, basées sur la fusion, ne sont pas utilisées, car même en faisant appel à des additifs ou à des opérations de recristallisation, on n’arrive pas à obtenir des grains inférieurs à 100 µm [36]. Le frittage de la poudre est favorisé par Si (500 ppm à 950-1 000 ˚C). Par contre, les poudres de haute pureté (> 99,9 %) sont difficilement frittables.
9.1 Fabrication de la poudre
Le béryllium est d’abord fondu dans des creusets de glucine agglomérée, placés dans un four à induction. La fusion a lieu sous vide ou sous faible pression d’argon, puis on coule le métal fondu dans des lingotières en graphite. Les lingots ainsi obtenus sont réduits en copeaux par un broyeur à couteaux multiples ou par tournage. Les copeaux sont ensuite broyés selon trois types de techniques :
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broyeur attriteur : les copeaux sont alimentés entre deux plateaux en béryllium, l’un étant statique, l’autre tournant. La réduction de taille résulte d’un clivage suivant le plan basal 0001 des cristaux hexagonaux de béryllium. On obtient de la sorte une poudre dont les grains ont une forme de plaquettes ;
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broyeur à impact : les copeaux de béryllium sont lancés à grande vitesse par voie pneumatique sur une cible en béryllium. On obtient ainsi des grains dont la forme est plus équidimensionnelle que les plaquettes ;
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broyeur à boulets : c’est la seule technique qui permet d’obtenir des poudres très fines.
9.2 Consolidation de la poudre
Un pressage à chaud sous vide entre 1 025 et 1 125 ˚C fabrique des billettes dans une matrice en graphite ou en acier. La poudre est soit compactée, soit pressée à froid, avant que l’on exerce à chaud une pression de 1,4 à 10 MPa. Les billettes obtenues ont un diamètre de 1,80 m et un rapport longueur sur diamètre (L/D) de 7,4...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - ANONYME - Beryllium Minerals. Demand strong for miniaturisation - . I.M. Glass and Ceramics Survey, 1987, p. 199-202.
-
(2) - ANONYME - Brush Wellman Inc - . Financing Times Business Yearbook Mining 2000, 1999, p. 291-292.
-
(3) - ANONYME - Beryllium alloys - . Platt’s Metal Week, 01/05/2000.
-
(4) - ANONYME - United States. Defense Logistics Agency (DLA) seek offers for beryllium - . Metal Week 2000, no 1, p. 3.
-
(5) - ANONYME - Beryllium Group LLC - . E/MJ, feb. 2002, p. 11.
-
(6) - BAMBERGER (C.E.L.), McDUFFIE (H.F.), BAES (C.F.) Jr - Purification of beryllium by acetylacetone - . EDTA Solvent extraction : Procedure and Chemistry, Nuclear Science and Engineering, 22, 1965, p. 14-19.
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...
1 Producteurs de béryllium et d’alliages au béryllium
(liste non exhaustive)
Allemagne
H.C. Starck GmbH and Co KG http://www.hcstarck.com
Chine
Shuikoushan Non ferrous Metals Company Limited http://www.csksg.com/English/index.htm
Ningxia Non ferrous Metal Smeltery http://www.made-in-china.com
Kazakhstan
Ulba Metallurgical Plant JSC (UMP) http://www.ulba.kz/en/
Kazatomprom http://www.kazatomprom.kz/eng/
États-Unis
Brush Wellman Inc http://www.brushwellman.com/
Monico Alloys http://www.monicoalloys.com/
NGK Metals Corp. http://www.ngkmetals.com
Starmet Corp. (Nuclear Metals)
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