Prerada molibdena, priprema rude za upotrebu u raznim proizvodima.
Molibden (Mo) je bijeli metal sličan platini s talištem od 2.610 ° C (4.730 ° F). U svom je čistom stanju čvrst i duktil, a karakterizira ga umjerena tvrdoća, visoka toplinska vodljivost, visoka otpornost na koroziju i nizak koeficijent ekspanzije. Kada je legiran s drugim metalima, molibden potiče očvršćivanje i žilavost, povećava vlačnu čvrstoću i otpornost na puzanje, te općenito potiče jednoliku tvrdoću. Male količine molibdena (od 1 posto ili manje) značajno poboljšavaju otpornost na abraziju, antikorozivna svojstva, visoku temperaturu i čvrstoću i žilavost materijala matrice. Molibden je, dakle, vitalno sredstvo za dodavanje u proizvodnji čelika i visoko sofisticiranih obojenih super-legura.
Budući da atom molibdena ima isti karakter kao i volfram, ali samo oko polovice njegove atomske težine i gustoće, on povoljno zamjenjuje volfram u legiranim čelikima, omogućujući isti metalurški učinak da se postigne upola manje metala. Osim toga, dva su njegova vanjska prstena elektrona nepotpuna; ovo mu omogućava da formira kemijske spojeve gdje je metal dvo-, tri-, tetra-, penta- ili heksa-valentan, što omogućava široku paletu kemijskih proizvoda od molibdena. To je ujedno i bitan faktor njegovih značajnih katalitičkih svojstava.
Povijest
Iako je metal bio poznat u drevnim kulturama, a njegovi mineralni oblici bili su pomiješani s grafitom i olovnom galenom galenom najmanje 2000 godina, molibden nije službeno otkriven i identificiran sve do 1778. godine, kada je švedski kemičar i farmaceut Carl Wilhelm Scheele proizveo molibdijev oksid napadom raspršenog molibdenita (MoS 2) s koncentriranom dušičnom kiselinom, a potom isparavanjem ostatka do suha. Nakon Scheelove sugestije, drugi švedski kemičar, Peter Jacob Hjelm, proizveo je prvi metalni molibden 1781. zagrijavanjem paste pripremljene od molibdinovog oksida i lanenog ulja na visokim temperaturama u loncu. Tijekom 19. stoljeća njemački kemičar Bucholtz i Šveđanin Jacob Berzelius sustavno su istraživali složenu kemiju molibdena, ali tek je 1895. godine francuski kemičar Henri Moissan proizveo prvi kemijski čisti (99,98 posto) metal molibdena redukcijom ugljikom u električnoj peći, omogućavajući tako znanstvena i metalurška istraživanja metala i njegovih legura.
1894. francuski proizvođač oružja, Schneider SA, uveo je molibden u oklopnu oblogu na svojim radovima u Le Creusotu. Godine 1900. dva američka inženjera, FW Taylor i P. White, predstavili su prve brze čelice na bazi molibdena na izložbi Universelle u Parizu. Istovremeno, Marie Curie u Francuskoj i JA Mathews u Sjedinjenim Državama koristili su molibden za pripremu trajnih magneta. Ali tek kada je prvi svjetski rat izazvao akutni nedostatak volframa, molibden se masovno koristio za izradu oružja, oklopa i ostalog vojnog hardvera. U 1920-im godinama su legure molibdena nosile svoje prve primjene u mirnodopsko vrijeme, najprije u automobilskoj proizvodnji, a zatim od nehrđajućih čelika. U sljedećem desetljeću stekli su prihvat u brzi čelik, a nakon Drugog svjetskog rata korišteni su u zrakoplovstvu - posebno u mlaznim motorima koji su morali izdržati visoke radne temperature. Kasnije se njihova upotreba proširila na projektile. Osim u legure čelika, molibden se koristi u super-legurama, kemikalijama, katalizatorima i mazivima.
rude
Jedini komercijalno održiv mineral u proizvodnji molibdena je njegov bisulfid (MoS 2), koji se nalazi u molibdenitu. Gotovo sve rude iscrpljuju se iz ležišta distribuiranih porfirom. To su ili primarne naslage molibdena ili složene bakarno-molibdenske naslage iz kojih se molibden oporavlja kao koprodukt ili nusprodukt. Primarni naslage, koje sadrže između 0,1 i 0,5 posto molibdena, su opsežne. Porfari bakra također su vrlo velika ležišta, ali njihov sadržaj molibdena varira između 0,005 i 0,05 posto. Otprilike 40 posto molibdena dolazi iz primarnih rudnika, a ostalih 60 posto nusproizvoda bakra (ili, u nekim slučajevima, volframa).
Otprilike 64 posto obnovljivih resursa nalazi se u Sjevernoj Americi, a Sjedinjene Države čine dvije trećine. Još 25 posto nalazi se u Južnoj Americi, a ravnoteža postoji uglavnom u Rusiji, Kazahstanu, Kini, Iranu i Filipinima. Europa, Afrika i Australija vrlo su siromašne molibdenskim rudama. Najveći proizvođači molibdena uključuju Kinu, Sjedinjene Države, Čile, Peru, Meksiko i Kanadu.
Rudarstvo i koncentriranje
Porfiri iz molibdena i bakra i molibdena miniraju se otvorenim kolima ili podzemnim metodama. Nakon što se ruda drobi i melje, metalni minerali se odvajaju od minerala ganga (ili molibdena i bakra jedan od drugoga) flotacijskim procesima, koristeći široki raspon reagensa. Koncentrati sadrže između 85 i 92 posto Ministarstvo sigurnosti 2 i malih količina bakra (manje od 0,5 posto), ako je molibden je dobiven kao sporedni produkt bakra.
Vađenje i rafiniranje
Tehnički molibdski oksid
Oko 97 posto MoS 2 mora biti pretvoreno u tehnički molibdidni oksid (85–90 posto MoO 3) da bi došlo do svog komercijalnog odredišta. Takva se pretvorba gotovo univerzalno provodi u pećnicama s više ognjišta tipa Nichol-Herreshoff, u koje se molibdenit koncentrat dovodi s vrha protiv struje zagrijanog zraka i plinova ispušenih s dna. Svako ognjište ima četiri zračno hlađene ruke zakretane zrakom hlađenim vratilom; ruke su opremljene oštricama koje ranjavaju materijal prema van ili u sredini pečenja, gdje se materijal spušta do sljedećeg ognjišta. U prvom srcu, koncentrat se predgrijava i plutajuće reagensi upaliti, pokrene transformaciju MOS 2 u MOO 3. Ova egzotermna reakcija, koja se nastavlja i pojačava na slijedećim ognjištima, kontrolira se podešavanjem kisika i vodenim sprejevima koji hlade peć kad je potrebno. Temperatura ne bi trebala porasti iznad 650 ° C (1.200 ° F), točke u kojoj MoO 3 sublimira ili isparava izravno iz krutog stanja. Postupak je završen kada sadržaj sumpora kalcina padne ispod 0,1 posto.
Kemijski čisti molibdidni oksid
Tehnički molibdidni oksid pretvara se u brikete koji se dovode izravno u peći za izradu legiranih čelika i drugih proizvoda od ljevaonice. Koriste se i za izradu feromolibdena (vidi dolje), ali ako je poželjno više pročišćenih proizvoda od molibdena, poput molibdena ili metalnih molibdena, tada se tehnički MoO 3 mora rafinirati do kemijski čistog MoO 3 sublimacijom. To se provodi u električnim retorima na temperaturama između 1.200 i 1.250 ° C (2.200 i 2.300 ° F). Peći se sastoje od kvarčnih cijevi namotanih grijaćim elementima od molibden-žice, koji su zaštićeni od oksidacije mješavinom vatrostalne paste od opeke i drvenog ugljena. Cijevi su nagnute 20 ° od horizontale i rotiraju. Uzvišene pare iz zraka se istiskuju iz cijevi i skupljaju kapuljače koje vode u filter vrećice. Prikupljaju se dvije odvojene frakcije. Prvi odgovara isparavanju početnih 2–3 posto naboja i sadrži većinu isparljivih nečistoća. Posljednja frakcija je čisti MoO 3. To mora biti 99,95 posto čisto da bi bilo pogodno za proizvodnju amonijevog molibdata (ADM) i natrijevog molibdata, koji su polazni materijali za sve vrste molibdena. Ovi spojevi se dobivaju reakcijom kemijski čista Moo 3 s vodenog amonijaka ili natrij hidroksida. Amonijev molibdat, u obliku bijelih kristala, ispituje 81 do 83 posto MoO 3 ili 54 do 55 posto molibdena. Topiv je u vodi i koristi se za pripremu molibdenskih kemikalija i katalizatora, kao i metalnog praha molibdena.
Metal molibden
Proizvodnja metalnog molibdena iz čistog MoO 3 ili ADM vrši se u električno grijanim cijevima ili pećima za prigušivanje, u koje se uvodi vodikov plin kao protustruja protiv dovoda. Obično postoje dvije faze u kojima se MoO 3 ili ADM najprije reduciraju na dioksid, a potom na metalni prah. Dvije faze se mogu izvesti u dvije različite peći s hlađenjem između, ili se može koristiti dvozonska peć. (Ponekad se koristi trostupanjski postupak koji započinje na niskoj temperaturi od 400 ° C ili 750 ° F, kako bi se izbjegla nekontrolirana reakcija i spriječilo sinterovanje.) U dvostupanjskom procesu dvije duljefilne peći s molibdenom- mogu se koristiti žičani grijaći elementi. Prvo reduciranje izvodi se u "čamcima" blagog čelika koji sadrže 5 do 7 kilograma (10 do 15 kilograma) oksida, koji se pune u razmacima od 30 minuta. Temperatura peći je 600–700 ° C (1,100–1,300 ° F). Proizvod iz prve peći razbija se i dovodi jednakom brzinom u nikl-čamce u drugu peć koja djeluje na 1.000–1.100 ° C (1.800–2.000 ° F), nakon čega se metalni prah prosijava. Najčišći prah, koji sadrži 99,95 posto molibdena, dobiva se redukcijom ADM.
Zbog izuzetno visoke tališta, molibden se konvencionalnim postupcima ne može otopiti u ingote visoke kvalitete. Međutim, može se lako rastopiti u električnom luku. U jednom takvom procesu, koji su razvili Parke i Ham, prah molibdena kontinuirano se utiskuje u šipku koja se djelomično sinterira električnim otporom i na kraju se topi u električnom luku. Rastaljeni molibden deoksidira ugljikom dodan u prah i baca se u bakreni kalup s vodom hlađenim.
