Metallet molybdæn skylder sit navn til den ydre lighed mellem molybdændisulfid og blymalm - galena (det græske navn for bly er molybdos).
Elementopdagelseshistorik
I middelalderen i Europa blev molybdæn kaldt tre mineraler af forskellig sammensætning, men næsten ens i mineralets farve og struktur - galena (Pbs), molybdenit (MoS2) og grafit (C). Mineralet "molybdænglans" (et andet navn for molybdenit) blev i øvrigt brugt som bly til blyanter, der efterlod et grøngrå mærke på arket.
Molybdænmetal, 42 grundstoffer i Mendeleevs periodiske system, anses for at være Sveriges fødested. I 1758 foreslog kemikeren og mineralogen her fra landet, opdageren af nikkel, Axel Cronstedt, at ovennævnte mineraler har en helt anden karakter. To årtier senere opnåede hans landsmand, en farmaceutisk kemiker fra Köping, Karl Scheele, molybdinsyre i form af et hvidt bundfald ("hvid jord") ved at koge molybdenit i koncentreret salpetersyre. Videnskabsmanden forstod intuitivt, at hvis molybdinsyre kalcineres med kul, så er det muligt at isoleremetal. Da han ikke havde en passende ovn, sendte han prøver til Peter Gjelm, som i 1782 isolerede et nyt metal med en stor mængde karbidurenheder. Kolleger kaldte grundstoffet "molybdæn" (formlen i det periodiske system er Mo).
Relativt rent metal blev først opnået i 1817 af Jens Berzelius, præsident for det svenske videnskabsakademi.
Karakterisering af et simpelt stof
Produktionsmetoden har stor indflydelse på molybdæns fysiske egenskaber og dets udseende. Pulvermetal, emner og stænger før sintring - mørkegrå. Paletten af forarbejdede valsede produkter er meget rigere - fra næsten sort til lys sølv. Densiteten af molybdæn er 10,28 t/m3. Metallet smelter ved en temperatur på 2623˚С, og ved 4639˚С koger det. Helt ren molybdæn har fremragende formbarhed og duktilitet, hvilket garanterer let rulning og stempling. Et emne med en diameter på op til 12 mm, selv ved stuetemperatur, kan frit bindes med en dobbeltknude eller rulles ud til en tynd folie. Metallet har god elektrisk ledningsevne. Tilstedeværelsen af urenheder øger hårdheden og skørheden og bestemmer i høj grad de mekaniske egenskaber af molybdæn.
Større forbindelser
Som en del af komplekse stoffer udviser grundstoffet en anden grad af oxidation fra +2 til den højeste (sidstnævnte forbindelser er de mest stabile), hvilket bestemmer molybdæns kemiske egenskaber. Dette metal er karakteriseret ved forbindelser med oxygen og halogener (MoO3, MoCl5) og molybdater (s alte af molybdinsyre). Oxidationsreaktioner er kun mulige ved høje temperaturer (fra 600˚С). Yderligere stigning vil få molybdæn til at interagere med kulstof, fosfor og svovl. Det opløses godt i salpetersyre eller opvarmet svovlsyre.
Fosforsyre, arsen, bor og kiselsyre danner komplekse forbindelser med molybdæn. Det mest berømte og almindelige s alt er ammoniumphosphomolybdat. Stoffer, der indeholder molybdæn, er kendetegnet ved en bred farvepalet og forskellige nuancer.
Molybdænmalmforædlingsteknologi
Industriel produktion af absolut ren molybdæn blev først mestret i det 20. århundrede. Den kemiske forarbejdning af molybdænmalm er forudgået af dens fornyelse: Efter formaling i knusere og kuglemøller er hovedmetoden fem eller seks flotation. Resultatet er en høj koncentration (op til 95%) af molybdændisulfid i råmaterialet.
Det næste og vigtigste skridt er affyring. Her fjernes uønskede urenheder af vand, svovl, rester af flotationsreagenser, og molybdændisulfid oxideres til trioxid. Yderligere rengøring er mulig på flere måder, men følgende er de mest populære:
- ammoniakmetode, hvor molybdænforbindelser er fuldstændigt opløst, og urenheder fjernes;
- sublimering ved en temperatur på 900 til 1100 ˚С. Resultatet - koncentrationen af MoO3 stiger til 90-95%.
Industriel produktion af metallisk molybdæn
Passering af brint gennem renset molybdæntrioxid (i laboratorier forreduktioner bruger ofte kulstof eller kulstofholdige gasser, aluminium, silicium) få pulveriseret metal. Processen foregår i specielle rørovne med en gradvis stigning i temperaturen fra 500 til 1000 ˚С.
Proceskæden til fremstilling af kompakt molybdænmetal omfatter:
- Trykker. Processen foregår i stålforme under tryk op til 300 MPa. Den bindende komponent er en alkoholopløsning af glycerin. Den maksimale sektion af emnerne (stikkene) overstiger ikke 16 cm2, og længden er 600 cm. Til større anvendes gummi- eller polymerformer. Presningen foregår i arbejdskamre, hvor væske sprøjtes ind under højt tryk.
- Sintring. Det sker i to faser. Den første - lav temperatur, der varer 30-180 minutter (afhængigt af størrelsen af emnet), udføres i muffelovne i en hydrogenatmosfære ved en temperatur på 1200 ˚С. I det andet trin (svejsning) opvarmes emnet til en temperatur tæt på smeltepunktet (2400-2500 ˚С). Som et resultat falder porøsiteten, og densiteten af molybdæn stiger.
Store emner, der vejer op til 3 tons, sintres i induktions-, elektronstråle- eller lysbueovne. Processen afsluttes ved mekanisk bearbejdning af sintrede produkter.
Rigeste indbetalinger
Molybdæn er et ret sjældent grundstof i jordskorpen og i universet som helhed. Af de to dusin mineraler, der findes i naturen, er det kun molybdenit, der er af væsentlig industriel betydning.(MoS2). Dens ressourcer er ikke uendelige, og teknologier til udvinding af metal fra powellitter og molybdater er allerede blevet udviklet. Afhængig af malmlegemernes mineralsammensætning og form opdeles aflejringerne i vene, venedissemineret og skarn.
Globale beviste reserver af grundstoffet beløber sig til 19 millioner tons, med næsten halvdelen i Kina. Siden 1924 har den største molybdænforekomst været Climax-minen (USA, Colorado) med et gennemsnitligt indhold på op til 0,4%. Ofte udføres udvindingen af molybdænmalme sammen med udvindingen af kobber og wolfram.
I Rusland beløber molybdænreserverne sig til 360 tusinde tons. Af de 10 udforskede forekomster er kun 7 blevet kommercielt udviklet:
- Sorskoe and Agaskyrskoe (Khakassia);
- Bugdainskoe og Zhirekenskoe (Østlige Transbaikalia);
- Orekitkanskoe (Buryatien);
- Labash (Karelia);
- Tyrnyauz (det nordlige Kaukasus).
Produktionen er lavet med både åbne og lukkede metoder.
The Secret of the Samurai Swords
I flere århundreder har europæiske våbensmede og videnskabsmænd kæmpet med mysteriet om skarpheden og styrken af gamle japanske sværd fra begyndelsen af det andet årtusinde og uden held forsøgt at fremstille de samme højkvalitets kantede våben. Først i slutningen af XΙX århundrede, efter at have opdaget molybdæn-urenheder i japansk stål, var det muligt at løse denne gåde.
For første gang blev den industrielle brug af molybdæn som et legeringsadditiv for at forbedre stålkvaliteten (hvilket giver det hårdhed og sejhed) mestret i 1891 af Schneider& Co fra Frankrig.
Første Verdenskrig tjente som en væsentlig stimulans for udviklingen af molybdænmetallurgi. Det er væsentligt, at tykkelsen af frontpansringen på de engelsk-franske kampvogne, let gennemboret af tyske granater af samme kaliber, blev reduceret fra 75 mm til 25 mm ved at tilføje 1,5-2% molybdæn til rustningspladernes stål. Dette øgede maskinens styrke betydeligt.
Anvendelse af molybdæn
Mere end 80 % af alt molybdæn, der bruges i industrien, falder på jernholdig metallurgi. Uden det er produktionen af varmebestandigt støbejern, konstruktions- og værktøjsstål utænkelig. En vægtdel af elementet forbedrer stålkvaliteten svarer til to vægtdele wolfram. Da tætheden af molybdæn er to gange mindre, er dens legeringer væsentligt bedre i kvalitet end wolframlegeringer ved driftstemperaturer under 1370 ˚С. Molybdænstål egner sig bedre til karburering.
Molybdæn er efterspurgt i den radioelektroniske, kemiske og malingsindustri. I maskinteknik bruges det som et varmebestandigt materiale. I landbruget forbedrer svage opløsninger af grundstofforbindelser planternes absorption af næringsstoffer betydeligt. Man skal huske på, at molybdæn i store doser har en giftig effekt på levende organismer og planteorganismer og påvirker miljøet negativt.
Biologisk betydning
I menneskers og dyrs kost er molybdæn et af de vigtigste sporstoffer. I form af en aktiv biologisk form -molybdæn coenzym - (Moco) det er nødvendigt for implementering af kataboliske processer i levende væv.
Forskning inden for anti-cancer aktivitet af molybdæn ser meget lovende ud. En høj forekomst af kræft i fordøjelseskanalen blandt befolkningen i byen Lin Xian (Honan-provinsen, Kina) blev signifikant reduceret efter indførelsen af mineralsk gødning indeholdende molybdæn i jorden.
I sjældne tilfælde af elementmangel i den menneskelige krop kan rumlig desorientering, hjernedefekter, mentale abnormiteter og andre alvorlige nervesygdomme udvikle sig. Den daglige dosis af molybdæn for en voksen er fra 100 til 300 mcg. Når det øges til 5-15 mg, er giftig forgiftning uundgåelig, op til 50 mg - død. De mest rige på molybdæn er bladgrøntsager, korn, bælgfrugter og bær (solbær, stikkelsbær) afgrøder, mejeriprodukter, æg, lever og nyrer fra dyr.
Miljøaspekter
Molybdæns biologiske egenskaber stiller øgede krav til bortskaffelse af affald fra forarbejdning af malmmateriale, streng overholdelse af den teknologiske proces på virksomheder for at forhindre en negativ indvirkning på arbejdspersonalets og naturens sundhed.
Alle foranst altninger bør træffes for at forhindre, at forarbejdede produkter trænger ind i grundvandet. Det skal huskes, at planter har evnen til at absorbere og akkumulere molybdæn, så dets indhold i skud og blade kan overstige de tilladte koncentrationer. Denne grønne massekan være farligt for dyr. For at forhindre vinden i at sprede den brugte sten, er lossepladserne dækket af et lag jord.
Trends på det globale molybdænmarked
Med begyndelsen af den globale finanskrise faldt det globale molybdænforbrug med 9 %. Undtagelsen var Kina, hvor der er en stigning på op til 5 pct. Svaret på det kraftige fald i forbrugerefterspørgslen i 2009 var et fald i produktionsmængderne. Det var først muligt at nærme sig det tidligere produktionsniveau efter fire år, og i 2014 blev der sat et nyt maksimum på 245 tusinde tons. Kina er fortsat den største forbruger og producent af molybdæn og dets produkter.
Molybdæns tæthed og fantastiske egenskaber har gjort det uundværligt til stål- og legeringsapplikationer, hvor en kombination af let vægt, høj styrke og korrosionsbestandighed er påkrævet. Den forudsagte vækst i antallet af atomkraftværker, andre energi- og industrianlæg, udviklingen af nye olie- og gasfelter under de barske forhold i det fjerne nord og Arktis vil uundgåeligt føre til en stigning i efterspørgslen efter molybdæn og dets derivater.
