Molibden metalowy zawdzięcza swoją nazwę zewnętrznemu podobieństwu dwusiarczku molibdenu do rudy ołowiu - galeny (grecka nazwa ołowiu to molibdos).
Historia odkrywania elementów
W średniowieczu w Europie molibden nazywano trzema minerałami o różnym składzie, ale prawie podobnym kolorze i strukturze minerału - galena (Pbs), molibdenit (MoS2) i grafit (C). Nawiasem mówiąc, minerał „połysk molibdenu” (inna nazwa molibdenitu) był używany jako wkład do ołówków, który pozostawiał na arkuszu zielonkawo-szary ślad.
Molibden, 42 elementy układu okresowego Mendelejewa, uważany jest za miejsce narodzin Szwecji. W 1758 r. chemik i mineralog z tego kraju, odkrywca niklu, Axel Cronstedt, sugerował, że powyższe minerały mają zupełnie inny charakter. Dwie dekady później jego rodak, chemik farmaceutyczny z Köping, Karl Scheele, uzyskał kwas molibdenowy w postaci białego osadu („białej ziemi”) przez gotowanie molibdenitu w stężonym kwasie azotowym. Naukowiec intuicyjnie zrozumiał, że jeśli kwas molibdenowy kalcynuje się węglem, to można go wyizolowaćmetal. Nie mając odpowiedniego pieca, wysłał próbki do Petera Gjelma, który w 1782 roku wyizolował nowy metal z dużą ilością zanieczyszczeń węglikowych. Koledzy nazwali pierwiastek „molibdenem” (wzór w układzie okresowym to Mo).
Stosunkowo czysty metal został pozyskany dopiero w 1817 roku przez Jensa Berzeliusa, prezesa Szwedzkiej Akademii Nauk.
Charakterystyka prostej substancji
Metoda produkcji ma duży wpływ na fizyczne właściwości molibdenu i jego wygląd. Sproszkowany metal, półfabrykaty i pręty przed spiekaniem - ciemnoszary. Paleta przetworzonych wyrobów walcowanych jest znacznie bogatsza – od niemal czarnej do jasnego srebra. Gęstość molibdenu wynosi 10,28 t/m3. Metal topi się w temperaturze 2623˚С, aw 4639˚С wrze. Całkowicie czysty molibden ma doskonałą ciągliwość i ciągliwość, co gwarantuje łatwe walcowanie i tłoczenie. Obrabiany przedmiot o średnicy do 12 mm, nawet w temperaturze pokojowej, można swobodnie wiązać podwójnym węzłem lub rozwałkować na cienką folię. Metal ma dobrą przewodność elektryczną. Obecność zanieczyszczeń zwiększa twardość i kruchość oraz w dużej mierze determinuje właściwości mechaniczne molibdenu.
Główne połączenia
W ramach substancji złożonych pierwiastek wykazuje różny stopień utlenienia od +2 do najwyższego (te ostatnie związki są najbardziej stabilne), co decyduje o właściwościach chemicznych molibdenu. Metal ten charakteryzują związki z tlenem i halogenami (MoO3, MoCl5) oraz molibdeniany (sole kwasu molibdenowego). Reakcje utleniania są możliwe tylko w wysokich temperaturach (od 600˚С). Dalszy wzrost spowoduje interakcję molibdenu z węglem, fosforem i siarką. Dobrze rozpuszcza się w kwasie azotowym lub podgrzanym kwasie siarkowym.
Kwasy fosforowy, arsenowy, borowy i krzemowy tworzą złożone związki z molibdenem. Najbardziej znaną i powszechną solą jest fosfomolibdenian amonu. Substancje zawierające molibden wyróżnia szeroka paleta kolorów i różne odcienie.
Technologia wzbogacania rudy molibdenu
Produkcję przemysłową absolutnie czystego molibdenu opanowano dopiero w XX wieku. Chemiczna obróbka rudy molibdenu poprzedzona jest jej wzbogacaniem: po zmieleniu w kruszarkach i młynach kulowych główną metodą jest flotacja piąta lub sześcioma. Rezultatem jest wysokie stężenie (do 95%) dwusiarczku molibdenu w surowcu.
Następnym i najważniejszym krokiem jest strzelanie. Tutaj usuwane są niepożądane zanieczyszczenia wody, siarki, pozostałości odczynników flotacyjnych, a dwusiarczek molibdenu utlenia się do trójtlenku. Dalsze czyszczenie jest możliwe na kilka sposobów, ale najpopularniejsze są następujące:
- metoda amoniakalna, w której związki molibdenu są całkowicie rozpuszczane, a zanieczyszczenia usuwane;
- sublimacja w temperaturze od 900 do 1100 ˚С. Wynik - stężenie MoO3 wzrasta do 90-95%.
Przemysłowa produkcja metalicznego molibdenu
Przepuszczanie wodoru przez oczyszczony trójtlenek molibdenu (w laboratoriach dlaredukcje często wykorzystują węgiel lub gazy zawierające węgiel, aluminium, krzem) uzyskują sproszkowany metal. Proces odbywa się w specjalnych piecach rurowych ze stopniowym wzrostem temperatury od 500 do 1000 ˚С.
Łańcuch procesu produkcji kompaktowego molibdenu obejmuje:
- Naciśnięcie. Proces odbywa się w formach stalowych pod ciśnieniem do 300 MPa. Składnikiem wiążącym jest alkoholowy roztwór gliceryny. Maksymalny przekrój półfabrykatów (kłuć) nie przekracza 16 cm2, a długość wynosi 600 cm, w przypadku większych stosuje się formy gumowe lub polimerowe. Prasowanie odbywa się w komorach roboczych, do których wtryskiwana jest ciecz pod wysokim ciśnieniem.
- Spiekanie. Dzieje się to w dwóch etapach. Pierwsza - niskotemperaturowa, trwająca 30-180 minut (w zależności od wielkości przedmiotu obrabianego), przeprowadzana jest w piecach muflowych w atmosferze wodoru w temperaturze 1200 ˚С. W drugim etapie (spawanie) przedmiot obrabiany jest podgrzewany do temperatury zbliżonej do temperatury topnienia (2400-2500 ˚С). W efekcie zmniejsza się porowatość i zwiększa się gęstość molibdenu.
Duże półfabrykaty o wadze do 3 ton są spiekane w piecach indukcyjnych, elektronowych lub łukowych. Proces kończy się obróbką mechaniczną wyrobów spiekanych.
Najbogatsze depozyty
Molibden jest dość rzadkim pierwiastkiem w skorupie ziemskiej i we wszechświecie jako całości. Spośród dwóch tuzinów minerałów występujących w przyrodzie tylko molibdenit ma istotne znaczenie przemysłowe.(MoS2). Jej zasoby nie są nieograniczone, a technologie pozyskiwania metalu z powellitów i molibdenianów zostały już opracowane. W zależności od składu mineralnego i kształtu złóż rudy, złoża dzieli się na żyłowe, żyłkowate i skarnowe.
Globalne potwierdzone rezerwy tego pierwiastka wynoszą 19 mln ton, z czego prawie połowa przypada na Chiny. Od 1924 roku największym złożem molibdenu jest kopalnia Climax (USA, Kolorado) ze średnią zawartością do 0,4%. Często wydobycie rud molibdenu odbywa się wraz z wydobyciem miedzi i wolframu.
W Rosji zasoby molibdenu wynoszą 360 tysięcy ton. Spośród 10 zbadanych złóż tylko 7 zostało zagospodarowanych komercyjnie:
- Sorskoe i Agaskyrskoe (Chakasja);
- Bugdainskoe i Zhirekenskoe (Wschodnia Transbaikalia);
- Orekitkanskoe (Buriacja);
- Labash (Karelia);
- Tyrnyauz (Północny Kaukaz).
Produkcja odbywa się zarówno metodą otwartą, jak i zamkniętą.
Sekret mieczy samurajskich
Przez kilka stuleci europejscy rusznikarze i naukowcy zmagali się z tajemnicą ostrości i siły starożytnych japońskich mieczy z początku drugiego tysiąclecia, bezskutecznie próbując wyprodukować tę samą broń o wysokiej jakości. Dopiero pod koniec XX wieku, po odkryciu zanieczyszczeń molibdenem w japońskiej stali, udało się rozwiązać tę zagadkę.
Po raz pierwszy przemysłowe zastosowanie molibdenu jako dodatku stopowego w celu poprawy jakości stali (nadając jej twardość i ciągliwość) zostało opanowane w 1891 roku przez firmę Schneider& Co z Francji.
I wojna światowa była znaczącym bodźcem do rozwoju metalurgii molibdenu. Znaczące jest to, że grubość przedniego pancerza czołgów anglo-francuskich, łatwo przebijanych przez niemieckie pociski tego samego kalibru, została zmniejszona z 75 mm do 25 mm poprzez dodanie 1,5-2% molibdenu do stali płyt pancernych. To znacznie zwiększyło wytrzymałość maszyny.
Zastosowanie molibdenu
Ponad 80% molibdenu wykorzystywanego w przemyśle pochodzi z hutnictwa żelaza. Bez niego produkcja żeliwa żaroodpornego, stali konstrukcyjnych i narzędziowych jest nie do pomyślenia. Jedna część wagowa elementu poprawia jakość stali odpowiada dwóm częściom wagowym wolframu. Ponieważ gęstość molibdenu jest dwukrotnie mniejsza, jego stopy są znacznie lepsze jakościowo niż stopy wolframu w temperaturach roboczych poniżej 1370 ˚С. Stale molibdenowe lepiej nadają się do nawęglania.
Molibden jest poszukiwany w przemyśle radioelektronicznym, chemicznym i farbiarskim. W inżynierii mechanicznej jest stosowany jako materiał żaroodporny. W rolnictwie słabe roztwory związków pierwiastkowych znacznie poprawiają przyswajanie składników pokarmowych przez rośliny. Należy pamiętać, że molibden w dużych dawkach działa toksycznie na organizmy żywe i roślinne oraz negatywnie wpływa na środowisko.
Biologiczne znaczenie
W diecie ludzi i zwierząt molibden jest jednym z najważniejszych pierwiastków śladowych. W postaci aktywnej formy biologicznej -koenzym molibdenu - (Moco) jest niezbędny do realizacji procesów katabolicznych w żywych tkankach.
Badania w zakresie przeciwnowotworowego działania molibdenu zapowiadają się bardzo obiecująco. Wysoka zachorowalność na raka przewodu pokarmowego wśród mieszkańców miasta Lin Xian (prowincja Honan, Chiny) została znacznie zmniejszona po wprowadzeniu do gleby nawozów mineralnych zawierających molibden.
W rzadkich przypadkach niedoboru pierwiastków w ludzkim ciele może rozwinąć się dezorientacja przestrzenna, wady mózgu, zaburzenia psychiczne i inne ciężkie choroby układu nerwowego. Dzienna dawka molibdenu dla osoby dorosłej wynosi od 100 do 300 mcg. Gdy wzrasta do 5-15 mg, zatrucie toksyczne jest nieuniknione, do 50 mg - śmierć. Najbogatsze w molibden są warzywa liściaste, zboża, rośliny strączkowe i jagodowe (czarna porzeczka, agrest), nabiał, jaja, wątroba i nerki zwierząt.
Aspekty środowiskowe
Biologiczne właściwości molibdenu nakładają zwiększone wymagania dotyczące usuwania odpadów z przeróbki rudy, ścisłe przestrzeganie procesu technologicznego w przedsiębiorstwach, aby zapobiec negatywnemu wpływowi na zdrowie pracowników i przyrodę.
Należy podjąć wszelkie środki, aby zapobiec przedostawaniu się przetworzonych produktów do wód gruntowych. Należy pamiętać, że rośliny mają zdolność wchłaniania i akumulacji molibdenu, dlatego jego zawartość w pędach i liściach może przekraczać dopuszczalne stężenia. Ta zielona masamoże być niebezpieczny dla zwierząt. Aby zapobiec rozprzestrzenianiu się zużytych skał przez wiatr, wysypiska są pokryte warstwą ziemi.
Trendy na światowym rynku molibdenu
Wraz z nadejściem światowego kryzysu finansowego światowa konsumpcja molibdenu spadła o 9%. Wyjątkiem były Chiny, gdzie obserwuje się wzrost do 5%. Odpowiedzią na gwałtowny spadek popytu konsumpcyjnego w 2009 roku był spadek wielkości produkcji. Do poprzedniego poziomu wydobycia udało się zbliżyć dopiero po czterech latach, a w 2014 roku ustalono nowe maksimum na 245 tys. ton. Chiny pozostają głównym konsumentem i producentem molibdenu i jego produktów.
Gęstość i niesamowite właściwości molibdenu sprawiły, że jest on niezbędny do zastosowań w stali i stopach, gdzie wymagana jest kombinacja lekkości, wysokiej wytrzymałości i odporności na korozję. Przewidywany wzrost liczby elektrowni jądrowych, innych obiektów energetycznych i przemysłowych, rozwój nowych złóż ropy i gazu w trudnych warunkach Dalekiej Północy i Arktyki nieuchronnie doprowadzą do wzrostu zapotrzebowania na molibden i jego pochodne.
