Metallin molybdeeni saa nimensä sen vuoksi, että molybdeenidisulfidi muistuttaa ulkoisesti lyijymalmia - galenia (lyijyn kreikkalainen nimi on molybdos).
Elementtien löytöhistoria
Keskiajalla Euroopassa molybdeeniä kutsuttiin kolmeksi mineraaliksi, jotka olivat koostumukseltaan erilaisia, mutta väriltään ja rakenteeltaan lähes samanlaisia - galenia (Pbs), molybdeniitti (MoS2) ja grafiitti (C). Muuten, mineraali "molybdeeni kiilto" (toinen nimi molybdeniitille) käytettiin lyijykynissä, jotka jättivät vihertävän harmaan jäljen arkille.
Molybdeenimetallia, 42 Mendelejevin jaksollisen järjestelmän elementtiä, pidetään Ruotsin syntymäpaikkana. Vuonna 1758 tämän maan kemisti ja mineralogi, nikkelin löytäjä Axel Cronstedt ehdotti, että edellä mainituilla mineraaleilla on täysin erilainen luonne. Kaksi vuosikymmentä myöhemmin hänen maanmiehensä, farmaseuttinen kemisti Köpingistä, Karl Scheele, sai molybdeenihappoa valkoisena sakan ("valkomaan") muodossa keittämällä molybdeniittiä väkevässä typpihapossa. Tiedemies ymmärsi intuitiivisesti, että jos molybdeenihappoa kalsinoidaan hiilellä, on mahdollista eristäämetalli. Koska hänellä ei ollut sopivaa uunia, hän lähetti näytteitä Peter Gjelmille, joka vuonna 1782 eristi uuden metallin, jossa oli suuri määrä kovametalliepäpuhtauksia. Kollegat antoivat elementille nimen "molybdeeni" (jaksotaulukon kaava on Mo).
Suhteellisen puhdasta metallia sai vasta vuonna 1817 Ruotsin tiedeakatemian presidentti Jens Berzelius.
Yksinkertaisen aineen luonnehdinta
Valmistusmenetelmällä on suuri vaikutus molybdeenin fysikaalisiin ominaisuuksiin ja sen ulkonäköön. Jauhemetalli, aihiot ja tangot ennen sintrausta - tummanharmaa. Käsiteltyjen valssattujen tuotteiden paletti on paljon rikkaampi - melkein mustasta vaaleaan hopeaan. Molybdeenin tiheys on 10,28 t/m3. Metalli sulaa lämpötilassa 2623˚С ja 4639˚С:ssa se kiehuu. Täysin puhtaalla molybdeenillä on erinomainen muokattavuus ja sitkeys, mikä takaa helpon valssauksen ja leimaamisen. Työkappale, jonka halkaisija on jopa 12 mm, voidaan jopa huoneenlämmössä sitoa vapaasti kaksoissolmulla tai rullata ohueksi kalvoksi. Metallilla on hyvä sähkönjohtavuus. Epäpuhtaudet lisäävät kovuutta ja haurautta ja määräävät suurelta osin molybdeenin mekaaniset ominaisuudet.
Tärkeimmät yhteydet
Osana monimutkaisia aineita elementillä on erilainen hapettumisaste +2:sta korkeimpaan (jälkimmäiset yhdisteet ovat stabiileimpia), mikä määrää molybdeenin kemialliset ominaisuudet. Tälle metallille on tunnusomaista yhdisteet hapen ja halogeenien kanssa (MoO3, MoCl5) ja molybdaatit (molybdeenihapon suolat). Hapetusreaktiot ovat mahdollisia vain korkeissa lämpötiloissa (alkaen 600˚С). Lisääntyminen saa molybdeenin vuorovaikutuksessa hiilen, fosforin ja rikin kanssa. Se liukenee hyvin typpihappoon tai kuumennettuun rikkihappoon.
Fosfori-, arseeni-, boori- ja piihapot muodostavat monimutkaisia yhdisteitä molybdeenin kanssa. Tunnetuin ja yleisin suola on ammoniumfosfomolybdaatti. Molybdeenia sisältävät aineet erottuvat laajasta väripaletista ja erilaisista sävyistä.
Molybdeenimalmin rikastustekniikka
Täysin puhtaan molybdeenin teollinen tuotanto hallittiin vasta 1900-luvulla. Molybdeenimalmin kemiallista käsittelyä edeltää sen rikastus: murskaimissa ja kuulamyllyissä jauhatuksen jälkeen päämenetelmä on viisi tai kuusi vaahdotus. Tuloksena on korkea molybdeenidisulfidipitoisuus (jopa 95 %) raaka-aineessa.
Seuraava ja tärkein askel on ampuminen. Tässä poistetaan ei-toivotut veden epäpuhtaudet, rikki, vaahdotusreagenssien jäämät ja molybdeenidisulfidi hapetetaan trioksidiksi. Lisäsiivous on mahdollista monella tapaa, mutta suosituimpia ovat seuraavat:
- ammoniakkimenetelmä, jossa molybdeeniyhdisteet liukenevat täysin ja epäpuhtaudet poistetaan;
- sublimaatio lämpötilassa 900 - 1100 ˚С. Tulos - MoO3 pitoisuus nousee 90-95 %:iin.
Metallisen molybdeenin teollinen tuotanto
Vedyn johtaminen puhdistetun molybdeenitrioksidin läpi (laboratorioissapelkistykset käyttävät usein hiiltä tai hiiltä sisältäviä kaasuja, alumiinia, piitä) saavat metallijauhetta. Prosessi tapahtuu erityisissä putkiuuneissa, joissa lämpötilaa nostetaan asteittain 500:sta 1000 ˚С.
Tiivisen molybdeenimetallin tuotannon prosessiketju sisältää:
- Painataan. Prosessi tapahtuu teräsmuoteissa 300 MPa:n paineen alaisena. Sidoskomponentti on glyseriinin alkoholiliuos. Aihioiden (pistosten) enimmäisleikkaus on enintään 16 cm2 ja pituus on 600 cm. Isommissa käytetään kumi- tai polymeerimuotoja. Puristus tapahtuu työkammioissa, joissa nestettä ruiskutetaan korkeassa paineessa.
- Sintraus. Se tapahtuu kahdessa vaiheessa. Ensimmäinen - matala lämpötila, joka kestää 30-180 minuuttia (työkappaleen koosta riippuen), suoritetaan muhveliuuneissa vetyilmakehässä lämpötilassa 1200 ˚С. Toisessa vaiheessa (hitsaus) työkappale kuumennetaan lämpötilaan, joka on lähellä sulamispistettä (2400-2500 ˚С). Tämän seurauksena huokoisuus pienenee ja molybdeenin tiheys kasvaa.
Isoja, jopa 3 tonnia painavia aihioita sintrataan induktio-, elektronisuihku- tai kaariuuneissa. Prosessi saatetaan päätökseen sintrattujen tuotteiden mekaanisella käsittelyllä.
Rikkaimmat talletukset
Molybdeeni on melko harvinainen alkuaine maankuoressa ja koko maailmankaikkeudessa. Kahdesta tusinasta luonnossa esiintyvästä mineraalista vain molybdeniitillä on merkittävä teollinen merkitys.(MoS2). Sen resurssit eivät ole loputtomat, ja tekniikoita metallin erottamiseksi powelliiteista ja molybdaateista on jo kehitetty. Kivennäiskoostumuksesta ja malmikappaleiden muodosta riippuen esiintymät jaetaan suoni-, suoni- ja skarniin.
Maailman todistetut alkuainevarannot ovat 19 miljoonaa tonnia, joista lähes puolet Kiinassa. Vuodesta 1924 lähtien suurin molybdeeniesiintymä on ollut Climax-kaivos (USA, Colorado), jonka keskimääräinen pitoisuus on jopa 0,4 %. Usein molybdeenimalmien louhinta suoritetaan yhdessä kuparin ja volframin uuttamisen kanssa.
Venäjällä molybdeenivarannot ovat 360 tuhatta tonnia. 10 tutkitusta esiintymästä vain 7 on kaupallisesti kehitetty:
- Sorskoe ja Agaskyrskoe (Khakassia);
- Bugdainskoe ja Zhirekenskoe (Itä Transbaikalia);
- Orekitkanskoe (Burjatia);
- Labash (Karjala);
- Tyrnyauz (Pohjois-Kaukasus).
Tuotanto tehdään sekä avoimilla että suljetuilla menetelmillä.
Samurai-miekkojen salaisuus
Eurooppalaiset asesepät ja tiedemiehet ovat useiden vuosisatojen ajan kamppailleet muinaisten japanilaisten miekkojen terävyyden ja vahvuuden mysteerin kanssa toisen vuosituhannen alusta, yrittäen epäonnistua valmistaa samoja korkealaatuisia teräaseita. Vasta XΙX-luvun lopussa löydettyään molybdeeniepäpuhtauksia japanilaisesta teräksestä tämä arvoitus oli mahdollista ratkaista.
Schneider omaksui ensimmäisen kerran molybdeenin teollisen käytön seosaineena teräksen laadun parantamiseksi (kovuuden ja sitkeyden lisäämiseksi) vuonna 1891.& Co Ranskasta.
Ensimmäinen maailmansota toimi merkittävänä kannustimena molybdeenimetallurgian kehitykselle. On merkittävää, että anglo-ranskalaisten tankkien etupanssarin paksuus, jonka saman kaliiperin saksalaiset kuoret helposti lävistivät, pienennettiin 75 mm:stä 25 mm:iin lisäämällä panssarilevyjen teräkseen 1,5-2% molybdeenia. Tämä lisäsi merkittävästi koneen lujuutta.
Molybdeenin käyttö
Yli 80 % kaikesta teollisuudessa käytetystä molybdeenistä menee rautametallurgiaan. Ilman sitä lämmönkestävän valuraudan, rakenne- ja työkaluterästen tuotanto on mahdotonta ajatella. Yksi paino-osa elementistä parantaa teräksen laatua vastaa kahta paino-osaa volframia. Koska molybdeenin tiheys on kaksi kertaa pienempi, sen seokset ovat laadultaan huomattavasti parempia kuin volframiseokset käyttölämpötiloissa alle 1370 ˚С. Molybdeeniteräkset soveltuvat paremmin hiiletykseen.
Molybdeenillä on kysyntää radioelektroniikka-, kemian- ja maaliteollisuudessa. Koneteollisuudessa sitä käytetään lämmönkestävänä materiaalina. Maataloudessa alkuaineyhdisteiden heikot liuokset parantavat merkittävästi kasvien ravinteiden imeytymistä. On pidettävä mielessä, että molybdeenillä on suurina annoksina myrkyllinen vaikutus eläviin ja kasveihin ja se vaikuttaa negatiivisesti ympäristöön.
Biologinen merkitys
Ihmisten ja eläinten ruokavaliossa molybdeeni on yksi tärkeimmistä hivenaineista. Aktiivisen biologisen muodon muodossa -molybdeenikoentsyymi - (Moco) se on välttämätön katabolisten prosessien toteuttamiseksi elävissä kudoksissa.
Molybdeenin syövän vastaisen toiminnan alan tutkimus näyttää erittäin lupaav alta. Ruoansulatuskanavan syövän korkea ilmaantuvuus Lin Xianin kaupungin (Honanin maakunta, Kiina) väestössä väheni merkittävästi sen jälkeen, kun molybdeenia sisältäviä mineraalilannoitteita otettiin maahan.
Harvinaisissa tapauksissa, joissa ihmiskehossa esiintyy elementtipuutetta, voi kehittyä avaruushäiriö, aivovaurioita, mielenterveyshäiriöitä ja muita vakavia hermostosairauksia. Molybdeenin päivittäinen annos aikuiselle on 100-300 mikrogrammaa. Kun se nostetaan 5-15 mg:aan, myrkyllinen myrkytys on väistämätöntä, 50 mg asti - kuolema. Molybdeenirikkaimpia ovat lehtivihannekset, viljat, palkokasvit ja marjat (mustaherukka, karviainen), maitotuotteet, munat, maksa ja eläinten munuaiset.
Ympäristönäkökohdat
Molybdeenin biologiset ominaisuudet asettavat tiukemmat vaatimukset malmimateriaalin käsittelystä syntyvän jätteen hävittämiselle, tiukasti teknologisen prosessin noudattamista yrityksissä kielteisten vaikutusten estämiseksi työhenkilöstön terveyteen ja luontoon.
Kaikki toimenpiteet on toteutettava, jotta estetään jalostettujen tuotteiden pääsy pohjaveteen. On syytä muistaa, että kasveilla on kyky imeä ja kerääntyä molybdeeniä, joten sen pitoisuus versoissa ja lehdissä voi ylittää sallitut pitoisuudet. Tämä vihreä massavoivat olla vaarallisia eläimille. Jotta tuulet eivät levittäisi käytettyä kiviä, kaatopaikat peitetään maakerroksella.
Trendit globaaleilla molybdeenimarkkinoilla
Maailmanlaajuisen finanssikriisin alkaessa molybdeenin maailmanlaajuinen kulutus laski 9 %. Poikkeuksena oli Kiina, jossa kasvua on jopa 5 %. Vastaus kulutuskysynnän jyrkälle laskulle vuonna 2009 oli tuotantomäärien lasku. Aikaisempaa tuotantotasoa pystyttiin lähestymään vasta neljän vuoden kuluttua, ja vuonna 2014 asetettiin uusi 245 tuhannen tonnin enimmäismäärä. Kiina on edelleen molybdeenin ja sen tuotteiden tärkein kuluttaja ja tuottaja.
Molybdeenin tiheys ja hämmästyttävät ominaisuudet ovat tehneet siitä välttämättömän teräs- ja seossovelluksissa, joissa vaaditaan kevyttä, suurta lujuutta ja korroosionkestävyyttä. Ydinvoimalaitosten, muiden energia- ja teollisuuslaitosten määrän ennustettu kasvu sekä uusien öljy- ja kaasukenttien rakentaminen Kaukopohjolan ja arktisen alueen ankarissa olosuhteissa johtavat väistämättä molybdeenin ja sen johdannaisten kysynnän kasvuun.
