Molibdén feldolgozás, érc előkészítése különféle termékekben való felhasználásra.
A molibdén (Mo) fehér, platinaszerű fém, amelynek olvadáspontja 2 610 ° C (4730 ° F). Tiszta állapotában kemény és elasztikus, közepes keménységgel, magas hővezető képességgel, nagy korrózióállósággal és alacsony tágulási együtthatóval jellemzi. Más fémekkel ötvözve a molibdén elősegíti a keménységet és a szilárdságot, növeli a szakítószilárdságot és a kúszásállóságot, és általában elősegíti az egyenletes keménységet. Kis mennyiségű (legfeljebb 1%) molibdén jelentősen javítja a mátrix anyagának kopásállóságát, korróziógátló tulajdonságait, valamint magas hőmérsékleti szilárdságát és szilárdságát. A molibdén ezért nélkülözhetetlen adalékanyag acélok és rendkívül kifinomult színesfém-szuperötvözetek gyártásában.
Mivel a molibdénatom ugyanazzal a karakterrel rendelkezik, mint a volfrám, de atomtömegének és sűrűségének csak körülbelül a fele, előnyösen helyettesíti az ötvözött acélokban szereplő volfrámot, lehetővé téve ugyanolyan fémmegmunkálási hatás elérését a felére kevesebb fémmel. Ezenkívül a külső elektrongyűrűk közül kettő hiányos; ez lehetővé teszi kémiai vegyületek képződését, ahol a fém di-, tri-, tetra-, penta- vagy hexavalens, ami a molibdén kémiai termékek széles skáláját teszi lehetővé. Ez szintén nélkülözhetetlen tényezője jelentős katalitikus tulajdonságainak.
Történelem
Noha a fém az ókori kultúrákból ismert volt, és ásványi formáit legalább 2000 évig összetévesztették a grafittal és az ólomérc galenával, a molibdént nem hivatalosan fedezték fel és azonosították 1778-ig, amikor a svéd gyógyszerész és gyógyszerész, Carl Wilhelm Scheele molibdén-oxidot állított elő. a támadó porított molibdenit (MoS 2) tömény salétromsavat, majd ledesztilláljuk, a maradékot szárazra pároljuk. A Scheele javaslatát követve, egy másik svéd vegyész, Peter Jacob Hjelm 1781-ben előállította az első fém-molibdént azáltal, hogy egy tégelyben magas hőmérsékleten melegítette egy molibdén-oxidból és lenmag-olajból előállított pasztát. A 19. század folyamán a német vegyész, Bucholtz és a svéd Jöns, Jacob Berzelius szisztematikusan feltárták a molibdén komplex kémiáját, ám csak 1895-ben a francia kémikus, Henri Moissan előállította az első kémiailag tiszta (99,98%) molibdénfémet redukciójával. szénnel elektromos kemencében, ezáltal lehetővé téve a fém és ötvözeteinek tudományos és kohászati kutatásait.
1894-ben egy francia fegyvergyártó, a Schneider SA Le Creusot-i üzemében bevezetett molibdént a páncéllemezbe. 1900-ban két amerikai mérnök, FW Taylor és P. White bemutatta az első molibdén alapú nagysebességű acélokat a Párizsi Exhibition Universelle-ben. Ezzel egyidejűleg a Marie Curie Franciaországban és a JA Mathews az Egyesült Államokban molibdént használtak állandó mágnesek előállítására. De csak az I. világháború idézte elő a heves volfrámhiányt, amikor a molibdént hatalmas mértékben használták fegyverek, páncéllemezek és egyéb katonai hardverek gyártásához. Az 1920-as években a molibdént hordozó ötvözetek első békeidőben alkalmazták őket, kezdetben autógyártásban, majd rozsdamentes acélokban. A következő évtizedben elfogadták a nagysebességű acélokban, és a második világháború után a repülésben használták őket - különösen a sugárhajtóművekben, amelyeknek el kellett viselniük a magas üzemi hőmérsékletet. Később felhasználásuk rakétákra terjedt ki. Az ötvözött acélokon kívül a molibdént szuperötvözetekben, vegyszerekben, katalizátorokban és kenőanyagokban is használják.
ércek
Az egyetlen kereskedelmileg életképes ásványi anyag a molibdén előállításában a biszulfidja (MoS 2), amely a molibdenitben található. Szinte az összes ércet visszanyerik a porfírral terjesztett lerakódásokból. Ezek vagy primer molibdén lerakódások, vagy komplex réz-molibdén lerakódások, amelyekből a molibdént koproduktek vagy melléktermékek formájában nyerik ki. A 0,1–0,5% molibdént tartalmazó elsődleges lerakódások kiterjedtek. A réz porfíriák is nagyon nagy lerakódások, de molibdéntartalma 0,005 és 0,05 százalék között mozog. A molibdén nagyjából 40% -a primer bányákból származik, míg a másik 60% -a réz (vagy egyes esetekben volfrám) mellékterméke.
A hasznosítható források körülbelül 64% -át Észak-Amerikában találják, ezeknek kétharmadát az Egyesült Államok adja. További 25 százalék Dél-Amerikában van, és az egyensúly elsősorban Oroszországban, Kazahsztánban, Kínában, Iránban és a Fülöp-szigeteken található. Európában, Afrikában és Ausztráliában nagyon rossz a molibdénérc. A molibdén legnagyobb termelői Kína, az Egyesült Államok, Chile, Peru, Mexikó és Kanada.
Bányászat és koncentrálás
A molibdént és a réz-molibdén porfíreket nyílt gödörben vagy föld alatti módszerekkel bányozzák. Az érc összetörése és őrlése után a fém ásványokat elválasztják a nyál ásványoktól (vagy egymástól a molibdént és a rézet) flotációs eljárásokkal, különféle reagensek felhasználásával. A koncentrátumok tartalmazhatnak közötti 85 és 92 százalékos MoS 2 és kis mennyiségű réz (kevesebb, mint 0,5 százalék), ha a molibdén nyerjük melléktermékként réz.
Kitermelés és finomítás
Műszaki molibdén-oxid
Az MoS 2 körülbelül 97% -át műszaki molibdén-oxiddá kell átalakítani (85–90% MoO 3) annak érdekében, hogy elérje kereskedelmi rendeltetési helyét. Az ilyen átalakítást szinte általánosan Nichols-Herreshoff típusú többszintes kemencékben hajtják végre, amelyekbe a molibdenit-koncentrátumot fentről táplálják be hevített levegő árammal és az alsó részből fújt gázokkal. Mindegyik kandallónak négy léghűtéses karja van, amelyeket egy léghűtésű tengely forog; a fegyvereket vesszőpengékkel látják el, amelyek az anyagot a pörkölő külső oldalára vagy középpontjába fúrják, ahol az anyag a következő kandallóra esik. Az első kandallóban a koncentrátumot előmelegítik, és a flotációs reagensek meggyulladnak, megindítva a MoS 2 MoO 3 -vá történő átalakulását. Ezt az exoterm reakciót, amely a következő kandallókban folytatódik és fokozódik, az oxigén beállításával és a kemence hűtését célzó vízpermettel szabályozza, ha szükséges. A hőmérséklet nem emelkedhet 650 ° C (1 200 ° F) fölé, azon a ponton, amelyen a MoO 3 szublimálódik, vagy közvetlenül a szilárd anyagból elpárolog. Az eljárás akkor fejeződik be, amikor a kalcinek kéntartalma 0,1 százalék alá csökken.
Vegyileg tiszta molibdén-oxid
A technikai molibdén-oxidból brikett készül, amelyet közvetlenül kemencékbe jutnak ötvözött acélok és más öntödei termékek előállításához. Ezeket ferromolibdén előállítására is használják (lásd alább), de ha tisztább molibdén termékekre, például molibdén vegyszerekre vagy fém molibdénre van szükség, akkor a műszaki MoO 3- at szublimálással kémiailag tiszta MoO 3-ra kell finomítani. Ezt elektromos utómunkálatokkal végezzük, 1200 és 1250 ° C (2200 és 2 300 ° F) közötti hőmérsékleten. A kemencék kvarccsövekből állnak, amelyeket molibdén-huzal fűtőelemekkel tekercselnek, amelyeket tűzálló téglapaszta és faszén keveréke védi az oxidációtól. A csöveket a vízszinteshez képest 20 ° -kal ferde és elforgatják. A szublimált gőzöket levegővel söpörték el a csövekből, és a szűrőzsákokhoz vezető burkolatokkal összegyűjtik. Két külön frakciót gyűjtünk. Az első a töltés kezdeti 2-3% -ának elpárologtatása, és az illékony szennyeződések nagy részét tartalmazza. Az utolsó frakció a tiszta MoO 3. Ennek 99,95% tisztaságúnak kell lennie az ammónium-molibdát (ADM) és a nátrium-molibdát gyártásához, amelyek mindenféle molibdén vegyi anyag kiindulási anyagai. Ezeket a vegyületeket úgy állítjuk elő, kémiailag tiszta MoO 3 vizes ammóniával vagy nátrium-hidroxiddal. Ammónium-molibdát, a fehér kristályok formájában, vizsgálatok 81-83 százalék MoO 3, vagy 54-55 százalék molibdén. Vízben oldódik, és felhasználják molibdén vegyszerek és katalizátorok, valamint fém molibdén por előállításához.
Molibdén fém
A metál molibdén előállítását tiszta MoO 3-ból vagy ADM-ből elektromosan fűtött csövekben vagy muffelkemencékben végzik, amelyekbe hidrogéngázt vezetnek be ellenáramként az adagoláshoz. Általában két szakasz van, amelyben a MoO 3-t vagy az ADM-et először dioxiddá, majd fémpormá redukálják. A két szakasz elvégezhető két különböző kemencében, köztük hűtéssel, vagy kétzónás kemence alkalmazható. (Időnként egy háromlépcsős eljárást alkalmaznak alacsony hőmérsékleten, 400 ° C vagy 750 ° F hőmérsékleten, az ellenőrizetlen reakció elkerülése és a szinterelés megakadályozása érdekében.) A kétlépcsős eljárás során két hosszú muffinkemence molibdén- vezetékes fűtőelemek használhatók. Az első redukciót enyhe acélból készült „hajókban” végezzük, amelyek 5-7 kilogramm (10-15 font) oxidot tartalmaznak, és amelyeket 30 percenként adagolunk. A kemence hőmérséklete 600–700 ° C (1100–1 300 ° F). Az első kemencéből származó terméket felbontják, és nikkelcsónakban ugyanolyan sebességgel táplálják be egy második kemencébe, amely 1000–1 100 ° C (1,800–2 000 ° F) hőmérsékleten működik, majd a fémport átvizsgálják. A legtisztább port, amely 99,95% molibdént tartalmaz, az ADM redukciójával nyerik.
Rendkívül magas olvadáspontja miatt a molibdént szokásos eljárásokkal nem lehet magas színvonalú rúdokká olvasztani. Ez azonban könnyen megolvasztható egy elektromos ívben. A Parke és Ham által kifejlesztett egyik ilyen eljárásban a molibdénport folyamatosan rúddá préselik, amelyet részben az elektromos ellenállás szinterez, és a végén egy elektromos ívben olvad. Az olvadt molibdént szén-dioxid-mentesítjük a porhoz, és vízhűtéses rézformába öntjük.
