A fém-molibdén a nevét a molibdén-diszulfidnak az ólomérchez – galénához (az ólom görög neve molibdosz) való külső hasonlóságának köszönheti.
Elemfelfedezési előzmények
A középkorban Európában a molibdént három különböző összetételű, de színében és szerkezetében szinte hasonló ásványnak nevezték: galenit (Pbs), molibdenit (MoS2) és grafit (C). Egyébként a "molibdén fényű" ásványt (a molibdenit másik neve) olyan ceruzák ólomként használták, amelyek zöldesszürke nyomot hagytak a lapon.
A molibdén, Mengyelejev periodikus rendszerének 42 eleme, Svédország szülőhelye. 1758-ban az ország vegyésze és ásványkutatója, a nikkel felfedezője, Axel Cronstedt felvetette, hogy a fenti ásványok egészen más természetűek. Két évtizeddel később honfitársa, Karl Scheele köpingi gyógyszerész vegyész molibdénsavat kapott fehér csapadék ("fehér föld") formájában úgy, hogy molibdenitet tömény salétromsavban forr alt. A tudós intuitív módon megértette, hogy ha a molibdénsavat szénnel kalcinálják, akkor elkülöníthetőfém. Megfelelő kemence hiányában mintákat küldött Peter Gjelmnek, aki 1782-ben egy új fémet izolált nagy mennyiségű keményfém szennyeződéssel. A kollégák az elemet "molibdénnek" nevezték el (a periódusos rendszer képlete Mo).
Viszonylag tiszta fémet csak 1817-ben szerzett Jens Berzelius, a Svéd Tudományos Akadémia elnöke.
Egy egyszerű anyag jellemzése
A gyártási módszer nagy hatással van a molibdén fizikai tulajdonságaira és megjelenésére. Porított fém, nyersdarabok és rudak szinterezés előtt - sötétszürke. A feldolgozott hengerelt termékek palettája sokkal gazdagabb - a szinte feketétől a világos ezüstig. A molibdén sűrűsége 10,28 t/m3. A fém 2623˚С hőmérsékleten olvad, 4639˚С-on forr. A teljesen tiszta molibdén kiváló alakíthatósággal és hajlékonysággal rendelkezik, amely garantálja a könnyű hengerlést és sajtolást. A legfeljebb 12 mm átmérőjű munkadarab szobahőmérsékleten is szabadon megköthető dupla csomóval, vagy vékony fóliára tekerhető. A fém jó elektromos vezetőképességgel rendelkezik. A szennyeződések jelenléte növeli a molibdén keménységét és törékenységét, és nagymértékben meghatározza a molibdén mechanikai tulajdonságait.
Főbb kapcsolatok
Az összetett anyagok részeként az elem +2-től a legmagasabbig eltérő oxidációs fokot mutat (ez utóbbi vegyületek a legstabilabbak), ami meghatározza a molibdén kémiai tulajdonságait. Ezt a fémet oxigénnel és halogénekkel (MoO3, MoCl5) és molibdátokkal (molibdénsav sói) tartalmazó vegyületek jellemzik. Az oxidációs reakciók csak magas hőmérsékleten (600˚С-tól) lehetségesek. A további növekedés hatására a molibdén kölcsönhatásba lép a szénnel, foszforral és kénnel. Jól oldódik salétromsavban vagy felmelegített kénsavban.
A foszfor-, arzén-, bór- és kovasav komplex vegyületeket képez a molibdénnel. A leghíresebb és közönséges só az ammónium-foszfomolibdát. A molibdént tartalmazó anyagokat széles színpaletta és különféle árnyalatok jellemzik.
Molibdénérc-dúsítási technológia
A teljesen tiszta molibdén ipari előállítását csak a XX. században kezdték el sajátítani. A molibdénérc kémiai feldolgozását dúsítása előzi meg: aprítóban és golyósmalomban való őrlés után a fő módszer az öt-hatos flotáció. Az eredmény a molibdén-diszulfid magas koncentrációja (akár 95%) a nyersanyagban.
A következő és legfontosabb lépés a kilövés. Itt eltávolítják a nemkívánatos víz-, kén-, flotációs reagens-maradványokat, és a molibdén-diszulfidot trioxiddá oxidálják. A további tisztítás többféleképpen lehetséges, de a legnépszerűbbek a következők:
- ammónia módszer, amelyben a molibdénvegyületek teljesen feloldódnak, és a szennyeződéseket eltávolítják;
- szublimáció 900-1100 ˚С hőmérsékleten. Az eredmény - a MoO3 koncentrációja 90-95%-ra emelkedik.
Fémmolibdén ipari gyártása
Hidrogén átvezetése tisztított molibdén-trioxidon (laboratóriumokbanredukciókhoz gyakran használnak szenet vagy széntartalmú gázokat, alumíniumot, szilíciumot) porított fémet kapnak. A folyamat speciális csöves kemencékben történik, a hőmérséklet fokozatos emelésével 500-ról 1000 ˚С-ra.
A tömör molibdén fém előállításának folyamatlánca a következőket tartalmazza:
- Lenyomás. Az eljárás acélformákban, 300 MPa nyomásig zajlik. A kötőkomponens glicerin alkoholos oldata. A nyersdarabok (szúrások) maximális keresztmetszete nem haladja meg a 16 cm2, hossza pedig 600 cm, nagyobbaknál gumi vagy polimer formákat használnak. A préselés munkakamrákban történik, ahol a folyadékot nagy nyomás alatt fecskendezik be.
- Szinterezés. Ez két szakaszban történik. Az első - alacsony hőmérsékletű, 30-180 percig tartó (a munkadarab méretétől függően) tokos kemencékben, hidrogén atmoszférában, 1200 ˚С hőmérsékleten hajtják végre. A második szakaszban (hegesztés) a munkadarabot az olvadásponthoz közeli hőmérsékletre (2400-2500 ˚С) melegítjük. Ennek eredményeként a porozitás csökken, a molibdén sűrűsége pedig nő.
A legfeljebb 3 tonnás nagyméretű nyersdarabokat indukciós, elektronsugaras vagy ívkemencékben szinterelik. A folyamat a szinterezett termékek mechanikus feldolgozásával fejeződik be.
Leggazdagabb betétek
A molibdén meglehetősen ritka elem a földkéregben és az univerzum egészében. A természetben előforduló két tucat ásvány közül csak a molibdenitnek van jelentős ipari jelentősége.(MoS2). Erőforrásai nem végtelenek, és már kifejlesztették a fémek powellitekből és molibdátokból történő kinyerésére szolgáló technológiákat. Az érctestek ásványi összetételétől és alakjától függően a lelőhelyek vénás, vénás disszeminációjú és szkarnra oszthatók.
Az elem globális bizonyított készletei 19 millió tonnát tesznek ki, ennek csaknem fele Kínában. 1924 óta a legnagyobb molibdén lelőhely a Climax bánya (USA, Colorado), átlagosan legfeljebb 0,4%-os tartalommal. A molibdénércek kitermelését gyakran a réz és a wolfram kitermelésével együtt végzik.
Oroszországban a molibdénkészletek 360 ezer tonnát tesznek ki. A 10 feltárt lelőhely közül csak 7 került kereskedelmi fejlesztésre:
- Sorskoe és Agaskyrskoe (Hakassia);
- Bugdainskoe és Zhirekenskoe (Kelet Transbaikalia);
- Orekitkanskoe (Burjátia);
- Labash (Karélia);
- Tyrnyauz (Észak-Kaukázus).
A gyártás nyílt és zárt módszerrel is történik.
A szamurájkardok titka
Az európai fegyverkovácsok és tudósok több évszázadon keresztül küzdöttek a második évezred elejétől az ősi japán kardok élességének és erejének rejtélyével, sikertelenül próbálva ugyanazokat a kiváló minőségű élű fegyvereket készíteni. Csak a XΙX. század végén, miután felfedezték a molibdén szennyeződéseket a japán acélban, sikerült megfejteni ezt a rejtvényt.
A molibdén ötvöző adalékanyagként történő ipari felhasználását az acél minőségének javítására (keménység és szívósság biztosítása érdekében) először 1891-ben sajátította el Schneider.& Co Franciaországból.
Az első világháború jelentős ösztönzőként szolgált a molibdénkohászat fejlődéséhez. Lényeges, hogy az angol-francia harckocsik, az azonos kaliberű német lövedékekkel könnyen áttört elülső páncélzatának vastagságát 75 mm-ről 25 mm-re csökkentették úgy, hogy a páncéllemezek acéljához 1,5-2% molibdént adtak. Ez jelentősen megnövelte a gép szilárdságát.
Molibdén alkalmazása
Az iparban felhasznált összes molibdén több mint 80%-a a vaskohászatból származik. Enélkül elképzelhetetlen a hőálló öntöttvas, szerkezeti és szerszámacélok gyártása. Az elem egy súlyrésze javítja az acél minőségét, két tömegrész volfrámnak felel meg. Mivel a molibdén sűrűsége kétszer kisebb, ötvözetei lényegesen jobb minőségűek, mint a volfrámötvözetek 1370 ˚С alatti üzemi hőmérsékleten. A molibdén acélok jobban alkalmasak a karburálásra.
A molibdénre van kereslet a rádióelektronikai, vegyiparban és festékiparban. A gépészetben hőálló anyagként használják. A mezőgazdaságban az elemvegyületek gyenge oldatai jelentősen javítják a növények tápanyagfelvételét. Nem szabad megfeledkezni arról, hogy a molibdén nagy dózisokban mérgező hatással van az élő és növényi szervezetekre, és negatívan hat a környezetre.
Biológiai jelentősége
Az emberek és állatok étrendjében a molibdén az egyik legfontosabb nyomelem. Aktív biológiai forma formájában -molibdén koenzim – (Moco) szükséges az élő szövetekben zajló katabolikus folyamatok végrehajtásához.
A molibdén rákellenes aktivitásával kapcsolatos kutatások nagyon ígéretesnek tűnnek. Lin Xian (Honan tartomány, Kína) lakossága körében jelentősen csökkent az emésztőrendszeri rákos megbetegedések előfordulása, miután a molibdént tartalmazó ásványi műtrágyákat a talajba juttatták.
Az emberi szervezetben előforduló elemhiány ritka esetekben térbeli dezorientáció, agyi rendellenességek, mentális rendellenességek és egyéb súlyos idegbetegségek alakulhatnak ki. A molibdén napi adagja egy felnőtt számára 100-300 mcg. 5-15 mg-ra növelve elkerülhetetlen a toxikus mérgezés, 50 mg-ig - halál. Molibdénben a leggazdagabbak a leveles zöldségek, gabonafélék, hüvelyesek és bogyók (feketeribizli, egres), tejtermékek, tojás, állatok mája és veséje.
Környezetvédelmi szempontok
A molibdén biológiai jellemzői megnövekedett követelményeket támasztanak az ércanyag feldolgozásából származó hulladékok ártalmatlanítására, a technológiai folyamatok szigorú betartására a vállalkozásoknál a dolgozók egészségére és a természetre gyakorolt negatív hatás megelőzése érdekében.
Minden intézkedést meg kell tenni annak érdekében, hogy megakadályozzák a feldolgozott termékek talajvízbe jutását. Nem szabad megfeledkezni arról, hogy a növények képesek felvenni és felhalmozni a molibdént, így a hajtásokban és a levelekben lévő tartalma meghaladhatja a megengedett koncentrációt. Ez a zöld tömegveszélyes lehet az állatokra. Annak megakadályozására, hogy a szél szétterítse a használt kőzetet, a szemétlerakókat földréteg borítja.
Trendek a globális molibdénpiacon
A globális pénzügyi válság kitörésével a globális molibdénfogyasztás 9%-kal csökkent. A kivétel Kína volt, ahol akár 5%-os növekedés tapasztalható. A fogyasztói kereslet 2009. évi meredek visszaesésére adott válasz a termelési mennyiségek csökkenése volt. A korábbi kibocsátási szintet csak négy év után sikerült megközelíteni, 2014-ben pedig új maximumot határoztak meg, 245 ezer tonnában. Kína továbbra is a molibdén és termékei fő fogyasztója és gyártója.
A molibdén sűrűsége és elképesztő tulajdonságai nélkülözhetetlenné tették az acél- és ötvözött alkalmazásokhoz, ahol a könnyű súly, a nagy szilárdság és a korrózióállóság kombinációjára van szükség. Az atomerőművek, egyéb energetikai és ipari létesítmények számának előre jelzett növekedése, új olaj- és gázmezők létesítése a Távol-Észak és az Északi-sark zord körülményei között elkerülhetetlenül a molibdén és származékai iránti kereslet növekedéséhez vezet.
