Подводящие молибденовые провода в лампах накаливания появились в первые дни 20 го века.
Молибден был выбран для этого за его стабильность и прочность при повышенных температурах.
С этого первого применения, ученые и инженеры обнаружили, что другие свойства молибдена делают его незаменимым материалом для многих технических решений. Молибден и его сплавы широко применяются в промышленности и электроники, особенно в черной металлургии для высокотемпературных сплавов.
Многие из них используют прочность молибдена и стабильность при высоких температурах, так же как и первый проводящий провод в лампе накаливания. Тем не менее, молибден имеет много других свойств, которые делают его привлекательным для использования на производстве и для производства, в том числе, как традиционный компонент высокотемпературных промышленных сплавов. Купить молибденовый тигель по ссылке можно по очень привлекательной цене.
Высокая теплопроводность;
. Высокая электропроводность;
. Низкий коэффициент теплового расширения;
. Устойчивость к воздействию расплавленного металла;
. Совместимость с большинством стекольных композиций;
. Термическая стойкость;
. Высокая жесткость, и прочное сцепление со стеклом используется в лампах и электронных устройствах;
Так как многие из его свойств привлекательны для инженеров и конструкторов, металл молибдена и его сплавы используется в:
Осветительные приборы;
. Электрические и электронные приборы;
. Медицинское оборудование;
. Оборудование для обработки материалов;
. Высокотемпературные печи и сопутствующее оборудование термическому напылению покрытий;
. Аэрокосмические и оборонные компоненты;
Применение во всех этих областях требует уникальные комбинации нескольких свойств. Молибден и его сплавы, а также композитные материалы, которые используют молибденовый металл, обеспечивают уникальные комбинации тепло- и электропроводности, теплового расширения, высокотемпературную прочность и сопротивление ползучести, пара давление, экологическую стабильность,
устойчивость к истиранию и износу, которые делают их идеальными.
Эта статья намерена помочь читателю понять, почему этот уникальный материал находит применение в таких разнообразных областях. В ней также представлена некоторая информация по применению и изготовлению техники из молибдена и его сплавов.
Поскольку чистый молибден плавится при очень высокой температуре, и потому, что окисляет он при относительно низких температурах, традиционные процессы плавления не могут извлечь металл из руды. Вместо этого, руда перерабатывается с помощью серии шлифования и стадии разделения, чтобы изолировать MoS (Дисульфид молибдена) от других компонентов. Этот изолированный материал, содержащий вплоть до около 90% MoS "обжаривают" в воздухе для производства МоО (Молибденовый оксид) и (диоксид серы). Диоксид серы превращается в серную кислоту и может быть продан для химических применений.
Технический оксид содержит около 57% Мо и меньше чем на 0,1% S, но это не является проблемой для подавляющего большинства технологий производства, где используется оксид, в том числе для производства сплава молибденовой стали.
Тем не менее, технический оксид должен быть очищены химически, чтобы использовать его в производстве металлического молибдена. Оксид сначала растворяют в гидроксиде натрия или аммония, а затем этот
раствор обрабатывают осаждением и фильтрацией, подвергают экстракции растворителем, или сочетают оба способа вместе для удаления примесей.
Существует неразрывная связь между свойствами материала и его применением.
В некоторых случаях применение конкретного свойство (например, электропроводность) является
первостепенным значением. В других странах, сочетание свойств позволяет сделать оптимальный выбор.
Оптимум - это важное слово в этом контексте. Это означает, что в то время как другие материалы могут
иметь преимущество в одном или другом свойстве, сочетание свойств обеспечивает наилучшее решение проблем технического проектирования.
Иногда оптимальным решением будет использование не одного материала, а сочетание материалов, или композитный материал, что позволяет конструктору адаптировать, представляющие интерес свойства, для решения конкретной задачи.
Во всех случаях, экономически эффективными решениями являются те, которые в конечном счете помогают выиграть соревнование. Это означает, что материалы из металлического молибдена, который в сравнении с общепринятыми стандартами конструкторского бюро, как конструкционные материалы являются весьма дорогостоящими должны продемонстрировать значительное преимущество перед конкурентами. Так например, сплавы молибдена обеспечивают более высокую прочность, чем чистый молибден, и помогают сохранить эту силу при температурах выше, чем чистый молибден может терпеть.
В электронике сплавы из молибдена широко используются производителями в вакуумных электронных лампах, используя молибден для опор накаливания и сетки из-за его высокой температурной
прочности и механической стабильности.
Конструкторы твердотельных устройств обнаружили другие свойства, кроме жаропрочности, которые сделали молибденовые соединения незаменимыми на производстве электронных устройств.
Молибден по свои свойствам является близким к кремнию, имеет отличные свойства тепло- и электропроводности. Эти свойства делают его идеальным в качестве субстрата для хрупких устройств ремния. Молибден обеспечивает прочную, жесткую основу, которая проводит электричество к и от устройства и эффективно отводит тепло. Его низкий КТР минимизирует дифференциальные напряжения расширения.
Оборудование для производства полупроводников уже давно использует компоненты молибдена, требующие прочность при температуре и совместимость с агрессивным процессом сред. Процесс ионной имплантации используется для легирования кремниевых пластин с атомами для создания олупроводниковых приборов.
Высокотемпературная обработка
Горячая обработка, жаропрочность и деформационное сопротивление являются важными свойствами
для горячей рабочей оснастки. Молибденовый сплав позволяет формирование температурного режима выше
1100 ° С. Молибденовые сплавы идеально подходят для экструзии латуни, литья металла, обработки жидкого металла и даже литья пластика под давлением.
Молибден
МОЛИБДЕ́Н [дэ́], -а; м. [лат. Molybdaenum] Химический элемент (Mo), твёрдый тугоплавкий металл с серебристо-белым блеском (применяется в электротехнической промышленности и в виде сплавов в машиностроении). Проволока из молибдена.
◁ Молибде́новый, -ая, -ое. М-ые руды. М-ая сталь. М-ая проволока.
молибде́н(лат. Molybdaenum), химический элемент VI группы периодической системы. Название от греческого mólybdos - свинец (по сходству минералов Mo и Pb). Светло-серый металл, плотность 10,2 г/см 3 , t пл 2623°C. Химически стоек (на воздухе окисляется при температуре выше 400°C). Главный минерал - молибденит. Более 75% молибдена применяют для легирования чугунов и сталей, используемых в авиа- и автомобилестроении, при изготовлении лопаток турбин и др. Весьма перспективны жаропрочные (для реактивных двигателей) и кислотоупорные (аппараты химической промышленности) сплавы; так, сплав Fe-Ni-Мо стоек ко всем кислотам (кроме HF) до 100°C. Важный конструкционный материал в производстве нитей для электрических ламп и катодов для электровакуумных приборов. Оксиды МоО 2 , МоО 3 - катализаторы нефтехимических и других процессов.
МОЛИБДЕНМОЛИБДЕ́Н (лат. Molibdaenum), Mo (читается «молибден»), химический элемент с атомным номером 42, атомная масса 95,94. Природный молибден состоит из семи стабильных изотопов: 92 Мо (15,86% по массе), 94 Мо (9,12%), 95 Мо (15,70), 96 Мо (16,50%), 97 Мо (9,45%), 98 Мо (23,75) и 100 Мо (9,62% по массе). Конфигурация двух внешних электронных слоев 4s
2
p
6
d
5
5s
1
.
Степени окисления от +2 (валентность II) до +6 (VI) - наиболее характерна. Расположен в группе VIВ в 5 периоде периодической системы элементов.
Радиус атома 0,140 нм, радиус иона Mо 3+ - 0,083 нм, иона Mо 4+ - 0,079 нм, иона Мо 5+ - 0,075 нм, иона Мо 6+ - от 0,055 нм (координационное число 4) до 0,087 (7). Энергии последовательной ионизации 7,10, 16,15, 27,13, 40,53, 55,6 и 71,7 эВ. Работа выхода электрона 4,3 эВ. Электроотрицательность по Полингу (см.
ПОЛИНГ Лайнус)
1,8.
История открытия
Открыт в 1778 шведским химиком К. Шееле (см.
ШЕЕЛЕ Карл Вильгельм)
, который прокаливая молибденовую кислоту, получил оксид МоО 3 . Восстановив его углем, он получил молибден. Этот металл был загрязнен углем и карбидом молибдена. Чистый молибден в 1817 получил Й. Берцелиус (см.
БЕРЦЕЛИУС Йенс Якоб)
. Название элемента происходит от греч. «молюбдос» - свинец, так как минерал - молибденовый блеск - внешне похож на свинец и его минерал - свинцовый блеск
Нахождение в природе
Содержание в земной коре 3·10 -4 % по массе. В свободном виде молибден не встречается. Известно около 20 минералов молибдена. Важнейшие из них: молибденит (см.
МОЛИБДЕНИТ)
МоS 2 , повеллит (см.
ПОВЕЛЛИТ)
СаМоО 4 , молибдит Fe(MoO 4) 3 .nH 2 O и вульфенит (см.
ВУЛЬФЕНИТ)
PbMoO 4 .
Получение
Промышленное получение молибдена начинается с обогащения руд флотационным методом. Полученный концентрат обжигают до образования оксида МоО 3:
2МоS 2 + 7O 2 = 2MoO 3 + 4SO 2 ,
который подвергают дополнительной очистке. Далее МоО 3 восстанавливают H 2 . Полученные заготовки обрабатывают давлением (ковка, прокатка, протяжка).
Физические и химические свойства
Молибден - светло-серый металл с кубической объемно центрированной решеткой типа a-Fe, а
= 0,314 нм. Температура плавления 2623°C, кипения 4800°C, плотность 10,2 кг/дм 3 . Парамагнитен. Механические свойства определяются чистотой металла и предшествующей механической и термической обработкой.
При комнатной температуре на воздухе Mo устойчив. Начинает окисляться при 400°C. Выше 600°C быстро окисляется до триоксида МоО 3 . Этот оксид получают также окислением дисульфида молибдена МоS 2 и термолизом молибдата аммония (NH 4) 6 Mo 7 O 24 .4H 2 O.
Мо имеет оксид молибдена (IV) МоО 2 и ряд оксидов, промежуточных между МоО 3 и МоО 2 .
С галогенами (см.
ГАЛОГЕНЫ)
Mo образует ряд соединений в разных степенях окисления. При взаимодействии порошка молибдена или МоО 3 с F 2 получают гексафторид молибдена МоF 6 , бесцветную легкокипящую жидкость.
Mo (+4 и +5) образует твердые галогениды МоHal 4 и МоHal 5 (Hal = F, Cl, Br). С иодом известен только дииодид молибдена MoI 2 .
Mo образует оксигалогениды: MoOF 4 , MoOCl 4 , MoO 2 F 2 , MoO 2 Cl 2 , MoO 2 Br 2 , MoOBr 3 и другие.
При нагревании молибдена с серой (см.
СЕРА)
образуется дисульфид молибдена МоS 2 , с селеном (см.
СЕЛЕН)
- диселенид молибдена состава MoSe 2 . Известны карбиды молибдена Mo 2 C и MoC - кристаллические высокоплавкие вещества и силицид молибдена МоSi 2 .
Особая группа соединений молибдена - молибденовые сини (см.
МОЛИБДАТЫ)
. При действии сернистого газа, цинковой пыли, алюминия или других восстановителей на слабокислые (рН 4) суспензии оксида молибдена образуются ярко-синие вещества переменного состава: Мо 2 О 5 ·Н 2 О, Мо 4 О 11 ·Н 2 О и Мо 8 О 23 ·8Н 2 О.
Mo образует молибдаты, соли не выделенных в свободном состоянии слабых молибденовых кислот, х
Н 2 О·у
МоО 3 (парамолибдат аммония 3(NH 4) 2 O·7MoO 3 ·z
H 2 O; СаМоО 4 , Fe 2 (МоО 4) 3 - встречаются в природе). Молибдаты металлов I и III групп содержат тетраэдрические группировки [МоО 4 ].
При подкислении водных растворов нормальных молибдатов образуются ионы MoO 3 OH – , затем ионы полимолибдатов: гепта-, (пара-) Мо 7 О 26 6- , тетра-(мета-) Мо 4 О 13 2- , окта- Мо 8 О 26 4- и другие. Безводные полимолибдаты синтезируют спеканием МоО 3 с оксидами металлов.
Существуют двойные молибдаты, в состав которых входят сразу два катиона, например, М +1 М +3 (МоО 4) 2 , М +1 5 М +3 (МоО 4) 4 . Оксидные соединения, содержащие молибден в низших степенях окисления - молибденовые бронзы, например, красная K 0,26 MoO 3 и синяя К 0,28 МоО 3 . Эти соединения обладают металлической проводимостью и полупроводниковыми свойствами.
Применение
Молибден используется для легирования сталей, как компонент жаропрочных и коррозионно стойких сплавов. Молибденовая проволока (лента) служит для изготовления нагревателей для высокотемпературных печей, вводов электрического тока в лампочках. Соединения молибдена - сульфид, оксиды, молибдаты - являются катализаторами химических реакций, пигментами красителей, компонентами глазурей. Гексафторид молибдена применяется при нанесении металлического Mo на различные материалы МоSi 2 используется как твердая высокотемпературная смазка. Mo входит в состав микроудобрений. Радиоактивные изотопы 93 Mo (T 1/2 6,95 ч) и 99 Mo (T 1/2 66 ч) - изотопные индикаторы.
Физиологическое значение
Микроколичества Mo необходимы для нормального развития растений.
Энциклопедический словарь . 2009 .
Синонимы :- (греч. molibdaine, от molybdos свинец). Беловатый металл, встречающийся в молибдените, в соединении с серою. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. МОЛИБДЕН блестящий хрупкий металл; уд. в. = 9,01; раствор … Словарь иностранных слов русского языка
МОЛИБДЕН - МОЛИБДЕН, хим. элемент, симв. Mo, порядковый номер 42, ат. вес 96,0; стоит в 6 й группе периодической системы. Природные соединения М.: молибденовый блеск MoS2 и желтая свинцовая руда РЬМо04. Получается М. из MoS2 обжиганием и последующим… … Большая медицинская энциклопедия
- (символ Мо), серебристо белый ПЕРЕХОДНЫЙ ХИМИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ, металл, впервые открытый в 1778 г. Добывается из руд, содержащих МОЛИБДЕНИТ (МоS2). Концентрированный минерал обжигается для получения триоксида молибдена, который смешивается с железом … Научно-технический энциклопедический словарь
- (латинское Molybdaenum), Mo, химический элемент VI группы периодической системы, атомный номер 42, атомная масса 95,94; металл, tпл 2623 шC. Молибден используют для легирования сталей, как компонент жаропрочных сплавов в авиационной, ракетной и… … Современная энциклопедия
Mo (лат. Molybdaenum, от греч. molybdos свинец * a. molybdenum; н. Molybdan; ф. molybdene; и. molibdeno), хим. элемент VI группы периодич. системы Менделеева, ат. н. 42, ат. м. 95,94. B природном M. семь стабильных изотопов; 92Mo (15,86%) … Геологическая энциклопедия
Молибден - (латинское Molybdaenum), Mo, химический элемент VI группы периодической системы, атомный номер 42, атомная масса 95,94; металл, tпл 2623 °C. Молибден используют для легирования сталей, как компонент жаропрочных сплавов в авиационной, ракетной и… … Иллюстрированный энциклопедический словарь
- (Molybdenum), Mo, хим. элемент побочной подгруппы VI группы нериодич. системы элементов, ат. номер 42, ат. масса 95,94. В природе представлен 7 стабильными изотопами: 92Mo (14,84%), 94Mo (9,25%), 95Mo (15,92%), 96Mo(16,68%), 97Mo (9,55%), 98Mo… … Физическая энциклопедия
Сущ., кол во синонимов: 2 металл (86) элемент (159) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов
Молибден
относится к тугоплавким
металлам, ковкий и пластичный металл, является переходным элементом.
Механические свойства, как и у большинства металлов, определяются
чистотой металла и предшествующей механической и термической обработкой
(чем чище металл, тем он мягче). Наличие примесей увеличивает
твердость и хрупкость металла. Обладает крайне низким коэффициентом
теплового расширения.
Внешний вид металлического молибдена зависит от способа его
получения. Компактированный (спеченный) молибден без обработки (в виде
слитков, штабика и заготовок под прокатку молибдена) - довольно темный
металл, допускаются следы окисления. Молибден в виде проката бывает
различных цветов: от темного, почти черного, до серебристого
(зеркального). Все зависит от обработки металла. Молибденовый прокат
обрабатывают путем: точения, шлифования, химической очистки (травления)
и электрополировки. Молибденовый порошок имеет темно-серый
цвет.
По прочности молибден несколько уступает вольфраму, но легче поддается
как механической обработке, так и обработке давлением.
Молибден
и его сплавы характеризуются
высоким модулем упругости, малым температурным коэффициентом
расширения, хорошей термостойкостью, малым сечением захвата тепловых
нейтронов. Электропроводность молибдена выше, чем у железа, но ниже,
чем у меди. Молибден более пластичен, чем вольфрам. Рекристаллизующий
отжиг не приводит к хрупкости металла. Модуль упругости для молибдена
285-300 ГПа.
В совершенно чистом состоянии компактный молибден пластичен, ковок,
тягуч, довольно легко подвергается штамповке и прокатке. При высоких
температурах (но не в окислительной атмосфере) прочность молибдена
превосходит прочность большинства остальных металлов. При загрязнении
углеродом, азотом или серой молибден, подобно хрому, становится
хрупким, твердым, ломким, что существенно затрудняет его обработку.
Водород очень мало растворим в молибдене, поэтому не может заметно
влиять на его свойства. Молибден - хороший проводник электричества, он в
этом отношении уступает серебру всего в 3 раза. Электропроводность
молибдена больше, чем у платины, никеля, ртути, железа и многих других
металлов. Здесь можно подчеркнуть роль псевдосплавов молибдена с медью,
а также так называемых биметаллов медь-молибден, триметаллов
(ламинита) из медь-молибден-медь сплавов.
Свойство | Значение |
Атомный номер | |
Атомная масса, а.е.м. (молярная масса, г/моль) | |
Плотность (при н. у.), г/см3 | |
Температура плавления, K | |
Температура кипения, К | |
Теплота плавления, кДж/моль | |
Теплота испарения, кДж/моль | |
Молярный объем, см3/моль | |
Молярная теплоемкость, Дж/(K·моль) | |
Параметр элементарной ячейки, нм | |
Атомный диаметр, нм | |
Радиус атома, пм | |
Ковалентный радиус, пм | |
Радиус иона, пм | (+6e) 62 (+4e) 70 |
Удельная теплоемкость, Дж/(г·К) | |
Коэффициент линейного расширения, 10-6 К-1 | |
Электросопротивление, мкОм·см | |
Модуль Юнга, ГПа | |
Модуль сдвига, ГПа | |
Коэффициент Пуассона | |
Твердость, НВ | |
Электронная конфигурация | |
Электроотрицательность, (шкала Полинга) | |
Электродный потенциал | |
Степени окисления | |
Энергия ионизации, кДж/моль (первый электрон, эВ) | |
Структура решетки | Кубическая объемноцентрированная |
Параметры решетки, A | |
Температура Дебая, K | |
Теплопроводность, Вт/(м·К) |
Своим названием металл молибден обязан внешнему сходству дисульфида молибдена со свинцовой рудой - галенитом (греческое название свинца - molybdos).
В Средние века в Европе молибденом называли три разных по составу, но почти схожих по цвету и структуре минерала - галенит (Pbs), молибденит (MoS 2) и графит (C). Кстати, минерал "молибденовый блеск" (еще одно название молибденита) использовали в качестве грифеля для карандашей, оставлявших на листе зеленовато-серый след.
Родиной металлического молибдена, 42 элемента периодической по праву считается Швеция. В 1758 году химик и минеролог из этой страны, первооткрыватель никеля Аксель Кронстедт предположил, что вышеперечисленные минералы имеют совершенно разную природу. Спустя два десятка лет его земляк химик-фармацевт из Чёпинга Карл Шееле получил молибденовую кислоту в виде белого осадка ("белой земли"), прокипятив молибденит в концентрированной азотной кислоте. Ученый интуитивно понимал, что если прокалить молибденовую кислоту с углем, то можно выделить металл. Не имея подходящей печи, он переслал образцы Петеру Гьельму, который и выделил в 1782 году новый металл с большим количеством примесей карбидов. Коллеги назвали элемент "молибден" (формула в периодической таблице - Mo).
Сравнительно чистый металл был получен только в 1817 году президентом Шведской академии наук Йенсом Берцелиусом.
Способ получения оказывает большое влияние на физические свойства молибдена и его внешний вид. Порошковый металл, заготовки и штабики до спекания - темно-серого цвета. Палитра обработанного проката гораздо насыщеннее - от почти черного до светло-серебристого. Плотность молибдена - 10,28 т/м 3 . Металл плавится при температуре 2623˚С, а при 4639˚С - закипает. Совершенно чистый молибден обладает замечательной ковкостью и пластичностью, что гарантирует легкую прокатку и штамповку. Заготовку диаметром до 12 мм даже в условиях комнатной температуры можно свободно завязать двойным узлом или раскатать до тонкой фольги. Металл обладает хорошей электропроводностью. Присутствие примесей повышает твердость и хрупкость и во многом определяет механические свойства молибдена.
В составе сложных веществ элемент проявляет различную степень окисления от +2 до высшей (последние соединения наиболее устойчивы), что и определяет химические свойства молибдена. Для этого металла характерны соединения с кислородом и галогенами (MoO 3 , MoCl5) и молибдаты (соли молибденовой кислоты). Реакции окисления возможны только при высоких температурах (от 600˚С). Дальнейшее повышение заставит молибден взаимодействовать с углеродом, фосфором, серой. Хорошо растворяется в азотной или нагретой серной кислоте.
Фосфорная, мышьяковая, борная и кремниевая кислоты образуют с молибденом комплексные соединения. Наиболее известна и распространена соль фосформолибдат аммония. Вещества, содержащие молибден, отличаются широкой цветовой палитрой и разнообразными оттенками.
Промышленная выработка абсолютно чистого молибдена была освоена только в XX веке. Химической переработке молибденовой руды предшествует ее обогащение: после измельчения в дробилках и шаровых мельницах основным методом выступает пяти- или шестикратная флотация. В результате достигается высокая концентрация (до 95 %) дисульфида молибдена в сырье.
Следующий и важнейший этап - обжиг. Здесь удаляются нежелательные примеси воды, серы, остатки реагентов флотации и дисульфид молибдена окисляется до триоксида. Дальнейшая очистка возможна несколькими способами, но наибольшей популярностью пользуются следующие:
Пропуская через очищенный триоксид молибдена водород (в лабораториях для восстановления нередко применяют углерод или углеродосодержащие газы, алюминий, кремний) получают порошковый металл. Процесс идет в специальных трубчатых печах с постепенным повышением температуры от 500 до 1000 ˚С.
Технологическая цепочка производства компактного металлического молибдена включает в себя:
Крупные заготовки весом до 3 тонн спекают в индукционных, электроннолучевых или дуговых печах. Завершается процесс механической обработкой спеченных изделий.
Молибден - достаточно редкий элемент в земной коре и во Вселенной в целом. Из двух десятков минералов, существующих в природе, существенное промышленное значение принадлежит пока только молибдениту (MoS 2). Ресурсы его не бесконечны и уже разработаны технологии извлечения металла из повеллитов, молибдатов. В зависимости от минерального состава и формы рудных тел, месторождения разделяют на жильные, прожилково-вкрапленные и скарновые.
Общемировые разведанные запасы элемента составляют 19 млн тонн, причем почти половина приходится на Китай. Крупнейшим месторождением молибдена с 1924 года считается рудник Клаймакс (США, штат Колорадо) со средним содержанием до 0,4 %. Нередко извлечение молибденовых руд ведется попутно с добычей меди и вольфрама.
В России запасы молибдена составляют 360 тыс. тонн. Из 10 разведанных месторождений промышленно освоены только 7:
Добыча производится и открытым, и закрытым способом.
На протяжении нескольких столетий европейские оружейники и ученые бились над загадкой остроты и прочности древних японских мечей начала второго тысячелетия, безуспешно пытаясь изготовить такое же качественное холодное оружие. Только в конце XΙX века, обнаружив в японской стали примеси молибдена, удалось разрешить эту загадку.
Впервые промышленное применение молибдена в качестве легирующей добавки для улучшения качества стали (придания ей твердости и вязкости) освоила в 1891 году компания Schneider & Co из Франции.
Существенным стимулом для развития молибденовой металлургии послужила Первая мировая война. Показательно, что толщину лобовой брони запросто пробиваемую немецкими снарядами такого же калибра, удалось уменьшить с 75 мм до 25 мм, добавив в сталь броневых листов 1,5-2 % молибдена. При этом значительно повысилась прочность машины.
Более 80 % всего используемого в промышленности молибдена приходится на черную металлургию. Без него немыслимо производство жаростойкого чугуна, конструкционных и инструментальных сталей. Одна весовая часть элемента улучшает качество стали эквивалентно двум весовым частям вольфрама. Так как плотность молибдена в два раза меньше, его сплавы значительно превосходят по качеству вольфрамовые при эксплуатационных температурах ниже 1370 ˚С. Молибденовые стали лучше поддаются цементации.
Молибден востребован в радиоэлектронной, химической и лакокрасочной отраслях. В машиностроении используется как жаропрочный материал. В сельском хозяйстве слабые растворы соединений элемента значительно улучшают усвояемость растениями питательных веществ. Следует учитывать, что в больших дозах молибден оказывает токсическое воздействие на живые и растительные организмы, негативно влияет на окружающую среду.
В рационе питания человека и животных молибден - один из важнейших микроэлементов. В виде активной биологической формы - молибденовом коферменте - (Moco) он необходим для осуществления в живых тканях катаболических процессов.
Очень перспективными выглядят исследования в области антираковой активности молибдена. Высокий процент заболеваемости раком пищеварительного тракта среди населения местечка Лин Ксиан (провинция Хонан, КНР) удалось значительно снизить после внесения в почву минеральных удобрений с содержанием молибдена.
В редких случаях дефицита элемента в человеческом организме возможно развитие дезориентации в пространстве, пороков мозга, умственных отклонений и прочих тяжелых нервных заболеваний. Суточная доза молибдена для взрослого человека составляет от 100 до 300 мкг. При увеличении ее до 5-15 мг неизбежно токсическое отравление, до 50 мг - летальный исход. Наиболее богаты молибденом листовые овощи, зерновые, бобовые и ягодные (черная смородина, крыжовник) культуры, молочная продукция, яйца, печень и почки животных.
Биологические характеристики молибдена предъявляют повышенные требования к утилизации отходов переработки рудного материала, строгому соблюдению технологического процесса на предприятиях для предотвращения негативного влияния на здоровье работающего персонала и природу.
Следует предусмотреть все меры, исключающие попадание продуктов переработки в грунтовые воды. Необходимо учитывать, что растения обладают свойством усваивать и накапливать молибден, поэтому его содержание в побегах и листьях может превышать допустимые концентрации. Эта зеленая масса может быть опасна для животных. Для предотвращения распространения ветрами использованной породы отвалы укрывают слоем земли.
С началом глобального мирового финансового кризиса общемировое потребление молибдена снизилось на 9 %. Исключение составил Китай, где наблюдается рост до 5 %. Реакцией на резкое снижение потребительского спроса в 2009 году стало снижение объемов производства. К прежнему уровню выпуска удалось приблизиться лишь через четыре года, а в 2014 году установить новый максимум в 245 тыс. тонн. Основным потребителем и производителем молибдена и его продуктов по-прежнему остается Китай.
Плотность молибдена и его удивительные свойства сделали его незаменимым для стали и сплавов в конструкциях, где требуется сочетание небольшого веса, высокой прочности и коррозийной стойкости материалов. Прогнозируемый рост числа атомных электростанций, других энергетических и промышленных объектов, разработка новых месторождений нефти и газа в суровых условиях Крайнего Севера и Заполярья неизбежно приведут к росту спроса на молибден и его производные.
Молибден (лат. Molybdaenum), Mo, химический элемент VI группы периодической системы Менделеева; атомный номер 42, атомная масса 95,94; светло-серый тугоплавкий металл. В природе элемент представлен семью стабильными изотопами с массовыми числами 92, 94-98 и 100, из которых наиболее распространен 98 Мо (23,75%). Вплоть до 18 века основной минерал Молибден молибденовый блеск (молибденит) не отличали от графита и свинцового блеска, так как они очень схожи по внешнему виду. Эти минералы носили общее название "молибден" (от греч. molybdos - свинец).
Элемент Молибден открыл в 1778 году шведский химик К. Шееле, выделивший при обработке молибденита азотной кислотой молибденовую кислоту. Шведский химик П. Гьельм в 1782 году впервые получил металлический Молибден восстановлением МоО 3 углеродом.
Распространение Молибдена в природе. Молибден - типичный редкий элемент, его содержание в земной коре 1,1·10 -4 % (по массе). Общее число минералов Молибден 15, большая часть их (различные молибдаты) образуется в биосфере. В магматических процессах Молибден связан преимущественно с кислой магмой, с гранитоидами. В мантии Молибдена мало, в ультраосновных породах лишь 2·10 -5 % . Накопление Молибдена связано с глубинными горячими водами, из которых он осаждается в форме молибденита MoS 2 (главный промышленный минерал Молибдена), образуя гидротермальные месторождения. Важнейшим осадителем Молибдена из вод служит H 2 S.
Геохимия Молибдена в биосфере тесно связана с живым веществом и продуктами его распада; среднее содержание Молибдена в организмах 1·10 -5 %. На земной поверхности, особенно в щелочных условиях, Mo (IV) легко окисляется до молибдатов, многие из которых сравнительно растворимы. В ландшафтах сухого климата Молибден легко мигрирует, накапливаясь при испарении в соляных озерах (до 1-10 -3 %) и солончаках. Во влажном климате, в кислых почвах Молибден часто малоподвижен; здесь требуются удобрения, содержащие Молибден (например, для бобовых).
В речных водах Молибдена мало (10 -7 - 10 -8 %). Поступая со стоком в океан, Молибден частично накапливается в морской воде (в результате ее испарения Молибдена здесь 1·10 -6 %), частично осаждается, концентрируясь в глинистых илах, богатых органическим веществом и H 2 S.
Помимо молибденовых руд, источником Молибден служат также некоторые молибденосодержащие медные и медно-свинцово-цинковые руды.
Физические свойства Молибдена. Молибден кристаллизуется в кубической объемноцентрированной решетке с периодом а = 3,14Å. Атомный радиус 1,4А, ионные радиусы Мо 4+ 0,68А, Мо 6 + 0,62А. Плотность 10,2 г/см 3 (20 °С); t пл 2620 °С; t кип около 4800 °С. Удельная теплоемкость при 20-100°С 0,272 кдж/(кг·К), то есть 0,065 кал/(г·град). Теплопроводность при 20°С 146,65 вт/(м·К), то есть 0,35 кал/(см·сек·град). Термический коэффициент линейного расширения (5,8-6,2)·10 -6 при 25-700 °С. Удельное электрическое сопротивление 5,2·10 -8 ом·м, то есть 5,2·10 -6 ом·см; работа выхода электронов 4,37 эв. Молибден парамагнитен; атомная магнитная восприимчивость -90·10 -6 (20 °С).
Механические свойства Молибдена зависят от чистоты металла и предшествующей механической и термической его обработки. Так, твердость по Бринеллю 1500-1600 Мн/м 2 , то есть 150-160 кгс/мм 2 (для спеченного штабика), 2000-2300 Мн/м 2 (для кованого прутка) и 1400-1850 Мн/м 2 (для отожженной проволоки); предел прочности для отожженной проволоки при растяжении 800-1200 Мн/м 2 . Модуль упругости Молибден 285-300 Гн/м 2 . Мо более пластичен, чем W. Рекристаллизующий отжиг не приводит к хрупкости металла.
Химические свойства Молибдена. На воздухе при обычной температуре Молибден устойчив. Начало окисления (цвета побежалости) наблюдается при 400 °С. Начиная с 600 °С металл быстро окисляется с образованием МоО 3 . Пары воды при температурах выше 700 °С интенсивно окисляют Молибден до МоО 2 . С водородом Молибден химически не реагирует вплоть до плавления. Фтор действует на Молибден при обычной температуре, хлор при 250 °С, образуя MoF 6 и МоСl 6 . При действии паров серы и сероводорода соответственно выше 440 и 800 °С образуется дисульфид MoS 2 . С азотом Молибден выше 1500 °С образует нитрид (вероятно, Mo 2 N). Твердый углерод и углеводороды, а также оксид углерода (II) при 1100-1200 °С взаимодействуют с металлом с образованием карбида Мо 2 С (плавится с разложением при 2400 °С). Выше 1200 °С Молибден реагирует с кремнием, образуя силицид MoSi 2 , обладающий высокой устойчивостью на воздухе вплоть до 1500-1600 °С (его микротвердость 14 100 Мн/м 2).
В соляной и серной кислотах Молибден несколько растворим лишь при 80-100 °С. Азотная кислота, царская водка и пероксид водорода медленно растворяют металл на холоду, быстро - при нагревании. Хорошим растворителем Молибдена служит смесь азотной и серной кислот. Вольфрам в смеси этих кислот не растворяется. В холодных растворах щелочей Молибден устойчив, но несколько корродирует при нагревании. Конфигурация внешних электронов атома Mo 4d 5 5s 1 , наиболее характерная валентность 6. Известны также соединения 5-, 4-, 3- и 2-валентного Молибдена.
Молибден образует два устойчивых оксида - МоО 3 (белые кристаллы с зеленоватым оттенком, t пл 795 °С, t кип 1155 °С) и МоО 2 (темно-коричневого цвета). Кроме того, известны промежуточные оксиды, соответствующие по составу гомологическому ряду Мо n O 3n-1 (Мо 9 О 26 , Мо 8 О 23 , Мо 4 О 11); все они термически неустойчивы и выше 700 °С разлагаются с образованием МоО 3 и МоО 2 . Оксид МоО 3 образует простые (или нормальные) кислоты Молибдена - моногидрат Н 2 МоО 4 , дигидрат Н 2 МоО 4 ·Н 2 О и изополикислоты - H 6 Mo 7 O 24 , HМo 6 O 24 , H 4 Мo 8 O 26 и другие. Соли нормальной кислоты называется нормальными молибдатами, а поликислот - полимолибдатами. Кроме названных выше, известно несколько надкислот Молибдена - Н 2 МоО Х (х - от 5 до 8) и комплексных гетерополисоединений с фосфорной, мышьяковой и борной кислотами. Одна из распространенных солей гетерополикислот - фосфоромолибдат аммония (NH 4) 3 [Р(Мо 3 О 10) 4 ]·6Н 2 О. Из галогенидов и оксигалогенидов Молибдена наибольшее значение имеют фторид MoF 6 (t пл 17,5 °С, t кип 35 °С) и хлорид МоCl 5 (t пл 194 °С, t кип 268 °С). Они могут быть легко очищены перегонкой и используются для получения Молибдена высокой чистоты.
Достоверно установлено существование трех сульфидов Молибдена - МоS 3 , MoS 2 и Mo 2 S 3 . Практическое значение имеют первые два. Дисульфид MoS 2 встречается в природе в виде минерала молибденита; может быть получен действием серы на Молибден или при сплавлении МоО 3 с содой и серой. Дисульфид практически нерастворим в воде, НCl, разбавленной H 2 SO 4 . Распадается выше 1200 °С с образованием Mo 2 S 3 .
При пропускании сероводорода в нагретые подкисленные растворы молибдатов осаждается MoS 3 .
Получение Молибдена. Основным сырьем для производства Молибдена, его сплавов и соединений служат стандартные молибденитовые концентраты, содержащие 47-50% Мо, 28-32% S, 1-9% SiO 2 и примеси других элементов. Концентрат подвергают окислительному обжигу при 570-600 °С в многоподовых печах или печах кипящего слоя. Продукт обжига - огарок содержит МоО 3 , загрязненную примесями. Чистую МоО 3 , необходимую для производства металлического Молибдена, получают из огарка двумя путями: 1) возгонкой npи 950-1100 °С; 2) химическим методом, который состоит в следующем: огарок выщелачивают аммиачной водой, переводя Молибден в раствор; из раствора молибдата аммония (после очистки его от примесей Cu, Fe) выделяют полимолибдаты аммония (главным образом парамолибдат 3(NH 4) 2 O·7МоО 3 ·nН 2 О) методом нейтрализации или выпарки с последующей кристаллизацией; прокаливанием парамолибдата при 450-500 °С получают чистую МоО 3 , содержащую не более 0,05% примесей.
Металлический Молибден получают (сначала в виде порошка) восстановлением МоО 3 в токе сухого водорода. Процесс ведут в трубчатых печах в две стадии: первая - при 550-700 °С, вторая - при 900-1000 °С. Молибденовый порошок превращают в компактный металл методом порошковой металлургии или методом плавки. В первом случае получают сравнительно небольшие заготовки (сечением 2-9 см 2 при длине 450-600 мм). Порошок Молибдена прессуют в стальных пресс-формах под давлением 200-300 Мн/м 2 (2000-3000 кгс/см 2). После предварительного спекания (при 1000-1200 °С) в атмосфере водорода заготовки (штабики) подвергают высокотемпературному спеканию при 2200-2400 °С. Спеченный штабик обрабатывают давлением (ковка, протяжка, прокатка). Более крупные спеченные заготовки (100-200 кг) получают при гидростатическом прессовании в эластичных оболочках. Заготовки в 500-2000 кг производят дуговой плавкой в печах с охлаждаемым медным тиглем и расходуемым электродом, которым служит пакет спеченных штабиков. Кроме того, используют электроннолучевую плавку Молибдена. Для производства ферромолибдена (сплав; 55-70% Мо, остальное Fe), служащего для введения присадок Молибдена в сталь, применяют восстановление обожженного молибденитового концентрата (огарка) ферросилицием в присутствии железной руды и стальной стружки.
Применение Молибдена. 70-80% добываемого Молибдена идет на производство легированных сталей. Остальное количество применяется в форме чистого металла и сплавов на его основе, сплавов с цветными и редкими металлами, а также в виде химические соединений. Металлический Молибден - важнейший конструкционный материал в производстве электроосветительных ламп и электровакуумных приборов (радиолампы, генераторные лампы, рентгеновские трубки и других); из Молибдена изготовляют аноды, сетки, катоды, держатели нити накала в электролампах. Молибденовые проволока и лента широко используются в качестве нагревателей для высокотемпературных печей.
После освоения производства крупных заготовок Молибден стали применять (в чистом виде или с легирующими добавками других металлов) в тех случаях, когда необходимо сохранение прочности при высоких температурах, например, для изготовления деталей ракет и других летательных аппаратов. Для предохранения Молибдена от окисления при высоких температурах используют покрытия деталей силицидом Молибдена, жаростойкими эмалями и другие способы защиты. Молибден применяют как конструкционный материал в энергетических ядерных реакторах, так как он имеет сравнительно малое сечение захвата тепловых нейтронов (2,6 барн). Важную роль Молибден играет в составе жаропрочных и кислотоустойчивых сплавов, где он сочетается главным образом с Ni, Co и Cr.
В технике используются некоторые соединения Молибдена. Так, MoS 2 - смазочный материал для трущихся частей механизмов; дисилицид Молибдена применяют при изготовлении нагревателей для высокотемпературных печей; Na 2 MoO 4 - в производстве красок и лаков; оксиды Молибдена - катализаторы в химической и нефтяной промышленности.
Молибден в организме растений, животных и человека постоянно присутствует как микроэлемент, участвующий преимущественно в азотном обмене. Молибден необходим для активности ряда окислительно-восстановительных ферментов (флавопротеидов), катализирующих восстановление нитратов и азотфиксацию у растений (много Молибдена в клубеньках бобовых), а также реакции пуринового обмена у животных. В растениях Молибден стимулирует биосинтез нуклеиновых кислот и белков, повышает содержание хлорофилла и витаминов. При недостатке Молибдена бобовые, овес, томаты, салат и другие растения заболевают особым видом пятнистости, не плодоносят и погибают. Поэтому растворимые молибдаты в небольших дозах вводят в состав микроудобрений. Животные обычно не испытывают недостатка в Молибдене. Избыток же Молибдена в корме жвачных животных (биогеохимические провинции с высоким содержанием Молибдена известны в Кулундинской степи, на Алтае, Кавказе) приводит к хроническим молибденовым токсикозам, сопровождающимся поносом, истощением, нарушением обмена меди и фосфора. Токсическое действие Молибдена снимается введением соединений меди. Избыток Молибден в организме человека может вызвать нарушение обмена веществ, задержку роста костей, подагру и т. п.
