Молибден: свойства, формула, применение элемента и сплавы на его основе

Получение молибдена

Сырье, из которого производится металлический молибден – молибденовые концентраты. В их составе данного элемента содержится около 50%. Также в них содержатся: сера ~ 30%, оксид кремния (до 9%) и около 20% прочих примесей.

Предварительно концентрат обжигают с целью дополнительного окисления. Процесс проводят в печах двух типов: многоподовых или кипящего слоя. Температура обжига 570 °С — 600 °С. В результате чего получается огарок — МоО₃ и примеси.

На следующем этапе удаляют примеси для получения чистого оксида молибдена. Применяются два способа:

1. Возгонка при температуре 950 °С — 1100 °С.
2. Химическое выщелачивание. Суть способа в том, что при взаимодействии с аммиачной водой устраняются примеси меди и железа и получается карбид молибдена, который кристаллизуют выпаркой или нейтрализацией. Далее карбид нагревают и выдерживают при температуре до 500°С. На выходе – чистый оксид МоО3, в котором содержание примесей всего 0,05%.

Производство молибдена основано на восстановлении МоО3. Процесс проводят в два этапа:

1. В трубчатой печи при температуре 550°С — 700°С в потоке сухого водорода происходит отделение атомов кислорода.
2. Далее температура поднимается до 900°С — 1000°С и происходит окончательное восстановление. Полученный металл находится в виде порошка.

Для получения монолитного металла пользуются плавлением или спеканием порошка. Плавку используют, когда получают заготовки массой от 500 кг. Процесс производят в дуговых печах с охлаждаемым тигелем, в который подается расходуемый электрод из ранее спеченных штабиков.

Порошковое спекание – это прессование в атмосфере водорода при высоких значениях давления (2000-3000 атмосфер) и температуры (1000°С — 1200°С). Полученные штабики, подвергаются спеканию при высоких температурах равных 2200°С — 2400°С. В дальнейшем молибдену придается необходимая форма за счет обработки давлением – ковкой, прокаткой, протяжкой.

Широко в промышленности используется ферромолибден, в котором до 60-70% молибдена, а оставшееся — железо. Его получают путем введения в сталь молибденовых присадок. Сплав получают путем восстановления огарка силикатом железа с добавками стальной стружки и железистой руды.

Физические свойства

Использование молибдена зависит от его свойств и характеристик. Присущие физические свойства молибдена приведены ниже:

• тип металла — высокотемпературная плавка;
• молибденовый цвет – свинцовый;
• плотность молибдена — 10,2 г/cм³
• плавление при температуре — 2615°С;
• закипание при температуре — 4700°С;
• проводимость тепла — 143 Вт/(м·К);
• тепловая емкость — 0,27 кдЖ/(кгК);
• энергия для плавления — 28000 Дж/моль;
• энергия для испарения — 590000 Дж/моль;
• линейное расширение, коэффициент — 6·10^-6
• электрическое сопротивление — 5,70 мкОм·см;
• расчетный объем — 9,4 см³/моль;
• усилие сдвига — 122·10^·6 Па;
• твердость — 125 НВ;
• магнитная проницаемость -90·10^-6.

Точению данный металл подвергается не часто, но обработка ведется стандартизованным инструментом.

Химические свойства

Молибден, химические свойства которого приведены ниже, имеет следующие характеристики:

• радиус валентности — 130·10^-12 м;
• ионный радиус — (+6e) 62 (+4e) 70·10^-12 м;
• электрическая отрицательность — 2,15;
• потенциал электрический – 0;
• валентности при окислении — 2-3-4-5-6
• валентность молибдена – 6;
• температура начала окисления — 400°С;
• окисление до МоО3 при температуре — 600°С и выше;
• реакция с водородом – нейтральная;
• температура реакции с хлором – 250°С;
• температура реакции с фтором – комнатная;
• температура реакции с серой – 440°С;
• температура реакции с азотом — 1500°С.

С кислородом элемент образует два основных оксида:

• МоО₃ – кристаллическая форма белого цвета
• МоО₂ – серебристого цвета.

Свойства растворимости молибдена в химических растворах: растворим в щелочах и кислотах при нагревании. Это способствует получению различных соединений или его очищению.

Обработка молибдена

Обработка молибдена затруднена в связи с невысокой вязкостью при низких температурах. Также он имеет малую пластичность, поэтому для его обработки применяются следующие методы:

1. горячее деформирование:
   • ковка;
   • прокатка;
   • протяжка;

1. термообработка;
2. механическая обработка.

При обработке небольших заготовок используются обжимные машины. Крупные заготовки прокатываются на малых станах или получают форму на протяжных станках.

Если возникает необходимость механической обработки резанием, то механическая обработка молибдена ведется инструментом, изготовленным из марок быстрорежущих сталей. Заточка углов инструмента при токарной обработке должна соответствовать углам заточки для обработки чугуна.

Термообработка молибдена характеризуется высокой прокаливаемостью из-за его содержания в сталях. Проведенная закалка повышает твердость и износоустойчивость ответственных деталей.

Применение

Около 3⁄4 всего производимого редкоземельного металла используется как легирующий элемент при производстве сталей. Оставшаяся 1⁄4 часть используется в чистом виде и в химических соединениях. Применение он нашел во многих отраслях промышленности.

1. Космическая область и авиастроение. Изделия из молибдена и его сплавов нашли применение для облицовки и изготовления головок ракет и носов самолетов, летающих на скоростях выше звуковых. Использование как конструкционный материал – это обшивка, а как тепловой экран – головная часть.
2. Металлургия. Применение молибдена в литейном производстве и металлургии обусловлено высокой прокаливаемостью. Следовательно, повышается прочность, коррозионная стойкость, вязкость. В его сплавах с кобальтом или хромом заметно повышается твердость. Из легированных сталей с молибденовыми добавками изготавливаются ответственные детали. Его добавляют в жаро- и кислотоустойчивые сплавы. Поэтому большинство инструментов, производящих горячую обработку, изготавливаются из сталей, легированных Мо.
3. Химическая промышленность. Из материалов с Мо, обладающих кислотоустойчивостью, изготавливают различные аппараты для производства кислот или их переработки. Нагреватели печей, внутри которых водородная среда также изготавливаются из молибденовых сплавов. Также данный металл можно найти в составе некоторых лаков, красок, эмалей и термически наносимых глазурей. Используют металл и как катализатор для химических реакций.
4. Радиоэлектроника. Мо — незаменимый материал для изготовления электроосветительных и электронно-вакуумных приборов, среди которых многим известны радиолампы.
5. Медицина. В медицине элемент используется при изготовлении рентгеновских аппаратов.
6. Изделия из стекла. Из-за плавления при высокой температуре Мо используют при плавлении стекла.

Плюсы и минусы молибдена

Среди достоинств следует отметить следующие:

• низкая плотность, а отсюда большая прочность;
• высокий показатель модуля упругости;
• термоустойчивость;
• жаростойкость;
• коррозионная стойкость;
• практически не расширяется при нагревании.

Минусы:

• после сварки швы обладают хрупкостью;
• снижение температуры уменьшает пластичность;
• механическое упрочнение возможно до 8000 °С.

Основные сведения

История открытия

Достоинства / недостатки

Области применения молибдена

Родом из Швеции

История открытия металла родилась в Швеции. В середине XVIII века шведский химик А.Ф. Кронштедт предположил, что под именем Molybdaena скрываются разные вещества. После серии экспериментов К.В. Шееле (тоже швед) получил «Wasserbleyerde», особую белую землю, и дал ей название молибденовая кислота.

А в 1782 году П.Я. Гьельм (конечно, тоже швед) получил королек из молибденовой кислоты.

Добыча, месторождения

Молибден — металл редкий. В природе его нахождение в чистом виде исключено.

Известно почти два десятка молибденсодержащих минералов:

Другие содержащие молибден руды (чиллагит, комозит, кехлинит, иордизит и другие) не представляют интереса для промышленного использования.

Значимые месторождения металла принадлежат:

• США;
• Чили;
• Канаде;
• Казахстану;
• Перу;
• Китаю.

Рейтинг добычи молибденовых руд возглавляет Китай, на втором месте с большим отрывом США, на третьем месте Чили.

В Госбалансе запасов полезных ископаемых РФ числятся 34 месторождения молибдена.

Происхождением молибденовые руды из скарновых, грейзеновых, гидротермальных месторождений.

Как получить Molybdaenum

Получение молибдена можно разделить на несколько стадий:

1. Методом флотации обогащают руду. В результате получают молибденовые концентраты, их три марки.
2. Производство из концентратов MoO3, т.н. «огарка», из огарка путем возгонки или химической переработки выделяют чистый молибденовый ангидрид. Чистота продукта не менее 99,975%.
3. Молибденовый порошок с размером зерен 0,5-2 мкм получают восстановлением ангидрида водородом.

Применение: от лампочки до ракеты

• Большую часть продукции из молибдена потребляет радиоэлектроника.
• Увеличивается использование металла в ракетной технике: для обшивки спускаемых ракет и капсул, в соплах ракетных двигателей, в ракетах на твердом топливе.
• Молибденовую проволоку используют для производства термопар, ламп накаливания, нагревателей высокотемпературных электропечей.
• Молибденовые ленты и проволока востребованы в светотехнической промышленности, из них делают электроды для плавки стекла.
• Распространено применение молибдена и его сплавов в атомной энергетике, в производстве трубопроводов охлаждения, оболочек тепловыделяющих сборок.
• Больше 2/3 произведенного металла используют в металлургии, как легирующую добавку к стали.
• Сульфид молибдена — отличная высокотемпературная смазка для деталей, им покрывают пули, его используют при производстве керамических изделий как добавку в глину (для получения синего или красного цветов).

Характеристика материала

Физические свойства. Молибден – редкоземельный металл серого цвета, внешне похож на свинец. Температура плавления 2619 ºС. Отличается повышенной пластичностью. Модуль Юнга 336 ГПа, что в 1,5 раза больше, чем у стали. Плотность составляет 10,2 гсм3. Самым жаростойким металлом считается вольфрам. Но касаемо удельной жаропрочности при температурах до 1400 ºС, молибден не имеет конкурентов. Молибден имеет низкое значение коэффициента линейного расширения. При изменении температуры на 1000 ºС, его размер увеличится всего на 0,0049 мм.

Теплопроводность составляет 300 Втм К. Электросопротивление 5,6 мкОМ см. После предварительной механической и термической обработок прочность металла может составлять 20-23 кгмм2. Обладает парамагнитными свойствами.

Среди недостатков отметим низкую пластичность при температурах ниже -30 ºС.

Химические свойства. Молибден полностью устойчив к воздействию окружающей среды в обычных атмосферных условиях. Процесс окисления начинается при 420 ºС, образуя соединение низкой твердости оксид молибдена.

Молибден инертен к водороду при температуре до 2620 ºС. Нейтрален к таким элементам как углерод, фтор, кремний, азот, сера. Молибден не вступает в химические реакции с основными видами кислот: соляная, серная, азотная, фтористая.

Технологические свойства. В условиях комнатной температуры молибденовый круг радиусом 5 мм может быть завязан в узел без использования специального оборудования или быть раскатанным до толщины 0,1 мм. Такая податливость металла способствует получению разных видов профильного проката.

Молибден хорошо обрабатывается методом резания при условии применения смазочно-охлаждающей жидкости на основе серы.

Молибден не выделяется качеством сварных швов. Относится к 3 группе свариваемости. Процесс сварки осуществляется дуговым методом. Для придания сварным соединениям большей пластичности зона контакта должна находиться в среде защитных газов. Предпочтение здесь отдается гелию или аргону.

Биологические свойства. Молибден содержится в организме человека в пределах 8-10 мг. Прежде всего, он влияет на протекание анаболических процессов. Усиливает воздействие витамина С, тем самым способствует усилению иммунной системы. Молибден является регулятором меди, предотвращает ее накапливание в крови.

Молибденовые сплавы имеют характерную особенность химического состава – низкий процент содержания легирующих элементов. Только двухкомпонентные твердые растворы имеют значительный процент вольфрама в своем составе (до 50%).

Основными отечественными марками молибденового сплава являются:

• Молибденовый сплав ЦМ-2А. Легирующими добавками служат титан (0,07-03%) и цирконий (0,07-0,15%). Помимо данных элементов может включать карбидные фазы (до 0,004%). Предел прочности составляет 30 кгмм2. Значительно падает после прохождения температурного порога в 1200 С. Основные преимущества сплава – технологичность и пластичность, которые дают возможность получения из него производственных полуфабрикатов.
• Молибденовый сплав ВМ-1 значительно не отличается от вышеописанного сплава. Имеет аналогичные показатели как химических, так и механических свойств.
• Молибденовый ВМ-2 имеет в своем составе больший процент циркония, делая его более жаростойким. Это позволяет ему выдерживать температуры в 1300-1400 С окружающей среды. Обладает пределом прочности 48 кгмм2, в 1,6 раза выше чем у ЦМ-2А.
• Дополнительное легирование молибденового сплава ВМ-3 титаном (1,3%), цирконием (0,6%), ниобием (1,8%) приводит к дальнейшему увеличению жаропрочности. Выдерживает нагрузки до 27 кгмм2 при температуре до 1360 С. Однако ВМ-3 имеет пониженный уровень пластичности. Это делает его менее технологичным и ограничивает применение в производстве.

Виды лома

Молибденсодержащие отходы нормируются ГОСТом 1639-93. Согласно ему, молибденовый лом подразделяется на:

• Чистый молибден в виде кусков труб, стержней, прутков, плит, пластин и прочее. Содержание металла не ниже 99%. На рынке редкоземельных металлов города Москва данный тип лома – самый выгодный в цене.
• Кусковые отходы с засоренностью 2% и массой не меньше 20 г.
• Остатки электродов, детали электровакуумных печей, рентгеновские трубки, элементы электронагревателя с содержанием металла до 95%.
• Наименование аналогично предыдущему пункту, но количество молибдена составляет 98%.
• Проволока и стружка. Молибден 90%.
• Порошковый молибден с содержанием посторонних примесей не более 5%.
• Пасты, высевки и другие соединения на основе молибдена. Чистый металл 75%.

Сплавы, содержащие молибден

Качество молибденовых сплавов зависит от процентной доли добавленного вещества, способности примесей и основного металла взаимодействовать, а также обуславливается технологией процесса легирования.

Некоторых известные сплавы, например, вольфрам-молибден имеют неоднозначную оценку экспертов. Поскольку вольфрам хоть и способствует повышению жаропрочности материала, привносит существенные изменения в деформируемость металла. Подобные оказии случаются и с другими элементами, которыми пробовали легировать молибден.

Наиболее удачные попытки создания жаропрочных и хорошо деформируемых сплавов связаны с редко встречающимся и трудно добываемым рением. Существенные ограничения по доступа к веществу вынудили отказаться от такого типа легирования.

Однако сплавы, повышающие температурный порог использования молибдена, все же существуют и при этом не только сохраняют, но даже улучшают его пластичность. Это титан, ниобий, цирконий и гафний. Регулируя процентное соотношение перечисленных элементов, производят сплавы, способные работать при следующих высокотемпературных режимах:

• 1100 – 1800 ⁰С. Легируют 0,1 – 1,5% указанными ранее элементами, а также 0,01 – 0,10% углерода;

• 1500 – 2000 ⁰С. Добавляют до 50% массы Re и W с незначительным внедрением (до 0,1%) С, В, Al, Ni, Cu. Это позволяет избегать появления трещин в процессе легирования. Из таких сплавов изготавливают прутки, листы, проволоку.

Где применяются молибден и его сплавы

Молибден относится к твердым металлам. Этот химический элемент тугоплавок, то есть у него довольно хорошая жаропрочность. Он весьма упруг. Цвет у этого химического элемента серебристо-белый.

В земной коре его сравнительно немного. В «законченной» металлической форме его совсем не найти.

Чтобы сделать из молибдена настоящий металл, нужно произвести окислительный обжиг. Для этого используются особые трубчатые печи.

Благодаря молибдену различные изделия и механизмы становятся более устойчивыми к:

• коррозии;
• воздействию высоких температур.

Металл широко применяют различные отрасли. Он хорошо «выдерживает» высокое напряжение.

Поэтому его используют, например, в:

• электротехнике;
• радиоэлектронике.

Молибден прекрасно справляется с высокими температурами, что делает его незаменимым металлом для:

• автопромышленности (в качестве элемента различных жаропрочных сплавов);
• ядерных реакторов (в роли конструкционного элемента);
• производства электровакуумных устройств (электрических лампочек и рентгеновских трубок);
• электропечей, нагревающихся до температуры +1600 градусов.

В химической промышленности распространено использование оксида молибдена, у которого очень высокая резистентность к кислотам. А для очистки нефтяных продуктов от серных примесей широко используются молибденовые катализаторы.

Пруток из этого металла применяется стекольной промышленностью.

Молибденовые ленты, проволока используются в изготовлении вводов для:

• электровакуумных приборов;
• рентгеновских трубок;
• ламп накаливания.

Такие соединения металла, как молибдаты, используются в качестве:

• пигментов красителей;
• компонентов глазурей.

Однако наиболее востребован этот химически элемент в металлургии, куда идет более 70% от всего объема добываемого молибдена.

Все потому, что сплавы из него очень устойчивы к любым видам коррозии. Лучшие легированные стали содержат в себе как раз присадки из молибдена.

Условия сдачи

По ГОСТу сдавать в пункты приема или продавать частным лицам (а также компаниям при оприходовании металлолома) можно лом и отходы молибдена, которые:

• не содержат примесей других металлов или каких-либо сплавов. Отходы почти полностью (на 98-99%) должны состоять из данного вида материала;
• сор в ломе не должен превышать одного процента. Речь, как об обычном мусоре (песок, глина, грязь, остатках изоляции), так и о вредных веществах. Например, горюче-смазочных материалов, вредных кислот, радиоактивных веществ;
• отдельные куски лома не должны весить меньше 10-20 граммов. Естественно, подобное касается лишь цельных металлических кусков. К той же стружке это правило не применяется.

Все перечисленные критерии, которым должен отвечать сдаваемый металл, соблюдаются не всегда. Обусловлено это тем, что данный материал представляется разнообразными формами, даже как пыль.

Цены на разные виды лома молибдена

У разных видов металлолома разные расценки.

1. Кусковой легированный молибден (кусковые отходы и лом). Кусковой молибден 10-15 мм толщиной. Он представляет собой детали, конструкционные элементы из данного материала, отслужившие свое (трубы, пластины). Также отходы и брак, который появляется в результате обработки металла, изготовления различных деталей, машин (рентгеновских трубок, электронагревательных элементов). Средние цены за 1 кг кускового молибдена колеблются в диапазоне 700-1200 рублей за 1 кг.
2. Нелегированный молибден (в том числе кусковой) и мелкие отходы. Это различные конструкционные детали (или их части), элементы покрытия и изоляции (трубы, пластины, обрези). К мелким отходам относятся проволока, стружка и т.д. Цена на них чуть ниже, чем на легированный металл – 500-900 рублей за 1 кг.
3. Ферромолибден. Представляет собой сплав из молибдена с незначительной примесью других металлов (особенно железа). Применяется для легирования сплавов и металлов, чтобы сделать их более устойчивыми к коррозии и высоким температурам. Цена на металлолом из ферромолибдена составляет 400-700 рублей за 1 кг.
4. Листовой молибден. Такая разновидность превосходно выдерживает высокие температуры, поэтому широко используется в плавильных печах. К листовому металлу также относятся цельные листы, пластины и обрезь, то есть, куски от разнообразного списанного оборудования. Цена на листовой молибден составляет 600-900 рублей за 1 килограмм.
5. Печной молибден. Остается после демонтажа печных установок. Представлен металл как пластины, обрезь или ленты. Цена на него колеблется в районе 300-500 рублей за 1 кг.
6. Молибден-рениевый сплав. Это молибден с добавлением элемента рения, который предает ему пластичность. Цена 800-1100 руб. за килограмм.

Обобщение информации о ценах за 1 кг молибдена и обязательных требованиях к сдаваемому металлу:

Наиболее ценностным является молибден-рениевый сплав, за один килограмм которого можно выручить до 1100 рублей.

Условия по процентному содержанию металла и его чистоте (практически полное отсутствие засоренности) достаточно высокие.

Как сдать дороже

На отходах молибдена можно заработать больше при помощи разных ухищрений. Но важно и не дать себя обмануть.

Когда собираетесь сдавать молибден, помните:

1. Обычно этот металл покупают дороже, если его вес меньше тонны. Если больше, то цена опускается. Поэтому разумно продавать его в разных местах небольшими частями (до 1 тонны весом).
2. Крупные компании за отдельные и более-менее целые детали металла предлагают особую, более высокую цену. Поэтому выгоднее немного «порыться» в своем металлоломе, отсортировать различные трубы, заглушки и фитинги и продавать их отдельно, а не вместе со всем ломом.
3. Чтобы не дать себя обмануть, можно перед сдачей просто взвесить какой-нибудь цельный кусок лома молибдена, записать его вес, а потом посмотреть, будет ли ваш результат таким же и в пункте приема. Если вес совпадает, то можно смело сдавать туда весь свой металл.

Кроме того, не помешает поинтересоваться ценой на сдаваемый лом в различных пунктах приема.

Следует учитывать, что дороже принимают материал не перекупщики, а металлобаза или расположенный поблизости завод по переработке.

Также поинтересуйтесь в пунктах приема, есть ли у них в наличии лицензия.

Металлургическим предприятиям, специализирующимся на производстве металлопроката и цветного литья, работать с ломом выгодно.

Металлолом молибдена уже содержит сформированный химический состав, который нуждается только в незначительной корректировке.

Именно это и проделывается во время плавки.

Сдавать металлолом подобным предприятиям максимально выгодно. Они обеспечивают лучшую цену.

Но есть небольшая проблема. Отходы принимаются ими в основном оптом.

Упругость пара молибдена характеризуются следующими цифрами:

Молибдат кальция представляет собой белое кристаллическое вещество, практически нерастворимое в воде.Зависимость растворимости молибдата кальция от температуры показана на графике слева. Полученные данные показывают, что растворимость соли достигает максимума при температуре 80°C, состовляя при этом всего 10,9 мг молибденав 100г раствора.Реакция образования молибдата кальция используется при переработке молибденсодержащих щелоков. В виде молибдатов кальция и свинца молибден встречается в природе.

Соединения молибдена с кислородом.

Соединения молибдена с галогенами.

Комплексные соединения молибдена.

Вывод

Цена за один килограмм лома молибдена, определяется его:

• качеством;
• состоянием
• объемом, который предлагается к сдаче.