Metalinis molibdenas gavo savo pavadinimą dėl išorinio molibdeno disulfido panašumo į švino rūdą – galeną (graikiškas švino pavadinimas yra molibdosas).
Elemento atradimo istorija
Viduramžiais Europoje molibdenu buvo vadinami trys skirtingos sudėties, tačiau beveik panašios spalvos ir mineralo struktūros mineralai – galena (Pbs), molibdenitas (MoS2) ir grafitas (C). Beje, mineralas „molibdeno blizgesys“(kitas molibdenito pavadinimas) buvo naudojamas kaip pieštukų švinas, palikęs lape žalsvai pilką pėdsaką.
Molibdeno metalas, 42 Mendelejevo periodinės sistemos elementai, laikomas Švedijos gimtine. 1758 metais šios šalies chemikas ir mineralogas, nikelio atradėjas Axelis Cronstedtas teigė, kad minėti mineralai yra visiškai kitokios prigimties. Po dviejų dešimtmečių jo tautietis, farmacijos chemikas iš Köping Karl Scheele, virdamas molibdenitą koncentruotoje azoto rūgštyje, gavo molibdo rūgštį b altų nuosėdų („b altosios žemės“) pavidalu. Mokslininkas intuityviai suprato, kad jei molibdo rūgštis kaitinama anglimi, tai galima išskirtimetalo. Neturėdamas tinkamos krosnies, jis nusiuntė pavyzdžius Peteriui Gjelmui, kuris 1782 metais išskyrė naują metalą su dideliu kiekiu karbido priemaišų. Kolegos elementą pavadino „molibdenu“(periodinėje lentelėje formulė yra Mo).
Santykinai gryną metalą tik 1817 m. gavo Švedijos mokslų akademijos prezidentas Jensas Berzelius.
Paprastos medžiagos apibūdinimas
Gamybos būdas turi didelę įtaką fizinėms molibdeno savybėms ir jo išvaizdai. Metalo milteliai, ruošiniai ir strypai prieš sukepinimą – tamsiai pilki. Perdirbtų valcuotų gaminių paletė kur kas turtingesnė – nuo beveik juodos iki šviesiai sidabrinės spalvos. Molibdeno tankis yra 10,28 t/m3. Metalas lydosi 2623˚С temperatūroje, o 4639˚С – verda. Visiškai grynas molibdenas pasižymi puikiu plastiškumu ir lankstumu, o tai garantuoja lengvą valcavimą ir štampavimą. Ruošinį, kurio skersmuo iki 12 mm, net kambario temperatūroje galima laisvai surišti dvigubu mazgu arba iškočioti iki plonos folijos. Metalas turi gerą elektros laidumą. Priemaišų buvimas padidina kietumą ir trapumą ir daugiausia lemia mechanines molibdeno savybes.
Pagrindiniai ryšiai
Kaip sudėtinių medžiagų dalis, elementas pasižymi skirtingu oksidacijos laipsniu nuo +2 iki aukščiausio (pastarieji junginiai yra stabiliausi), o tai lemia chemines molibdeno savybes. Šiam metalui būdingi junginiai su deguonimi ir halogenais (MoO3, MoCl5) ir molibdatais (molibdo rūgšties druskos). Oksidacijos reakcijos galimos tik aukštoje temperatūroje (nuo 600˚С). Dėl tolesnio padidėjimo molibdenas sąveikaus su anglimi, fosforu ir siera. Jis gerai tirpsta azoto arba pakaitintoje sieros rūgštyje.
Fosforo, arseno, boro ir silicio rūgštys sudaro sudėtingus junginius su molibdenu. Garsiausia ir dažniausiai naudojama druska yra amonio fosfomolibdatas. Medžiagos, kurių sudėtyje yra molibdeno, išsiskiria plačia spalvų palete ir įvairiais atspalviais.
Molibdeno rūdos sodrinimo technologija
Pramoninė visiškai gryno molibdeno gamyba buvo įsisavinta tik XX a. Molibdeno rūdos cheminis apdorojimas vyksta prieš jos sodrinimą: susmulkinus trupintuvuose ir rutulinėse malūnėse, pagrindinis metodas yra penkių ar šešių kartų flotacija. Rezultatas – didelė (iki 95 %) molibdeno disulfido koncentracija žaliavoje.
Kitas ir svarbiausias žingsnis yra atleidimas. Čia pašalinamos nepageidaujamos vandens priemaišos, siera, flotacijos reagentų likučiai, o molibdeno disulfidas oksiduojamas iki trioksido. Tolesnis valymas galimas keliais būdais, tačiau populiariausi yra šie:
- amoniako metodas, kai molibdeno junginiai visiškai ištirpinami ir pašalinamos priemaišos;
- sublimacija 900–1100 ˚С temperatūroje. Rezultatas - MoO3 koncentracija pakyla iki 90-95%.
Pramoninė metalinio molibdeno gamyba
Vandenilio praleidimas per išgrynintą molibdeno trioksidą (laboratorijoseredukcijai dažnai naudojamos anglies arba anglies turinčios dujos, aliuminis, silicis) gauna metalo miltelius. Procesas vyksta specialiose vamzdžių krosnyse, kurių temperatūra palaipsniui didinama nuo 500 iki 1000 ˚С.
Kompaktiško molibdeno metalo gamybos proceso grandinė apima:
- Paspaudimas. Procesas vyksta plieninėse formose esant slėgiui iki 300 MPa. Rišantis komponentas yra glicerino alkoholio tirpalas. Maksimalus ruošinių (dūrių) pjūvis neviršija 16 cm2, o ilgis 600 cm Didesniems naudojamos guminės arba polimerinės formos. Presavimas vyksta darbo kamerose, kur skystis įpurškiamas esant aukštam slėgiui.
- Sukepinimas. Tai vyksta dviem etapais. Pirmasis - žemos temperatūros, trunkantis 30-180 minučių (priklausomai nuo ruošinio dydžio), atliekamas mufelinėse krosnyse vandenilio atmosferoje, esant 1200 ˚С temperatūrai. Antrame etape (suvirinimas) ruošinys kaitinamas iki temperatūros, artimos lydymosi temperatūrai (2400-2500 ˚С). Dėl to poringumas mažėja, o molibdeno tankis didėja.
Dideli ruošiniai, sveriantys iki 3 tonų, sukepinami indukcinėse, elektronų pluošto ar lankinėse krosnyse. Procesas baigiamas mechaniškai apdorojant sukepintus gaminius.
Turtingiausi indėliai
Molibdenas yra gana retas elementas žemės plutoje ir visoje visatoje. Iš dviejų dešimčių gamtoje esančių mineralų tik molibdenitas turi didelę pramoninę reikšmę.(MoS2). Jo ištekliai nėra begaliniai, o metalo išgavimo iš povelitų ir molibdatų technologijos jau sukurtos. Atsižvelgiant į rūdos kūnų mineralinę sudėtį ir formą, telkiniai skirstomi į gyslinius, gyslinius ir skarninius.
Pasauliuose įrodytos elemento atsargos siekia 19 mln. tonų, iš kurių beveik pusė yra Kinijoje. Nuo 1924 m. didžiausias molibdeno telkinys buvo Climax kasykla (JAV, Koloradas), kurioje vidutiniškai yra iki 0,4%. Dažnai molibdeno rūdos išgaunamos kartu su vario ir volframo gavyba.
Rusijoje molibdeno atsargos siekia 360 tūkst. tonų. Iš 10 ištirtų telkinių tik 7 buvo sukurti komerciškai:
- Sorskoe ir Agaskyrskoe (Chakassia);
- Bugdainskoe ir Žirekenskoe (Rytų Užbaikalija);
- Orekitkanskoe (Buriatija);
- Labašas (Karelija);
- Tyrnyauz (Šiaurės Kaukazas).
Gamyba vykdoma atviru ir uždaru metodu.
Samurajų kardų paslaptis
Keli šimtmečius Europos ginklakaliai ir mokslininkai kovojo su antrojo tūkstantmečio pradžios senovės japonų kardų aštrumo ir stiprumo paslaptimi, nesėkmingai bandydami pagaminti tokius pat aukštos kokybės briaunuotus ginklus. Tik XΙX amžiaus pabaigoje, atradus molibdeno priemaišas japonų pliene, pavyko įminti šią mįslę.
1891 m. Schneider pirmą kartą pramoniniu būdu panaudoti molibdeną kaip legiravimo priedą plieno kokybei pagerinti (suteikti jam kietumą ir tvirtumą)& Co iš Prancūzijos.
Pirmasis pasaulinis karas buvo reikšmingas stimulas plėtoti molibdeno metalurgiją. Svarbu tai, kad anglo-prancūzų tankų priekinių šarvų storis, lengvai pramuštas to paties kalibro vokiškų sviedinių, buvo sumažintas nuo 75 mm iki 25 mm, į šarvų plokščių plieną įpylus 1,5-2% molibdeno. Tai žymiai padidino mašinos stiprumą.
Molibdeno taikymas
Daugiau nei 80 % viso pramonėje naudojamo molibdeno tenka juodajai metalurgijai. Be jo neįsivaizduojama karščiui atsparaus ketaus, konstrukcinio ir įrankių plieno gamyba. Viena elemento svorio dalis pagerina plieno kokybę, prilygsta dviem svorio dalims volframo. Kadangi molibdeno tankis yra du kartus mažesnis, jo lydiniai yra žymiai pranašesni už volframo lydinius, kai darbo temperatūra žemesnė nei 1370 ˚С. Molibdeno plienas geriau karbonizuojamas.
Molibdenas yra paklausus radijo elektronikos, chemijos ir dažų pramonėje. Mechaninėje inžinerijoje jis naudojamas kaip karščiui atspari medžiaga. Žemės ūkyje silpni elementų junginių tirpalai žymiai pagerina augalų maisto medžiagų pasisavinimą. Reikėtų nepamiršti, kad didelėmis dozėmis molibdenas daro toksišką poveikį gyviems ir augalų organizmams bei neigiamai veikia aplinką.
Biologinė reikšmė
Žmonių ir gyvūnų racione molibdenas yra vienas iš svarbiausių mikroelementų. Aktyvios biologinės formos pavidalu -molibdeno kofermentas – (Moco) būtinas kataboliniams procesams gyvuose audiniuose įgyvendinti.
Molibdeno priešvėžinės veiklos tyrimai atrodo daug žadantys. Didelis sergamumas virškinamojo trakto vėžiu tarp Lin Siano miesto (Honano provincija, Kinija) gyventojų gerokai sumažėjo po to, kai į dirvą buvo įvesta mineralinių trąšų, kurių sudėtyje yra molibdeno.
Retais atvejais, kai žmogaus organizme trūksta elementų, gali išsivystyti dezorientacija erdvėje, smegenų defektai, psichikos anomalijos ir kitos sunkios nervų ligos. Molibdeno paros dozė suaugusiam žmogui yra nuo 100 iki 300 mcg. Padidinus iki 5-15 mg, neišvengiamas apsinuodijimas toksiniais, iki 50 mg – mirtis. Daugiausiai molibdeno yra lapinėse daržovėse, grūduose, ankštiniuose ir uogų (juodųjų serbentų, agrastų) augaluose, pieno produktuose, kiaušiniuose, gyvūnų kepenyse ir inkstuose.
Aplinkosaugos aspektai
Biologinės molibdeno savybės kelia didesnius reikalavimus perdirbant rūdos medžiagas susidarančias atliekas, griežtą technologinio proceso laikymąsi įmonėse, kad būtų išvengta neigiamo poveikio dirbančio personalo sveikatai ir gamtai.
Reikėtų imtis visų priemonių, kad perdirbti produktai nepatektų į požeminį vandenį. Reikia nepamiršti, kad augalai turi savybę pasisavinti ir kaupti molibdeną, todėl jo kiekis ūgliuose ir lapuose gali viršyti leistinas koncentracijas. Ši žalioji masėgali būti pavojingas gyvūnams. Kad vėjas neplatintų panaudotų uolienų, sąvartynai uždengiami žemės sluoksniu.
Pasaulinės molibdeno rinkos tendencijos
Prasidėjus pasaulinei finansų krizei, pasaulinis molibdeno suvartojimas sumažėjo 9 %. Išimtis buvo Kinija, kur augimas siekia iki 5 proc. Į staigų vartotojų paklausos sumažėjimą 2009 m. buvo reaguojama sumažėjusios gamybos apimtys. Priartėti prie ankstesnio produkcijos lygio pavyko tik po ketverių metų, o 2014 metais buvo nustatytas naujas 245 tūkst. Kinija išlieka pagrindine molibdeno ir jo produktų vartotoja ir gamintoja.
Molibdeno tankis ir nuostabios savybės padarė jį nepakeičiamu plienui ir lydiniams, kur reikalingas lengvas, didelis stiprumas ir atsparumas korozijai. Prognozuojamas atominių elektrinių, kitų energetikos ir pramonės objektų skaičiaus augimas, naujų naftos ir dujų telkinių plėtra atšiauriomis Tolimosios Šiaurės ir Arkties sąlygomis neišvengiamai lems molibdeno ir jo darinių paklausos didėjimą.
