Металният молибден дължи името си на външната прилика на молибденовия дисулфид с оловната руда - галенит (гръцкото име за олово е molybdos).
История на откриване на елементи
През Средновековието в Европа молибденът е наричан три минерала с различен състав, но почти сходни по цвят и структура на минерала - галенит (Pbs), молибденит (MoS2) и графит (C). Между другото, минералът "молибденов блясък" (друго име на молибденит) е използван като повод за моливи, които оставят зеленикаво-сив отпечатък върху листа.
Молибден метал, 42 елемента от периодичната система на Менделеев, се счита за родното място на Швеция. През 1758 г. химикът и минералогът от тази страна, откривателят на никела, Аксел Кронстед, предполага, че горните минерали имат съвсем различна природа. Две десетилетия по-късно неговият сънародник, фармацевтичен химик от Кьопинг, Карл Шееле, получава молибдинова киселина под формата на бяла утайка („бяла земя“) чрез кипене на молибденит в концентрирана азотна киселина. Ученият интуитивно разбра, че ако молибденовата киселина се калцинира с въглища, тогава е възможно да се изолираметални. Нямайки подходяща пещ, той изпраща проби на Петер Гелм, който през 1782 г. изолира нов метал с голямо количество карбидни примеси. Колегите нарекоха елемента "молибден" (формулата в периодичната таблица е Mo).
Относително чист метал е получен едва през 1817 г. от Йенс Берцелиус, президент на Шведската академия на науките.
Характеризиране на просто вещество
Методът на производство оказва голямо влияние върху физичните свойства на молибдена и неговия външен вид. Метал на прах, заготовки и пръти преди синтероване - тъмно сиво. Палитрата от обработени валцувани продукти е много по-богата - от почти черна до светло сребриста. Плътността на молибдена е 10,28 t/m3. Металът се топи при температура 2623˚С, а при 4639˚С кипи. Напълно чистият молибден има отлична ковкост и пластичност, което гарантира лесно валцоване и щамповане. Заготовка с диаметър до 12 мм, дори при стайна температура, може свободно да се завърже с двоен възел или да се разточи на тънко фолио. Металът има добра електрическа проводимост. Наличието на примеси повишава твърдостта и крехкостта и до голяма степен определя механичните свойства на молибдена.
Основни връзки
Като част от сложни вещества, елементът проявява различна степен на окисление от +2 до най-високата (последните съединения са най-стабилни), което определя химичните свойства на молибдена. Този метал се характеризира със съединения с кислород и халогени (MoO3, MoCl5) и молибдати (соли на молибденовата киселина). Реакциите на окисление са възможни само при високи температури (от 600˚С). По-нататъшното увеличение ще доведе до взаимодействие на молибдена с въглерод, фосфор и сяра. Разтваря се добре в азотна или нагрята сярна киселина.
Фосфорната, арсеновата, борната и силициева киселини образуват комплексни съединения с молибден. Най-известната и обикновена сол е амониевият фосфомолибдат. Веществата, съдържащи молибден, се отличават с широка цветова палитра и различни нюанси.
Технология за обогатяване на молибденова руда
Промишленото производство на абсолютно чист молибден е усвоено едва през 20-ти век. Химическата обработка на молибденовата руда се предшества от нейното обогатяване: след смилане в трошачки и топкови мелници, основният метод е пет или шест флотация. Резултатът е висока концентрация (до 95%) на молибденов дисулфид в суровината.
Следващата и най-важна стъпка е стрелбата. Тук нежеланите примеси от вода, сяра, остатъци от флотационни реагенти се отстраняват и молибденовият дисулфид се окислява до триоксид. По-нататъшното почистване е възможно по няколко начина, но следните са най-популярните:
- амонячен метод, при който съединенията на молибдена се разтварят напълно и примесите се отстраняват;
- сублимация при температура от 900 до 1100 ˚С. Резултатът - концентрацията на MoO3 се повишава до 90-95%.
Промишлено производство на метален молибден
Пропускане на водород през пречистен молибденов триоксид (в лаборатории заредукциите често използват въглерод или въглерод-съдържащи газове, алуминий, силиций) получават прахообразен метал. Процесът протича в специални тръбни пещи с постепенно повишаване на температурата от 500 до 1000 ˚С.
Процесната верига за производство на компактен молибденов метал включва:
- Натискане. Процесът се извършва в стоманени форми под налягане до 300 MPa. Свързващият компонент е алкохолен разтвор на глицерин. Максималното сечение на заготовките (бодове) не надвишава 16 см2, а дължината е 600 см. За по-големите се използват гумени или полимерни форми. Пресоването се извършва в работни камери, където течността се инжектира под високо налягане.
- Синтероване. Това се случва на два етапа. Първият - нискотемпературен, с продължителност 30-180 минути (в зависимост от размера на детайла), се извършва в муфелни пещи във водородна атмосфера при температура 1200 ˚С. На втория етап (заваряване) детайлът се нагрява до температура, близка до точката на топене (2400-2500 ˚С). В резултат на това порьозността намалява и плътността на молибдена се увеличава.
Големи заготовки с тегло до 3 тона се синтероват в индукционни, електронно-лъчеви или дъгови пещи. Процесът завършва с механична обработка на синтеровани продукти.
Най-богатите депозити
Молибденът е доста рядък елемент в земната кора и във Вселената като цяло. От двете дузини минерала, които съществуват в природата, само молибденитът има значително промишлено значение.(MoS2). Неговите ресурси не са безкрайни и вече са разработени технологии за извличане на метал от пауелити и молибдати. В зависимост от минералния състав и формата на рудните тела, находищата се делят на жилени, жилово-разпространени и скарнови.
Глобалните доказани запаси от елемента възлизат на 19 милиона тона, като почти половината е в Китай. От 1924 г. най-голямото находище на молибден е мината Climax (САЩ, Колорадо) със средно съдържание до 0,4%. Често добивът на молибденови руди се извършва заедно с добива на мед и волфрам.
В Русия запасите от молибден възлизат на 360 хиляди тона. От 10-те проучени находища само 7 са разработени с търговска цел:
- Сорское и Агаскирское (Хакасия);
- Бугдайнское и Жирекенское (Източно Забайкалия);
- Орекитканское (Бурятия);
- Лабаш (Карелия);
- Тырняуз (Северен Кавказ).
Производството се извършва както по отворен, така и по затворен метод.
Тайната на самурайските мечове
В продължение на няколко века европейските оръжейници и учени се борят с мистерията на остротата и здравината на древните японски мечове от началото на второто хилядолетие, безуспешно се опитвайки да изработят същите висококачествени остриета. Едва в края на XΙX век, след откриване на молибденови примеси в японската стомана, беше възможно да се разреши тази загадка.
За първи път промишленото използване на молибден като легираща добавка за подобряване на качеството на стоманата (придавайки й твърдост и издръжливост) е усвоено през 1891 г. от Шнайдер& Co от Франция.
Първата световна война послужи като значителен стимул за развитието на молибденовата металургия. Показателно е, че дебелината на челната броня на англо-френските танкове, лесно пробивана от немски снаряди от същия калибър, е намалена от 75 мм на 25 мм чрез добавяне на 1,5-2% молибден към стоманата на броневите плочи. Това значително увеличи здравината на машината.
Прилагане на молибден
Повече от 80% от целия молибден, използван в промишлеността, се пада на черната металургия. Без него производството на топлоустойчив чугун, конструкционни и инструментални стомани е немислимо. Една част от теглото на елемента подобрява качеството на стоманата е еквивалентна на две тегловни части волфрам. Тъй като плътността на молибдена е два пъти по-малка, неговите сплави са значително по-добри по качество от волфрамовите сплави при работни температури под 1370 ˚С. Молибденовите стомани се поддават по-добре на карбуризиране.
Молибденът е търсен в радиоелектронната, химическата и бояджийната промишленост. В машиностроенето се използва като топлоустойчив материал. В селското стопанство слабите разтвори на елементни съединения значително подобряват усвояването на хранителните вещества от растенията. Трябва да се има предвид, че в големи дози молибденът има токсичен ефект върху живите и растителните организми и влияе негативно на околната среда.
Биологично значение
В диетата на хората и животните молибденът е един от най-важните микроелементи. Под формата на активна биологична форма -молибденов коензим - (Moco) е необходим за осъществяването на катаболни процеси в живите тъкани.
Изследванията в областта на противораковата активност на молибдена изглеждат много обещаващи. Високата честота на рак на храносмилателния тракт сред населението на град Лин Сиан (провинция Хонан, Китай) беше значително намалена след въвеждането в почвата на минерални торове, съдържащи молибден.
В редки случаи на дефицит на елемент в човешкото тяло може да се развият пространствена дезориентация, мозъчни дефекти, психични аномалии и други тежки нервни заболявания. Дневната доза молибден за възрастен е от 100 до 300 mcg. Когато се увеличи до 5-15 mg, токсичното отравяне е неизбежно, до 50 mg - смърт. Най-богати на молибден са листните зеленчуци, зърнените култури, бобовите и горските култури (касис, цариградско грозде), млечните продукти, яйцата, черния дроб и бъбреците на животните.
Аспекти на околната среда
Биологичните характеристики на молибдена налагат повишени изисквания за обезвреждане на отпадъците от преработката на руден материал, стриктно спазване на технологичния процес в предприятията за предотвратяване на негативно въздействие върху здравето на работещия персонал и природата.
Трябва да се вземат всички мерки за предотвратяване на навлизането на преработени продукти в подпочвените води. Трябва да се има предвид, че растенията имат способността да абсорбират и натрупват молибден, така че съдържанието му в леторастите и листата може да надвиши допустимите концентрации. Тази зелена масаможе да бъде опасно за животните. За да се предотврати разпространението на използваната скала от ветрове, сметищата се покриват със слой пръст.
Тенденции на световния пазар на молибден
С началото на световната финансова криза световното потребление на молибден спадна с 9%. Изключение беше Китай, където има увеличение с до 5%. Отговорът на резкия спад на потребителското търсене през 2009 г. беше намаляването на обемите на производството. Беше възможно да се доближи до предишното ниво на производство само след четири години, а през 2014 г. беше зададен нов максимум от 245 хил. тона. Китай остава основният потребител и производител на молибден и неговите продукти.
Плътността и невероятните свойства на молибдена го направиха незаменим за приложения на стомана и сплави, където се изисква комбинация от леко тегло, висока якост и устойчивост на корозия. Прогнозираният ръст на броя на атомните електроцентрали, други енергийни и промишлени съоръжения, разработването на нови нефтени и газови находища в тежките условия на Далечния север и Арктика неизбежно ще доведат до увеличаване на търсенето на молибден и неговите производни.
