Molübdeeni töötlemine, maagi ettevalmistamine kasutamiseks erinevates toodetes.
Molübdeen (Mo) on valge plaatinataoline metall, mille sulamistemperatuur on 2610 ° C (4730 ° F). Puhtas olekus on see sitke ja plastiline ning seda iseloomustab mõõdukas karedus, kõrge soojusjuhtivus, kõrge korrosioonikindlus ja madal paisumistegur. Teiste metallidega legeerimisel soodustab molübdeen kõvenemist ja sitkust, suurendab tõmbetugevust ja libisemiskindlust ning soodustab üldiselt ühtlast kõvadust. Väikesed molübdeeni kogused (kuni 1 protsent) parandavad maatriksi materjali kulumiskindlust, korrosioonivastaseid omadusi ning tugevust ja tugevust kõrgel temperatuuril. Molübdeen on seetõttu oluline lisaaine teraste ja väga keerukate värviliste supersulamite tootmisel.
Kuna molübdeeni aatomil on samad omadused nagu volframil, kuid ainult umbes pool selle aatommassist ja -tihedusest, asendab see eelistatult legeerterastes volframi, võimaldades saavutada sama metallurgilise efekti poole rohkem metallist. Lisaks on kaks selle välimist elektronrõngast puudulikud; see võimaldab sellel moodustada keemilisi ühendeid, kus metall on di-, tri-, tetra-, penta- või heksavalentne, võimaldades mitmesuguseid molübdeeni keemilisi tooteid. See on oluline tegur ka selle märkimisväärsete katalüütiliste omaduste osas.
Ajalugu
Ehkki metall oli iidsetes kultuurides teada ja selle mineraalseid vorme segati vähemalt 2000 aastat grafiidi ja pliimaagi galenaga, ei avastatud ega tuvastatud molübdeeni ametlikult enne 1778. aastat, mil Rootsi keemik ja apteeker Carl Wilhelm Scheele tootis molübdeenoksiidi rünnates pulbristatuna molybdenite (meremagustraalide 2) kontsentreeritud lämmastikhapet ja aurutades jääk kuivaks. Scheele'i soovituse kohaselt valmistas teine Rootsi keemik Peter Jacob Hjelm 1781. aastal esimese metallilise molübdeeni, kuumutades tiiglis kõrgel temperatuuril molübdeensest oksiidist ja linaseemneõlist valmistatud pastat. 19. sajandil uurisid saksa keemik Bucholtz ja rootslane Jöns Jacob Berzelius süstemaatiliselt molübdeeni keerulist keemiat, kuid alles 1895. aastal tootis prantsuse keemik Henri Moissan esimese keemiliselt puhta (99,98 protsenti) molübdeeni metalli, vähendades seda seda süsinikuga elektriahjus, võimaldades seeläbi metalli ja selle sulamite teaduslikke ja metallurgilisi uuringuid.
1894. aastal viis prantsuse relvatootja Schneider SA Le Creusoti tehastes molübdeeni soomuse katmiseks. 1900. aastal esitlesid kaks ameerika inseneri FW Taylor ja P. White Pariisis Exhibition Universelle'is esimest molübdeenil põhinevat kiiret teraset. Samal ajal kasutasid Marie Curie Prantsusmaal ja JA Mathews USA-s püsimagnetite valmistamiseks molübdeeni. Kuid alles pärast I maailmasõda kutsus esile volframi äge puudus, kasutati molübdeeni massiliselt relvade, soomuse plaadistamise ja muu sõjalise riistvara valmistamiseks. 1920ndatel olid molübdeeni kandvad sulamid esimesed rahuaja rakendused, algul autotööstuses ja seejärel roostevabast terasest. Järgmisel kümnendil saavutasid nad oma heakskiidu kiirterastes ja pärast II maailmasõda kasutati neid lennunduses - eriti reaktiivmootorites, mis pidid taluma kõrgeid töötemperatuure. Hiljem laienes nende kasutamine rakettideni. Peale legeerteraste kasutatakse molübdeeni supersulamites, kemikaalides, katalüsaatorites ja määrdeainetes.
Maagid
Ainus kaubanduslikult elujõuliseks mineraalainet tootmiseks molübdeeni on tema disulfiidi (meremagustraalide 2), leitud molybdenite. Peaaegu kõik maagid saadakse porfüüriga levitatud maardlatest. Need on kas primaarsed molübdeeni hoiused või keerulised vask-molübdeeni hoiused, millest molübdeen saadakse koprodukti või kõrvalsaadusena. Esialgsed hoiused, mis sisaldavad 0,1–0,5 protsenti molübdeeni, on ulatuslikud. Ka vaskporfüürid on väga suured hoiused, kuid nende molübdeeni sisaldus varieerub vahemikus 0,005 kuni 0,05 protsenti. Ligikaudu 40 protsenti molübdeenist tuleb primaarsetest kaevandustest, ülejäänud 60 protsenti on vase (või mõnel juhul ka volframi) kõrvalsaadus.
Umbes 64 protsenti taaskasutatavatest ressurssidest leitakse Põhja-Ameerikast, neist kaks kolmandikku moodustab USA. Veel 25 protsenti on Lõuna-Ameerikas ja tasakaal on peamiselt Venemaal, Kasahstanis, Hiinas, Iraanis ja Filipiinidel. Euroopas, Aafrikas ja Austraalias on molübdeenimaakide sisaldus väga halb. Suurimate molübdeeni tootjate hulka kuuluvad Hiina, USA, Tšiili, Peruu, Mehhiko ja Kanada.
Kaevandamine ja kontsentreerimine
Molübdeeni ja vask-molübdeeni porfüüre kaevandatakse avakaevu või maa-aluse meetodiga. Pärast maagi peenestamist ja jahvatamist eraldatakse metallilised mineraalid kõvadest mineraalidest (või üksteisest molübdeenist ja vasest) flotatsiooniprotsesside abil, kasutades mitmesuguseid reagente. Kontsentraatide sisaldada vahemikus 85 ja 92 protsenti meremagustraalide 2 ja väikesed vask (vähem kui 0,5 protsenti) kui molübdeeni eritub kõrvalsaaduseks vask.
Ekstraheerimine ja rafineerimine
Tehniline molübdeenoksiid
Ligikaudu 97 protsenti MoS 2-st tuleb selle kaubanduslikku sihtkohta jõudmiseks muundada tehniliseks molübdeensoksiidiks (85–90 protsenti MoO 3). Selline muundamine toimub peaaegu üldiselt Nichols-Herreshoffi tüüpi mitme ahjuga ahjudes, millesse juhitakse molübdeenikontsentraat ülalt vastu kuumutatud õhuvoolu ja põhjast puhutud gaase. Igal koldel on neli õhkjahutusega õlga, mida pöörab õhkjahutusega võll; relvad on varustatud rabestusteradega, mis rehkendavad materjali rösti välisküljele või keskele, kus materjal langeb järgmise koldeni. Esimeses põranda- kontsentraat eelkuumutatakse ja floteerimisvõimsuse reaktiive süüdata, algatades ümberkujundamise meremagustraalide 2 viiakse MoO 3. Seda eksotermilist reaktsiooni, mis jätkub ja intensiivistub järgmistes koldes, kontrollib hapniku reguleerimine ja vajadusel pihustid, mis jahutavad ahju. Temperatuur ei tohiks tõusta üle 650 ° C (1200 ° F), mis on punkt, kus MoO 3 sublimeerub või aurustub otse tahkisest. Protsess on lõppenud, kui kaltsiinide väävlisisaldus langeb alla 0,1 protsendi.
Keemiliselt puhas molübdeenoksiid
Tehnilisest molübdeenoksiidist valmistatakse briketti, mis juhitakse otse ahjudesse legeerteraste ja muude valutoodete valmistamiseks. Neid kasutatakse ka ferromolübdeeni valmistamiseks (vt allpool), kuid kui soovitakse rohkem puhastatud molübdeenitooteid, näiteks molübdeenkemikaalid või metalliline molübdeen, siis tuleb tehniline MoO 3 rafineerida keemiliselt puhtaks MoO 3 sublimeerimise teel. See viiakse läbi elektriliste retrostiilidega temperatuuril vahemikus 1200 kuni 1250 ° C (2200 ja 2300 ° F). Ahjud koosnevad molübdeentraadist kuumutuselementidega keritud kvartstorudest, mis on kaitstud oksüdeerumise eest tulekindlate telliste ja puusöe seguga. Torud on horisontaaltasapinnast 20 ° kaldu ja pööratud. Sublimeeritud aurud pühitakse torudest õhu kaudu ja kogutakse filtrikottide juurde viivate kapuutside abil. Kogutakse kaks eraldi fraktsiooni. Esimene vastab 2–3 protsendilise laengu aurustumisele ja sisaldab enamikku lenduvatest lisanditest. Viimane fraktsioon on puhas MoO 3. Selle puhtus peab olema 99,95 protsenti, et see sobiks ammooniummolübdaadi (ADM) ja naatriummolübdaadi valmistamiseks, mis on lähtematerjalid igasugustele molübdeenkemikaalidele. Need ühendid saadakse lastes keemiliselt puhas MoO 3 ammoniaagi vesilahusega või naatriumhüdroksiidi. Ammooniummolübdaat sellisel kujul, valgeid kristalle, testides 81-83 protsenti MoO 3 või 54-55 protsenti molübdeeni. See lahustub vees ja seda kasutatakse molübdeenkemikaalide ja katalüsaatorite, samuti metallilise molübdeenipulbri valmistamiseks.
Molübdeenmetall
Puhtast MoO 3-st või ADM- ist valmistatakse metallilist molübdeeni elektriliselt kuumutatavates torudes või muhvelahjudes, millesse sissevoolu vastuvool juhitakse vesinikku. Tavaliselt on kaks etappi, milles MoO 3 või ADM redutseeritakse kõigepealt dioksiidiks ja seejärel metallipulbriks. Need kaks etappi võib läbi viia kahes erinevas ahjus, mille vahel on jahutus, või võib kasutada kahetsoonilist ahju. (Mõnikord kasutatakse kontrollita reaktsiooni vältimiseks ja paagutamise vältimiseks kolmeastmelist protsessi, mis algab madalal temperatuuril 400 ° C või 750 ° F.) Kaheetapilises protsessis on kaks molübdeeniga pikka muhvelahju saab kasutada traadi kuumutuselemente. Esimene redutseerimine viiakse läbi kerge terasest “paatides”, mis mahutavad 5–7 kilogrammi (10–15 naela) oksiidi ja mida söödetakse 30-minutise intervalliga. Ahju temperatuur on 600–700 ° C (1100–1 300 ° F). Esimesest ahjust saadud toode lagundatakse ja juhitakse nikkelpaatides sama kiirusega teise ahju, mis töötab temperatuuril 1000–1 100 ° C (1800–2 000 ° F), mille järel metallipulber sõelutakse. Puhtaim pulber, mis sisaldab 99,95 protsenti molübdeeni, saadakse ADM redutseerimise teel.
Äärmiselt kõrge sulamistemperatuuri tõttu ei saa molübdeeni tavapäraste meetoditega sulatada kvaliteetseteks valuplokkideks. Seda saab aga hõlpsasti elektrikaarena sulatada. Ühes sellises Parke ja Ham poolt välja töötatud protsessis pressitakse molübdeenipulber pidevalt vardaks, mis paagutatakse osaliselt elektritakistuse abil ja sulatatakse selle lõpus elektrikaarena. Sulatud molübdeen deoksüdeeritakse pulbrile lisatud süsiniku abil ja see valatakse vesijahutusega vaskvormi.
