Молибден – полезные свойства и перспективы металла

Нахождение в природе

Нахождение в природе свободного молибдена не зафиксировано. Зато выявлено два десятка минералов на его основе. Самые примечательные: молибденит, молибдит, вульфенит.

Молибденит из Австралии

В земной коре элемент распределен равномерно. Также обнаружен в реках, морях, ископаемых органического происхождения (зола растений, уголь, нефть). Однако суммарно массовое содержание металла – сотые доли процента.

Мировые запасы молибдена оцениваются в 11,5 млн. тонн.

Крупными месторождениями располагают Австралия, обе Америки (США, Канада, Мексика, Чили). В Европе – Россия и Норвегия.

Добыча ведется закрытым либо карьерным способом.

Металл обнаружен в космосе. Его концентрации зашкаливают в системах с центральной звездой – красным (сверх)гигантом и нейтронной звездой внутри него.

Добыча

Залежи молибдена и его добыча по странам

Генетические группы и промышленные типы месторождений

1. Контактово-метасоматические (скарновые).

2. Гидротермальные.

А. Высокотемпературные (грейзеновые). Б. Среднетемпературные. а. кварц-молибденитовые. б. кварц-сфалерит-галенит-молибденитовые. в. кварц-халькопирит-молибденитовые (меднопорфировые руды). г. настуран-молибденитовые.

Как был открыт

История открытия элемента начинается со второй половины 18 века.

Блестящий металл серебристо-белого цвета

Она написана тремя учеными:

• Шведский химик Карл Шееле получил оксид.
• Француз Пьер Гьельм выделил металл. Но его чистота была символической.
• Получение металла почти без «грязи» – заслуга патриарха европейских химиков шведа Йенса Берцелиуса. Случилось это на заре 19 века.

Через столетие началась эпоха расцвета металла.

Молибденовая сталь выплавлялась тоннами для нужд армий, воевавших на фронтах Первой мировой войны.

Позже разработали технологию получения металла методом порошковой металлургии.

У названия элемента древнегреческое происхождение: μόλυβδος означает «свинец».

Путаницу породил молибденит. Его получили первым, но блеском вещество копировало свинец.

По той же причине до 18 века молибденом именовали графит.

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%.

Данное разделение носит условный характер. Более подробные сведения можно получить непосредственно в пунктах приема металлолома города Москва или другом регионе России.

Молибден (лат. molybdaenum) — химический элемент с атомным номером 42 и атомной массой 95,94. Обозначается символом Mo. Это ковкий переходный металл, который имеет серый цвет со стальным оттенком в свободном состоянии и становится серо-черным в диспергированном виде. Открыто порядка 20 минералов молибдена, а в свободном виде он не встречается.

Название металла происходит из греческого слова «молибдос», что в переводе означает «свинец». Такое название было выбрано из-за того, что минеральный молибден имеет характерный блеск, очень похожий на блеск свинца.

В 1778 году шведский химик К. Шееле впервые получил минеральный молибденит путем прокаливания молибденовой кислоты. Еще один шведский химик П. Гьельм получил молибден в виде нечистого металла в 1781 году и только в 1817 году Й. Берцелиусу удалось вывести этот элемент в чистом виде.

Физико-химические характеристики

Молибден наделен многими достоинствами:

• Упругость, практически нулевое расширение при нагреве, стойкость к жару, коррозии.
• Электропроводность выше железа.
• Механическая прочность выше только у вольфрама. Но под давлением молибден обрабатывается проще.
• Главное химическое свойство металла – устойчивость перед почти всеми щелочными растворами, агрессивными кислотами независимо от их концентрации и температуры.

Недостатки металла: хрупкость при сварке, незначительная пластичность.

Отрицательные характеристики молибдена проявляются только при сверхнизких температурах или некорректном использовании.

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.

Марки и сплавы

Промышленностью используется молибден как чистый металл, с присадками и сплавы.

Номенклатура марок включает десятки позиций. Самых распространенных несколько:

Добавки Mo (менее процента) к конструкционным сталям кратно увеличивают их вязкость, прочность, противодействие коррозии.

Для повышения твердости металлом снабжают кобальтово-хромовые сплавы.

У сплавов «молибден + никель + кобальт + хром» повышается сопротивляемость кислотам и термовоздействию.

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.

Получение молибдена

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.

Где используется

Тугоплавкость, многообразие и легкость обработки металла, другие физические и химические свойства определили сферы использования продуктов из него.

Металлургия

Главный потребитель сырья – металлургия. Ее продукция из молибдена – проволока, прутки, порошок, лист, штабик.

Порошок молибденовый

Это заготовки для ассортимента изделий, производимых почти всеми отраслями промышленности.

Другие отрасли

Львиную долю продукции из молибдена, сплавов металла забирают производители радио- и электрических ламп, радиоэлектроники.

Материала хватает и на другие цели:

• Пресс-формы, детали машин для литья сплавов под давлением.
• Электровакуумное производство (рентгеновские трубки).
• Положительный электрод источников тока на основе лития.
• Оболочки деталей ядерных реакторов.
• Нагреватели электропечей, функционирующих в жестких условиях.
• Внешний слой «носового» сегмента корпуса сверхзвуковых самолетов.
• Электроды для выплавки стекла.
• Катализ химических реакций.
• Лаки, краски для фарфора, текстиля, мехов.

Эта продукция создается на основе природных соединений и сплавов металла.

Новейшее направление применения молибдена – космическая техника.

Ассортимент: узлы ракетных (ионных, плазменных) двигателей; обшивка спускаемых аппаратов; теплообменники. Здесь свойства молибдена корректируют сплавы с ниобием и танталом.

Чистый кристаллический Mo используется как компонент зеркал для лазеров специального назначения.

Микродозы металла добавляют в сельхозудобрения.

Достоинства / недостатки

Достоинства:
• имеет высокую точку плавления, а следовательно — жаропрочность;
• т.к. плотность данного металла (10200 кг/м 3 ) почти в два раза меньше плотности вольфрама (19300 кг/м 3 ), то сплавы на основе молибдена обладают значительно большей удельной прочностью (при температурах ниже 1370 °С);
• имеет высокий модуль упругости;
• малый температурный коэффициент расширения;
• обладает хорошей термостойкостью;
• малое сечение захвата тепловых нейтронов;
• для молибдена характерна высокая коррозионная стойкость. Данный металл устойчив в большей части щелочных растворов, а также в серной, соляной и плавиковой кислотах при разных температурах и концентрациях.

Недостатки:
• обладает небольшой окалийностью;
• высокая хрупкость сварных швов;
• малая пластичность при низких температурах;
• упрочнение нагартовкой можно использовать лишь до 700-800 °С, при более высоких температурах происходит разупрочнение из-за возврата.

Значение для человека

Влияние молибдена на живые организмы изучили к середине 20 века.

Выяснилось, что данный микроэлемент:

1. Регулирует синтез аминокислот.
2. Активирует антиоксиданты, включая аскорбиновую кислоту.
3. Входит в состав ферментов, системы тканевого дыхания.

О Mo-дефиците в организме сигнализирует ослабление иммунитета (быстрая утомляемость, частая заболеваемость).

Токсична молибденовая пыль. Ее длительное вдыхание провоцирует заболевания крови, необратимое разрушение легких.

Влияние легирующих элементов на жаропрочность аустенитных сталей

В этой статье мы поговорим о влиянии некоторых легирующих элементов на жаропрочность сталей. На складе компании ООО “Новьсталь” к таким сталям относится прокат марки 20х23н18

Влияние титана

В жаропрочных сталях и сплавах с карбидным упрочнением титан, вводимый в небольших количествах (0,1—0,3%), улучшает их длительную прочность . При введении в больших количе­ствах в сложнолегированные жаропрочные стали с углеродом титан понижает твердость и прочностные характеристики и повы­шает пластические свойства при комнатной и высоких темпера­турах. Изменения механических свойств обусловлены тем, что титан связывает углерод в стойкие карбиды, которые в процессах диспер­сионного упрочнения участия не принимают. Поэтому процесс образования карбидов хрома и ванадия в присутствии титана при отношении Ti : С > 5 сильно ослабляется и сталь становится мало склонной к упрочнению за счет дисперсионного твердения . В жаропрочных сплавах с интерметаллидным упрочнением на базе у-твердого раствора титан является легирующим элемен­том, который сильно повышает жаропрочные свойства за счет процессов дисперсионного твердения, связанных с образованием у’-фазы типа Ni3 (TiAl). Переменная по температуре растворимость титана в у-твердых растворах зависит от содержания хрома и других легирующих элементов и определяет кинетику образования у’-фазы при старении предварительно закаленного на твердый раствор сплава.

Маркировка нержавеющей стали

В России и странах СНГ принята буквенно-цифровая система, согласно которой цифрами обозначается содержание элементов стали, а буквами — наименование элементов. Общими для всех обозначениями являются буквенные обозначения легирующих элементов: Н — никель, Х — хром, К — кобальт, М — молибден, В — вольфрам, Т — титан, Д — медь, Г — марганец, С — кремний.

Стали нержавеющие стандартные, согласно ГОСТ 5632-72, маркируют буквами и цифрами (например, 08Х18Н10Т). В США существует несколько систем обозначения металлов и их сплавов. Это объясняется наличием нескольких организаций по стандартизации, к ним относятся АMS, ASME, ASTM, AWS, SAE, ACJ, ANSI, AJS. Вполне понятно, что такая маркировка требует дополнительного разъяснения и знания при торговле металлом, оформлении заказов и т. п.

Европа (EN)

Германия (DIN)

США (AISI)

Япония (JIS)

СНГ (ГОСТ)

Из всего многообразия марок мы используем в своём производстве три основные — AISI 304, AISI 316 и AISI 430.

Современная классификация нержавеющей стали

Нержавеющая сталь – это разновидность легированной стали, устойчивая к коррозии за счет содержания хрома. В присутствии кислорода образуется оксид хрома, который создает на поверхности стали инертную пленку, защищающую все изделие от неблагоприятных воздействий.

Не каждая марка нержавеющей стали демонстрирует устойчивость хромоксидной пленки к механическим и химическим повреждениям. Хотя пленка восстанавливается под воздействием кислорода, были разработаны специальные марки нержавейки для применения в агрессивных средах.

Первый условный тип разбиения на группы:

• Пищевая
• Жаропрочная сталь
• Кислотостойкая сталь

Второй тип классификации — по микроструктуре:

• Аустенитные (Austenitic)
  — не магнитная сталь с основными составляющими 15-20% хрома и 5-15% никеля который увеличивает сопротивление коррозии. Она хорошо подвергается тепловой обработке и сварке. Именно аустенитная группа сталей наиболее широко используется в промышленности и в производстве элементов крепежа.
• Мартенситные (Martensitic)
  — значительно более твердые чем аустетнитные стали и могут быть магнитными. Они упрочняются, закалкой и отпуском подобно простым углеродистым сталям, и находят применение главным образом в изготовлении столовых приборов, режущих инструментов и общем машиностроении. Больше поддвержены коррозии.
• Ферритные (Ferritic)
  стали значительно более мягкие чем мартенситные по причине малого содержания углерода. Они также обладают магнитными свойствами.