Molybdænbearbejdning, klargøring af malmen til anvendelse i forskellige produkter.
Molybdæn (Mo) er et hvidt platinlignende metal med et smeltepunkt på 2.610 ° C (4.730 ° F). I sin rene tilstand er den sej og duktil og er kendetegnet ved moderat hårdhed, høj termisk ledningsevne, høj modstand mod korrosion og en lav ekspansionskoefficient. Når det er legeret med andre metaller, fremmer molybdæn hærdbarhed og sejhed, forøger trækstyrken og krybe modstand og fremmer generelt ensartet hårdhed. Små mængder molybdæn (på 1 procent eller mindre) forbedrer slidstyrken, antikorrosive egenskaber og højtemperaturstyrke og sejhed i matrixmaterialet markant. Molybdæn er derfor et vigtigt tilsætningsmiddel til fremstilling af stål og meget sofistikerede, ikke-jernholdige superlegeringer.
Da molybdænatom har samme karakter som wolfram, men kun ca. halvdelen af dens atomvægt og densitet, erstatter det med fordel wolfram i legeret stål, hvilket gør det muligt at opnå den samme metallurgiske virkning med halvdelen så meget metal. Derudover er to af dets ydre elektronringe ufuldstændige; dette tillader det at danne kemiske forbindelser, hvor metallet er di-, tri-, tetra-, penta- eller hexa-valent, hvilket muliggør en lang række kemiske molybdænprodukter. Dette er også den væsentligste faktor i dets betydelige katalytiske egenskaber.
Historie
Selvom metallet var kendt for gamle kulturer, og dets mineralformer blev forvekslet med grafit og blymalmgalena i mindst 2000 år, blev molybdæn ikke formelt opdaget og identificeret før 1778, hvor den svenske kemiker og farmaceut Carl Wilhelm Scheele producerede molybdisk oxid ved at angribe pulveriseret molybdenit (MoS 2) med koncentreret salpetersyre og derefter inddampe remanensen til tørhed. Efter Schelees forslag producerede en anden svensk kemiker, Peter Jacob Hjelm, det første metalliske molybdæn i 1781 ved opvarmning af en pasta fremstillet af molybdisk oxid og hørfrøolie ved høje temperaturer i en digel. I løbet af det 19. århundrede udforskede den tyske kemiker Bucholtz og svensken Jöns Jacob Berzelius systematisk den komplekse kemi af molybdæn, men det var først i 1895, at en fransk kemiker, Henri Moissan, producerede det første kemisk rene (99,98 procent) molybdænmetal ved at reducere det med kulstof i en elektrisk ovn, hvilket gør det muligt at udføre videnskabelig og metallurgisk forskning i metallet og dets legeringer.
I 1894 introducerede en fransk våbenfabrikant, Schneider SA, molybdæn i rustningsplader på sine værker i Le Creusot. I 1900 præsenterede to amerikanske ingeniører, FW Taylor og P. White, det første molybdænbaserede højhastighedsstål på Exposition Universelle i Paris. Samtidig brugte Marie Curie i Frankrig og JA Mathews i USA molybdæn til at fremstille permanente magneter. Men det var først, før akut mangel på wolfram blev provoseret af første verdenskrig, at molybdæn blev brugt i massiv skala til at fremstille våben, rustning, og anden militær hardware. I 1920'erne havde molybdænbærende legeringer deres første fredstid anvendelse, oprindeligt i bilproduktion og derefter i rustfrit stål. I det følgende årti opnåede de accept i højhastighedsstål, og efter 2. verdenskrig blev de brugt inden for luftfart - især i jetmotorer, som måtte modstå høje driftstemperaturer. Senere blev deres brug udvidet til missiler. Bortset fra legeret stål bruges molybdæn i superlegeringer, kemikalier, katalysatorer og smøremidler.
malme
Det eneste kommercielt levedygtige mineral i produktionen af molybdæn er dets bisulfid (MoS 2), der findes i molybdenit. Næsten alle malme udvindes fra porfyr-spredte aflejringer. Disse er enten primære molybdænaflejringer eller komplekse kobber-molybdænaflejringer, hvorfra molybdæn udvindes som et coprodukt eller biprodukt. Primære aflejringer, der indeholder mellem 0,1 og 0,5 procent molybdæn, er omfattende. Kobberporfyr er også meget store aflejringer, men deres molybdænindhold varierer mellem 0,005 og 0,05 procent. Omkring 40 procent af molybdæn kommer fra primære miner, mens de andre 60 procent er et biprodukt af kobber (eller i nogle tilfælde wolfram).
Ca. 64 procent af de genvindelige ressourcer findes i Nordamerika, hvor USA tegner sig for to tredjedele af dem. Yderligere 25 procent er i Sydamerika, og balancen findes hovedsageligt i Rusland, Kazakhstan, Kina, Iran og Filippinerne. Europa, Afrika og Australien er meget fattige i molybdænmalm. De største producenter af molybdæn inkluderer Kina, USA, Chile, Peru, Mexico og Canada.
Minedrift og koncentrering
Molybdæn- og kobber-molybdænporfyr udvindes ved åbent hul eller ved underjordiske metoder. Når malmen er knust og formalet, separeres de metalliske mineraler derefter fra gangue-mineraler (eller molybdæn og kobber fra hinanden) ved hjælp af flotationsprocesser ved anvendelse af en lang række reagenser. Koncentraterne indeholder mellem 85 og 92 procent MoS 2 og små mængder kobber (mindre end 0,5 procent), hvis molybdæn udvindes som et biprodukt af kobber.
Ekstraktion og raffinering
Teknisk molybdisk oxid
Cirka 97 procent af MoS 2 skal omdannes til teknisk molybdisk oxid (85–90 procent MoO 3) for at nå sin kommercielle destination. En sådan omdannelse udføres næsten universelt i ovne med flammehjerter af typen Nichols-Herreshoff, hvori molybdenitkoncentrat føres fra toppen mod en strøm af opvarmet luft og gasser blæst fra bunden. Hver ildsted har fire luftkølede arme drejet af en luftkølet skaft; armene er udstyret med rabalsklinger, der raker materiale til ydersiden eller midten af brødristeren, hvor materialet falder til næste ildsted. I den første ildsted forvarmes koncentratet, og flotationsreagenserne antændes, hvilket initierer omdannelsen af MoS 2 til MoO 3. Denne eksoterme reaktion, der fortsætter og intensiveres i de følgende ildsteder, styres ved justering af ilt og af vandspray, der afkøler ovnen, når det er nødvendigt. Temperaturen bør ikke stige over 650 ° C (1.200 ° F), hvor MoO 3 sublimerer eller fordamper direkte fra fast tilstand. Processen afsluttes, når svovlindholdet i calcinerne falder til under 0,1 procent.
Kemisk rent molybdisk oxid
Teknisk molybdisk oxid fremstilles til briketter, der føres direkte i ovne for at fremstille legeret stål og andre støberier. De bruges også til at fremstille ferromolybdæn (se nedenfor), men hvis der ønskes mere oprensede molybdænprodukter, såsom molybdænkemikalier eller metallisk molybdæn, skal tekniske MoO 3 raffineres til kemisk ren MoO 3 ved sublimering. Dette udføres i elektriske retorts ved temperaturer mellem 1.200 og 1.250 ° C (2.200 og 2.300 ° F). Ovnene består af kvartsrør viklet med molybdæntråd-varmeelementer, som er beskyttet mod oxidation af en blanding af ildfast murstenpasta og trækul. Rørene hælder 20 ° fra vandret og drejes. De sublimerede dampe fejes fra rørene med luft og opsamles af hætter, der fører til filterposer. To separate fraktioner opsamles. Den første svarer til fordampning af de indledende 2–3 procent af ladningen og indeholder det meste af de flygtige urenheder. Den sidste fraktion er den rene MoO 3. Dette skal være 99,95 procent rent for at være egnet til fremstilling af ammoniummolybdat (ADM) og natriummolybdat, som er udgangsmaterialer til alle mulige molybdenkemikalier. Disse forbindelser opnås ved omsætning af kemisk ren MoO 3 med vandig ammoniak eller natriumhydroxid. Ammoniummolybdat, i form af hvide krystaller, assays 81 til 83 procent MoO 3, eller 54 og 55 i procent molybdæn. Det er opløseligt i vand og bruges til fremstilling af molybdenkemikalier og katalysatorer samt metallisk molybdænpulver.
Molybdænmetal
Produktionen af metallisk molybdæn fra ren MoO 3 eller ADM udføres i elektrisk opvarmede rør eller muffelovne, hvori brintgas indføres som modstrøm mod foderet. Normalt er der to faser, hvor MoO 3 eller ADM først reduceres til et dioxid og derefter til et metalpulver. De to trin kan udføres i to forskellige ovne med afkøling imellem, eller der kan anvendes en to-zonsovn. (Nogle gange anvendes en tretrinsproces, der begynder ved en lav temperatur på 400 ° C eller 750 ° F for at undgå en ukontrolleret reaktion og forhindre sintring.) I to-trinsprocessen to lange muffleovne med molybdæn- trådvarmeelementer kan bruges. Den første reduktion udføres i "både" af blødt stål, der har 5 til 7 kg (10 til 15 pund) oxid, der fodres med intervaller på 30 minutter. Ovnens temperatur er 600–700 ° C (1.100-1.300 ° F). Produktet fra den første ovn brækkes op og fødes med samme hastighed i nikkelbåde til en anden ovn, der arbejder ved 1.000-100 ° C (1.800-2.000 ° F), hvorefter metalpulveret screenes. Det reneste pulver, der indeholder 99,95 procent molybdæn, opnås ved reduktion af ADM.
På grund af dets ekstremt høje smeltepunkt kan molybdæn ikke smeltes til blokke af høj kvalitet ved konventionelle processer. Det kan dog let smeltes i en elektrisk lysbue. I en sådan proces, der er udviklet af Parke og Ham, presses molybdænpulver kontinuerligt ind i en stang, som delvist sintres af elektrisk modstand og smeltes ved enden i en elektrisk bue. Det smeltede molybdæn deoxideres af kulstof tilsat pulveret, og det støbes i en vandkølet kobberform.
