چگالی مولیبدن، خواص فیزیکی و مکانیکی آن، ترکیبات، کاربردها

2024 نویسنده: Angel Austin | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-17 05:24

فلز مولیبدن نام خود را مدیون شباهت ظاهری دی سولفید مولیبدن به سنگ سرب - گالن است (نام یونانی سرب مولیبدوس است).

سابقه کشف عنصر

در قرون وسطی در اروپا، مولیبدن را سه کانی با ترکیبات مختلف، اما تقریباً از نظر رنگ و ساختار کانی مشابه می نامیدند - گالن (Pbs)، مولیبدنیت (MoS₂).) و گرافیت (C). به هر حال، ماده معدنی "درخشش مولیبدن" (نام دیگر مولیبدنیت) به عنوان سرب برای مدادها استفاده می شد که یک علامت خاکستری مایل به سبز روی ورق باقی می گذاشت.

فلز مولیبدن، ۴۲ عنصر از سیستم تناوبی مندلیف، زادگاه سوئد در نظر گرفته می شود. در سال 1758، شیمیدان و کانی شناس این کشور، کاشف نیکل، اکسل کرونستد، پیشنهاد کرد که کانی های فوق ماهیت کاملاً متفاوتی دارند. دو دهه بعد، هموطنش، شیمیدان داروسازی از کوپینگ، کارل شیله، اسید مولیبدیک را به شکل یک رسوب سفید ("زمین سفید") با جوشاندن مولیبدنیت در اسید نیتریک غلیظ به دست آورد. دانشمند به طور شهودی دریافت که اگر اسید مولیبدیک با زغال سنگ کلسینه شود، می توان آن را جدا کرد.فلز. او که کوره مناسبی نداشت، نمونه هایی را برای پیتر گلم فرستاد که در سال 1782 فلز جدیدی را با مقدار زیادی ناخالصی کاربید جدا کرد. همکاران نام عنصر را "مولیبدن" گذاشتند (فرمول جدول تناوبی Mo است).

فلز نسبتاً خالص تنها در سال 1817 توسط ینس برزلیوس، رئیس آکادمی علوم سوئد به دست آمد.

ویژگی یک ماده ساده

روش تولید تأثیر زیادی بر خواص فیزیکی مولیبدن و ظاهر آن دارد. پودر فلز، بلنک ها و میله ها قبل از پخت - خاکستری تیره. پالت محصولات نورد فرآوری شده بسیار غنی تر است - از تقریباً سیاه تا نقره ای روشن. چگالی مولیبدن 28/10 تن در مترمربع است³. این فلز در دمای 2623 درجه سانتی گراد ذوب می شود و در دمای 4639 درجه سانتی گراد می جوشد. مولیبدن کاملاً خالص دارای چکش خواری و شکل پذیری عالی است که نورد و مهر زنی آسان را تضمین می کند. یک قطعه کار با قطر حداکثر 12 میلی متر، حتی در دمای اتاق، می تواند آزادانه با یک گره دوتایی بسته شود یا به یک فویل نازک باز شود. این فلز رسانایی الکتریکی خوبی دارد. وجود ناخالصی ها سختی و شکنندگی را افزایش می دهد و تا حد زیادی خواص مکانیکی مولیبدن را تعیین می کند.

اتصالات اصلی

به عنوان بخشی از مواد پیچیده، این عنصر درجه متفاوتی از اکسیداسیون از +2 تا بالاترین را نشان می دهد (ترکیبات دوم پایدارترین هستند)، که خواص شیمیایی مولیبدن را تعیین می کند. این فلز با ترکیباتی با اکسیژن و هالوژن (MoO₃، MoCl5) و مولیبدات ها (نمک های مولیبدیک اسید) مشخص می شود.واکنش های اکسیداسیون فقط در دماهای بالا (از 600 درجه سانتیگراد) امکان پذیر است. افزایش بیشتر باعث تعامل مولیبدن با کربن، فسفر و گوگرد می شود. به خوبی در اسید نیتریک یا سولفوریک گرم شده حل می شود.

اسیدهای فسفریک، آرسنیک، بوریک و سیلیسیک ترکیبات پیچیده ای را با مولیبدن تشکیل می دهند. معروف ترین و رایج ترین نمک فسفومولیبدات آمونیوم است. مواد حاوی مولیبدن با یک پالت رنگی گسترده و سایه های مختلف متمایز می شوند.

فناوری استخراج سنگ معدن مولیبدن

تولید صنعتی مولیبدن کاملاً خالص فقط در قرن بیستم تسلط یافت. فرآوری شیمیایی سنگ معدن مولیبدن با بهره گیری از آن انجام می شود: پس از آسیاب در سنگ شکن ها و آسیاب های گلوله ای، روش اصلی پنج یا شش فلوتاسیون است. نتیجه غلظت بالای (تا 95٪) دی سولفید مولیبدن در ماده خام است.

گام بعدی و مهم ترین شلیک است. در اینجا ناخالصی های نامطلوب آب، گوگرد، بقایای معرف های فلوتاسیون حذف شده و دی سولفید مولیبدن به تری اکسید اکسید می شود. تمیز کردن بیشتر به روش های مختلفی امکان پذیر است، اما موارد زیر محبوب ترین آنها هستند:

روش

آمونیاک که در آن ترکیبات مولیبدن به طور کامل حل می شوند و ناخالصی ها حذف می شوند؛

تصعید در دمای 900 تا 1100 درجه سانتیگراد. نتیجه - غلظت MoO₃ به 90-95% افزایش می یابد.

تولید صنعتی مولیبدن فلزی

عبور هیدروژن از تری اکسید مولیبدن خالص شده (در آزمایشگاه هایکاهش اغلب از کربن یا گازهای حاوی کربن، آلومینیوم، سیلیکون) پودر فلز استفاده می شود. این فرآیند در کوره های لوله ویژه با افزایش تدریجی دما از 500 تا 1000 درجه سانتی گراد انجام می شود.

زنجیره فرآیند تولید فلز مولیبدن فشرده شامل:

• فشار دادن. این فرآیند در قالب های فولادی تحت فشار تا 300 مگاپاسکال انجام می شود. جزء اتصال دهنده محلول الکل گلیسیرین است. حداکثر بخش خالی ها (خنجرها) از 16 سانتی متر تجاوز نمی کند² و طول آن ها 600 سانتی متر است.برای نمونه های بزرگتر از فرم های لاستیکی یا پلیمری استفاده می شود. پرس در محفظه های کاری که در آن مایع تحت فشار بالا تزریق می شود، انجام می شود.
• تف جوشی. در دو مرحله اتفاق می افتد. اولین - دمای پایین، به مدت 30-180 دقیقه (بسته به اندازه قطعه کار)، در کوره های صدا خفه کن در فضای هیدروژن در دمای 1200 درجه سانتیگراد انجام می شود. در مرحله دوم (جوشکاری)، قطعه کار تا دمای نزدیک به نقطه ذوب (2400-2500 درجه سانتیگراد) گرم می شود. در نتیجه تخلخل کاهش می یابد و چگالی مولیبدن افزایش می یابد.

پرهای بزرگ با وزن حداکثر 3 تن در کوره های القایی، پرتو الکترونی یا قوس تف جوشی می شوند. این فرآیند با پردازش مکانیکی محصولات متخلخل تکمیل می شود.

ثروتمندترین سپرده

مولیبدن عنصر نسبتاً کمیاب در پوسته زمین و در کل جهان است. از بین دوجین ماده معدنی موجود در طبیعت، تنها مولیبدنیت از اهمیت صنعتی قابل توجهی برخوردار است.(MoS₂). منابع آن بی پایان نیست و فناوری های استخراج فلز از پاولیت ها و مولیبدات ها قبلاً توسعه یافته است. بسته به ترکیب معدنی و شکل بدنه‌های کانه، کانسارها به رگه‌ای، رگه‌ای و اسکارنی تقسیم می‌شوند.

ذخایر اثبات شده جهانی این عنصر به ۱۹ میلیون تن می رسد که تقریباً نیمی از آن در چین است. از سال 1924، بزرگترین ذخایر مولیبدن معدن Climax (ایالات متحده آمریکا، کلرادو) با محتوای متوسط تا 0.4٪ بوده است. اغلب، استخراج سنگ معدن مولیبدن همراه با استخراج مس و تنگستن انجام می شود.

در روسیه، ذخایر مولیبدن به 360 هزار تن می رسد. از 10 ذخایر اکتشاف شده، تنها 7 مورد از نظر تجاری توسعه یافته اند:

• Sorsskoe and Agaskyrskoe (Khakassia);
• Bugdainskoe and Zhirekenskoe (Transbaikalia شرقی);
• Orekitkanskoe (Buryatia);
• Labash (Karelia);
• Tyrnyauz (شمال قفقاز).

تولید به دو روش باز و بسته انجام می شود.

راز شمشیرهای سامورایی

برای چندین قرن، اسلحه سازان و دانشمندان اروپایی با رمز و راز تیزی و قدرت شمشیرهای ژاپنی باستان از آغاز هزاره دوم دست و پنجه نرم می کردند و تلاش ناموفقی برای ساخت همان سلاح های لبه دار با کیفیت بالا داشتند. تنها در پایان قرن نوزدهم، با کشف ناخالصی‌های مولیبدن در فولاد ژاپنی، می‌توان این معما را حل کرد.

برای اولین بار، استفاده صنعتی از مولیبدن به عنوان یک افزودنی آلیاژی برای بهبود کیفیت فولاد (که به آن سختی و چقرمگی می بخشد) در سال 1891 توسط اشنایدر تسلط یافت.& Co از فرانسه.

جنگ جهانی اول به عنوان یک محرک مهم برای توسعه متالورژی مولیبدن عمل کرد. قابل توجه است که ضخامت زره جلویی تانک های انگلیسی-فرانسوی که به راحتی توسط پوسته های آلمانی با همان کالیبر سوراخ می شود، با افزودن 1.5-2٪ مولیبدن به فولاد صفحات زرهی از 75 میلی متر به 25 میلی متر کاهش یافت. این به طور قابل توجهی قدرت دستگاه را افزایش داد.

کاربرد مولیبدن

بیش از 80 درصد از کل مولیبدن مورد استفاده در صنعت به متالورژی آهنی اختصاص دارد. بدون آن، تولید چدن مقاوم در برابر حرارت، فولادهای سازه ای و ابزار غیر قابل تصور است. یک بخش وزنی عنصر که کیفیت فولاد را بهبود می بخشد معادل دو قسمت وزنی تنگستن است. از آنجایی که چگالی مولیبدن دو برابر کمتر است، آلیاژهای آن به طور قابل توجهی از نظر کیفیت نسبت به آلیاژهای تنگستن در دمای عملیاتی زیر 1370 درجه سانتیگراد برتری دارند. فولادهای مولیبدنی خود را برای کربورسازی بهتر می‌کنند.

مولیبدن در صنایع رادیو الکترونیک، شیمیایی و رنگ مورد تقاضا است. در مهندسی مکانیک به عنوان یک ماده مقاوم در برابر حرارت استفاده می شود. در کشاورزی، محلول های ضعیف ترکیبات عناصر به طور قابل توجهی جذب عناصر غذایی توسط گیاهان را بهبود می بخشد. باید در نظر داشت که مولیبدن در مقادیر زیاد اثر سمی بر موجودات زنده و گیاهی دارد و بر محیط زیست تأثیر منفی می گذارد.

اهمیت بیولوژیکی

در رژیم غذایی انسان ها و حیوانات، مولیبدن یکی از مهمترین عناصر کمیاب است. به شکل یک فرم بیولوژیکی فعال -کوآنزیم مولیبدن - (Moco) برای اجرای فرآیندهای کاتابولیک در بافت‌های زنده ضروری است.

تحقیق در زمینه فعالیت ضد سرطانی مولیبدن بسیار امیدوارکننده به نظر می رسد. بروز بالای سرطان دستگاه گوارش در میان جمعیت شهر لین شیان (استان هونان، چین) پس از ورود کودهای معدنی حاوی مولیبدن به خاک به میزان قابل توجهی کاهش یافت.

در موارد نادر کمبود عنصر در بدن انسان، اختلال در جهت گیری فضایی، نقص های مغزی، ناهنجاری های ذهنی و سایر بیماری های عصبی شدید ممکن است ایجاد شود. دوز روزانه مولیبدن برای بزرگسالان از 100 تا 300 میکروگرم است. هنگامی که آن را به 5-15 میلی گرم افزایش می دهد، مسمومیت سمی اجتناب ناپذیر است، تا 50 میلی گرم - مرگ. غني ترين موليبدن سبزيجات برگ دار، غلات، حبوبات و انواع توت ها (انگور فرنگی سياه، انگور فرنگی)، محصولات لبنی، تخم مرغ، جگر و كليه حيوانات است.

جنبه های زیست محیطی

ویژگی های بیولوژیکی مولیبدن الزامات بیشتری را برای دفع ضایعات حاصل از فرآوری مواد معدنی، پیروی دقیق از فرآیند فناوری در شرکت ها برای جلوگیری از تأثیر منفی بر سلامت پرسنل و طبیعت اعمال می کند.

همه اقدامات باید برای جلوگیری از ورود محصولات فرآوری شده به آب های زیرزمینی انجام شود. باید در نظر داشت که گیاهان توانایی جذب و تجمع مولیبدن را دارند، بنابراین محتوای آن در شاخساره و برگ ممکن است از غلظت های مجاز فراتر رود. این توده سبزممکن است برای حیوانات خطرناک باشد برای جلوگیری از گسترش بادهای سنگ استفاده شده، محل های تخلیه را با لایه ای از خاک پوشانده اند.

روند در بازار جهانی مولیبدن

با شروع بحران مالی جهانی، مصرف جهانی مولیبدن 9 درصد کاهش یافت. استثنا چین بود که تا 5 درصد افزایش داشت. پاسخ به کاهش شدید تقاضای مصرف کننده در سال 2009 کاهش حجم تولید بود. نزدیک شدن به سطح قبلی تولید تنها پس از چهار سال ممکن شد و در سال 2014 حداکثر 245 هزار تن تعیین شد. چین همچنان مصرف کننده و تولید کننده اصلی مولیبدن و محصولات آن است.

چگالی و خواص شگفت انگیز مولیبدن آن را برای کاربردهای فولادی و آلیاژی که ترکیبی از وزن سبک، استحکام بالا و مقاومت در برابر خوردگی مورد نیاز است، ضروری کرده است. رشد پیش‌بینی‌شده تعداد نیروگاه‌های هسته‌ای، سایر تأسیسات انرژی و صنعتی، توسعه میادین جدید نفت و گاز در شرایط سخت شمال دور و قطب شمال به ناچار منجر به افزایش تقاضا برای مولیبدن و مشتقات آن خواهد شد.