Il metallo molibdeno deve il suo nome alla somiglianza esteriore del bisolfuro di molibdeno con il minerale di piombo - galena (il nome greco del piombo è molybdos).
Cronologia delle scoperte degli elementi
Nel Medioevo in Europa, il molibdeno era chiamato tre minerali di diversa composizione, ma quasi simili per colore e struttura del minerale: galena (Pbs), molibdenite (MoS2) e grafite (C). A proposito, il minerale "molibdeno lucentezza" (un altro nome per molibdenite) è stato usato come mina per le matite che hanno lasciato un segno grigio-verdastro sul foglio.
Il metallo molibdeno, 42 elementi del sistema periodico di Mendeleev, è considerato il luogo di nascita della Svezia. Nel 1758, il chimico e mineralogista di questo paese, lo scopritore del nichel, Axel Cronstedt, suggerì che i suddetti minerali hanno una natura completamente diversa. Due decenni dopo, il suo connazionale, un chimico farmaceutico di Köping, Karl Scheele, ottenne l'acido molibdico sotto forma di un precipitato bianco ("terra bianca") facendo bollire la molibdenite in acido nitrico concentrato. Lo scienziato ha intuitivamente capito che se l'acido molibdico viene calcinato con il carbone, è possibile isolarlometallo. Non disponendo di un forno adatto, inviò campioni a Peter Gjelm, che nel 1782 isolò un nuovo metallo con una grande quantità di impurità di carburo. I colleghi hanno chiamato l'elemento "molibdeno" (la formula nella tavola periodica è Mo).
Il metallo relativamente puro fu ottenuto solo nel 1817 da Jens Berzelius, presidente dell'Accademia svedese delle scienze.
Caratterizzazione di una sostanza semplice
Il metodo di produzione ha una grande influenza sulle proprietà fisiche del molibdeno e sul suo aspetto. Metallo in polvere, grezzi e bacchette prima della sinterizzazione - grigio scuro. La tavolozza dei prodotti laminati lavorati è molto più ricca, dal quasi nero all'argento chiaro. La densità del molibdeno è 10,28 t/m3. Il metallo fonde a una temperatura di 2623˚С e a 4639˚С bolle. Il molibdeno completamente puro ha un'eccellente malleabilità e duttilità, che garantisce una facile laminazione e stampaggio. Un pezzo con un diametro fino a 12 mm, anche a temperatura ambiente, può essere legato liberamente con un doppio nodo o srotolato su un foglio sottile. Il metallo ha una buona conduttività elettrica. La presenza di impurità aumenta la durezza e la fragilità e determina in gran parte le proprietà meccaniche del molibdeno.
Connessioni importanti
In quanto parte di sostanze complesse, l'elemento esibisce un diverso grado di ossidazione da +2 al massimo (questi ultimi composti sono i più stabili), che determina le proprietà chimiche del molibdeno. Questo metallo è caratterizzato da composti con ossigeno e alogeni (MoO3, MoCl5) e molibdati (sali dell'acido molibdico). Le reazioni di ossidazione sono possibili solo a temperature elevate (da 600˚С). Un ulteriore aumento farà interagire il molibdeno con carbonio, fosforo e zolfo. Si dissolve bene in acido nitrico o solforico riscaldato.
Gli acidi fosforico, arsenico, borico e silicico formano composti complessi con il molibdeno. Il sale più famoso e comune è il fosfomolibdato di ammonio. Le sostanze contenenti molibdeno si distinguono per un'ampia tavolozza di colori e varie sfumature.
Tecnologia di arricchimento del minerale di molibdeno
La produzione industriale di molibdeno assolutamente puro è stata dominata solo nel 20° secolo. La lavorazione chimica del minerale di molibdeno è preceduta dal suo arricchimento: dopo la macinazione in frantoi e mulini a palle, il metodo principale è cinque o sei flottazioni. Il risultato è un'elevata concentrazione (fino al 95%) di bisolfuro di molibdeno nella materia prima.
Il passo successivo e più importante è sparare. Qui vengono rimosse le impurità indesiderabili di acqua, zolfo, residui di reagenti di flottazione e il bisolfuro di molibdeno viene ossidato a triossido. Ulteriore pulizia è possibile in diversi modi, ma i seguenti sono i più popolari:
- metodo dell'ammoniaca, in cui i composti del molibdeno vengono completamente disciolti e le impurità vengono rimosse;
- sublimazione a una temperatura compresa tra 900 e 1100 ˚С. Il risultato: la concentrazione di MoO3 sale a 90-95%.
Produzione industriale di molibdeno metallico
Il passaggio dell'idrogeno attraverso il triossido di molibdeno purificato (nei laboratori perle riduzioni spesso usano carbonio o gas contenenti carbonio, alluminio, silicio) ottengono metallo in polvere. Il processo avviene in appositi forni tubolari con un graduale aumento della temperatura da 500 a 1000 ˚С.
La catena di processo per la produzione di molibdeno metallico compatto comprende:
- Premendo. Il processo avviene in stampi di acciaio sotto pressione fino a 300 MPa. Il componente legante è una soluzione alcolica di glicerina. La sezione massima degli spazi vuoti (punte) non supera i 16 cm2 e la lunghezza è di 600 cm Per quelli più grandi vengono utilizzate forme di gomma o polimero. La pressatura avviene in camere di lavoro dove il liquido viene iniettato ad alta pressione.
- Sinterizzazione. Succede in due fasi. Il primo - a bassa temperatura, della durata di 30-180 minuti (a seconda delle dimensioni del pezzo), viene effettuato in forni a muffola in atmosfera di idrogeno a una temperatura di 1200 ˚С. Nella seconda fase (saldatura), il pezzo viene riscaldato a una temperatura vicina al punto di fusione (2400-2500 ˚С). Di conseguenza, la porosità diminuisce e la densità del molibdeno aumenta.
I pezzi grezzi di grandi dimensioni fino a 3 tonnellate vengono sinterizzati in forni a induzione, a fascio di elettroni o ad arco. Il processo è completato dalla lavorazione meccanica dei prodotti sinterizzati.
Depositi più ricchi
Il molibdeno è un elemento abbastanza raro nella crosta terrestre e nell'universo nel suo insieme. Delle due dozzine di minerali che esistono in natura, solo la molibdenite ha un'importanza industriale significativa.(MoS2). Le sue risorse non sono infinite e sono già state sviluppate tecnologie per l'estrazione di metalli da powelliti e molibdati. A seconda della composizione minerale e della forma dei corpi minerari, i depositi sono divisi in vena, vena-disseminata e skarn.
Le riserve accertate globali dell'elemento ammontano a 19 milioni di tonnellate, di cui quasi la metà in Cina. Dal 1924, il più grande giacimento di molibdeno è stato la miniera Climax (USA, Colorado) con un contenuto medio fino allo 0,4%. Spesso, l'estrazione dei minerali di molibdeno viene eseguita insieme all'estrazione di rame e tungsteno.
In Russia le riserve di molibdeno ammontano a 360mila tonnellate. Dei 10 giacimenti esplorati, solo 7 sono stati sviluppati commercialmente:
- Sorskoe e Agaskyrskoe (Khakassia);
- Bugdainskoe e Zhirekenskoe (Transbaikalia orientale);
- Orekitkanskoe (Buriazia);
- Labash (Carelia);
- Tyrnyauz (Caucaso settentrionale).
La produzione avviene sia con metodi aperti che chiusi.
Il segreto delle spade dei samurai
Per diversi secoli, armaioli e scienziati europei hanno lottato con il mistero dell'affilatura e della forza delle antiche spade giapponesi dell'inizio del secondo millennio, cercando senza successo di realizzare le stesse armi da taglio di alta qualità. Solo alla fine del XΙX secolo, dopo aver scoperto le impurità di molibdeno nell'acciaio giapponese, fu possibile risolvere questo enigma.
Per la prima volta, l'uso industriale del molibdeno come additivo legante per migliorare la qualità dell'acciaio (dandogli durezza e tenacità) è stato padroneggiato nel 1891 da Schneider& Co dalla Francia.
La prima guerra mondiale servì da stimolo significativo per lo sviluppo della metallurgia del molibdeno. È significativo che lo spessore dell'armatura frontale dei carri anglo-francesi, facilmente perforabile da proiettili tedeschi dello stesso calibro, sia stato ridotto da 75 mm a 25 mm aggiungendo 1,5-2% di molibdeno all'acciaio delle piastre corazzate. Ciò ha notevolmente aumentato la forza della macchina.
Applicazione di molibdeno
Più dell'80% di tutto il molibdeno utilizzato nell'industria ricade sulla metallurgia ferrosa. Senza di essa, la produzione di ghise termoresistenti, acciai strutturali e per utensili è impensabile. Una parte del peso dell'elemento migliora la qualità dell'acciaio equivale a due parti del peso del tungsteno. Poiché la densità del molibdeno è due volte inferiore, le sue leghe sono di qualità significativamente superiore alle leghe di tungsteno a temperature di esercizio inferiori a 1370 ˚С. Gli acciai al molibdeno si prestano meglio alla cementazione.
Il molibdeno è richiesto nelle industrie radioelettroniche, chimiche e delle vernici. Nell'ingegneria meccanica, è usato come materiale resistente al calore. In agricoltura, soluzioni deboli di composti di elementi migliorano significativamente l'assorbimento dei nutrienti da parte delle piante. Va tenuto presente che a dosi elevate, il molibdeno ha un effetto tossico sugli organismi viventi e vegetali e influisce negativamente sull'ambiente.
Significato biologico
Nella dieta di esseri umani e animali, il molibdeno è uno degli oligoelementi più importanti. Sotto forma di una forma biologica attiva -coenzima molibdeno - (Moco) è necessario per l'attuazione dei processi catabolici nei tessuti viventi.
La ricerca nel campo dell'attività antitumorale del molibdeno sembra molto promettente. Un'elevata incidenza di cancro dell'apparato digerente tra la popolazione della città di Lin Xian (provincia di Honan, Cina) è stata significativamente ridotta dopo l'introduzione nel terreno di fertilizzanti minerali contenenti molibdeno.
In rari casi di carenza di elementi nel corpo umano, possono svilupparsi disorientamento spaziale, difetti cerebrali, anomalie mentali e altre gravi malattie nervose. La dose giornaliera di molibdeno per un adulto va da 100 a 300 mcg. Quando viene aumentato a 5-15 mg, l'avvelenamento tossico è inevitabile, fino a 50 mg - morte. I più ricchi di molibdeno sono ortaggi a foglia, cereali, legumi e frutti di bosco (ribes nero, uva spina), latticini, uova, fegato e reni di animali.
Aspetti ambientali
Le caratteristiche biologiche del molibdeno impongono maggiori requisiti per lo sm altimento dei rifiuti derivanti dalla lavorazione del materiale minerale, una stretta aderenza al processo tecnologico presso le imprese per prevenire un impatto negativo sulla salute del personale che lavora e sulla natura.
Tutte le misure dovrebbero essere adottate per prevenire l'ingresso di prodotti trasformati nelle acque sotterranee. Va tenuto presente che le piante hanno la capacità di assorbire e accumulare molibdeno, quindi il suo contenuto in germogli e foglie può superare le concentrazioni consentite. Questa massa verdepuò essere pericoloso per gli animali. Per evitare che i venti diffondano la roccia usata, le discariche sono ricoperte con uno strato di terra.
Tendenze nel mercato globale del molibdeno
Con l'inizio della crisi finanziaria globale, il consumo globale di molibdeno è diminuito del 9%. L'eccezione è stata la Cina, dove si registra un aumento fino al 5%. La risposta al forte calo della domanda dei consumatori nel 2009 è stata una diminuzione dei volumi di produzione. Solo dopo quattro anni è stato possibile avvicinarsi al precedente livello di produzione e nel 2014 è stato fissato un nuovo massimo di 245mila tonnellate. La Cina rimane il principale consumatore e produttore di molibdeno e dei suoi prodotti.
La densità e le straordinarie proprietà del molibdeno lo hanno reso indispensabile per applicazioni in acciaio e leghe dove è richiesta una combinazione di leggerezza, elevata resistenza e resistenza alla corrosione. La prevista crescita del numero di centrali nucleari, di altri impianti energetici e industriali, lo sviluppo di nuovi giacimenti di petrolio e gas nelle dure condizioni dell'estremo nord e dell'Artico porteranno inevitabilmente a un aumento della domanda di molibdeno e suoi derivati.
