Молибден металл или неметалл

Молибден — свойства и область применения

Молибден занимает 42-ю позицию в периодической таблице Менделеева, соседствуя с вольфрамом, хромом. Вещество имеет серый цвет и характерный металлический блеск. На сегодня известно о существовании более чем 30-ти изотопов Молибдена, однако в природе встречаются только шесть из них.

Основные свойства молибдена

Металл обладает высоким удельным весом 10.2 г/см 3 , важным свойством молибдена является его тугоплавкость — это следствие сильных межатомных связей элемента, за счет незаполненной внутренней электронной оболочки. Результатом, присущих металлу физических свойств, выступает ряд преимуществ, которыми обладают молибден и его сплавы:

• жаропрочность;

• хорошая электропроводность;

• низкое терморасширение;

• высокая механическая прочность.

В последнем пункте металл незначительно уступает вольфраму, однако превосходит его в доступности обработки давлением. Еще одна важная специфика вещества, обеспечившая ему место в качестве легирующей добавки к другим металлам, их сплавам — высокая антикоррозионная способность.

Благодаря своим антикоррозионным свойствам молибден применяется даже в моторных маслах

Склонность к быстрому окислению, становится серьезным препятствием для использования молибдена. Также при температурах 700 0 С наблюдается потеря прочности, что тоже исключает его использование в чистом виде. Для улучшения качеств этого материала используют несколько способов: легирование, защитное покрытие.

Сплавы, содержащие молибден

Качество молибденовых сплавов зависит от процентной доли добавленного вещества, способности примесей и основного металла взаимодействовать, а также обуславливается технологией процесса легирования.

Некоторых известные сплавы, например, вольфрам-молибден имеют неоднозначную оценку экспертов. Поскольку вольфрам хоть и способствует повышению жаропрочности материала, привносит существенные изменения в деформируемость металла. Подобные оказии случаются и с другими элементами, которыми пробовали легировать молибден.

Наиболее удачные попытки создания жаропрочных и хорошо деформируемых сплавов связаны с редко встречающимся и трудно добываемым рением. Существенные ограничения по доступа к веществу вынудили отказаться от такого типа легирования.

Однако сплавы, повышающие температурный порог использования молибдена, все же существуют и при этом не только сохраняют, но даже улучшают его пластичность. Это титан, ниобий, цирконий и гафний. Регулируя процентное соотношение перечисленных элементов, производят сплавы, способные работать при следующих высокотемпературных режимах:

• 1100 – 1800 0 С. Легируют 0,1 — 1,5% указанными ранее элементами, а также 0,01 — 0,10% углерода;

• 1500 – 2000 0 С. Добавляют до 50% массы Re и W с незначительным внедрением (до 0,1%) С, В, Al, Ni, Cu. Это позволяет избегать появления трещин в процессе легирования. Из таких сплавов изготавливают прутки, листы, проволоку.

Получение молибдена

Молибден добывают из руд, содержащих до 50% непосредственно вещества, около 30% серы, 9 % кремния и незначительном присутствии других элементов. Фактически руду используют, как концентрат, подвергающийся обжигу. Температура этого этапа составляет 570 — 600 0 С, он протекает в специальных печах. Результатом становится огарок, содержащий оксид молибдена, загрязненный примесями. Получить продукт обжига – МоО₃ без примесей все-таки можно следующими двумя способами.

На фото молибденовая руда

• Возгонка – процесс преобразования вещества из твердого состояние сразу в газообразное, минуя жидкую фазу (950 — 1100 0 С);

• Путем последовательных химических воздействий, начиная с аммиачной воды, что вызывает переход огарка в жидкое состояние. Оставшиеся примеси меди и железа устраняют из раствора. При этом получают полимолибдаты аммония методом выпаривания с наступлением кристаллизации вещества. Парамолибдат, прокаливают при температуре 450 — 500 0 С, что дает на выходе чистый продукт МоО₃. Количество примесей после такой обработки не превышает 0,05% от массы.

Чистый оксид молибдена обрабатывают в специальных трубчатых печах потоком водорода. Сначала при температуре 600 — 700 0 С, повышая ее на втором этапе до 900 — 1000 0 С. На выходе получают порошок, который после плавки или примененных специализированных средств порошковой металлургии преобразуется до компактного металла.

В зависимости от выбранного способа получают заготовки отличающиеся формой, весом. По мере прохождения этапов преобразования форм используются: ковка, протяжка, а также прокатка металла. Для получения заготовок весом 500 кг – 2 тонны применятся дуговая или электроннолучевая плавка.

Область применения молибдена

Молибден добавляется в состав стали вместе с рядом других элементов. Процентное содержание определяет тип, полученного продукта: легированная (0,1 — 0,3 %) или инструментальная (3 — 10 %) сталь.

Роль молибдена в подобных сплавах – улучшение закаливания прокаливания. Он делает сплавы железа и углерода более прочными, повышает их сопротивляемость износу. Ферромолибдена содержит 55 — 70% молибдена. Именно его впоследствии используют, когда легируют сталь. Это направление остается основным в применении металла.

Ленты из молибдена

Лишь 30% добытого молибдена находит место в промышленности, как чистый металл или сплав, где он сохраняет свою первенствующую значимость. Его используют при производстве ядерных реакторов, обшивок космических кораблей.

МОЛИБДЕН

МОЛИБДЕН (от греч. molybdos-свинец; лат. Molybdae-num) Mo, хим. элемент VI гр. периодич. системы, ат. н. 42, ат. м. 95,94. В природе семь стабильных изотопов с маc. ч. 92 (15,86%), 94 (9,12%), 95 (15,70%), 96 (16,50%), 97 (9,45%), 98 (23,75%), 100 (9,62%). Поперечное сечение захвата тепловых нейтронов для прир. смеси изотопов 2,4•10 -28 м 2 . Конфигурация внеш. электронной оболочки атома 4d 5 5s l ; степени окисления от +2 до +6 (последняя наиб. характерна); энергия ионизации при последоват. переходе от Мо к Мо б+ соотв. равны 7,10, 16,155, 27,13, 40,53, 55,6 и 71,7 эВ; работа выхода электрона 4,3 эВ; электроотрицательность по Полингу 1,8; атомный радиус 0,14 нм, ионные радиусы (нм; в скобках указаны координац: числа) Мо 3+ 0,083 (6), Мо 4+ 0,079 (6), Мо 5+ 0,075 (6), Мо 6+ 0,055 (4), 0,064 (5), 0,073 (6) и 0,087 (7).

М олибден мало распространен в природе. Содержание его в земной коре

3•10 -4 % по массе. Известно ок. 20 минералов молибдена, важнейший из них — молибденит MoS 2 ; пром. значение имеют также повеллит СаМоО 4 , молибдит Fe 2 (MoO 4 ) 3 • nН 2 О и вульфенит РbМоО 4 . Важнейшие месторождения молибденита связаны с гидротермальными образованиями, особенно широко распространены в кварцевых жилах и окварцованных породах. В рудах молибден ассоциируется с шеелитом, вольфрамитом, касситеритом, сульфидами Сu и Fe, иногда с бериллом. Часто содержит в виде изоморфной примеси редкий металл Re (0,04-0,0001%). Кроме собственно молибденовых руд, содержащих обычно 0,1-1% молибдена, источниками молибдена служат нек-рые медные и медно-свинцово-цинковые руды. Крупные месторождения их находятся в США, Мексике, Чили, Канаде, Норвегии, Австралии, СССР.

Свойства. Молибден-светло-серый металл; кристаллич. решетка кубич. объемноцентрированная типа a-Fe, a = 0,314нм, z = 2, пространств. группа IтЗm; т. пл. 2623 °С, т. кип. ок. 4800°С; плотн. 10,2 г/см 3 ; С° 23,93 Дж/(моль•К); DH 0 пл 40 кДж/моль, DH 0 возг 656 кДж/моль (298 К); S 0 298 28,57 кДж/(моль • К); давление пара над твердым молибденом (Па): 3,19•10 -6 (1627°С), 2,5•10 -5 (1727°С), 8,44•10 -4 (1927°С), 1,54•10 -2 (2127°С); теплопроводность 145 Вт/(м•К) при 20°С и 79,1 Вт/(м•К) при 1600°С; температурный коэф. линейного расширения (5,8-6,2)•10 -6 К -1 (293-973 К); r5,2•10 -6 Ом•см, температурный коэф. р 0,00479 К -1 (20-2600 °С). Излучат. способность (Вт/см 2 ): 0,55 (730 °С), 6,3 (1330 °С), 19,2 (1730 °С), 70 (2330 °С). Молибден парамагнитен, магн. восприимчивость +9•10 -5 . Т-ра перехода в сверх-проводящее состояние 0,916 К.

Мех. св-ва молибдена определяются чистотой металла и предшествующей мех. и термич. обработкой. Так, твердость по Бринеллю 1,5-1,6 ГПа для т. наз. спеченного штабика, 2-2,5 ГПа для кованого прутка и 1,40-1,85 ГПа для отожженной проволоки; s раст 800-1200 МПа для отожженной проволоки. Модуль упругости для молибдена 285-300 ГПа. Молибден более пластичен, чем W, он не становится хрупким после рекристаллизующего отжига.

На воздухе при обычной т-ре молибден устойчив. Начинает окисляться (появляются т. наз. цвета побежалости) при 400 °С. Выше 600 °С быстро окисляется до триоксида МоО 3 (см. Молибдена оксиды). С парами воды выше 700 °С интенсивно взаимод., давая диоксид МоО 2 . При комнатной т-ре молибден устойчив к действию соляной и серной к-т, слабо реагирует с ними при 80-100 °С. Царская водка, HNO 3 и Н 2 О 2 медленно взаимод. с молибденом на холоду, быстрее-при нагревании. Хорошо реагирует молибден со смесью HNO 3 и H 2 SO 4 . Вольфрам в этой смеси не растворяется. В холодных р-рах щелочей молибден устойчив, но медленно корродирует при нагревании.

С водородом молибден при нагр. образует твердые р-ры (при 1000 °С поглощается 0,5 см 3 Н 2 в 100 г молибдена). Выше 1500 °С с N 2 дает нитрид (вероятного состава Mo 2 N). Углерод, углеводороды, а также СО при 1100-1200 °С взаимод. с молибденом с образованием карбида Мо 2 С (т. пл. 2400 °С, с разл.). Окисляется СО 2 (выше 1200 °С) и SO 2 (при 700-800 °С). При нагр. с F 2 , Cl 2 и Вr 2 образует молибдена галогениды. С парами S выше 440 °С и с H 2 S выше 800 °С дает дисульфид MoS 2 (см. Молибдена сульфиды), с Si выше 1200 °С-силицид.

Б о р и д ы: Мо 2 В (т. пл. 2270°С, с разл.), МоВ (т. пл. 2550 °С), Мо 2 В 5 (т. пл. 2200 °С, с разл.). Серые кристаллы; не раств. в воде и орг. р-рителях. Получают восстановлением оксидов Мо карбидом бора в вакууме, спеканием простых в-в. Борид Мо 2 В-материал для подогревных катодов электроннолучевых приборов, МоВ и Мо 2 В 5 -компоненты керметов, Мо 2 В 5 -также огнеупорный материал. ПДК для пыли 4 мг/м 3 .

Г е к с а к а р б о н и л Мо(СО) б -кристаллы с ромбич. решеткой (а=1,123нм, b= 1,202 нм, с = 0,648 нм, z = 4, пространств. группа Р2пb); заметно возгоняется выше 40 °С, т. пл. 148 °С, т. кип. 155 °С; не раств. в воде, р-рах щелочей, разлагается конц. H 2 SO 4 , соляной к-той, HNO 3 . Получают действием СО на МоСl 5 в присут. стружки Fe при 200 °С и давлении 28 МПа. Применяют его для нанесения покрытий Мо на металлы, керамику, графит (молибденирование).

Д и с е л е н и д MoSe 2 — темно-серое в-во со слоистой структурой типа MoS 2 ; т. разл. 900 °С (в вакууме); не раств. в воде, окисляется HNO 3 . Получают взаимод. паров Se или H 2 Se с Мо или МоО 3 . MoSe 2 -твердая смазка.

Т р о й н ы е х а л ь к о г е н и д ы (т. наз. фазы Шеврёля) М„Мо 6 Х 8 , где M-Ag, Сu, Pb, Sn и др., X-S, Se, Fe, 1

Д и с и л и ц и д MoSi 2 -темно-серые кристаллы с тетрагон. решеткой (а = 0,3197 нм, с — 0,787 нм, z = 2, пространств. группа I4/mmm); т. пл. ок. 2030 °С; устойчив на воздухе до 1500-1600 °С; микротвердость 14,1 ГПа; не раств. в воде, соляной к-те, H 2 SO 4 , разлагается в смеси HNO 3 с фтористоводородной к-той. Получают нагреванием смеси порошков Мо и Si при 1000-1100°С. MoSi 2 -материал для нагревателей электропечей. Его применяют также для нанесения защитных покрытий на изделия из молибдена

К а р б и д ы: Мо 2 С (т. пл. 2690°С, микротвердость 14 ГПа) и МоС (т. пл. 2570 °С) — кристаллы с гексагон. решеткой (для Мо 2 С: а = 0,3012 нм, с = 0,4735 нм; для МоС: а = 0,2901 нм, с = 0,2768 нм). Получают при нагр. Мо или МоО 3 с углеродом, в атмосфере СО или смеси СН 4 и Н 2 . Применяют в качестве добавок к углеграфитовым материалам для изменения прочностных, электрич. и др. св-в.

М о л и б д е н о в ы е с и н и-ярко-синие в-ва переменного состава, напр. Мо 8 О 23 •8Н 2 О, Мо 4 О 11 •Н 2 О, Мо 2 О 5 •Н 2 О. Получают действием восстановителей (SO 2 , Zn, Al, Mo или SnCl 2 ) на слабокислые суспензии МоО 3 , Н 2 МоО 4 или р-ры молибдатов. В слегка подкисленной воде (рН ок. 4) образуют коллоидные р-ры, применяемые для крашения шелка, меха и. волос. Р-цию образования молибденовых синей используют в качеств. анализе для обнаружения Mo(VI).

Получение. Флотацией молибденовых руд получают молибденовые концентраты с содержанием 85-90% MoS 2 (47-50% Мо, 28-32% S, 3-5% SiO 2 , присутствуют также примеси минералов Fe, Сu, Са и др. элементов). Концентрат вначале подвергают окислит. обжигу при 550-600 °С в многоподовых печах или в печах с кипящим слоем. Если в концентрате содержится Re, при обжиге образуется летучий оксид Re 2 O 7 , к-рый удаляют вместе с печными газами. Продукт обжига (т. наз. огарок) представляет собой загрязненный примесями МоО 3 . Чистый МоО 3 , необходимый для произ-ва металлич. Молибден, получают из огарка возгонкой при 950-1000 °С или хим. методом. По последнему способу огарок выщелачивают аммиачной водой, полученный р-р молибдата аммония очищают от примесей Сu, Fe и др., выпариванием и кристаллизацией выделяют полимолибда-ты аммония, гл. обр. парамолибдат (NH 4 ) 6 [Mo 7 O 24 ] x х 4Н 2 О. Прокаливанием парамолибдата аммония при 450-500 °С получают чистый МоО 3 , содержащий не более 0,05% примесей.

Иногда вместо обжига молибденитовый концентрат разлагают HNO 3 , при этом осаждают молибденовую к-ту МоО 3 • Н 2 О, к-рую растворяют в аммиачной воде и получают, как описано выше, парамолибдат аммония. Часть молибдена остается в маточном р-ре, из к-рого молибден извлекают ионным обменом или экстракцией. При переработке низкосортных концентратов (содержат 10-20% молибдена) огарки выщелачивают р-рами Na 2 CO 3 , из полученных р-ров Na 2 MoO 4 осаждают СаМоО 4 , используемый в черной металлургии. По др. способу с помощью ионного обмена или жидкостной экстракции р-р Na 2 MoO 4 переводят в р-р (NH 4 ) 2 MoO 4 , из к-рого затем выделяют парамолибдат аммония.

Металлич. молибден получают первоначально в виде порошка восстановлением МоО 3 в токе сухого Н 2 в трубчатых печах сначала при 550-700 °С, затем при 900-1000 °С. Заготовки из компактного металла сечением 2-9 см 2 и длиной 450-600 мм производят методом порошковой металлургии. Порошок молибдена прессуют в стальных прессформах под давлением 0,2-0,3 МПа, а затем спекают сначала при 1000-1200 °С в атмосфере Н 2 , а затем при 2200-2400 °С. Полученные заготовки-спеченные штабики обрабатывают давлением (ковка, протяжка, прокатка). Заготовки массой 100-200 кг м. б. получены при использовании гидростатич. прессования в эластичных оболочках. Заготовки массой 500-2000 кг производят дуговой плавкой (в печах с охлаждаемым медным тиглем и расходуемым электродом, представляющим собой пакет спеченных штабиков) либо электроннолучевой плавкой.

Перспективен способ произ-ва молибдена алюминотермич. восстановлением МоО 3 ; полученные по этому методу слитки рафинируют вакуумной плавкой в дуговых печах. Молибден производят также восстановлением MoF 6 или МоСl 5 водородом, а также электролитически в солевых расплавах. Ферромолибден (сплав с Fe, содержащий 50-70% Мо) получают восстановлением огарка, полученного после обжига молиб-денитового концентрата, ферросилицием в присут. Fe 3 O 4 .

Определение. Молибден обнаруживают по образованию красного комплексного соед. Мо 5+ с KNCS или NH 4 NCS (Mo 6+ восстанавливают до Мо 5+ тиомочевиной, SnCl 2 и др.), по образованию красно-фиолетового комплексного соед. Мо 6+ с этилксантогенатом в слабокислом р-ре. Для определения молибдена в рудах и рудных концентратах навеску материала разлагают сплавлением с NaOH или Na 2 O 2 с послед. выщелачиванием сплава водой или применяют обработку HNO 3 , отделяя затем железо от молибдена осаждением аммиаком. При малых содержаниях молибдена (десятые доли %) обычно применяют колориметрич. роданидный метод определения. Для устранения влияния примеси W в р-р добавляют винную к-ту. Большие кол-ва молибдена (напр., в рудных концентратах, сплавах, солях) определяют гравиметрически путем осаждения РbМоО 4 (в уксуснокислом р-ре) или MoS 2 (в слабокислом р-ре). Иногда используют волюмометрич. метод определения молибдена, к-рый состоит в восстановлении Мо 6+ цинком или амальгамами и послед. титрованием соед. молибдена низшей валентности перманганатом.

Применение. Молибден используют для легирования сталей (80-85% производимого молибдена), как компонент жаропрочных сплавов для авиац., ракетной и атомной техники, антикоррозионных сплавов для хим. машиностроения (см. Молибдена сплавы). Из молибденовой проволоки, ленты и прутков изготовляют аноды, сетки, катоды, вводы тока, держатели, нити накаливания и др. детали для электроламп и электровакуумных приборов. Молибденовую проволоку и ленту используют в качестве нагревателей для высокотемпературных печей. Радиоактивные изотопы 93 Мо (T 1/2 6,95 ч) и 99 Мо (Т 1/2 66 ч)-изотопные индикаторы.

Мировое произ-во молибдена (без СССР) составило в 1981, 1982 и 1983 соотв. 98, 80 и 45 тыс. т.

М олибден открыл в 1778 К. Шееле, выделивший молибденовую к-ту и нек-рые ее соли. П. Гьельм в 1790 впервые выделил металлич. молибден, к-рый был, однако, загрязнен углеродом и карбидом молибдена. Чистый металл получил И. Берцелиус в 1817.

===
Исп. литература для статьи «МОЛИБДЕН» : Норкотт Л., в кн.: Молибден, пер. с англ., М., 1959; Зелик-ман А. Н., Молибден, М., 1970; Rollinson С. L., The chemistry of chromium, molybdenum and tungsten. Pergamon text in inorganic chemistry, v. 21, Oxf.-[a.o.], 1975; Мохосоев М. В., Базарова Ж. Г., Сложные оксиды молибдена и вольфрама с элементами I-IV групп, М., 1990. А.Н. Зеликман.

Страница «МОЛИБДЕН» подготовлена по материалам химической энциклопедии.

Молибден: все, что нужно знать об элементе

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.

Присутствие в природе

В земной коре находится 0,003 % молибдена в составе минералов. Он распространен относительно равномерно, более концентрирован в породах, в которых содержится диоксид кремния. Для кристаллизации металла необходимы высокая кислотность и восстановительная среда. Наименьшее содержание молибдена фиксируется в карбонатных и ультраосновных породах.

Металл также содержится в нефти, углях, золе растений и воде — речной и морской. Морские воды на глубине более обогащены молибденом, чем воды у берега. В космосе зафиксировано аномально высокое содержание молибдена внутри красных гигантов с нейтронными звездами.

Самые крупные месторождения металла находятся в США, России, Армении, Канаде, Мексике, Чили, Австралии и Норвегии.

Физические свойства

Плотность при 20°С

Коэффициент линейного расширения

Химические свойства

Молибден устойчив при нормальных условиях. Окисление начинается, когда металл нагревается до температуры 400 ⁰С. После 600 ⁰С происходит быстрый переход в триоксид молибдена.

Основные химические свойства металла представлен в таблице:

Электроотрицательность (по Полингу):

Производство молибдена

Для производства молибдена в России и мире в качестве сырья используются молибденитовые концентраты, из которых получается чистый металл — основа для сплавов. В концентратах содержится около 20 % примесей, 1-9% оксида кремния, 28-32% серы и примерно 50 % молибдена.

Этапы производства:

• Концентрат подвергают окислительному обжигу при температуре 600 ⁰С. На выходе получают оксид молибдена, который содержит значительное количество примесей.
• Оксид очищают от примесей путем выгонки или выщелачивания огарка и дальнейшей нейтрализации.
• В трубчатой печи из чистого оксида получают порошковый металлический молибден. Для этого процесса применяют ток сухого водорода.
• Порошок превращают в металл. Как правило, для этого используют один из двух методов — плавка или порошковая металлургия.

Для получения ферромолибдена применяется реакция восстановления молибденитового концентрата, который предварительно подвергается обжигу.

Обработка молибдена

Как правило, используется термообработка молибдена, так как у него невысокая вязкость, а при низких температурах металл показывает низкую пластичность. Небольшие штабики обрабатывают на обжимных машинах, а для крупных заготовок применяют спекание и горячую прокатку.

Иногда возможна механическая обработка молибдена резанием. Для этого используют инструменты из быстрорежущей стали с такими же углами заточки резцов, как и при резании чугуна.

Достоинства и недостатки молибдена

Благодаря низкой плотности молибдена сплавы на его основе имеют большую удельную прочность.

Высокий модуль упругости.

Высокая коррозионная устойчивость. Молибден не реагирует с плавиковой, соляной, серной кислотами и с большей частью щелочных растворов.

Металл имеет малый температурный коэффициент расширения.

При использовании молибденовых сплавов сварные швы отличаются хрупкостью.

При низких температурах обладает малой пластичностью.

При нагартовке можно упрочнять металл только до температуры 800 ⁰С. При дальнейшем нагревании происходит образный эффект — металл разупрочняется.

Низкий уровень окалийности.

Молибден в организме человека

Молибден относится к микроэлементам, необходимым человеку. Он содержится преимущественно в костях, почках и печени, а также в головном мозге, щитовидной и поджелудочной железах, надпочечниках.

Роль и функции молибдена для организма:

• Участвует в углеводном, белковом и липидном обмене, в процессах очищения от мочевой кислоты, альдегидов и прочих вредных веществ.
• Снижает интоксикацию после употребления алкоголя.
• Укрепляет кости и зубы.
• Улучшает половую функцию.
• Препятствует возникновению подагры и анемии.
• Участвует в тканевом дыхании и синтезе витамина С.

Суточная потребность в молибдене составляет от 70 до 300 мкг в зависимости от массы тела. В случае дефицита микроэлемента в организме и болезней, которые им вызваны, суточная норма увеличивается.

Основные марки молибдена

В промышленности используется чистый молибден и с различными присадками. Среди наиболее распространенных можно выделить следующие марки:

• МЧ — чистый металл: в нем содержится не менее 99,96 % молибдена и до 0,04 % примесей. Эта марка находит применение в изготовлении проволоки, которая используется в производстве источников света и электронных приборов. Также МЧ применяют в изготовлении деталей электровакуумных приборов.
• МЧВП — чистый молибден, который производится методом вакуумной плавки.
• МРН — еще один вид чистого молибдена, однако в отличие от МЧ и МЧВП в его составе содержится большее количество примесей — до 0,08 %. Основная область применения МРН — производство проволоки для источников света и электронных приборов.
• МК — молибден с кремнещелочной присадкой. Из него также изготавливают проволоку.
• ЦМ — металл с присадкой циркония или титана.

Сплавы молибдена

Используется два сплава на основе данного металла: с вольфрамом (МВ) и рением (МР).

Сплавы молибдена с вольфрамом необходимы для повышения жаропрочности первого. При этом ухудшается деформируемость и повышается удельный вес. В таких сплавах содержится от 48 % вольфрама и от 49 до 51 % молибдена, остальное — примеси. МВ является тугоплавким, отличается высокой прочностью и устойчивостью к коррозии. Используется для изготовления тонкой проволоки, которая сворачивается в катушки или бухты.

Рений необходим для повышения пластичности молибдена. Сплавы МР содержат более 50 % рения и около 47 % молибдена. Они также используются для производства тонкой проволоки, которая применяется в специальном приборостроении.

Применение молибдена

Металл используется в разных областях:

В самолетостроении и ракетостроении.

Молибден и его сплавы применяются для обшивки сверхзвуковых самолетов и ракет, а также в производстве головных частей самолетов и ракет: они могут использоваться в качестве основного конструкционного материала или служить тепловым экраном.

В цветной металлургии.

Молибден значительно повышает прокаливаемость стали, прочность, устойчивость к коррозии и вязкость. Сплавы стали с добавлением молибдена применяют для изготовления ответственных изделий и деталей.

Использование молибдена в цветной металлургии также охватывает сплавы кобальта и хрома. Такая добавка повышает твердость, в результате чего сплав может быть использован для истирающихся кромок деталей. Молибден также входит в состав жаростойких кислотоупорных сплавов на основе хрома, никеля и кобальта.

Так как молибден имеет высокую температуру плавления, его применяют при изготовлении инструментов для горячей обработки стали. Из него также производят стержни для литья под давлением различных сплавов.

В химической промышленности.

Из молибдена делают оборудование, работающее в кислотной среде. Из него также изготавливают нагревательные элементы для печей, которые работают в атмосфере водорода.

Многие соединения молибдена служат катализаторами реакций. Некоторые из них также входят в состав глазурей и красок.

В стекольной промышленности.

Этот металл устойчив в расплавленном стекле, благодаря чему его применяют при плавке стекла и производстве электродов.

В радиоэлектронной промышленности и рентгенотехнике.

Из молибдена изготавливают детали вакуумных приборов — рентгеновских трубок, электронных ламп и др.

Молибден — свойства и область применения

Молибден занимает 42-ю позицию в периодической таблице Менделеева, соседствуя с вольфрамом, хромом. Вещество имеет серый цвет и характерный металлический блеск. На сегодня известно о существовании более чем 30-ти изотопов Молибдена, однако в природе встречаются только шесть из них.

Основные свойства молибдена

Металл обладает высоким удельным весом 10.2 г/см 3 , важным свойством молибдена является его тугоплавкость — это следствие сильных межатомных связей элемента, за счет незаполненной внутренней электронной оболочки. Результатом, присущих металлу физических свойств, выступает ряд преимуществ, которыми обладают молибден и его сплавы:

• жаропрочность;

• хорошая электропроводность;

• низкое терморасширение;

• высокая механическая прочность.

В последнем пункте металл незначительно уступает вольфраму, однако превосходит его в доступности обработки давлением. Еще одна важная специфика вещества, обеспечившая ему место в качестве легирующей добавки к другим металлам, их сплавам — высокая антикоррозионная способность.

Благодаря своим антикоррозионным свойствам молибден применяется даже в моторных маслах

Склонность к быстрому окислению, становится серьезным препятствием для использования молибдена. Также при температурах 700 0 С наблюдается потеря прочности, что тоже исключает его использование в чистом виде. Для улучшения качеств этого материала используют несколько способов: легирование, защитное покрытие.

Сплавы, содержащие молибден

Качество молибденовых сплавов зависит от процентной доли добавленного вещества, способности примесей и основного металла взаимодействовать, а также обуславливается технологией процесса легирования.

Некоторых известные сплавы, например, вольфрам-молибден имеют неоднозначную оценку экспертов. Поскольку вольфрам хоть и способствует повышению жаропрочности материала, привносит существенные изменения в деформируемость металла. Подобные оказии случаются и с другими элементами, которыми пробовали легировать молибден.

Наиболее удачные попытки создания жаропрочных и хорошо деформируемых сплавов связаны с редко встречающимся и трудно добываемым рением. Существенные ограничения по доступа к веществу вынудили отказаться от такого типа легирования.

Однако сплавы, повышающие температурный порог использования молибдена, все же существуют и при этом не только сохраняют, но даже улучшают его пластичность. Это титан, ниобий, цирконий и гафний. Регулируя процентное соотношение перечисленных элементов, производят сплавы, способные работать при следующих высокотемпературных режимах:

• 1100 – 1800 0 С. Легируют 0,1 — 1,5% указанными ранее элементами, а также 0,01 — 0,10% углерода;

• 1500 – 2000 0 С. Добавляют до 50% массы Re и W с незначительным внедрением (до 0,1%) С, В, Al, Ni, Cu. Это позволяет избегать появления трещин в процессе легирования. Из таких сплавов изготавливают прутки, листы, проволоку.

Получение молибдена

Молибден добывают из руд, содержащих до 50% непосредственно вещества, около 30% серы, 9 % кремния и незначительном присутствии других элементов. Фактически руду используют, как концентрат, подвергающийся обжигу. Температура этого этапа составляет 570 — 600 0 С, он протекает в специальных печах. Результатом становится огарок, содержащий оксид молибдена, загрязненный примесями. Получить продукт обжига – МоО₃ без примесей все-таки можно следующими двумя способами.

На фото молибденовая руда

• Возгонка – процесс преобразования вещества из твердого состояние сразу в газообразное, минуя жидкую фазу (950 — 1100 0 С);

• Путем последовательных химических воздействий, начиная с аммиачной воды, что вызывает переход огарка в жидкое состояние. Оставшиеся примеси меди и железа устраняют из раствора. При этом получают полимолибдаты аммония методом выпаривания с наступлением кристаллизации вещества. Парамолибдат, прокаливают при температуре 450 — 500 0 С, что дает на выходе чистый продукт МоО₃. Количество примесей после такой обработки не превышает 0,05% от массы.

Чистый оксид молибдена обрабатывают в специальных трубчатых печах потоком водорода. Сначала при температуре 600 — 700 0 С, повышая ее на втором этапе до 900 — 1000 0 С. На выходе получают порошок, который после плавки или примененных специализированных средств порошковой металлургии преобразуется до компактного металла.

В зависимости от выбранного способа получают заготовки отличающиеся формой, весом. По мере прохождения этапов преобразования форм используются: ковка, протяжка, а также прокатка металла. Для получения заготовок весом 500 кг – 2 тонны применятся дуговая или электроннолучевая плавка.

Область применения молибдена

Молибден добавляется в состав стали вместе с рядом других элементов. Процентное содержание определяет тип, полученного продукта: легированная (0,1 — 0,3 %) или инструментальная (3 — 10 %) сталь.

Роль молибдена в подобных сплавах – улучшение закаливания прокаливания. Он делает сплавы железа и углерода более прочными, повышает их сопротивляемость износу. Ферромолибдена содержит 55 — 70% молибдена. Именно его впоследствии используют, когда легируют сталь. Это направление остается основным в применении металла.

Ленты из молибдена

Лишь 30% добытого молибдена находит место в промышленности, как чистый металл или сплав, где он сохраняет свою первенствующую значимость. Его используют при производстве ядерных реакторов, обшивок космических кораблей.

Молибден №42 Mo

Название элемента № 42 происходит от латинского слова molybdaena, которым в средние века обозначали все минералы, способные оставлять след на бумаге: и графит, и галенит (свинцовый блеск) PbS, и даже сам свинец. И еще минерал, который сейчас называют молибденитом, или молибденовым блеском. Впоследствии оказалось, что это главный минерал тогда еще неизвестного элемента № 42. Но до середины XVIII в. молибденит и графит не различали. Лишь в 1758 г. известный шведский химик и минералог Аксель Фредерик Кронстедт предположил, что это два самостоятельных вещества, но прошло еще 20 лет, прежде чем это сумели доказать на опыте.

Минерал, которым писали, попал в лабораторию другого большого химика (тоже шведа), Карла Вильгельма Шееле. Первое, что сделал Шееле, это исследовал, как на этот минерал действуют крепкие кислоты. В концентрированной азотной кислоте минерал растворился, но при этом в колбе выпал белый осадок. Высушив его и исследовав, Шееле установил, что «особая белая земля» обладает, говоря теперешним языком, свойствами ангидрида, кислотного окисла.

В то время химики еще не имели четкого представления о том, что ангидрид («кислота минус вода») — это соединение элемента с кислородом. Однако собственный опыт подсказывал ученому: чтобы выделить элемент из «земли», нужно прокалить ее с чистым углем. Но для этого у Шееле не было подходящей печи. И он попросил проделать этот опыт другого химика, Гьельма, у которого такая печь была. Гьельм согласился.

Лишенный чувства зависти, беззаветно преданный науке, Шееле с волнением ждал результата. И когда опыты завершились получением неизвестного прежде металла, Шееле написал Гьельму: «Радуюсь, что мы теперь обладаем металлом — молибденом».

Это было в 1790 г. Новый металл получил имя — чужое имя, потому что латинское molibdaena происходит от древнегреческого названия свинца — μολνβδος. В этом есть известный парадокс — трудно найти металлы, более несхожие, чем молибден и свинец.

Но металл, полученный Шееле и Гьельмом, не был чистым: при прокаливании с углем трехокиси молибдена MoO₃ невозможно получить чистый молибден, потому что он реагирует с углем, образуя карбид.

Уже после смерти обоих первооткрывателей их знаменитый соотечественник Берцелиус восстановил молибденовый ангидрид не углем, а водородом, получил действительно чистый молибден, установил его атомный вес и подробно исследовал его свойства.

Анализ и синтез

Новый металл и его соединения заинтересовали химиков XIX столетия. Чистый молибден при хранении совершенно не изменялся, он прекрасно противостоял действию влаги и воздуха. Но так было лишь при невысоких температурах: стоило нагреть его, и он начинал реагировать с кислородом; при температуре около 500°C он превращался в окисел целиком. Это, конечно, огорчало. Металл с хорошими физикомеханическими свойствами и к тому же тугоплавкий при сравнительно небольшом нагреве терял металлические свойства. Это обстоятельство (вместе со сложностью получения металлического молибдена) надолго отсрочило время, когда этот металл нашел первое практическое применение.

Соединения элемента № 42 стали применять намного раньше. В 1848 г. русский химик Г. В. Струве вместе со шведом Л. Сванбергом изучал свойства молибденового ангидрида и образуемой им кислоты. Они растворили MoO₃ в концентрированном растворе аммиака и к полученному раствору прилили винного спирта. Выпал осадок канареечно- желтого цвета — молибдат аммония. Этой соли суждено было сыграть большую роль в аналитической химии.

Как раз в эти годы возникала наука о плодородии, как раз в это время благодаря работам Либиха и других ученых довольно бурно развивалась агрохимия. Специальные фабрики стали вырабатывать удобрения, содержащие фосфор и азот. И сразу понадобились реактивы, с помощью которых можно было бы легко и точно определять содержание этих элементов в различных веществах.

Полученный Струве и Сванбергом молибдат аммония оказался прекрасным реактивом на фосфор — реактивом, полностью осаждающим фосфор из растворов, позволяющим определить его содержание в любых продуктах — туках, металлах, рудах. Реактив оказался настолько хорош, что и сегодня им охотно пользуются в аналитических лабораториях, когда нужно определить содержание фосфора в образце.

Молибдат аммония нашел и другое применение. Оказалось, что он губительно действует на микроорганизмы, и его стали применять в качестве дезинфицирующего средства. Первоначально шелковые и хлопчатобумажные ткани пропитывали этим веществом только ради того, чтобы продлить срок их службы. Но позже открылась еще одна особенность воздействия этого вещества на ткань.

Если пропитанную молибдатом аммония ткань протянуть затем через раствор восстановителя (хлористого олова), то она и зависимости от концентрации реактивов окрашивается в небесно-голубой или синий цвет. Это вообще характерно для кислых растворов солеи молибденовой кислоты: под действием восстановителей они синеют. Такую краску называют молибденовой синью, или минеральным индиго. Было составлено много рецептов для окрашивания тканей молибденовыми солями не только в синий, но и красный, желтый, черный, бурый цвета. Окрашивали этими солями шерсть, мех, кожу, дерево и резину. Использовали молибденовые соединения и для приготовления лаков, и для окраски керамики. Например, фарфор окрашивается в голубой цвет молибдатом натрия, а в желтый — все тем же молибдатом аммония. Очень ценится оранжевая краска из молибдата и хромата свинца.

А сернистый молибден, из которого в давние времена делали карандаши, стали добавлять к глине, окрашивая керамические изделия при обжиге в желтый или красный цвет (в зависимости от количества MoS₂).

Вторжение в металлургию

Оно произошло лишь в последней четверти прошлого века. В 1885 г. на Путиловском заводе выплавили сталь, в которой содержалось 0,52% углерода и 3,72% молибдена. Свойства ее оказались почти такими же, как у вольфрамовой стали; прежде всего привлекала ее большая твердость и как следствие — пригодность для изготовления металлорежущего инструмента. Всего 0,3% молибдена увеличивали твердость стали в такой же степени, как 1% вольфрама, но это узнали уже позже.

Влияет молибден и на качество чугуна. Добавка молибдена позволяет получить мелкокристаллический чугун с повышенной прочностью и износоустойчивостью.

В 1900 г. на Всемирной промышленной выставке в Париже была выставлена сталь, содержавшая молибден и обладавшая замечательным свойством: резцы из нее закалялись в процессе работы. А за 10 лет до этого, в год столетия со дня открытия элемента № 42, был разработан процесс выплавки ферромолибдена — сплава молибдена с железом. Добавляя в плавку определенные количества этого сплава, начали выпускать специальные сорта стали. Молибден наряду с хромом, никелем, кобальтом нашел широкое применение как легирующий элемент, причем сталь легируют обычно не техническим молибденом, а ферромолибденом — так выгоднее.

Тем временем приближалась первая мировая война. Военные ведомства европейских держав требовали от промышленности крепкой брони для кораблей и укреплений, особо прочной стали для пушек. Орудийные стволы начали изготовлять из хромомолибденовых и никельмолибденовых сталей, отличающихся высоким пределом упругости и в то же время поддающихся токарной обработке с высокой степенью точности. Из хромомолибденовой делали бронебойные снаряды, судовые валы и другие важные детали. Фирма «Винчестер» применила эту сталь для изготовления винтовочных стволов и ствольных коробок.

Появлялось все больше тяжелых моторов. Для них нужны были крупные шариковые и роликовые подшипники, выдерживающие большую нагрузку. И для этой цели подошли хромомолибденовые и никельмолибденовые стали.

В наше время, когда ежегодно добывают из недр Земли миллионы тонн молибденовых руд, 90% всего молибдена поглощает черная металлургия.

Молибден и авиация

Когда самолеты перестали делать из дерева и парусины, понадобились не только мощные моторы и легкие металлические листы обшивки, но и жесткий каркас из металлических трубок. Вначале авиация довольствовалась трубами из углеродистой стали, но размеры самолетов все росли. Потребовались трубы значительно большего диаметра, но с малой толщиной стенки. Трубы из хромованадиевой стали в принципе могли бы подойти, но эта сталь не выдерживала протяжки до нужных размеров, а в местах сварки такие трубы при охлаждении «отпускались» и теряли прочность.

Выйти из этого тупика удалось благодаря хромомолибденовой стали. Трубы из нее хорошо протягивались, прекрасно сваривались и, что главное, в тонких сечениях не «отпускались» при сварке, а, наоборот, самозакалялись на воздухе. Количество молибдена в стали, из которой их протягивали, было крайне невелико: 0,15-0,30%.

Электричество и радиотехника

Нити накаливания обычных электрических ламп делают из вольфрама, более тугоплавкого, чем все прочие металлы, и дающего наибольшую светоотдачу. Но если впаять вольфрамовую нить в стеклянный стерженек в центре лампочки, то он вскоре треснет из-за теплового расширения нити.

Когда исследовали физические свойства молибдена, то обнаружили, что у него ничтожно малый коэффициент теплового расширения. При нагреве от 25 до 500°C размеры молибденовой детали увеличатся всего на 0,0000055 первоначальной величины. И даже при нагреве до 1200°C молибден почти не расширяется. Поэтому вольфрамовые нити накаливания стали подвешивать на молибденовых крючках, впаянных в стекло. В дальнейшем молибден сыграл еще большую роль в электровакуумной технике. К вакуумным приборам электрический ток подводится через молибденовые прутки, впаянные в специальное стекло, имеющее одинаковый с молибденом коэффициент теплового расширения (это стекло носит название молибденового).

В 20-е годы нашего века радио стало всеобщим увлечением и потребностью. Началась настоящая радиогорячка. Радиоприемники тех лет были обычно безламповыми — детекторными. Лучшую слышимость подбирали, пробуя в разных местах контакт между стальным тонким щупом (контактной пружиной) и кристаллом молибденита.Металлический молибден служит в радиоприемниках и в наше время. Он хорошо прокатывается в тонкие листы толщиной 0,1-0,2 мм, выдерживает сильный нагрев. Поэтому он оказался хорошим материалом для анодов радиоламп.

Применение молибдена

Жаропрочные сплавы

Техника сверхскоростных и космических полетов ставит перед металлургами задачу получать все более жаростойкие материалы. Прочность при высоких температурах зависит прежде всего от типа кристаллической решетки и, конечно, от химической природы материала. Температурный предел эксплуатации титановых сплавов 550-600°C, молибденовых — 860, а титано-молибденовых — 1500°C.

Чем объяснить столь значительный скачок? Его причина — в строении кристаллической решетки. В объемно-центрированную структуру молибдена внедряются посторонние атомы, на этот раз атомы титана. Получается так называемый твердый раствор внедрения, структуру которого можно представить так. Атомы молибдена, металла- основы, располагаются по углам куба, а атомы добавленного металла, титана, — в центрах этих кубов. Вместо объемноцентрированной кристаллической решетки появляется гранецентрированная, в которой процессы разупрочнения под действием температур происходят намного менее интенсивно.

В таком целенаправленном изменении кристаллической структуры металлов состоит один из основных принципов легирования.

Другая причина столь резкого увеличения жаропрочности кроется в том, что сплавляются очень непохожие металлы — молибден и титан. Это общее правило: чем больше разница между атомами легирующего металла и металла-основы, тем прочнее образующиеся связи. Металлическая связь как бы дополняется химической.

Легирование, однако, вовсе не последнее слово в решении проблемы жаропрочных сплавов. Уже в наше время обнаружены необычайные свойства нитевидных кристаллов, или «усов». Прочность их по сравнению с металлами, обычно используемыми в технике, поразительно велика. Объясняется это тем, что кристаллическая структура усов практически лишена дефектов, и техника сверхскоростных полетов берет на вооружение усы, создавая с их помощью композиционные жаропрочные материалы. Один из таких материалов — это окись алюминия, армированная молибденовыми усами, другой представляет собой начиненный той же арматурой технический титан. По сравнению обычным титаном этот материал может работать в жестких условиях в 1000 раз дольше.

Что можно противопоставить огненному смерчу, обрушивающемуся на космический корабль при входе в плотные слои атмосферы? Прежде всего теплозащитную обмазку и охлаждение. Да, охлаждение, подобное в принципе охлаждению автомобильных двигателей с помощью радиаторов. Только работать здесь должны более энергоемкие процессы. Много тепла нужно на испарение веществ, но еще больше на сублимацию — перевод из твердого состояния непосредственно в газообразное. При высоких температурах сублимировать способны молибден, вольфрам, золото.

Покрытие носовой части корабля молибденом или другим из перечисленных (более дорогих) металлов в значительной мере ослабит силу огненного смерча, через который надо пройти возвращаемому аппарату космического корабля.

Другие области применения молибдена

Сплав из молибдена с вольфрамом в паре с чистым вольфрамом можно использовать для измерения температуры до 2900°C в восстановительной атмосфере. Молибденовая проволока может служить обмоткой в высокотемпературных (до 2200°C) индукционных печах, но опять-таки только не в окислительной среде.

В технике используют и вредное в принципе свойство молибдена окисляться при повышенной температуре. Молибденом пользуются для очистки благородных газов от примеси кислорода. Для этого аргон или неон пропускают над нагретой до 600-900°C молибденовой поверхностью, и она жадно впитывает кислород.

Тугоплавкий, ковкий, не тускнеющий, обладающий приятным цветом молибден получил признание у ювелиров. Им иногда заменяют драгоценную платину.

В химической промышленности молибден и соли молибденовой кислоты применяют как катализаторы. Кожевенники добавляют некоторые соединения молибдена в дубильные растворы, чтобы улучшить качество натуральной кожи.

А молибденит, который 200 лет назад не отличали от графита, в наше время иногда применяют вместо графита как высокотемпературную смазку. Ведь по кристаллической структуре он действительно подобен графиту.

И еще молибден так же, как бор, медь, марганец, цинк, — жизненно необходимый микроэлемент, обладающий специфическим действием на растительные и животные организмы. Впрочем, это тема самостоятельного рассказа. А доказывать важность и необходимость этого элемента для техники после всего, что уже рассказано, вряд ли нужно. Нельзя считать его бесполезным и для науки XX в., хотя бы потому, что благодаря молибдену был, наконец, открыт первый искусственный элемент — технеций.