Плотность молибдена, его физические и механические свойства, соединения, применение. Молибден - характеристика функций и роли элемента в организме человека; перечень продуктов, в которых содержится данный металл

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 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 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. 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 никельмолибдено-вых сталей, отличающихся высоким пределом упругости и в 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 хромована-диевой 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 , и дающего наибольшую светоотдачу. Но если впаять вольфрамовую нить в стеклянный стерженек в центре лампочки, он вскоре треснет из-за теплового расширения нити.

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

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° С, молибденовых - 860, а титано-молибденовых - 1500° С!

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 объем-по-центрированной кристаллической решетки появляется гранецентрированная, в которой процессы разупрочнения под действием температур происходят намного менее ий-

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 - молибден и . 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 топ же арматурой технический . По сравнению с 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,

Не многие знают, что молибден - это химический элемент шестой группы таблицы Менделеева, относящийся к переходным металлам. В классификационной структуре он находится по соседству с хромом и вольфрамом. Его отличает насыщенный серый цвет и специфический металлический блеск. Широкое применение этот тугоплавкий элемент нашел в металлургической промышленности.

Краткая история открытия

Не так много сведений сохранилось до наших дней об открытии молибдена. Это связано с тем, что элемент не является слишком распространенным. Однако первые упоминания о нем были сделаны в 1778 году, когда аналитическая химия еще не успела вступить в эпоху зрелости. Сначала вещество было выделено в виде оксида.

Несмотря на открытие химического элемента в 1778 году, используемое в настоящее время название появилось гораздо раньше. Оно часто упоминалось для минералов, имеющих еще в Средние века.

Присутствие в окружающей среде

Хотя молибден - это не очень распространенный элемент, в земной коре он распределен сравнительно равномерно. В свободном виде он не встречается. Наименьшее количество данного металла включают карбонатные и ультраосновные породы. Определенная доля вещества содержится в речной и морской воде. В верхних слоях находится гораздо меньше металла, нежели на глубине.

Существует две формы залегания:

• сульфидная;
• молибдатная.

Они проявляются в виде микроскопических выделений. Кристаллизация молибденита происходит при повышенной кислотности и наличии восстановительной среды. На поверхности обычно образуются кислородные соединения. Что касается первичных руд, то в них молибденит может находиться совместно с минералами меди, висмутина и вольфрамита. В больших объемах металл встречается в осадочных отложениях.

Крупные месторождения в России

В Российской Федерации использование молибдена осуществляется во многих сферах деятельности. Страна имеет одну из самых крупных на всем земном шаре минерально-сырьевую базу по добыче данного металла. Основная доля предприятий сосредоточена в южной части Сибири.

По объемам запасов Россия уступает лишь трем государствам - США, Китаю и Чили. Основная часть минерально-сырьевой базы представлена штокверковыми месторождениями, содержащими более 87% разведанных ресурсов. Однако российские залежи характеризуются не очень высоким качеством руд.

В таблице отражены наиболее крупные месторождения.

Практическое применение

В чистом виде использование молибдена осуществляется при производстве проволок или лент, предназначенных для выдерживания высоких температур. Такие изделия могут выступать в качестве нагревательных элементов для электрических печей, электронных ламп или

Представленный металл значительно улучшает характеристики сталей. После введения его в состав повышаются их прочностные качества и стойкость к коррозии, что необходимо при изготовлении важных деталей. Часто с добавкой молибдена производятся отличающиеся также кислотоупорностью.

Соединения с этим металлом активно применяются при изготовлении передней обшивки самолетов и ракет. На основе сплавов производятся сотовые панели летательных аппаратов и Устойчивость к высоким температурам позволяет использовать изделия с введением молибдена для обработки сталей. Многие соединения выступают в качестве катализаторов химических реакций.

Физические и химические свойства

Молибден - это металл светло-серого цвета, обладающий кубической решеткой с объемным центрированием. Его механические свойства определяются чистотой самого материала, а также предварительной и термической обработкой. Более подробно физические свойства рассматриваются в таблице, приведенной ниже.

В обычных условиях компонент периодической таблицы устойчив ко многим веществам. Процесс окисления начинает протекать при температуре свыше 400 градусов. Щелочные растворы на молибден оказывают медленное воздействие. Устойчивость к влаге без осуществления аэрации достаточно высока.

Соединения с другими металлами

Качество получаемых сплавов молибдена во многом зависит от пропорции, а также способности используемых примесей и базового компонента взаимодействовать с веществом. Немаловажную роль играет технология легирования. Однако отдельные типы соединений вызывают у экспертов сомнения в плане пригодности для дальнейшей эксплуатации.

Не очень хорошо сочетается молибден с вольфрамом. При его введении существенно повышается жаропрочность материала, но в то же время ухудшается стойкость к деформациям. Подобные проблемы возникают и в комбинациях с другими металлами, поэтому такие типы легирования перестали осуществляться.

Несмотря на существующие сложности, все же удалось найти некоторые соединения, способные повысить термический порог применения молибдена. При этом пластичность, стойкость к деформациям и другие характеристики находятся на том же уровне.

Марки в промышленности

Производственный процесс предполагает использование материала не только в чистом виде, но и с добавлением примесей. Ниже представлены марки молибдена, которые распространены в промышленности.

Процесс получения

Для производства молибдена подготавливается руда, включающая до 50 процентов основного вещества, значительное количество серы, небольшую концентрацию кремния и других компонентов. Она подвергается обжигу при температурном режиме от 570 до 600 градусов в специальных печах. После термического воздействия образуется концентрат, содержащий в себе оксид молибдена с примесями.

Получить массу без посторонних веществ можно двумя способами:

1. Методом последовательных воздействий химического характера. При использовании аммиачной воды получившийся огарок переходит в жидкое состояние. Из образовавшегося раствора удаляются посторонние примеси. После обработки их количество не должно превышать 0,05 процентов.
2. Путем возгонки, представляющей собой процесс преобразования твердого соединения в газообразное состояние. При таком варианте жидкая фаза минуется.

Очищенный от примесей оксид молибдена подвергается обработке в трубчатых печах посредством водорода. В итоге получается порошок, который путем плавки и внедрения особых веществ преобразуется непосредственно в металл. Форма заготовок будет зависеть от применяемой технологии производства.

Изготавливаемые изделия из молибдена

Наиболее распространенным видом продукции являются прутки. Они могут не только использоваться самостоятельно, но и служить основой для производства проволоки. В качестве исходного сырья для изготовления изделий выступают молибденовые штабики, имеющие квадратное сечение не более 40 мм.

В процессе получения прутков осуществляется ротационная ковка, проходящая в несколько этапов. На каждой стадии изготавливаются прутки с определенным сечением. Условия ковки изменяются с учетом диаметра поступающей заготовки. К недостаткам технологии можно отнести трудоемкость производственного процесса.

Для изготовления специальной проволоки также используется молибден. Производители формируют ее из подготовленных должным образом прутков, диаметр которых не превышает 3 мм. При таком сечении изделия легко наматываются на катушку для дальнейшего производства проволоки.

В процессе изготовления применяется метод протяжки, включающий четыре основных этапа. Проволока в итоге получает конечный диаметр, который был установлен заранее. Температурный режим в ходе производственного процесса может колебаться от 300 до 700 градусов.

После волочения производится очистка проволоки путем отжига в водородной среде. В этом случае температура достигает 1300-1400 градусов. Иногда очистка осуществляется электролитическим травлением с использованием азота.

Из молибдена могут изготавливаться цельные листы и ленты. Их удается получить за счет ковки и прокатки. При производстве применяются пневматические молоты и двухвалковые станы. Толщина получаемой ленты после горячей прокатки зависит от сечения исходной пластины.

После изготовления молибденовые полосы проходят химическую очистку. Они помещаются в специальную среду из активных веществ. Далее осуществляется холодная прокатка при обычной температуре. На завершающем этапе ленты снова подвергаются очистке и при необходимости полируются.

Существуют производственные стандарты для изделий металлических из молибдена. ГОСТ 18905-73 устанавливает требования к изготовлению проволоки. В нем отражены допустимые отклонения массы и диаметра.

Производители молибдена в России

На территории Российской Федерации преимущественно разрабатываются скарновые, штокверковые и жильные месторождения. По качеству добываемая руда не сильно уступает зарубежному сырью, но она все же имеет определенные особенности, связанные со структурой.

В России самыми крупными производителями молибдена являются две компании:

• ООО «Сорский ГОК».
• ОАО «Жирекенский ГОК».

Перечисленные предприятия обеспечивают до 95 процентов отечественного производства металла.

В заключение о роли элемента для человеческого организма

Молибден выступает в качестве важного вещества, необходимого для нормальной жизнедеятельности людей. Он содержится во многих органах и костной ткани. Суточная потребность в химическом элементе составляет в среднем 70-300 мкг. При его дефиците эти показатели увеличиваются.

Молибден принимает участие в обмене веществ, а также в процессе очищения организма от альдегидов, кислот и других соединений. Он способствует утилизации железа, позволяя быстро устранить последствия при различных видах отравлений. Микроэлемент эффективно очищает организм от ядовитых веществ.

Проведенные исследования показали, что молибден облегчает боли при артрите и других заболеваниях, оказывает положительное влияние при наличии астмы, уменьшает риск появления раковых опухолей в кишечнике и желудке. Больше всего вещества содержится в листовых овощах, гречке, ячмене, печенке, яйцах, молоке, крыжовнике и черной смородине.

Подводящие молибденовые провода в лампах накаливания появились в первые дни 20 го века.
Молибден был выбран для этого за его стабильность и прочность при повышенных температурах.
С этого первого применения, ученые и инженеры обнаружили, что другие свойства молибдена делают его незаменимым материалом для многих технических решений. Молибден и его сплавы широко применяются в промышленности и электроники, особенно в черной металлургии для высокотемпературных сплавов.

Многие из них используют прочность молибдена и стабильность при высоких температурах, так же как и первый проводящий провод в лампе накаливания. Тем не менее, молибден имеет много других свойств, которые делают его привлекательным для использования на производстве и для производства, в том числе, как традиционный компонент высокотемпературных промышленных сплавов. Купить молибденовый тигель по ссылке можно по очень привлекательной цене.

Основные свойства молибдена:

Высокая теплопроводность;
. Высокая электропроводность;
. Низкий коэффициент теплового расширения;
. Устойчивость к воздействию расплавленного металла;
. Совместимость с большинством стекольных композиций;
. Термическая стойкость;
. Высокая жесткость, и прочное сцепление со стеклом используется в лампах и электронных устройствах;

Так как многие из его свойств привлекательны для инженеров и конструкторов, металл молибдена и его сплавы используется в:

Осветительные приборы;
. Электрические и электронные приборы;
. Медицинское оборудование;
. Оборудование для обработки материалов;
. Высокотемпературные печи и сопутствующее оборудование термическому напылению покрытий;
. Аэрокосмические и оборонные компоненты;

Применение во всех этих областях требует уникальные комбинации нескольких свойств. Молибден и его сплавы, а также композитные материалы, которые используют молибденовый металл, обеспечивают уникальные комбинации тепло- и электропроводности, теплового расширения, высокотемпературную прочность и сопротивление ползучести, пара давление, экологическую стабильность,
устойчивость к истиранию и износу, которые делают их идеальными.

Эта статья намерена помочь читателю понять, почему этот уникальный материал находит применение в таких разнообразных областях. В ней также представлена ​​некоторая информация по применению и изготовлению техники из молибдена и его сплавов.

Как изготавливаются молибденовые металлические изделия

Поскольку чистый молибден плавится при очень высокой температуре, и потому, что окисляет он при относительно низких температурах, традиционные процессы плавления не могут извлечь металл из руды. Вместо этого, руда перерабатывается с помощью серии шлифования и стадии разделения, чтобы изолировать MoS (Дисульфид молибдена) от других компонентов. Этот изолированный материал, содержащий вплоть до около 90% MoS "обжаривают" в воздухе для производства МоО (Молибденовый оксид) и (диоксид серы). Диоксид серы превращается в серную кислоту и может быть продан для химических применений.

Технический оксид содержит около 57% Мо и меньше чем на 0,1% S, но это не является проблемой для подавляющего большинства технологий производства, где используется оксид, в том числе для производства сплава молибденовой стали.

Тем не менее, технический оксид должен быть очищены химически, чтобы использовать его в производстве металлического молибдена. Оксид сначала растворяют в гидроксиде натрия или аммония, а затем этот
раствор обрабатывают осаждением и фильтрацией, подвергают экстракции растворителем, или сочетают оба способа вместе для удаления примесей.

Свойства и применение молибдена

Существует неразрывная связь между свойствами материала и его применением.

В некоторых случаях применение конкретного свойство (например, электропроводность) является

первостепенным значением. В других странах, сочетание свойств позволяет сделать оптимальный выбор.

Оптимум - это важное слово в этом контексте. Это означает, что в то время как другие материалы могут

иметь преимущество в одном или другом свойстве, сочетание свойств обеспечивает наилучшее решение проблем технического проектирования.

Иногда оптимальным решением будет использование не одного материала, а сочетание материалов, или композитный материал, что позволяет конструктору адаптировать, представляющие интерес свойства, для решения конкретной задачи.

Во всех случаях, экономически эффективными решениями являются те, которые в конечном счете помогают выиграть соревнование. Это означает, что материалы из металлического молибдена, который в сравнении с общепринятыми стандартами конструкторского бюро, как конструкционные материалы являются весьма дорогостоящими должны продемонстрировать значительное преимущество перед конкурентами. Так например, сплавы молибдена обеспечивают более высокую прочность, чем чистый молибден, и помогают сохранить эту силу при температурах выше, чем чистый молибден может терпеть.

Электрические и электронные приборы и производство

В электронике сплавы из молибдена широко используются производителями в вакуумных электронных лампах, используя молибден для опор накаливания и сетки из-за его высокой температурной
прочности и механической стабильности.

Конструкторы твердотельных устройств обнаружили другие свойства, кроме жаропрочности, которые сделали молибденовые соединения незаменимыми на производстве электронных устройств.

Молибден по свои свойствам является близким к кремнию, имеет отличные свойства тепло- и электропроводности. Эти свойства делают его идеальным в качестве субстрата для хрупких устройств ремния. Молибден обеспечивает прочную, жесткую основу, которая проводит электричество к и от устройства и эффективно отводит тепло. Его низкий КТР минимизирует дифференциальные напряжения расширения.

Производство полупроводников

Оборудование для производства полупроводников уже давно использует компоненты молибдена, требующие прочность при температуре и совместимость с агрессивным процессом сред. Процесс ионной имплантации используется для легирования кремниевых пластин с атомами для создания олупроводниковых приборов.

Использование в металлургии

Высокотемпературная обработка

Горячая обработка, жаропрочность и деформационное сопротивление являются важными свойствами
для горячей рабочей оснастки. Молибденовый сплав позволяет формирование температурного режима выше
1100 ° С. Молибденовые сплавы идеально подходят для экструзии латуни, литья металла, обработки жидкого металла и даже литья пластика под давлением.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Молибден - светло-серый твердый металл (рис. 1), имеющий объемно-центрированную кубическую структуру. Парамагнитен. Хорошо проводит электрический ток, отличается высокой твердостью, царапает стекло.

На механические свойства молибдена сильно сильное влияние оказывает наличие примесей: чистый металл - пластичный, а содержащий даже небольшую долю примесей азота и кислорода - хрупкий и ломкий.

Рис. 1. Молибден. Внешний вид.

При комнатной температуре он не изменяется на воздухе, но при накаливании окисляется в белый триоксид MoO 3 . Соляная и разбавленная серная кислота при комнатной температуре не действуют на молибден; он растворяется в азотной или горячей концентрированной серной кислоте.

Основные константы молибдена приведены в таблице ниже.

Таблица 1. Физические свойства и плотность молибдена.

Нахождение молибдена в природе

Молибден относят к редким и рассеянным металлам: его содержание в земной коре составляет 3×10 -3 % (масс.). Основная форма нахождения молибдена в природе - полевые шпаты, пироксены. Из минералов молибдена наибольшее значение имеет молибденит MoS 2 , в основном благодаря тому, что не содержит значительных количеств других металлов, что существенно облегчает переработку руды. Продуктами его окисления в природных условиях являются вульфенит PbMoO 4 и повеллит CaMoO 4 .

Краткое описание химических свойств и плотность молибдена

Несмотря на то, что молибден в ряду напряжений стоит левее водорода, он подобно другим тяжелым переходным металлам не взаимодействует с кислотами-неокислителями. Однако, семь концентрированных азотной и плавиковой кислот переводит его в раствор:

Mo + 8HF + 2HNO 3 = H 2 MoF 8 + 2NO + 4H 2 O.

Молибден хорошо растворим и в горячих концентрированных растворах азотной или серной кислоты, а также в царской водке. Он устойчив в щелочных растворах, но в присутствии окислителей (KNO 3 , KClO 3) растворяется в расплавах щелочей:

Mo + 3KNO 3 + 2KOH = K 2 MoO 4 + 3KNO 2 + H 2 O (t, o C).

При нагревании молибден вступает в реакции с неметаллами: в большинстве случаев молибден окисляется до степени окисления +6. Так, порошок металла при нагревании в кислороде примерно до 800 o С воспламеняется сгорая до оксида MoO 3 . В атмосфере фтора молибден превращается в высший фторид MoF 6 , при хлорировании образуется MoCl 5 . Серой молибден окисляется до дисульфида MoS 2 . С азотом и углеродом он образует высокотвердые и жаропрочные нитриды (Mo 2 N, Mo 5 N 2 , MoN и др.) и карбиды (Mo 2 C, MoC и т.д.).

Mo + 3F 2 = MoF 6 ;

2Mo + 5Cl 2 = 2MoCl 5 ;

2Mo + 3O 2 = 2MoO 3 ;

Mo + 2S = MoS 2 .

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

ПРИМЕР 2

Задание	Плотность простого вещества газа азота по воздуху равна 0,9655. Вычислите молярную массу азота и его формулу.
Решение	Отношение массы данного газа к массе другого газа, взятого в том же объеме, при той же температуре и том же давлении, называется относительной плотностью первого газа по второму. Данная величина показывает, во сколько раз первый газ тяжелее или легче второго газа. Молярная масса газа равна его плотности по отношению к другому газу, умноженной на молярную массу второго газа: Относительную молекулярную массу воздуха принимают равной 29 (с учетом содержания в воздухе азота, кислорода и других газов). Следует отметить, что понятие «относительная молекулярная масса воздуха» употребляется условно, так как воздух - это смесь газов. Тогда, молярная масса газа азота будет равна: M gas = D air × M(air) = 0,9655× 29 = 28г/моль. Относительная атомная масса азота равна 14,0067а.е.м. Тогда, в состав молекулы азота входит M gas /A r (N) атомов азота: M gas / A r (N) = 28 / 14,0067= 2. Значит формула молекулы азота N 2 .
Ответ	Молярная масса азота равна 28 г/моль, а формула молекулы азота N 2

Своим названием металл молибден обязан внешнему сходству дисульфида молибдена со свинцовой рудой - галенитом (греческое название свинца - molybdos).

История открытия элемента

В Средние века в Европе молибденом называли три разных по составу, но почти схожих по цвету и структуре минерала - галенит (Pbs), молибденит (MoS 2) и графит (C). Кстати, минерал "молибденовый блеск" (еще одно название молибденита) использовали в качестве грифеля для карандашей, оставлявших на листе зеленовато-серый след.

Родиной металлического молибдена, 42 элемента периодической по праву считается Швеция. В 1758 году химик и минеролог из этой страны, первооткрыватель никеля Аксель Кронстедт предположил, что вышеперечисленные минералы имеют совершенно разную природу. Спустя два десятка лет его земляк химик-фармацевт из Чёпинга Карл Шееле получил молибденовую кислоту в виде белого осадка ("белой земли"), прокипятив молибденит в концентрированной азотной кислоте. Ученый интуитивно понимал, что если прокалить молибденовую кислоту с углем, то можно выделить металл. Не имея подходящей печи, он переслал образцы Петеру Гьельму, который и выделил в 1782 году новый металл с большим количеством примесей карбидов. Коллеги назвали элемент "молибден" (формула в периодической таблице - Mo).

Сравнительно чистый металл был получен только в 1817 году президентом Шведской академии наук Йенсом Берцелиусом.

Характеристика простого вещества

Способ получения оказывает большое влияние на физические свойства молибдена и его внешний вид. Порошковый металл, заготовки и штабики до спекания - темно-серого цвета. Палитра обработанного проката гораздо насыщеннее - от почти черного до светло-серебристого. Плотность молибдена - 10,28 т/м 3 . Металл плавится при температуре 2623˚С, а при 4639˚С - закипает. Совершенно чистый молибден обладает замечательной ковкостью и пластичностью, что гарантирует легкую прокатку и штамповку. Заготовку диаметром до 12 мм даже в условиях комнатной температуры можно свободно завязать двойным узлом или раскатать до тонкой фольги. Металл обладает хорошей электропроводностью. Присутствие примесей повышает твердость и хрупкость и во многом определяет механические свойства молибдена.

Важнейшие соединения

В составе сложных веществ элемент проявляет различную степень окисления от +2 до высшей (последние соединения наиболее устойчивы), что и определяет химические свойства молибдена. Для этого металла характерны соединения с кислородом и галогенами (MoO 3 , MoCl5) и молибдаты (соли молибденовой кислоты). Реакции окисления возможны только при высоких температурах (от 600˚С). Дальнейшее повышение заставит молибден взаимодействовать с углеродом, фосфором, серой. Хорошо растворяется в азотной или нагретой серной кислоте.

Фосфорная, мышьяковая, борная и кремниевая кислоты образуют с молибденом комплексные соединения. Наиболее известна и распространена соль фосформолибдат аммония. Вещества, содержащие молибден, отличаются широкой цветовой палитрой и разнообразными оттенками.

Технология обогащения молибденовых руд

Промышленная выработка абсолютно чистого молибдена была освоена только в XX веке. Химической переработке молибденовой руды предшествует ее обогащение: после измельчения в дробилках и шаровых мельницах основным методом выступает пяти- или шестикратная флотация. В результате достигается высокая концентрация (до 95 %) дисульфида молибдена в сырье.

Следующий и важнейший этап - обжиг. Здесь удаляются нежелательные примеси воды, серы, остатки реагентов флотации и дисульфид молибдена окисляется до триоксида. Дальнейшая очистка возможна несколькими способами, но наибольшей популярностью пользуются следующие:

• аммиачный метод, при котором соединения молибдена полностью растворяются, а примеси удаляются;
• возгонка при температуре от 900 до 1100 ˚С. Результат - концентрация MoO 3 повышается до 90-95 %.

Промышленное производство металлического молибдена

Пропуская через очищенный триоксид молибдена водород (в лабораториях для восстановления нередко применяют углерод или углеродосодержащие газы, алюминий, кремний) получают порошковый металл. Процесс идет в специальных трубчатых печах с постепенным повышением температуры от 500 до 1000 ˚С.

Технологическая цепочка производства компактного металлического молибдена включает в себя:

• Прессование. Процесс протекает в под давлением до 300 МПа. Связующим компонентом выступает спиртовой раствор глицерина. Максимальное сечение заготовок (штабиков) при этом не превышает 16 см 2 , а длина - 600 см. Для более крупных используют резиновые или полимерные формы. Прессование происходит в рабочих камерах, куда под высоким давлением нагнетается жидкость.
• Спекание. Происходит в два этапа. Первый - низкотемпературный, продолжительностью 30-180 минут (в зависимости от размера заготовки), осуществляется в муфельных печах в водородной атмосфере при температуре 1200 ˚С. На втором этапе (сварке) заготовку нагревают до температуры, близкой к точке плавления (2400-2500 ˚С). В результате уменьшается пористость и увеличивается плотность молибдена.

Крупные заготовки весом до 3 тонн спекают в индукционных, электроннолучевых или дуговых печах. Завершается процесс механической обработкой спеченных изделий.

Богатейшие месторождения

Молибден - достаточно редкий элемент в земной коре и во Вселенной в целом. Из двух десятков минералов, существующих в природе, существенное промышленное значение принадлежит пока только молибдениту (MoS 2). Ресурсы его не бесконечны и уже разработаны технологии извлечения металла из повеллитов, молибдатов. В зависимости от минерального состава и формы рудных тел, месторождения разделяют на жильные, прожилково-вкрапленные и скарновые.

Общемировые разведанные запасы элемента составляют 19 млн тонн, причем почти половина приходится на Китай. Крупнейшим месторождением молибдена с 1924 года считается рудник Клаймакс (США, штат Колорадо) со средним содержанием до 0,4 %. Нередко извлечение молибденовых руд ведется попутно с добычей меди и вольфрама.

В России запасы молибдена составляют 360 тыс. тонн. Из 10 разведанных месторождений промышленно освоены только 7:

• Сорское и Агаскырское (Хакассия);
• Бугдаинское и Жирекенское (Восточное Забайкалье);
• Орекитканское (Бурятия);
• Лабаш (Карелия);
• Тырныаузское (Северный Кавказ).

Добыча производится и открытым, и закрытым способом.

Тайна самурайских мечей

На протяжении нескольких столетий европейские оружейники и ученые бились над загадкой остроты и прочности древних японских мечей начала второго тысячелетия, безуспешно пытаясь изготовить такое же качественное холодное оружие. Только в конце XΙX века, обнаружив в японской стали примеси молибдена, удалось разрешить эту загадку.

Впервые промышленное применение молибдена в качестве легирующей добавки для улучшения качества стали (придания ей твердости и вязкости) освоила в 1891 году компания Schneider & Co из Франции.

Существенным стимулом для развития молибденовой металлургии послужила Первая мировая война. Показательно, что толщину лобовой брони запросто пробиваемую немецкими снарядами такого же калибра, удалось уменьшить с 75 мм до 25 мм, добавив в сталь броневых листов 1,5-2 % молибдена. При этом значительно повысилась прочность машины.

Применение молибдена

Более 80 % всего используемого в промышленности молибдена приходится на черную металлургию. Без него немыслимо производство жаростойкого чугуна, конструкционных и инструментальных сталей. Одна весовая часть элемента улучшает качество стали эквивалентно двум весовым частям вольфрама. Так как плотность молибдена в два раза меньше, его сплавы значительно превосходят по качеству вольфрамовые при эксплуатационных температурах ниже 1370 ˚С. Молибденовые стали лучше поддаются цементации.

Молибден востребован в радиоэлектронной, химической и лакокрасочной отраслях. В машиностроении используется как жаропрочный материал. В сельском хозяйстве слабые растворы соединений элемента значительно улучшают усвояемость растениями питательных веществ. Следует учитывать, что в больших дозах молибден оказывает токсическое воздействие на живые и растительные организмы, негативно влияет на окружающую среду.

Биологическое значение

В рационе питания человека и животных молибден - один из важнейших микроэлементов. В виде активной биологической формы - молибденовом коферменте - (Moco) он необходим для осуществления в живых тканях катаболических процессов.

Очень перспективными выглядят исследования в области антираковой активности молибдена. Высокий процент заболеваемости раком пищеварительного тракта среди населения местечка Лин Ксиан (провинция Хонан, КНР) удалось значительно снизить после внесения в почву минеральных удобрений с содержанием молибдена.

В редких случаях дефицита элемента в человеческом организме возможно развитие дезориентации в пространстве, пороков мозга, умственных отклонений и прочих тяжелых нервных заболеваний. Суточная доза молибдена для взрослого человека составляет от 100 до 300 мкг. При увеличении ее до 5-15 мг неизбежно токсическое отравление, до 50 мг - летальный исход. Наиболее богаты молибденом листовые овощи, зерновые, бобовые и ягодные (черная смородина, крыжовник) культуры, молочная продукция, яйца, печень и почки животных.

Экологические аспекты

Биологические характеристики молибдена предъявляют повышенные требования к утилизации отходов переработки рудного материала, строгому соблюдению технологического процесса на предприятиях для предотвращения негативного влияния на здоровье работающего персонала и природу.

Следует предусмотреть все меры, исключающие попадание продуктов переработки в грунтовые воды. Необходимо учитывать, что растения обладают свойством усваивать и накапливать молибден, поэтому его содержание в побегах и листьях может превышать допустимые концентрации. Эта зеленая масса может быть опасна для животных. Для предотвращения распространения ветрами использованной породы отвалы укрывают слоем земли.

Тенденции мирового рынка молибдена

С началом глобального мирового финансового кризиса общемировое потребление молибдена снизилось на 9 %. Исключение составил Китай, где наблюдается рост до 5 %. Реакцией на резкое снижение потребительского спроса в 2009 году стало снижение объемов производства. К прежнему уровню выпуска удалось приблизиться лишь через четыре года, а в 2014 году установить новый максимум в 245 тыс. тонн. Основным потребителем и производителем молибдена и его продуктов по-прежнему остается Китай.

Плотность молибдена и его удивительные свойства сделали его незаменимым для стали и сплавов в конструкциях, где требуется сочетание небольшого веса, высокой прочности и коррозийной стойкости материалов. Прогнозируемый рост числа атомных электростанций, других энергетических и промышленных объектов, разработка новых месторождений нефти и газа в суровых условиях Крайнего Севера и Заполярья неизбежно приведут к росту спроса на молибден и его производные.