Chế biến molypden, chuẩn bị quặng để sử dụng trong các sản phẩm khác nhau.
Molybdenum (Mo) là một kim loại giống như bạch kim màu trắng với nhiệt độ nóng chảy 2.610 ° C (4.730 ° F). Ở trạng thái tinh khiết, nó dẻo dai và dễ uốn và được đặc trưng bởi độ cứng vừa phải, độ dẫn nhiệt cao, khả năng chống ăn mòn cao và hệ số giãn nở thấp. Khi được hợp kim với các kim loại khác, molypden thúc đẩy độ cứng và độ dẻo dai, tăng cường độ bền kéo và khả năng chống rão, và nói chung thúc đẩy độ cứng đồng đều. Một lượng nhỏ molypden (từ 1 phần trăm trở xuống) cải thiện đáng kể khả năng chống mài mòn, tính chống ăn mòn và độ bền và độ bền nhiệt độ cao của vật liệu ma trận. Do đó Molypden là một tác nhân bổ sung quan trọng trong sản xuất thép và các siêu hợp kim không màu rất tinh vi.
Vì nguyên tử molypden có đặc tính tương tự như vonfram nhưng chỉ bằng một nửa trọng lượng và mật độ nguyên tử của nó, nên nó thay thế một cách thuận lợi vonfram trong thép hợp kim, cho phép đạt được hiệu quả luyện kim tương đương với một nửa kim loại. Ngoài ra, hai trong số các vòng electron bên ngoài của nó không đầy đủ; điều này cho phép nó tạo thành các hợp chất hóa học trong đó kim loại là di-, tri-, tetra-, penta- hoặc hexa-valent, tạo ra nhiều loại sản phẩm hóa học molypden. Đây cũng là yếu tố thiết yếu trong tính chất xúc tác đáng kể của nó.
Lịch sử
Mặc dù kim loại đã được biết đến từ các nền văn hóa cổ đại, và các dạng khoáng chất của nó đã bị nhầm lẫn với than chì và thiên hà quặng chì trong ít nhất 2.000 năm, molybdenum không được phát hiện và xác định chính thức cho đến năm 1778, khi nhà hóa học và dược sĩ người Thụy Điển Carl Wilhelm Scheele sản xuất oxit molybdic bằng cách tấn công molybdenite nghiền (MoS 2) bằng axit nitric đậm đặc và sau đó làm bay hơi cặn đến khô. Theo đề nghị của Scheele, một nhà hóa học người Thụy Điển khác, Peter Jacob Hjelm, đã sản xuất molybdenum kim loại đầu tiên vào năm 1781 bằng cách đun nóng một hỗn hợp được điều chế từ oxit molybdic và dầu hạt lanh ở nhiệt độ cao trong nồi nấu kim loại. Trong thế kỷ 19, nhà hóa học người Đức là Congoltz và người Thụy Điển Jöns Jacob Berzelius đã khám phá một cách có hệ thống hóa học phức tạp của molybdenum, nhưng mãi đến năm 1895, một nhà hóa học người Pháp, Henri Moissan, đã sản xuất kim loại molybdenum tinh khiết đầu tiên (99,98%) nó với carbon trong lò điện, do đó có thể tiến hành nghiên cứu khoa học và luyện kim vào kim loại và hợp kim của nó.
Năm 1894, một nhà sản xuất vũ khí của Pháp, Schneider SA, đã đưa molypden vào mạ áo giáp tại các công trình của nó ở Le Creusot. Năm 1900, hai kỹ sư người Mỹ, FW Taylor và P. White, đã trình bày loại thép tốc độ cao dựa trên molypden đầu tiên tại Đại học Triển lãm ở Paris. Đồng thời, Marie Curie ở Pháp và JA Mathews ở Hoa Kỳ đã sử dụng molypden để chuẩn bị nam châm vĩnh cửu. Nhưng phải đến khi sự thiếu hụt vonfram cấp tính bị kích động bởi Thế chiến I, molypden đã được sử dụng trên quy mô lớn để chế tạo vũ khí, mạ giáp và các phần cứng quân sự khác. Vào những năm 1920, hợp kim mang molypden có ứng dụng thời bình đầu tiên, ban đầu là sản xuất ô tô và sau đó là thép không gỉ. Trong thập kỷ tiếp theo, họ đã được chấp nhận trong thép tốc độ cao, và sau Thế chiến II, chúng được sử dụng trong ngành hàng không, đặc biệt là trong động cơ phản lực, phải chịu được nhiệt độ vận hành cao. Sau đó, việc sử dụng chúng mở rộng sang tên lửa. Ngoài thép hợp kim, molypden được sử dụng trong siêu hợp kim, hóa chất, chất xúc tác và chất bôi trơn.
Quặng
Khoáng sản thương mại duy nhất trong sản xuất molypden là bisulfide (MoS 2), được tìm thấy trong molybdenite. Hầu như tất cả các quặng được thu hồi từ tiền gửi phổ biến por porry. Đây là tiền gửi molypden chính hoặc tiền gửi molybdenum phức tạp từ đó molypden được thu hồi dưới dạng sản phẩm sao chép hoặc sản phẩm phụ. Tiền gửi có chứa từ 0,1 đến 0,5% molypden, có phạm vi rộng. Porpries đồng cũng là tiền gửi rất lớn, nhưng hàm lượng molypden của chúng thay đổi trong khoảng 0,005 đến 0,05 phần trăm. Khoảng 40% molypden đến từ các mỏ chính, 60% còn lại là sản phẩm phụ của đồng (hoặc trong một số trường hợp là vonfram).
Khoảng 64 phần trăm tài nguyên có thể phục hồi được tìm thấy ở Bắc Mỹ, với Hoa Kỳ chiếm hai phần ba trong số đó. 25 phần trăm khác là ở Nam Mỹ, và sự cân bằng được tìm thấy chủ yếu ở Nga, Kazakhstan, Trung Quốc, Iran và Philippines. Châu Âu, Châu Phi và Úc rất nghèo quặng molypden. Các nhà sản xuất molypden lớn nhất bao gồm Trung Quốc, Hoa Kỳ, Chile, Peru, Mexico và Canada.
Khai thác và tập trung
Molybdenum và porpum đồng molybdenum được khai thác bằng hố mở hoặc phương pháp ngầm. Khi quặng đã được nghiền và nghiền, các khoáng chất kim loại sau đó được tách ra khỏi các khoáng vật gangue (hoặc molypden và đồng với nhau) bằng các quy trình tuyển nổi, sử dụng nhiều loại thuốc thử. Các chất cô đặc chứa từ 85 đến 92 phần trăm MoS 2 và một lượng nhỏ đồng (dưới 0,5 phần trăm) nếu molypden được thu hồi dưới dạng sản phẩm phụ của đồng.
Khai thác và tinh chế
Oxit molybdic kỹ thuật
Khoảng 97 phần trăm của MoS 2 phải được chuyển đổi thành oxit molybdic kỹ thuật (85 Tắt90 phần trăm MoO 3) để đến đích thương mại. Việc chuyển đổi như vậy hầu như được thực hiện phổ biến trong các lò nung đa năng kiểu Nichols-Herreshoff, trong đó tập trung molybdenite được đưa từ trên xuống chống lại luồng không khí nóng và khí thổi từ đáy. Mỗi lò sưởi có bốn cánh tay làm mát bằng không khí được quay bằng trục làm mát bằng không khí; các cánh tay được trang bị các lưỡi dao xé toạc vật liệu ra bên ngoài hoặc trung tâm của máy rang, nơi vật liệu rơi xuống lò sưởi tiếp theo. Trong phiên điều trần đầu tiên, chất cô đặc được làm nóng trước và thuốc thử tuyển nổi bắt đầu, bắt đầu chuyển đổi MoS 2 thành MoO 3. Phản ứng tỏa nhiệt này, tiếp tục và tăng cường trong các lò sưởi sau đây, được kiểm soát bằng cách điều chỉnh oxy và bằng cách phun nước làm mát lò khi cần thiết. Nhiệt độ không được tăng quá 650 ° C (1.200 ° F), điểm mà MoO 3 thăng hoa hoặc bốc hơi trực tiếp từ trạng thái rắn. Quá trình kết thúc khi hàm lượng lưu huỳnh của vôi giảm xuống dưới 0,1 phần trăm.
Hóa chất oxit molybdic tinh khiết
Oxit molybdic kỹ thuật được chế tạo thành than bánh được đưa trực tiếp vào lò nung để chế tạo thép hợp kim và các sản phẩm đúc khác. Chúng cũng được sử dụng để tạo ra ferromolybdenum (xem bên dưới), nhưng nếu muốn sản phẩm molypden tinh khiết hơn, chẳng hạn như hóa chất molypden hoặc molypden kim loại, thì MoO 3 kỹ thuật phải được tinh chế thành MoO 3 tinh khiết về mặt hóa học. Điều này được thực hiện trong các vặn điện ở nhiệt độ từ 1.200 đến 1.250 ° C (2.200 đến 2.300 ° F). Các lò nung bao gồm các ống thạch anh vết thương với các yếu tố làm nóng dây molypden, được bảo vệ khỏi quá trình oxy hóa bằng hỗn hợp bột gạch chịu lửa và than gỗ. Các ống được nghiêng 20 ° từ ngang và xoay. Hơi bốc hơi được quét từ các ống bằng không khí và được thu thập bằng mũ trùm dẫn đến túi lọc. Hai phân số riêng biệt được thu thập. Cái đầu tiên tương ứng với sự hóa hơi của 2 phần trăm ban đầu của điện tích và chứa hầu hết các tạp chất dễ bay hơi. Phần cuối cùng là MoO 3 nguyên chất. Đây phải là 99,95% nguyên chất để phù hợp cho việc sản xuất ammonium molybdate (ADM) và natri molybdate, là nguyên liệu ban đầu cho tất cả các loại hóa chất molypden. Các hợp chất này thu được bằng cách phản ứng hóa học MoO 3 tinh khiết với dung dịch amoniac hoặc natri hydroxit. Ammonium molybdate, ở dạng tinh thể màu trắng, khẳng định 81 đến 83 phần trăm MoO 3, hoặc 54 đến 55 phần trăm molypden. Nó hòa tan trong nước và được sử dụng để điều chế hóa chất molypden và chất xúc tác cũng như bột molypden kim loại.
Kim loại molypden
Việc sản xuất molypden kim loại từ MoO 3 hoặc ADM tinh khiết được thực hiện trong các ống hoặc lò nung bằng điện, trong đó khí hydro được đưa vào như một chất đối nghịch với thức ăn. Thông thường có hai giai đoạn trong đó MoO 3 hoặc ADM trước tiên được khử thành điôxít và sau đó thành bột kim loại. Hai giai đoạn có thể được thực hiện trong hai lò khác nhau với việc làm mát ở giữa hoặc lò hai vùng có thể được sử dụng. (Đôi khi, quy trình ba giai đoạn được sử dụng bắt đầu ở nhiệt độ thấp 400 ° C, hoặc 750 ° F, để tránh phản ứng không kiểm soát và ngăn ngừa thiêu kết.) Trong quy trình hai giai đoạn, hai lò nung dài với molypden- yếu tố làm nóng dây có thể được sử dụng. Việc giảm đầu tiên được thực hiện trong những chiếc thuyền thép nhẹ của Pháp, giữ 5 đến 7 kg (10 đến 15 pound) oxit, được cho ăn trong khoảng thời gian 30 phút. Nhiệt độ của lò là 600 mộc700 ° C (1.100 Ống1.300 ° F). Sản phẩm từ lò thứ nhất bị vỡ và được cho ăn với tốc độ tương đương trong các thuyền niken đến lò thứ hai hoạt động ở 1.000 Than1.100 ° C (1.800 Lời2.000 ° F), sau đó bột kim loại được sàng lọc. Bột tinh khiết nhất, chứa 99,95% molypden, thu được bằng cách giảm ADM.
Do điểm nóng chảy cực cao của nó, molypden không thể được nấu chảy thành các thỏi có chất lượng cao bằng các quy trình thông thường. Tuy nhiên, nó có thể dễ dàng bị tan chảy trong một hồ quang điện. Trong một quá trình như vậy, được phát triển bởi Parke và Ham, bột molypden liên tục được ép vào một thanh, được thiêu kết một phần bởi điện trở và tan chảy ở cuối trong một hồ quang điện. Molypden nóng chảy được khử oxy bằng carbon thêm vào bột, và nó được đúc trong khuôn đồng, làm mát bằng nước.
