Metal molibden duguje svoje ime po spoljašnjoj sličnosti molibden disulfida sa olovnom rudom - galenom (grčki naziv za olovo je molibdos).
Historija otkrivanja elemenata
U srednjem vijeku u Evropi molibdenom su se nazivala tri minerala različitog sastava, ali gotovo slična po boji i strukturi minerala - galenit (Pbs), molibdenit (MoS2) i grafit (C). Inače, mineral "molibdenov sjaj" (drugi naziv za molibdenit) korišten je kao olovka za olovke koje su ostavljale zelenkasto-sivi trag na listu.
Molibden metal, 42 elementa periodnog sistema Mendeljejeva, smatra se rodnim mjestom Švedske. Godine 1758. hemičar i mineralog iz ove zemlje, pronalazač nikla, Axel Cronstedt, sugerirao je da gore navedeni minerali imaju potpuno drugačiju prirodu. Dvije decenije kasnije, njegov zemljak, farmaceutski hemičar iz Köpinga, Karl Scheele, dobio je molibdensku kiselinu u obliku bijelog taloga („bijele zemlje“) kuhanjem molibdenita u koncentrovanoj dušičnoj kiselini. Naučnik je intuitivno shvatio da ako se molibdinska kiselina kalcinira ugljem, onda je moguće izoliratimetal. Pošto nije imao odgovarajuću peć, poslao je uzorke Peteru Gjelmu, koji je 1782. izolovao novi metal sa velikom količinom nečistoća karbida. Kolege su elementu nazvali "molibden" (formula u periodnom sistemu je Mo).
Relativno čist metal dobio je tek 1817. Jens Berzelius, predsjednik Švedske akademije nauka.
Karakterizacija jednostavne supstance
Način proizvodnje ima veliki uticaj na fizička svojstva molibdena i njegov izgled. Metal u prahu, praznine i šipke prije sinterovanja - tamno siva. Paleta obrađenih valjanih proizvoda mnogo je bogatija - od gotovo crne do svijetlosrebrne. Gustina molibdena je 10,28 t/m3. Metal se topi na temperaturi od 2623˚S, a na 4639˚S ključa. Potpuno čisti molibden ima odličnu savitljivost i duktilnost, što garantuje lako valjanje i štancanje. Radni komad promjera do 12 mm, čak i na sobnoj temperaturi, može se slobodno vezati dvostrukim čvorom ili razvaljati na tanku foliju. Metal ima dobru električnu provodljivost. Prisustvo nečistoća povećava tvrdoću i lomljivost i u velikoj mjeri određuje mehanička svojstva molibdena.
Glavne veze
Kao deo složenih supstanci, element ispoljava različit stepen oksidacije od +2 do najvišeg (potonja jedinjenja su najstabilnija), što određuje hemijska svojstva molibdena. Ovaj metal karakterišu jedinjenja sa kiseonikom i halogenima (MoO3, MoCl5) i molibdatima (soli molibdinske kiseline). Reakcije oksidacije moguće su samo na visokim temperaturama (od 600˚S). Dalje povećanje će uzrokovati interakciju molibdena sa ugljikom, fosforom i sumporom. Dobro se otapa u azotnoj ili zagrijanoj sumpornoj kiselini.
Fosforna, arsenova, borna i silicijum kiselina formiraju kompleksna jedinjenja sa molibdenom. Najpoznatija i uobičajena sol je amonijum fosfomolibdat. Supstance koje sadrže molibden odlikuju se širokom paletom boja i raznim nijansama.
Tehnologija obogaćivanja rude molibdena
Industrijska proizvodnja apsolutno čistog molibdena savladana je tek u 20. veku. Hemijskoj preradi rude molibdena prethodi njeno oplemenjivanje: nakon mljevenja u drobilicama i kugličnim mlinovima, glavna metoda je pet ili šest flotacija. Rezultat je visoka koncentracija (do 95%) molibden disulfida u sirovini.
Sljedeći i najvažniji korak je pucanje. Ovdje se uklanjaju nepoželjne nečistoće vode, sumpora, ostaci flotacijskih reagensa i molibden disulfid se oksidira u trioksid. Daljnje čišćenje je moguće na nekoliko načina, a najpopularniji su sljedeći:
- metoda amonijaka, u kojoj se jedinjenja molibdena potpuno rastvaraju, a nečistoće se uklanjaju;
- sublimacija na temperaturi od 900 do 1100 ˚S. Rezultat - koncentracija MoO3 raste na 90-95%.
Industrijska proizvodnja metalnog molibdena
Propuštanje vodonika kroz prečišćeni molibden trioksid (u laboratorijama zaredukcije često koriste ugljenik ili gasove koji sadrže ugljenik, aluminijum, silicijum) dobijaju metal u prahu. Proces se odvija u specijalnim cevnim pećima uz postepeno povećanje temperature od 500 do 1000 ˚S.
Procesni lanac za proizvodnju kompaktnog molibdenskog metala uključuje:
- Pritiskanje. Proces se odvija u čeličnim kalupima pod pritiskom do 300 MPa. Vezujuća komponenta je alkoholni rastvor glicerina. Maksimalni presek blankova (uboda) ne prelazi 16 cm2, a dužina je 600 cm. Za veće se koriste gumeni ili polimerni oblici. Prešanje se odvija u radnim komorama gde se tečnost ubrizgava pod visokim pritiskom.
- Sintering. To se dešava u dvije faze. Prvi - niskotemperaturni, u trajanju od 30-180 minuta (ovisno o veličini radnog komada), izvodi se u muflnim pećima u atmosferi vodika na temperaturi od 1200 ˚S. U drugoj fazi (zavarivanje), radni komad se zagreva na temperaturu blizu tačke topljenja (2400-2500 ˚S). Kao rezultat, poroznost se smanjuje, a gustina molibdena povećava.
Veliki blankovi težine do 3 tone sinteruju se u indukcijskim, elektronskim snopovima ili lučnim pećima. Proces se završava mehaničkom obradom sinteriranih proizvoda.
Najbogatiji depoziti
Molibden je prilično rijedak element u zemljinoj kori i u svemiru u cjelini. Od dvadesetak minerala koji postoje u prirodi, samo je molibdenit od značajnog industrijskog značaja.(MoS2). Njegovi resursi nisu beskrajni, a tehnologije za vađenje metala iz powellita i molibdata već su razvijene. U zavisnosti od mineralnog sastava i oblika rudnih tijela, ležišta se dijele na žilaste, žilno rasprostranjene i skarnske.
Globalne dokazane rezerve elementa iznose 19 miliona tona, od kojih je skoro polovina u Kini. Od 1924. godine najveće ležište molibdena je rudnik Climax (SAD, Kolorado) sa prosječnim sadržajem do 0,4%. Često se vađenje ruda molibdena vrši zajedno sa vađenjem bakra i volframa.
U Rusiji rezerve molibdena iznose 360 hiljada tona. Od 10 istraženih nalazišta, samo 7 je komercijalno razvijeno:
- Sorskoe i Agaskyrskoe (Kakasija);
- Bugdainskoe i Zhirekenskoe (Istočna Transbaikalija);
- Orekitkanskoe (Buryatia);
- Labash (Karelija);
- Tyrnyauz (Sjeverni Kavkaz).
Proizvodnja se vrši otvorenim i zatvorenim metodama.
Tajna samurajskih mačeva
Već nekoliko vekova, evropski oružari i naučnici borili su se sa misterijom oštrine i snage drevnih japanskih mačeva s početka drugog milenijuma, bezuspešno pokušavajući da naprave isto visokokvalitetno oštrice. Tek krajem XΙX veka, otkrivši nečistoće molibdena u japanskom čeliku, bilo je moguće rešiti ovu zagonetku.
Po prvi put, industrijsku upotrebu molibdena kao legirajućeg aditiva za poboljšanje kvaliteta čelika (dajući mu tvrdoću i žilavost) ovladao je Schneider 1891.& Co iz Francuske.
Prvi svjetski rat je poslužio kao značajan poticaj za razvoj metalurgije molibdena. Značajno je da je debljina prednjeg oklopa anglo-francuskih tenkova, lako probijenih njemačkim granatama istog kalibra, smanjena sa 75 mm na 25 mm dodavanjem 1,5-2% molibdena čeliku oklopnih ploča. Ovo je značajno povećalo snagu mašine.
Primjena molibdena
Više od 80% ukupnog molibdena koji se koristi u industriji otpada na crnu metalurgiju. Bez toga je nezamisliva proizvodnja lijevanog željeza otpornog na toplinu, konstrukcijskih i alatnih čelika. Jedan težinski dio elementa poboljšava kvalitetu čelika je ekvivalentan dvama težinskim dijelovima volframa. Budući da je gustina molibdena dva puta manja, njegove legure su po kvalitetu znatno superiornije od legura volframa na radnim temperaturama ispod 1370 ˚S. Čelici od molibdena su bolji za karburizaciju.
Molibden je tražen u radioelektronskoj, hemijskoj industriji i industriji boja. U mašinstvu se koristi kao materijal otporan na toplotu. U poljoprivredi slabe otopine jedinjenja elemenata značajno poboljšavaju apsorpciju hranljivih materija od strane biljaka. Treba imati na umu da u velikim dozama molibden djeluje toksično na žive i biljne organizme, te negativno utječe na okoliš.
Biološki značaj
U ishrani ljudi i životinja, molibden je jedan od najvažnijih elemenata u tragovima. U obliku aktivnog biološkog oblika -molibden koenzim - (Moco) neophodan je za sprovođenje kataboličkih procesa u živim tkivima.
Istraživanje u oblasti antikancerogenog djelovanja molibdena izgleda vrlo obećavajuće. Visoka učestalost raka probavnog trakta među stanovništvom grada Lin Xian (provincija Honan, Kina) značajno je smanjena nakon unošenja u tlo mineralnih đubriva koja sadrže molibden.
U rijetkim slučajevima nedostatka elementa u ljudskom tijelu mogu se razviti prostorna dezorijentacija, defekti mozga, mentalne abnormalnosti i druge teške nervne bolesti. Dnevna doza molibdena za odraslu osobu je od 100 do 300 mcg. Kada se poveća na 5-15 mg, toksično trovanje je neizbježno, do 50 mg - smrt. Najbogatije molibdenom su lisnato povrće, žitarice, mahunarke i bobičasto voće (crni ribiz, ogrozd), mliječni proizvodi, jaja, jetra i bubrezi životinja.
Aspekti životne sredine
Biološke karakteristike molibdena nameću povećane zahtjeve za odlaganje otpada od prerade rudnog materijala, striktno poštovanje tehnološkog procesa u preduzećima kako bi se spriječio negativan uticaj na zdravlje radnog osoblja i prirodu.
Treba poduzeti sve mjere kako bi se spriječilo prodiranje prerađenih proizvoda u podzemne vode. Treba imati na umu da biljke imaju sposobnost apsorpcije i akumulacije molibdena, pa njegov sadržaj u izbojcima i lišću može premašiti dopuštene koncentracije. Ova zelena masamože biti opasno za životinje. Da bi se spriječilo da vjetrovi rašire korišteni kamen, deponije se prekrivaju slojem zemlje.
Trendovi na globalnom tržištu molibdena
Sa početkom globalne finansijske krize, globalna potrošnja molibdena pala je za 9%. Izuzetak je bila Kina, gdje je zabilježen rast i do 5%. Odgovor na nagli pad potražnje potrošača u 2009. bio je smanjenje obima proizvodnje. Na prethodni nivo proizvodnje bilo je moguće približiti se tek nakon četiri godine, a 2014. postavljen je novi maksimum od 245 hiljada tona. Kina ostaje glavni potrošač i proizvođač molibdena i njegovih proizvoda.
Gustoća molibdena i zadivljujuća svojstva učinili su ga nezamjenjivim za primjene čelika i legura gdje je potrebna kombinacija male težine, visoke čvrstoće i otpornosti na koroziju. Predviđeni rast broja nuklearnih elektrana, drugih energetskih i industrijskih objekata, razvoj novih naftnih i plinskih polja u teškim uvjetima krajnjeg sjevera i Arktika neminovno će dovesti do povećanja potražnje za molibdenom i njegovim derivatima.
