Metāla molibdēna nosaukums ir radies tāpēc, ka molibdēna disulfīds ārēji atgādina svina rūdu – galēnu (svina nosaukums grieķu valodā ir molibdoss).
Elementu atklāšanas vēsture
Viduslaikos Eiropā molibdēnu sauca par trīs dažāda sastāva, bet pēc krāsas un minerāla struktūras gandrīz līdzīgiem minerāliem - galēnu (Pbs), molibdenītu (MoS2) un grafītu (C). Starp citu, minerāls "molibdēna spīdums" (cits molibdenīta nosaukums) tika izmantots kā zīmuļu svins, kas atstāja zaļganpelēku zīmi uz lapas.
Molibdēns, 42 Mendeļejeva periodiskās sistēmas elementi, tiek uzskatīts par Zviedrijas dzimteni. 1758. gadā šīs valsts ķīmiķis un mineralogs, niķeļa atklājējs Aksels Kronšteds ierosināja, ka iepriekšminētajiem minerāliem ir pavisam cita daba. Divas desmitgades vēlāk viņa tautietis, farmaceitiskais ķīmiķis no Kēpingas Karls Šēle ieguva molibdīnskābi b altu nogulšņu veidā ("b altzeme"), vārot molibdenītu koncentrētā slāpekļskābē. Zinātnieks intuitīvi saprata, ka, ja molibdīnskābi kalcinē ar akmeņoglēm, tad ir iespējams izolētmetāls. Tā kā viņam nebija piemērotas krāsns, viņš nosūtīja paraugus Pēterim Gjelmam, kurš 1782. gadā izolēja jaunu metālu ar lielu daudzumu karbīda piemaisījumu. Kolēģi elementu nosauca par "molibdēnu" (formula periodiskajā tabulā ir Mo).
Relatīvi tīru metālu tikai 1817. gadā ieguva Zviedrijas Zinātņu akadēmijas prezidents Jenss Berzēliuss.
Vienkāršas vielas raksturojums
Ražošanas metodei ir liela ietekme uz molibdēna fizikālajām īpašībām un tā izskatu. Pulvermetāls, sagataves un stieņi pirms saķepināšanas - tumši pelēks. Apstrādāto velmēto izstrādājumu palete ir daudz bagātāka – no gandrīz melnas līdz gaiši sudrabainai. Molibdēna blīvums ir 10,28 t/m3. Metāls kūst 2623˚С temperatūrā, un 4639˚С tas vārās. Pilnīgi tīram molibdēnam ir lieliska kaļamība un elastība, kas garantē vieglu velmēšanu un štancēšanu. Apstrādājamo priekšmetu ar diametru līdz 12 mm pat istabas temperatūrā var brīvi sasiet ar dubultu mezglu vai izrullēt līdz plānai folijai. Metālam ir laba elektrovadītspēja. Piemaisījumu klātbūtne palielina cietību un trauslumu un lielā mērā nosaka molibdēna mehāniskās īpašības.
Galvenie savienojumi
Sarežģītu vielu sastāvā elementam ir atšķirīga oksidācijas pakāpe no +2 līdz augstākajai (pēdējie savienojumi ir visstabilākie), kas nosaka molibdēna ķīmiskās īpašības. Šo metālu raksturo savienojumi ar skābekli un halogēniem (MoO3, MoCl5) un molibdātiem (molibdīnskābes sāļi). Oksidācijas reakcijas iespējamas tikai augstā temperatūrā (no 600˚С). Turpmāka palielināšanās izraisīs molibdēna mijiedarbību ar oglekli, fosforu un sēru. Tas labi šķīst slāpekļskābē vai karsētā sērskābē.
Fosfors, arsēns, borskābe un silīcijskābe veido sarežģītus savienojumus ar molibdēnu. Slavenākais un parastais sāls ir amonija fosfomolibdāts. Molibdēnu saturošas vielas izceļas ar plašu krāsu paleti un dažādiem toņiem.
Molibdēna rūdas bagātināšanas tehnoloģija
Absolūti tīra molibdēna rūpnieciskā ražošana tika apgūta tikai 20. gadsimtā. Pirms molibdēna rūdas ķīmiskās apstrādes tiek veikta tās bagātināšana: pēc malšanas drupinātājos un lodīšu dzirnavās galvenā metode ir piecas vai sešas flotācijas. Rezultāts ir augsta molibdēna disulfīda koncentrācija (līdz 95%) izejvielās.
Nākamais un vissvarīgākais solis ir atlaišana. Šeit tiek noņemti nevēlamie ūdens piemaisījumi, sērs, flotācijas reaģentu atliekas un molibdēna disulfīds tiek oksidēts līdz trioksīdam. Turpmāka tīrīšana ir iespējama vairākos veidos, taču populārākie ir šādi:
- amonjaka metode, kurā molibdēna savienojumi tiek pilnībā izšķīdināti un tiek noņemti piemaisījumi;
- sublimācija temperatūrā no 900 līdz 1100 ˚С. Rezultāts - MoO3 koncentrācija pieaug līdz 90-95%.
Metāliskā molibdēna rūpnieciskā ražošana
Ūdeņraža izvadīšana caur attīrītu molibdēna trioksīdu (laboratorijāssamazināšanās bieži izmanto oglekli vai oglekli saturošas gāzes, alumīniju, silīciju) iegūst pulverveida metālu. Process notiek īpašās cauruļu krāsnīs ar pakāpenisku temperatūras paaugstināšanu no 500 līdz 1000 ˚С.
Kompakta molibdēna metāla ražošanas procesa ķēdē ietilpst:
- Nospiešana. Process notiek tērauda veidnēs zem spiediena līdz 300 MPa. Saistošā sastāvdaļa ir glicerīna spirta šķīdums. Maksimālais sagatavju (dūrienu) šķērsgriezums nepārsniedz 16 cm2, un garums ir 600 cm Lielākiem tiek izmantotas gumijas vai polimēru formas. Presēšana notiek darba kamerās, kur šķidrums tiek injicēts zem augsta spiediena.
- Saķepināšana. Tas notiek divos posmos. Pirmais - zemā temperatūra, kas ilgst 30-180 minūtes (atkarībā no sagataves izmēra), tiek veikta mufeļkrāsnīs ūdeņraža atmosfērā 1200 ˚С temperatūrā. Otrajā posmā (metināšana) apstrādājamo priekšmetu uzkarsē līdz temperatūrai, kas ir tuvu kušanas temperatūrai (2400-2500 ˚С). Tā rezultātā porainība samazinās un molibdēna blīvums palielinās.
Lielas sagataves, kas sver līdz 3 tonnām, tiek saķepinātas indukcijas, elektronu staru vai loka krāsnīs. Process tiek pabeigts, mehāniski apstrādājot saķepinātos produktus.
Bagātākie noguldījumi
Molibdēns ir diezgan rets elements zemes garozā un Visumā kopumā. No diviem desmitiem dabā sastopamo minerālu tikai molibdenītam ir nozīmīga rūpnieciska nozīme.(MoS2). Tās resursi nav bezgalīgi, un jau ir izstrādātas tehnoloģijas metāla ieguvei no povelītiem un molibdātiem. Atkarībā no rūdas ķermeņu minerālu sastāva un formas iegulas iedala dzīslās, vēnu diseminācijas un skarnās.
Pasaulē pierādītās elementa rezerves sasniedz 19 miljonus tonnu, no kurām gandrīz puse atrodas Ķīnā. Kopš 1924. gada lielākās molibdēna atradnes ir Climax raktuves (ASV, Kolorādo) ar vidējo saturu līdz 0,4%. Bieži vien molibdēna rūdu ieguve tiek veikta kopā ar vara un volframa ieguvi.
Krievijā molibdēna rezerves sasniedz 360 tūkstošus tonnu. No 10 izpētītajām atradnēm tikai 7 ir komerciāli izstrādātas:
- Sorskoe un Agaskyrskoe (Hakasija);
- Bugdainskoe un Žirekenskoe (Austrumu Transbaikalia);
- Orekitkanskoe (Burjatija);
- Labash (Karēlija);
- Tyrnyauz (Ziemeļkaukāzs).
Ražošana tiek veikta gan ar atvērtu, gan slēgtu metodi.
Samuraju zobenu noslēpums
Vairākus gadsimtus Eiropas ieroču kalēji un zinātnieki ir cīnījušies ar seno japāņu zobenu asuma un spēka noslēpumu no otrās tūkstošgades sākuma, neveiksmīgi cenšoties izgatavot tādus pašus augstas kvalitātes griezīgos ieročus. Tikai XΙX gadsimta beigās, atklājot molibdēna piemaisījumus japāņu tēraudā, šo mīklu izdevās atrisināt.
Pirmo reizi molibdēna rūpniecisku izmantošanu kā leģējošu piedevu tērauda kvalitātes uzlabošanai (piešķirot tam cietību un stingrību) 1891. gadā apguva Schneider.& Co no Francijas.
Pirmais pasaules karš bija nozīmīgs stimuls molibdēna metalurģijas attīstībai. Zīmīgi, ka anglo-franču tanku frontālo bruņu biezums, ko viegli caururba tāda paša kalibra vācu šāviņi, tika samazināts no 75 mm līdz 25 mm, bruņu plākšņu tēraudam pievienojot 1,5-2% molibdēna. Tas ievērojami palielināja iekārtas izturību.
Molibdēna pielietošana
Vairāk nekā 80% no visa rūpniecībā izmantotā molibdēna nonāk melnajā metalurģijā. Bez tā nav iedomājama karstumizturīga čuguna, konstrukciju un instrumentu tērauda ražošana. Viena elementa svara daļa uzlabo tērauda kvalitāti ir līdzvērtīga divām volframa svara daļām. Tā kā molibdēna blīvums ir divas reizes mazāks, tā sakausējumu kvalitāte ir ievērojami augstāka par volframa sakausējumiem, ja darba temperatūra ir zemāka par 1370 ˚С. Molibdēna tēraudus var labāk karburizēt.
Molibdēns ir pieprasīts radioelektronikas, ķīmijas un krāsu rūpniecībā. Mašīnbūvē to izmanto kā karstumizturīgu materiālu. Lauksaimniecībā vāji elementu savienojumu šķīdumi būtiski uzlabo augu barības vielu uzsūkšanos. Jāpatur prātā, ka molibdēnam lielās devās ir toksiska ietekme uz dzīviem un augu organismiem, kā arī negatīva ietekme uz vidi.
Bioloģiskā nozīme
Cilvēku un dzīvnieku uzturā molibdēns ir viens no svarīgākajiem mikroelementiem. Aktīvās bioloģiskās formas veidā -molibdēna koenzīms – (Moco) nepieciešams katabolisko procesu īstenošanai dzīvajos audos.
Pētījumi molibdēna pretvēža darbības jomā izskatās ļoti daudzsološi. Lielais gremošanas trakta vēža sastopamības biežums Lin Sjaņas pilsētas (Honaņas province, Ķīna) iedzīvotāju vidū tika ievērojami samazināts pēc molibdēnu saturoša minerālmēslu ievadīšanas augsnē.
Retos gadījumos, kad cilvēka organismā trūkst elementu, var attīstīties telpiskā dezorientācija, smadzeņu defekti, garīgās novirzes un citas smagas nervu slimības. Molibdēna dienas deva pieaugušajam ir no 100 līdz 300 mkg. Ja to palielina līdz 5-15 mg, toksiska saindēšanās ir neizbēgama, līdz 50 mg - nāve. Visbagātākie ar molibdēnu ir lapu dārzeņi, graudaugi, pākšaugi un ogas (upenes, ērkšķogas), piena produkti, olas, dzīvnieku aknas un nieres.
Vides aspekti
Molibdēna bioloģiskās īpašības nosaka paaugstinātas prasības rūdas materiāla pārstrādes atkritumu apglabāšanai, stingrai tehnoloģiskā procesa ievērošanai uzņēmumos, lai novērstu negatīvu ietekmi uz strādājošā personāla veselību un dabu.
Jāveic visi pasākumi, lai novērstu pārstrādāto produktu iekļūšanu gruntsūdeņos. Jāpatur prātā, ka augiem piemīt spēja uzsūkt un uzkrāt molibdēnu, tāpēc tā saturs dzinumos un lapās var pārsniegt pieļaujamās koncentrācijas. Šī zaļā masavar būt bīstami dzīvniekiem. Lai vējš neizplatītu izmantotos iežus, izgāztuves pārklāj ar zemes slāni.
Tendences globālajā molibdēna tirgū
Iestājoties globālajai finanšu krīzei, molibdēna patēriņš pasaulē samazinājās par 9%. Izņēmums bija Ķīna, kur pieaugums ir līdz 5%. Reakcija uz straujo patērētāju pieprasījuma kritumu 2009. gadā bija ražošanas apjomu samazināšanās. Iepriekšējam izlaides līmenim bija iespējams pietuvoties tikai pēc četriem gadiem, un 2014.gadā tika noteikts jauns maksimums 245 tūkstoši tonnu. Ķīna joprojām ir galvenā molibdēna un tā produktu patērētāja un ražotāja.
Molibdēna blīvums un pārsteidzošās īpašības ir padarījušas to par neaizstājamu tērauda un sakausējumu lietojumos, kur nepieciešama viegla svara, augstas stiprības un izturības pret koroziju kombinācija. Prognozētais atomelektrostaciju, citu enerģētikas un rūpniecības objektu skaita pieaugums, jaunu naftas un gāzes atradņu attīstība Tālo Ziemeļu un Arktikas skarbajos apstākļos neizbēgami izraisīs pieprasījuma pieaugumu pēc molibdēna un tā atvasinājumiem.
