การประมวลผลโมลิบดีนัมการเตรียมแร่สำหรับใช้ในผลิตภัณฑ์ต่าง ๆ
โมลิบดีนัม (Mo) เป็นโลหะเหมือนแพลตตินั่มสีขาวมีจุดหลอมเหลวที่ 2,610 ° C (4,730 ° F) ในสถานะที่บริสุทธิ์มันเหนียวและเหนียวและมีความแข็งปานกลางการนำความร้อนสูงทนต่อการกัดกร่อนสูงและสัมประสิทธิ์การขยายตัวต่ำ เมื่อผสมกับโลหะอื่นโมลิบดีนัมจะช่วยเพิ่มความสามารถในการชุบแข็งและความเหนียวเพิ่มความต้านทานแรงดึงและความต้านทานต่อการคืบและโดยทั่วไปจะช่วยเพิ่มความแข็งสม่ำเสมอ โมลิบดีนัมปริมาณน้อย (จาก 1 เปอร์เซ็นต์หรือน้อยกว่า) ช่วยปรับปรุงความต้านทานการสึกกร่อนคุณสมบัติต้านการกัดกร่อนและความแข็งแรงของอุณหภูมิสูงและความเหนียวของวัสดุเมทริกซ์ โมลิบดีนัมจึงเป็นสารเติมแต่งที่สำคัญในการผลิตเหล็กและซูเปอร์อัลลอยที่ไม่มีความซับซ้อนสูง
เนื่องจากอะตอมโมลิบดีนัมมีคุณสมบัติเช่นเดียวกับทังสเตน แต่มีน้ำหนักอะตอมและความหนาแน่นเพียงครึ่งเดียวจึงแทนที่ทังสเตนในเหล็กกล้าโลหะผสมได้อย่างมีประสิทธิภาพจึงทำให้เกิดผลทางโลหะเดียวกันกับโลหะครึ่งเดียว นอกจากนี้วงแหวนอิเล็กตรอนชั้นนอกสองวงไม่สมบูรณ์ สิ่งนี้ทำให้มันสามารถสร้างสารประกอบทางเคมีโดยที่โลหะเป็นได - ทริตเตตร้าเพนตาหรือเฮกซาวันทำให้ผลิตภัณฑ์เคมีโมลิบดีนัมหลากหลายชนิดเป็นไปได้ นี่เป็นปัจจัยสำคัญในคุณสมบัติเร่งปฏิกิริยาที่สำคัญ
ประวัติศาสตร์
แม้ว่าโลหะเป็นที่รู้จักกันในวัฒนธรรมโบราณและรูปแบบแร่ของมันสับสนกับกราไฟท์และกาลีแร่ตะกั่วอย่างน้อย 2,000 ปีโมลิบดีนัมไม่ได้ถูกค้นพบและระบุอย่างเป็นทางการจนถึงปี 1778 เมื่อนักเคมีและเภสัชกรชาวสวีเดน Carl Wilhelm Scheele ผลิตโมลิบดีนัมออกไซด์ โดยการโจมตีโมลิบดีนัมที่ถูกบดละเอียด (MoS 2) ด้วยกรดไนตริกเข้มข้นจากนั้นระเหยส่วนที่เหลือให้แห้ง Peter Jacob Hjelm นักเคมีชาวสวีเดนอีกคนหนึ่งทำตามคำแนะนำของ Scheele ผลิตโมลิบดีนัมโลหะตัวแรกในปี ค.ศ. 1781 โดยการนำความร้อนวางที่เตรียมจากโมลิบดีนัมออกไซด์และน้ำมันลินซีดที่อุณหภูมิสูงในเบ้าหลอม ในช่วงศตวรรษที่ 19 นักเคมีชาวเยอรมัน Bucholtz และ Swede Jöns Jacob Berzelius ได้ทำการสำรวจทางเคมีที่ซับซ้อนของโมลิบดีนัมอย่างเป็นระบบ แต่มันไม่เป็นเช่นนั้นจนกระทั่งปี 1895 Henri Moissan นักเคมีชาวฝรั่งเศสได้ผลิตโลหะโมลิบดีนัมบริสุทธิ์ (99.98 เปอร์เซ็นต์) มันมีคาร์บอนในเตาไฟฟ้าจึงทำให้สามารถทำการวิจัยทางวิทยาศาสตร์และโลหะวิทยาเป็นโลหะและโลหะผสมของมัน
ในปี 1894 Schneider SA ผู้ผลิตอาวุธชาวฝรั่งเศสได้แนะนำโมลิบดีนัมในการชุบเกราะที่โรงงานใน Cre Creot ในปี 1900 วิศวกรชาวอเมริกันสองคน FW Taylor และ P. White นำเสนอเหล็กความเร็วสูงโมลิบดีนัมชิ้นแรกที่ Exposition Universelle ในปารีส ในขณะเดียวกัน Marie Curie ในฝรั่งเศสและ JA Mathews ในสหรัฐอเมริกาใช้โมลิบดีนัมเพื่อเตรียมแม่เหล็กถาวร แต่มันไม่ได้เกิดขึ้นจนกว่าจะมีการขาดแคลนทังสเตนอย่างฉับพลันจากสงครามโลกครั้งที่หนึ่งโมลิบดีนัมถูกนำมาใช้อย่างมหาศาลในการสร้างอาวุธการชุบเกราะและอุปกรณ์ทางทหารอื่น ๆ ในปี ค.ศ. 1920 โลหะผสมโมลิบดีนัมที่มีแบริ่งมีการใช้งานในช่วงเวลาสงบสุขครั้งแรกในขั้นต้นในการผลิตรถยนต์และจากนั้นในเหล็กกล้าไร้สนิม ในทศวรรษต่อมาพวกเขาได้รับการยอมรับในเหล็กกล้าความเร็วสูงและหลังจากสงครามโลกครั้งที่สองพวกเขาถูกนำมาใช้ในการบิน - โดยเฉพาะอย่างยิ่งในเครื่องยนต์เจ็ทซึ่งต้องทนต่ออุณหภูมิในการทำงานสูง ต่อมาการใช้ขีปนาวุธ นอกจากโลหะผสมเหล็กแล้วโมลิบดีนัมยังถูกใช้ในซูเปอร์อัลลอย, สารเคมี, ตัวเร่งปฏิกิริยาและสารหล่อลื่น
แร่
แร่ที่มีศักยภาพเชิงพาณิชย์เพียงอย่างเดียวในการผลิตโมลิบดีนัมคือไบซัลไฟด์ (MoS 2) ที่พบในโมลิบดีนัม แร่เกือบทั้งหมดได้รับการกู้คืนจากการสะสมของ porphyry โมลิบดีนัมหลักหรือฝากทองแดงโมลิบดีนัมที่ซับซ้อนซึ่งโมลิบดีนัมจะถูกกู้คืนเป็น coproduct หรือผลพลอยได้เงินฝากหลักที่มีโมลิบดีนัมระหว่าง 0.1 และ 0.5 เปอร์เซ็นต์มีขนาดกว้างขวาง คอปเปอร์ทองแดงยังเป็นของฝากที่มีขนาดใหญ่มาก แต่ปริมาณโมลิบดีนัมจะแตกต่างกันระหว่าง 0.005 และ 0.05 เปอร์เซ็นต์ โมลิบดีนัมประมาณร้อยละ 40 มาจากเหมืองหลักโดยอีกร้อยละ 60 เป็นผลพลอยได้จากทองแดง (หรือในบางกรณีเป็นทังสเตน)
ทรัพยากรที่สามารถกู้คืนได้ 64 เปอร์เซ็นต์นั้นพบได้ในอเมริกาเหนือโดยสหรัฐอเมริกามีสัดส่วนสองในสาม อีก 25 เปอร์เซ็นต์อยู่ในอเมริกาใต้และส่วนใหญ่จะพบในรัสเซียคาซัคสถานจีนอิหร่านและฟิลิปปินส์ ยุโรปแอฟริกาและออสเตรเลียยากจนมากในแร่โมลิบดีนัม ผู้ผลิตโมลิบดีนัมรายใหญ่ที่สุด ได้แก่ จีนสหรัฐอเมริกาชิลีเปรูเม็กซิโกและแคนาดา
การขุดและการตั้งสมาธิ
โมลิบดีนัมและโพแทสเซียมโมลิบดีนัมทองแดงถูกขุดโดยหลุมเปิดหรือโดยวิธีใต้ดิน เมื่อแร่ถูกบดและบดแล้วแร่โลหะจะถูกแยกออกจากแร่ gangue (หรือโมลิบดีนัมและทองแดงจากกันและกัน) โดยกระบวนการลอยแร่โดยใช้รีเอเจนต์หลากหลายชนิด สารเข้มข้นนั้นมีทองแดงอยู่ระหว่าง 85 ถึง 92 เปอร์เซ็นต์ MoS 2และทองแดงจำนวนเล็กน้อย (น้อยกว่า 0.5 เปอร์เซ็นต์) หากโมลิบดีนัมถูกนำกลับมาใช้เป็นผลพลอยได้จากทองแดง
การสกัดและการกลั่น
molybdic ออกไซด์ทางเทคนิค
โมลิบดีนัมเชิงเทคนิคประมาณร้อยละ 97 ของ MoS 2จะต้องถูกเปลี่ยนเป็นโมลิบดีนัมทางเทคนิค (85–90 เปอร์เซ็นต์ MoO 3) เพื่อไปยังปลายทางการค้า การเปลี่ยนรูปแบบนี้ดำเนินไปอย่างเป็นสากลในเตาหลอมหลายประเภทที่มีอยู่ในประเภทของ Nichols - Herreshoff ซึ่งสารโมลิบดีนัมนั้นจะถูกป้อนจากด้านบนเทียบกับกระแสของอากาศร้อนและก๊าซที่ถูกระเบิดจากด้านล่าง แต่ละครอบครัวมีสี่แขนอากาศเย็นหมุนโดยเพลาอากาศเย็น; แขนนั้นมีใบมีดแบบ rabble ซึ่งจะกวาดวัตถุออกไปด้านนอกหรือกึ่งกลางของเครื่องคั่วซึ่งวัสดุจะตกลงไปที่เตาถัดไป ในเตาแรกสมาธิจะอุ่นและสารเคมีลอยจุดชนวนเริ่มต้นการเปลี่ยนแปลงของ MoS 2เข้าไปในมอ3 ปฏิกิริยาคายความร้อนนี้ซึ่งดำเนินต่อไปและทวีความรุนแรงขึ้นในเตาต่อไปนี้จะถูกควบคุมโดยการปรับออกซิเจนและสเปรย์น้ำที่เย็นเตาเมื่อจำเป็น อุณหภูมิไม่ควรสูงกว่า 650 ° C (1,200 ° F) ซึ่งเป็นจุดที่ MoO 3 sublimates หรือระเหยโดยตรงจากสถานะของแข็ง กระบวนการนี้เสร็จสิ้นเมื่อปริมาณกำมะถันในแคลเซียมลดลงต่ำกว่า 0.1 เปอร์เซ็นต์
โมลิบดีนัมออกไซด์ทางเคมีบริสุทธิ์
โมลิบดีนัมทางเทคนิคนั้นทำจากถ่านอัดแท่งที่ป้อนเข้าเตาเผาโดยตรงเพื่อผลิตเหล็กโลหะผสมและผลิตภัณฑ์โรงหล่ออื่น ๆ พวกเขายังจะใช้เพื่อให้ ferromolybdenum (ดูด้านล่าง) แต่ถ้าผลิตภัณฑ์โมลิบดีนัมบริสุทธิ์มากขึ้นเป็นที่ต้องการเช่นสารเคมีหรือโมลิบดีนัมโมลิบดีนัมเป็นโลหะแล้วมอเทคนิค3จะต้องมีการกลั่นมอบริสุทธิ์ทางเคมี3โดยการระเหิด ดำเนินการในการโต้กลับด้วยไฟฟ้าที่อุณหภูมิระหว่าง 1,200 ถึง 1,250 ° C (2,200 และ 2,300 ° F) เตาเผาประกอบด้วยหลอดควอทซ์ที่มีแผลซึ่งมีองค์ประกอบความร้อนโมลิบดีนัมซึ่งได้รับการคุ้มครองจากการเกิดออกซิเดชันโดยส่วนผสมของวางอิฐทนไฟและถ่านไม้ หลอดมีความลาดเอียง 20 °จากแนวนอนและหมุน ไอระเหยอ่อน ๆ ถูกกวาดออกจากท่อทางอากาศและรวบรวมโดยหมวกที่นำไปสู่ถุงกรอง มีการรวบรวมเศษส่วนสองส่วน ครั้งแรกที่สอดคล้องกับการระเหยของประจุเริ่มต้น 2-3 เปอร์เซ็นต์และมีสิ่งเจือปนระเหยส่วนใหญ่ ส่วนสุดท้ายคือหมู่บริสุทธิ์3 ต้องมีความบริสุทธิ์ 99.95 เปอร์เซ็นต์เพื่อให้เหมาะสำหรับการผลิตแอมโมเนียมโมลิบเดต (ADM) และโซเดียมโมลิบดีนัมซึ่งเป็นวัสดุเริ่มต้นสำหรับสารโมลิบดีนัมทุกชนิด สารประกอบเหล่านี้ได้มาจากปฏิกิริยาทางเคมีบริสุทธิ์ MoO 3ด้วยแอมโมเนียน้ำหรือโซเดียมไฮดรอกไซด์ แอมโมเนียมโมลิบดีนัมในรูปของผลึกสีขาวตรวจสอบ 81 ถึง 83 เปอร์เซ็นต์ MoO 3หรือ 54 ถึง 55 เปอร์เซ็นต์โมลิบดีนัม มันละลายในน้ำและใช้สำหรับการเตรียมสารโมลิบดีนัมและตัวเร่งปฏิกิริยาเช่นเดียวกับผงโมลิบดีนัมโลหะ
โมลิบดีนัมโลหะ
การผลิตโมลิบดีนัมโลหะจาก MoO บริสุทธิ์3หรือ ADM นั้นดำเนินการในหลอดความร้อนไฟฟ้าหรือเตาเผาแบบเผาซึ่งก๊าซไฮโดรเจนจะถูกนำมาใช้เป็นกระแสไฟฟ้าย้อนกลับกับอาหารสัตว์ โดยปกติจะมีสองขั้นตอนซึ่ง MoO 3หรือ ADM จะลดลงเป็นครั้งแรกจากไดออกไซด์และจากนั้นเป็นผงโลหะ สองขั้นตอนอาจดำเนินการในสองเตาเผาที่แตกต่างกันด้วยความเย็นในระหว่างหรือเตาสองโซนสามารถใช้ (บางครั้งมีการใช้กระบวนการสามขั้นตอนเริ่มต้นที่อุณหภูมิต่ำที่ 400 ° C หรือ 750 ° F เพื่อหลีกเลี่ยงปฏิกิริยาที่ไม่สามารถควบคุมได้และป้องกันการเผา) ในกระบวนการสองขั้นตอนเตาเผาแบบยาวสองจุดที่มีโมลิบดีนัม - องค์ประกอบความร้อนลวดสามารถนำมาใช้ การลดครั้งแรกดำเนินการใน "เรือ" เหล็กอ่อนที่มีน้ำหนัก 5 ถึง 7 กิโลกรัม (10 ถึง 15 ปอนด์) ของออกไซด์ซึ่งจะได้รับอาหารเป็นระยะเวลา 30 นาที อุณหภูมิของเตาเผาอยู่ที่ 600–700 ° C (1,100–1,300 ° F) ผลิตภัณฑ์จากเตาหลอมแรกจะถูกย่อยและส่งในอัตราเดียวกันในเรือนิกเกิลไปยังเตาเผาที่สองที่ทำงานที่ 1,000–1,100 ° C (1,800–2,000 ° F) หลังจากนั้นจะทำการคัดกรองผงโลหะ ผงบริสุทธิ์ที่มีโมลิบดีนัมร้อยละ 99.95 นั้นได้มาจากการลดลงของ ADM
เนื่องจากจุดหลอมเหลวสูงมากโมลิบดีนัมจึงไม่สามารถหลอมรวมเป็นแท่งที่มีคุณภาพสูงด้วยกระบวนการทั่วไป อย่างไรก็ตามมันสามารถละลายได้ง่ายในอาร์คไฟฟ้า ในกระบวนการหนึ่งดังกล่าวที่พัฒนาโดย Parke และ Ham ผงโมลิบดีนัมจะถูกกดอย่างต่อเนื่องเป็นแท่งซึ่งถูกเผาบางส่วนโดยความต้านทานไฟฟ้าและละลายในตอนท้ายในอาร์คไฟฟ้า โมลิบดีนัมที่หลอมเหลวนั้นถูก deoxidized โดยคาร์บอนที่เติมลงในผงและถูกหล่อในแม่พิมพ์ทองแดงที่ระบายความร้อนด้วยน้ำ
