המתכת מוליבדן חייבת את שמה לדמיון החיצוני של מוליבדן דיסולפיד לעפרת עופרת - גלנה (השם היווני לעופרת הוא molybdos).
היסטוריית גילוי אלמנט
בימי הביניים באירופה נקרא מוליבדן שלושה מינרלים בעלי הרכב שונה, אך כמעט דומים בצבע ובמבנה המינרל - גלנה (Pbs), מוליבדניט (MoS2) וגרפיט (C). אגב, המינרל "מוליבדן ברק" (שם אחר למוליבדניט) שימש כעופרת לעפרונות שהשאירו סימן ירקרק-אפור על הסדין.
מתכת מוליבדן, 42 יסודות של המערכת המחזורית של מנדלייב, נחשבת למקום הולדתה של שוודיה. בשנת 1758, הציע הכימאי והמינרלוג מארץ זו, מגלה הניקל, אקסל קרונשטדט, כי למינרלים הנ"ל יש אופי שונה לחלוטין. שני עשורים לאחר מכן, בן ארצו, כימאי תרופות מקופינג, קארל שילה, השיג חומצה מוליבדית בצורת משקע לבן ("אדמה לבנה") על ידי הרתחת מוליבדניט בחומצה חנקתית מרוכזת. המדען הבין באופן אינטואיטיבי שאם חומצה מוליבדית נשרפה בפחם, אז אפשר לבודדמַתֶכֶת. לא היה לו תנור מתאים, הוא שלח דגימות לפיטר ג'לם, שב-1782 בודד מתכת חדשה עם כמות גדולה של זיהומי קרביד. עמיתים כינו את היסוד "מוליבדן" (הנוסחה בטבלה המחזורית היא Mo).
מתכת טהורה יחסית הושגה רק ב-1817 על ידי Jens Berzelius, נשיא האקדמיה השוודית למדעים.
אפיון של חומר פשוט
לשיטת הייצור יש השפעה רבה על התכונות הפיזיקליות של המוליבדן והמראה שלו. מתכת אבקתית, ריקים ומוטות לפני סינטר - אפור כהה. פלטת המוצרים המגולגלים המעובדים עשירה בהרבה - מכסף כמעט שחור לכסף בהיר. הצפיפות של מוליבדן היא 10.28 t/m3. המתכת נמסה בטמפרטורה של 2623˚С, וב-4639˚С היא רותחת. למוליבדן טהור לחלוטין יש גמישות וגמישות מצוינים, מה שמבטיח גלגול והטבעה קלים. חומר עבודה בקוטר של עד 12 מ מ, אפילו בטמפרטורת החדר, ניתן לקשור בחופשיות בעזרת קשר כפול או לרדד אותו לרדיד דק. למתכת מוליכות חשמלית טובה. נוכחותם של זיהומים מגבירה את הקשיות והשבירות וקובעת במידה רבה את התכונות המכניות של מוליבדן.
חיבורים מרכזיים
כחלק מחומרים מורכבים, היסוד מפגין דרגת חמצון שונה מ-+2 לגבוהה (התרכובות האחרונות הן היציבות ביותר), מה שקובע את התכונות הכימיות של מוליבדן. מתכת זו מאופיינת בתרכובות עם חמצן והלוגנים (MoO3, MoCl5) ומוליבדטים (מלחים של חומצה מוליבדית).תגובות חמצון אפשריות רק בטמפרטורות גבוהות (מ-600˚С). עלייה נוספת תגרום למוליבדן לקיים אינטראקציה עם פחמן, זרחן וגופרית. הוא מתמוסס היטב בחומצה חנקתית או חומצה גופרתית מחוממת.
חומצות זרחן, ארסן, בוריק וחומצות סיליקיות יוצרות תרכובות מורכבות עם מוליבדן. המלח המפורסם והנפוץ ביותר הוא אמוניום פוספומוליבדאט. חומרים המכילים מוליבדן נבדלים על ידי פלטת צבעים רחבה וגוונים שונים.
טכנולוגיית הטבת עפרות מוליבדן
ייצור תעשייתי של מוליבדן טהור לחלוטין הושג שליטה רק במאה ה-20. לעיבוד הכימי של עפרות מוליבדן קדמה ההטבה שלה: לאחר טחינה במגרסה וטחנות כדורים, השיטה העיקרית היא חמש או שש הצפות. התוצאה היא ריכוז גבוה (עד 95%) של מוליבדן דיסולפיד בחומר הגלם.
השלב הבא והחשוב ביותר הוא ירי. כאן מוסרים זיהומים לא רצויים של מים, גופרית, שאריות של ריאגנטים לציפה ומוליבדן דיסולפיד מתחמצן לטריאוקסיד. ניקוי נוסף אפשרי בכמה דרכים, אך הבאות הן הפופולריות ביותר:
- שיטת אמוניה, שבה תרכובות מוליבדן מומסות לחלוטין, ומסירות זיהומים;
- סובלימציה בטמפרטורה של 900 עד 1100 ˚С. התוצאה - הריכוז של MoO3 עולה ל-90-95%.
ייצור תעשייתי של מוליבדן מתכתי
העברת מימן דרך מוליבדן טריאוקסיד מטוהר (במעבדות עבורהפחתות לעתים קרובות להשתמש בפחמן או גזים המכילים פחמן, אלומיניום, סיליקון) לקבל אבקת מתכת. התהליך מתרחש בתנורי צינור מיוחדים עם עלייה הדרגתית בטמפרטורה מ-500 ל-1000 ˚С.
שרשרת התהליכים לייצור מתכת מוליבדן קומפקטית כוללת:
- לוחץ. התהליך מתרחש בתבניות פלדה בלחץ של עד 300 MPa. המרכיב המקשר הוא תמיסת אלכוהול של גליצרין. המקטע המרבי של החסר (דקירות) אינו עולה על 16 ס"מ2, והאורך הוא 600 ס"מ. לגדולים יותר משתמשים בצורות גומי או פולימריות. הכבישה מתבצעת בתאי עבודה שבהם מוזרק נוזל בלחץ גבוה.
- סינטרינג. זה קורה בשני שלבים. הראשון - טמפרטורה נמוכה, שנמשך 30-180 דקות (בהתאם לגודל חומר העבודה), מתבצע בתנורי אפל באווירת מימן בטמפרטורה של 1200 ˚С. בשלב השני (ריתוך), חומר העבודה מחומם לטמפרטורה קרובה לנקודת ההיתוך (2400-2500 ˚С). כתוצאה מכך, הנקבוביות פוחתת וצפיפות המוליבדן עולה.
חסרים גדולים במשקל של עד 3 טון מסונטרים בתנורי אינדוקציה, אלומת אלקטרונים או קשת. התהליך הושלם על ידי עיבוד מכני של מוצרים מחוטאים.
הפקדות העשירות ביותר
מוליבדן הוא יסוד נדיר למדי בקרום כדור הארץ וביקום בכללותו. מבין שני תריסר המינרלים הקיימים בטבע, רק למוליבדניט יש חשיבות תעשייתית משמעותית.(MoS2). המשאבים שלו אינם אינסופיים, וכבר פותחו טכנולוגיות להפקת מתכת מפאווליטים ומוליבדטים. בהתאם להרכב המינרלים ולצורתם של גופי העפרות, המשקעים מחולקים לוורידים, מופצים ורידיים ו-skarn.
עתודות גלובליות מוכחות של האלמנט מסתכמות ב-19 מיליון טון, כאשר כמעט מחציתם בסין. מאז 1924, מרבץ המוליבדן הגדול ביותר הוא מכרה Climax (ארה ב, קולורדו) עם תכולה ממוצעת של עד 0.4%. לעתים קרובות, מיצוי עפרות מוליבדן מתבצע יחד עם מיצוי של נחושת וטונגסטן.
ברוסיה, עתודות המוליבדן מסתכמות ב-360 אלף טון. מתוך 10 המרבצים שנחקרו, רק 7 פותחו מסחרית:
- סורסקו ואגסקיירסקו (חאקאסיה);
- Bugdainskoe ו-Zhirekenskoe (מזרח טרנסבאיקליה);
- Orekitkanskoe (בוריאטיה);
- Labash (קרליה);
- Tyrnyauz (צפון הקווקז).
הייצור נעשה בשיטות פתוחות וסגורות כאחד.
סוד חרבות הסמוראים
במשך כמה מאות שנים, כלי נשק ומדענים אירופאים נאבקו בתעלומת החדות והחוזק של חרבות יפניות עתיקות מתחילת האלף השני, ללא הצלחה בניסיון לייצר את אותם כלי נשק שוליים באיכות גבוהה. רק בסוף המאה XΙX, לאחר שגילו זיהומים מוליבדן בפלדה יפנית, ניתן היה לפתור את החידה הזו.
לראשונה, השימוש התעשייתי של מוליבדן כתוסף מתג לשיפור איכות הפלדה (הנותן לה קשיות וקשיחות) בוצע בשנת 1891 על ידי שניידר.& Co מצרפת.
מלחמת העולם הראשונה שימשה גירוי משמעותי לפיתוח מתכות מוליבדן. יש משמעות לכך שעובי השריון הקדמי של הטנקים האנגלו-צרפתיים, המנוקב בקלות על ידי פגזים גרמניים מאותו קליבר, הופחת מ-75 מ"מ ל-25 מ"מ על ידי הוספת 1.5-2% מוליבדן לפלדה של לוחות השריון. זה הגדיל משמעותית את חוזק המכונה.
יישום מוליבדן
יותר מ-80% מכל המוליבדן המשמש בתעשייה נופל על מתכות ברזל. בלעדיו, ייצור של ברזל יצוק עמיד בחום, פלדות מבניות וכלי עבודה אינו מתקבל על הדעת. חלק משקל אחד של האלמנט משפר את איכות הפלדה שווה ערך לשני חלקי משקל של טונגסטן. מכיוון שהצפיפות של מוליבדן קטנה פי שניים, הסגסוגות שלו עדיפות משמעותית באיכותן מסגסוגות טונגסטן בטמפרטורות עבודה מתחת ל-1370 ˚С. פלדות מוליבדן מתאימות יותר לקרבור.
מוליבדן מבוקש בתעשיות הרדיו-אלקטרוניות, הכימיות והצבע. בהנדסת מכונות הוא משמש כחומר עמיד בחום. בחקלאות, תמיסות חלשות של תרכובות יסוד משפרות משמעותית את ספיגת חומרי הזנה על ידי צמחים. יש לזכור שבמינונים גדולים, למוליבדן יש השפעה רעילה על אורגניזמים חיים וצמחים, ומשפיע לרעה על הסביבה.
משמעות ביולוגית
בתזונה של בני אדם ובעלי חיים, מוליבדן הוא אחד מיסודות הקורט החשובים ביותר. בצורה של צורה ביולוגית פעילה -קואנזים מוליבדן - (מוקו) הוא הכרחי ליישום תהליכים קטבוליים ברקמות חיות.
המחקר בתחום הפעילות האנטי-סרטנית של מוליבדן נראה מבטיח מאוד. שכיחות גבוהה של סרטן במערכת העיכול בקרב אוכלוסיית העיירה לין שיאן (מחוז הונאן, סין) ירדה משמעותית לאחר הכנסת דשנים מינרליים המכילים מוליבדן לאדמה.
במקרים נדירים של מחסור באלמנטים בגוף האדם, עלולים להתפתח חוסר התמצאות מרחבי, פגמים במוח, הפרעות נפשיות ומחלות עצבים קשות אחרות. המינון היומי של מוליבדן למבוגר הוא בין 100 ל-300 מק"ג. כאשר זה גדל ל 5-15 מ"ג, הרעלה רעילה היא בלתי נמנעת, עד 50 מ"ג - מוות. העשירים ביותר במוליבדן הם ירקות עלים, דגנים, קטניות ופירות יער (דומדמניות שחורות, דומדמניות), מוצרי חלב, ביצים, כבד וכליות של בעלי חיים.
היבטים סביבתיים
המאפיינים הביולוגיים של מוליבדן מטילים דרישות מוגברות לסילוק פסולת מעיבוד חומרי עפרות, הקפדה על התהליך הטכנולוגי במפעלים כדי למנוע השפעה שלילית על בריאותם של העובדים והטבע.
יש לנקוט בכל האמצעים כדי למנוע חדירת מוצרים מעובדים למי התהום. יש לזכור כי לצמחים יש יכולת לספוג ולצבור מוליבדן, כך שתכולתו בנצרים ובעלים עשויה לחרוג מהריכוזים המותרים. המסה הירוקה הזועלול להיות מסוכן לבעלי חיים. כדי למנוע מהרוחות להפיץ את הסלע המשומש, המזבלות מכוסות בשכבת אדמה.
מגמות בשוק המוליבדן העולמי
עם תחילת המשבר הפיננסי העולמי, צריכת המוליבדן העולמית ירדה ב-9%. יוצאת הדופן הייתה סין, שבה יש עלייה של עד 5%. התגובה לירידה החדה בביקוש הצרכנים ב-2009 הייתה ירידה בהיקפי הייצור. ניתן היה להתקרב לרמת התפוקה הקודמת רק לאחר ארבע שנים, ובשנת 2014 נקבע מקסימום חדש של 245 אלף טון. סין נותרה הצרכנית והיצרנית העיקרית של מוליבדן ומוצריו.
הצפיפות של המוליבדן ותכונותיו המדהימות הפכו אותו לחיוני עבור יישומי פלדה וסגסוגת שבהם נדרש שילוב של משקל קל, חוזק גבוה ועמידות בפני קורוזיה. הגידול החזוי במספר תחנות הכוח הגרעיניות, מתקני אנרגיה ותעשייה אחרים, פיתוח שדות נפט וגז חדשים בתנאים הקשים של הצפון הרחוק והקוטב הצפוני יובילו בהכרח לעלייה בביקוש למוליבדן ונגזרותיו.
