МОЛИБДЕНА СПЛАВЫ

Молибден и его сплавы — свойства, производство, обработка и применение

МОЛИБДЕНА СПЛАВЫ

Молибден (лат. molybdaenum) — химический элемент с атомным номером 42 и атомной массой 95,94. Обозначается символом Mo. Это ковкий переходный металл, который имеет серый цвет со стальным оттенком в свободном состоянии и становится серо-черным в диспергированном виде. Открыто порядка 20 минералов молибдена, а в свободном виде он не встречается.

Название металла происходит из греческого слова «молибдос», что в переводе означает «свинец». Такое название было выбрано из-за того, что минеральный молибден имеет характерный блеск, очень похожий на блеск свинца.

В 1778 году шведский химик К. Шееле впервые получил минеральный молибденит путем прокаливания молибденовой кислоты. Еще один шведский химик П. Гьельм получил молибден в виде нечистого металла в 1781 году и только в 1817 году Й. Берцелиусу удалось вывести этот элемент в чистом виде.

Присутствие в природе

В земной коре находится 0,003 % молибдена в составе минералов. Он распространен относительно равномерно, более концентрирован в породах, в которых содержится диоксид кремния. Для кристаллизации металла необходимы высокая кислотность и восстановительная среда. Наименьшее содержание молибдена фиксируется в карбонатных и ультраосновных породах.

Металл также содержится в нефти, углях, золе растений и воде — речной и морской. Морские воды на глубине более обогащены молибденом, чем воды у берега. В космосе зафиксировано аномально высокое содержание молибдена внутри красных гигантов с нейтронными звездами.

Самые крупные месторождения металла находятся в США, России, Армении, Канаде, Мексике, Чили, Австралии и Норвегии.

Физические свойства

Свойство Значение
Группа металлов Тугоплавкий
Плотность при 20°С 10,2 г/cм3
Температура плавления 2610 °С
Температура кипения 4612 °С
Теплопроводность 142 Вт/(м*К)
Теплота плавления 28 кДж/моль
Теплота испарения 590 кДж/моль
Удельная теплоемкость 0,256 Дж/(г*К)
Электросопротивление 5,70 мкОм*см
Молярный объем 9,4 см3/моль
Модуль сдвига 122 ГПа
Твердость 125 НВ
Коэффициент линейного расширения 4,9 10-6 К-1

Химические свойства

Молибден устойчив при нормальных условиях. Окисление начинается, когда металл нагревается до температуры 400 ⁰С. После 600 ⁰С происходит быстрый переход в триоксид молибдена.

Основные химические свойства металла представлен в таблице:

Свойство Значение
Ковалентный радиус: 130 пм
Радиус иона (+6e) 62 (+4e) 70 пм
Электроотрицательность (по Полингу): 2,16
Электродный потенциал: 0
Степени окисления 6, 5, 4, 3, 2

Производство молибдена

Для производства молибдена в России и мире в качестве сырья используются молибденитовые концентраты, из которых получается чистый металл — основа для сплавов. В концентратах содержится около 20 % примесей, 1-9% оксида кремния, 28-32% серы и примерно 50 % молибдена.

Этапы производства:

Для получения ферромолибдена применяется реакция восстановления молибденитового концентрата, который предварительно подвергается обжигу.

Обработка молибдена

Как правило, используется термообработка молибдена, так как у него невысокая вязкость, а при низких температурах металл показывает низкую пластичность. Небольшие штабики обрабатывают на обжимных машинах, а для крупных заготовок применяют спекание и горячую прокатку.

Иногда возможна механическая обработка молибдена резанием. Для этого используют инструменты из быстрорежущей стали с такими же углами заточки резцов, как и при резании чугуна.

Достоинства и недостатки молибдена

Достоинства Недостатки
Благодаря низкой плотности молибдена сплавы на его основе имеют большую удельную прочность.Высокий модуль упругости.Термостойкость.Жаропрочность.Высокая коррозионная устойчивость. Молибден не реагирует с плавиковой, соляной, серной кислотами и с большей частью щелочных растворов.Металл имеет малый температурный коэффициент расширения. При использовании молибденовых сплавов сварные швы отличаются хрупкостью.При низких температурах обладает малой пластичностью.При нагартовке можно упрочнять металл только до температуры 800 ⁰С. При дальнейшем нагревании происходит образный эффект — металл разупрочняется.Низкий уровень окалийности.

Молибден в организме человека

Молибден относится к микроэлементам, необходимым человеку. Он содержится преимущественно в костях, почках и печени, а также в головном мозге, щитовидной и поджелудочной железах, надпочечниках.

Роль и функции молибдена для организма:

Суточная потребность в молибдене составляет от 70 до 300 мкг в зависимости от массы тела. В случае дефицита микроэлемента в организме и болезней, которые им вызваны, суточная норма увеличивается.

Основные марки молибдена

В промышленности используется чистый молибден и с различными присадками. Среди наиболее распространенных можно выделить следующие марки:

Сплавы молибдена

Используется два сплава на основе данного металла: с вольфрамом (МВ) и рением (МР).

Сплавы молибдена с вольфрамом необходимы для повышения жаропрочности первого. При этом ухудшается деформируемость и повышается удельный вес.

В таких сплавах содержится от 48 % вольфрама и от 49 до 51 % молибдена, остальное — примеси. МВ является тугоплавким, отличается высокой прочностью и устойчивостью к коррозии.

Используется для изготовления тонкой проволоки, которая сворачивается в катушки или бухты.

Рений необходим для повышения пластичности молибдена. Сплавы МР содержат более 50 % рения и около 47 % молибдена. Они также используются для производства тонкой проволоки, которая применяется в специальном приборостроении.

Применение молибдена

Металл используется в разных областях:

Молибден

МОЛИБДЕНА СПЛАВЫ

Молибден по классификации в периодической таблице Менделеева относится к IV группе элементов. Имеет атомарный номер 42, а масса его атома равна 95,94. принято обозначать символом «Мо».

Молибден – это редкоземельный металл. Его объем составляет порядка 0,00011% от общей массы земли. В чистом виде имеет стальной сероватый цвет, в диспергированном – серовато-черный.

Молибден, как металл, в природе не встречается. Он содержится в минералах, которых на сегодняшний день известно порядка двадцати. Преимущественно это молибдаты, которые образуются в кислотной магме и гранитоидах.

Молибден

Получение молибдена

Сырье, из которого производится металлический молибден – молибденовые концентраты. В их составе данного элемента содержится около 50%. Также в них содержатся: сера ~ 30%, оксид кремния (до 9%) и около 20% прочих примесей.

Предварительно концентрат обжигают с целью дополнительного окисления. Процесс проводят в печах двух типов: многоподовых или кипящего слоя. Температура обжига 570 °С — 600 °С. В результате чего получается огарок — МоО3 и примеси.

На следующем этапе удаляют примеси для получения чистого оксида молибдена. Применяются два способа:

  1. Возгонка при температуре 950 °С — 1100 °С.
  2. Химическое выщелачивание. Суть способа в том, что при взаимодействии с аммиачной водой устраняются примеси меди и железа и получается карбид молибдена, который кристаллизуют выпаркой или нейтрализацией. Далее карбид нагревают и выдерживают при температуре до 500°С. На выходе – чистый оксид МоО3, в котором содержание примесей всего 0,05%.

Производство молибдена основано на восстановлении МоО3. Процесс проводят в два этапа:

  1. В трубчатой печи при температуре 550°С — 700°С в потоке сухого водорода происходит отделение атомов кислорода.
  2. Далее температура поднимается до 900°С — 1000°С и происходит окончательное восстановление. Полученный металл находится в виде порошка.

Для получения монолитного металла пользуются плавлением или спеканием порошка. Плавку используют, когда получают заготовки массой от 500 кг. Процесс производят в дуговых печах с охлаждаемым тигелем, в который подается расходуемый электрод из ранее спеченных штабиков.

Получение молибдена

Порошковое спекание – это прессование в атмосфере водорода при высоких значениях давления (2000-3000 атмосфер) и температуры (1000°С — 1200°С). Полученные штабики, подвергаются спеканию при высоких температурах равных 2200°С — 2400°С. В дальнейшем молибдену придается необходимая форма за счет обработки давлением – ковкой, прокаткой, протяжкой.

Широко в промышленности используется ферромолибден, в котором до 60-70% молибдена, а оставшееся — железо. Его получают путем введения в сталь молибденовых присадок. Сплав получают путем восстановления огарка силикатом железа с добавками стальной стружки и железистой руды.

Использование молибдена зависит от его свойств и характеристик. Присущие физические свойства молибдена приведены ниже:

  • тип металла — высокотемпературная плавка;
  • молибденовый цвет – свинцовый;
  • плотность молибдена — 10,2 г/cм3;
  • плавление при температуре — 2615°С;
  • закипание при температуре — 4700°С;
  • проводимость тепла — 143 Вт/(м·К);
  • тепловая емкость — 0,27 кдЖ/(кгК);
  • энергия для плавления — 28000 Дж/моль;
  • энергия для испарения — 590000 Дж/моль;
  • линейное расширение, коэффициент — 6·10-6;
  • электрическое сопротивление — 5,70 мкОм·см;
  • расчетный объем — 9,4 см3/моль;
  • усилие сдвига — 122·10·6 Па;
  • твердость — 125 НВ;
  • магнитная проницаемость -90·10-6.

Точению данный металл подвергается не часто, но обработка ведется стандартизованным инструментом.

Применение

Около 3⁄4 всего производимого редкоземельного металла используется как легирующий элемент при производстве сталей. Оставшаяся 1⁄4 часть используется в чистом виде и в химических соединениях. Применение он нашел во многих отраслях промышленности.

  1. Космическая область и авиастроение. Изделия из молибдена и его сплавов нашли применение для облицовки и изготовления головок ракет и носов самолетов, летающих на скоростях выше звуковых. Использование как конструкционный материал – это обшивка, а как тепловой экран – головная часть.
  2. Металлургия. Применение молибдена в литейном производстве и металлургии обусловлено высокой прокаливаемостью. Следовательно, повышается прочность, коррозионная стойкость, вязкость. В его сплавах с кобальтом или хромом заметно повышается твердость. Из легированных сталей с молибденовыми добавками изготавливаются ответственные детали. Его добавляют в жаро- и кислотоустойчивые сплавы. Поэтому большинство инструментов, производящих горячую обработку, изготавливаются из сталей, легированных Мо.
  3. Химическая промышленность. Из материалов с Мо, обладающих кислотоустойчивостью, изготавливают различные аппараты для производства кислот или их переработки. Нагреватели печей, внутри которых водородная среда также изготавливаются из молибденовых сплавов. Также данный металл можно найти в составе некоторых лаков, красок, эмалей и термически наносимых глазурей. Используют металл и как катализатор для химических реакций.
  4. Радиоэлектроника. Мо — незаменимый материал для изготовления электроосветительных и электронно-вакуумных приборов, среди которых многим известны радиолампы.
  5. Медицина. В медицине элемент используется при изготовлении рентгеновских аппаратов.
  6. Изделия из стекла. Из-за плавления при высокой температуре Мо используют при плавлении стекла.

Марки молибдена и его сплавов

Сплавы молибдена чаше применяются в промышленности, чем чистый металл. Среди них выделяются:

  • металл с чистотой 99,96%, который используется для производства электронных устройств, маркируется МЧ;
  • металл, получаемый плавкой под вакуумом, маркируется молибден МЧВП;
  • для производства проволоки, используемой в источниках света, применяется металл под маркой МРН, где его содержание равно 99,92%;
  • при введении присадки, кремниевая щелочь, молибден маркируется МК;
  • в Мо вводится цирконий (Zr) или титан (Ti) – марка ЦМ;
  • при введении рения – МР;
  • вольфрам с Мо – МВ.

Плюсы и минусы молибдена

Среди достоинств следует отметить следующие:

  • низкая плотность, а отсюда большая прочность;
  • высокий показатель модуля упругости;
  • термоустойчивость;
  • жаростойкость;
  • коррозионная стойкость;
  • практически не расширяется при нагревании.

Минусы:

  • после сварки швы обладают хрупкостью;
  • снижение температуры уменьшает пластичность;
  • механическое упрочнение возможно до 8000 °С.

, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Молибден — свойства и область применения

МОЛИБДЕНА СПЛАВЫ

Молибден занимает 42-ю позицию в периодической таблице Менделеева, соседствуя с вольфрамом, хромом. Вещество имеет серый цвет и характерный металлический блеск. На сегодня известно о существовании более чем 30-ти изотопов Молибдена, однако в природе встречаются только шесть из них.

Основные свойства молибдена

Металл обладает высоким удельным весом 10.2 г/см3, важным свойством молибдена является его тугоплавкость — это следствие сильных межатомных связей элемента, за счет незаполненной внутренней электронной оболочки. Результатом, присущих металлу физических свойств, выступает ряд преимуществ, которыми обладают молибден и его сплавы:

  • хорошая электропроводность;
  • высокая механическая прочность.

В последнем пункте металл незначительно уступает вольфраму, однако превосходит его в доступности обработки давлением. Еще одна важная специфика вещества, обеспечившая ему место в качестве легирующей добавки к другим металлам, их сплавам — высокая антикоррозионная способность.

Благодаря своим антикоррозионным свойствам молибден применяется даже в моторных маслах

Склонность к быстрому окислению, становится серьезным препятствием для использования молибдена. Также при температурах 700 0С наблюдается потеря прочности, что тоже исключает его использование в чистом виде. Для улучшения качеств этого материала используют несколько способов: легирование, защитное покрытие.

Сплавы, содержащие молибден

Качество молибденовых сплавов зависит от процентной доли добавленного вещества, способности примесей и основного металла взаимодействовать, а также обуславливается технологией процесса легирования.

Некоторых известные сплавы, например, вольфрам-молибден имеют неоднозначную оценку экспертов. Поскольку вольфрам хоть и способствует повышению жаропрочности материала, привносит существенные изменения в деформируемость металла. Подобные оказии случаются и с другими элементами, которыми пробовали легировать молибден.

Наиболее удачные попытки создания жаропрочных и хорошо деформируемых сплавов связаны с редко встречающимся и трудно добываемым рением. Существенные ограничения по доступа к веществу вынудили отказаться от такого типа легирования.

Однако сплавы, повышающие температурный порог использования молибдена, все же существуют и при этом не только сохраняют, но даже улучшают его пластичность. Это титан, ниобий, цирконий и гафний. Регулируя процентное соотношение перечисленных элементов, производят сплавы, способные работать при следующих высокотемпературных режимах:

  • 1100 – 1800 0С. Легируют 0,1 — 1,5% указанными ранее элементами, а также 0,01 — 0,10% углерода;
  • 1500 – 2000 0С. Добавляют до 50% массы Re и W с незначительным внедрением (до 0,1%) С, В, Al, Ni, Cu. Это позволяет избегать появления трещин в процессе легирования. Из таких сплавов изготавливают прутки, листы, проволоку.

Получение молибдена

Молибден добывают из руд, содержащих до 50% непосредственно вещества, около 30% серы, 9 % кремния и незначительном присутствии других элементов. Фактически руду используют, как концентрат, подвергающийся обжигу.

Температура этого этапа составляет 570 — 600 0С, он протекает в специальных печах. Результатом становится огарок, содержащий оксид молибдена, загрязненный примесями.

Получить продукт обжига – МоО3 без примесей все-таки можно следующими двумя способами.

На фото молибденовая руда

  • Возгонка – процесс преобразования вещества из твердого состояние сразу в газообразное, минуя жидкую фазу (950 — 1100 0С);
  • Путем последовательных химических воздействий, начиная с аммиачной воды, что вызывает переход огарка в жидкое состояние. Оставшиеся примеси меди и железа устраняют из раствора. При этом получают полимолибдаты аммония методом выпаривания с наступлением кристаллизации вещества. Парамолибдат, прокаливают при температуре 450 — 500 0С, что дает на выходе чистый продукт МоО3. Количество примесей после такой обработки не превышает 0,05% от массы.

Чистый оксид молибдена обрабатывают в специальных трубчатых печах потоком водорода. Сначала при температуре 600 — 700 0С, повышая ее на втором этапе до 900 — 1000 0С. На выходе получают порошок, который после плавки или примененных специализированных средств порошковой металлургии преобразуется до компактного металла.

Дисульфид молибдена

В зависимости от выбранного способа получают заготовки отличающиеся формой, весом. По мере прохождения этапов преобразования форм используются: ковка, протяжка, а также прокатка металла. Для получения заготовок весом 500 кг – 2 тонны применятся дуговая или электроннолучевая плавка.

Область применения молибдена

Молибден добавляется в состав стали вместе с рядом других элементов. Процентное содержание определяет тип, полученного продукта: легированная (0,1 — 0,3 %) или инструментальная (3 — 10 %) сталь.

Роль молибдена в подобных сплавах – улучшение закаливания прокаливания. Он делает сплавы железа и углерода более прочными, повышает их сопротивляемость износу. Ферромолибдена содержит 55 — 70% молибдена. Именно его впоследствии используют, когда легируют сталь. Это направление остается основным в применении металла.

Ленты из молибдена

Лишь 30% добытого молибдена находит место в промышленности, как чистый металл или сплав, где он сохраняет свою первенствующую значимость. Его используют при производстве ядерных реакторов, обшивок космических кораблей.

Применение молибдена и его свойства

МОЛИБДЕНА СПЛАВЫ

Благодаря свойствам применение молибдена в промышленности широко распространено в России и мире. Металлургия, авиационная промышленность, машиностроение, сельское хозяйство — это не весь список, где применяют этот стратегический металл. Он настолько восстребован, что цена молибдена неуклонно растет год от года. 

Характеристика материала

Физические свойства. Молибден – редкоземельный металл серого цвета, внешне похож на свинец. Температура плавления 2619 ºС. Отличается повышенной пластичностью. Модуль Юнга 336 ГПа, что в 1,5 раза больше, чем у стали. Плотность составляет 10,2 гсм3.

Самым жаростойким металлом считается вольфрам. Но касаемо удельной жаропрочности при температурах до 1400 ºС, молибден не имеет конкурентов. Молибден имеет низкое значение коэффициента линейного расширения.

При изменении температуры на 1000 ºС, его размер увеличится всего на 0,0049 мм.

Теплопроводность составляет 300 Втм К. Электросопротивление 5,6 мкОМ см. После предварительной механической и термической обработок прочность металла может составлять 20-23 кгмм2. Обладает парамагнитными свойствами.

Среди недостатков отметим низкую пластичность при температурах ниже -30 ºС.

Химические свойства. Молибден полностью устойчив к воздействию окружающей среды в обычных атмосферных условиях. Процесс окисления начинается при 420 ºС, образуя соединение низкой твердости оксид молибдена.

Молибден инертен к водороду при температуре до 2620 ºС. Нейтрален к таким элементам как углерод, фтор, кремний, азот, сера. Молибден не вступает в химические реакции с основными видами кислот: соляная, серная, азотная, фтористая.

Технологические свойства. В условиях комнатной температуры молибденовый круг радиусом 5 мм может быть завязан в узел без использования специального оборудования или быть раскатанным до толщины 0,1 мм. Такая податливость металла способствует получению разных видов профильного проката.

Молибден хорошо обрабатывается методом резания при условии применения смазочно-охлаждающей жидкости на основе серы.

Молибден не выделяется качеством сварных швов. Относится к 3 группе свариваемости. Процесс сварки осуществляется дуговым методом. Для придания сварным соединениям большей пластичности зона контакта должна находиться в среде защитных газов. Предпочтение здесь отдается гелию или аргону.

Биологические свойства. Молибден содержится в организме человека в пределах 8-10 мг. Прежде всего, он влияет на протекание анаболических процессов. Усиливает воздействие витамина С, тем самым способствует усилению иммунной системы. Молибден является регулятором меди, предотвращает ее накапливание в крови.

Молибденовые сплавы имеют характерную особенность химического состава – низкий процент содержания легирующих элементов. Только двухкомпонентные твердые растворы имеют значительный процент вольфрама в своем составе (до 50%).

Основными отечественными марками молибденового сплава являются:

  • Молибденовый сплав ЦМ-2А. Легирующими добавками служат титан (0,07-03%) и цирконий (0,07-0,15%). Помимо данных элементов может включать карбидные фазы (до 0,004%). Предел прочности составляет 30 кгмм2. Значительно падает после прохождения температурного порога в 1200 С. Основные преимущества сплава – технологичность и пластичность, которые дают возможность получения из него производственных полуфабрикатов.
  • Молибденовый сплав ВМ-1 значительно не отличается от вышеописанного сплава. Имеет аналогичные показатели как химических, так и механических свойств.
  • Молибденовый ВМ-2 имеет в своем составе больший процент циркония, делая его более жаростойким. Это позволяет ему выдерживать температуры в 1300-1400 С окружающей среды. Обладает пределом прочности 48 кгмм2, в 1,6 раза выше чем у ЦМ-2А.
  • Дополнительное легирование молибденового сплава ВМ-3 титаном (1,3%), цирконием (0,6%), ниобием (1,8%) приводит к дальнейшему увеличению жаропрочности. Выдерживает нагрузки до 27 кгмм2 при температуре до 1360 С. Однако ВМ-3 имеет пониженный уровень пластичности. Это делает его менее технологичным и ограничивает применение в производстве.

Варианты применения молибдена

Как жаро- и коррозионностойкий материал используется при производстве самых нагруженных частей механизмов и конструкций разного рода промышленности. Среди его основного назначения следует отметить:

  • Применение в авиационной промышленности при изготовлении всевозможных узлов турбовинтовых реактивных двигателей: воздухозаборники, лопатки турбин и прочее.
  • Ракетно-космическая отрасль применяет молибден при производстве отдельных деталей летательных агрегатов: носовые обтекатели, теплоотражатели, рули, сотовые панели, обшивка и т.д. Происходит это по причине соотношения жаропрочности и плотности. Хотя молибден и уступает абсолютной жаростойкости вольфраму, он опережает его в удельной. Поэтому при температуре ниже 1350 выгоднее применять молибден, т.к. существенно снижается масса конструкции.
  • Применение в металлургии в качестве легирующей добавки. Молибден размельчает зернистую структуру стали, тем самым упрочняя ее. Помимо этого, происходит увеличение сопротивление коррозии, прокаливаемости и твердости. Добавление в сталь 0,3% молибдена повышает ее прочность в 3 раза.
  • В электротехнике применяют при изготовлении державок нитей вольфрама в лампах накаливания. Такое использование связано с обладанием молибдена свойствами сохранения линейных размеров при повышенных температурах.
  • В машиностроении молибден используют как материал для обойм подшипников скольжения и шариков подшипников качения. Наконечников режущего инструмента: зенкеров, сверл, токарных резцов, фрез.
  • Молибденовые электроды применяют в электропечах для расплавки стекла, по причине того, что металл не вступает в химические реакции с оксидом кремния.
  • Сульфиды молибдена служат высокотемпературной смазкой в ответственных узлах, работающих на трение.
  • В теплотехнике используют как материал для нагревателей и теплоизоляции вакуумных печей.
  • В медицине молибден является сырьем в производстве технеция, который служит средством диагностирования злокачественных опухолей.
  • В сельском хозяйстве молибден добавляется в состав удобрений. Доказано, что молибден увеличивает рост растений.

Его даже добавляют в машинное масло, благодаря антикоррозионным свойствам. Например, его можно найти в масле вязкостью 10W40.

Виды лома

Молибденсодержащие отходы нормируются ГОСТом 1639-93. Согласно ему, молибденовый лом подразделяется на:

  • Чистый молибден в виде кусков труб, стержней, прутков, плит, пластин и прочее. металла не ниже 99%. На рынке редкоземельных металлов города Москва данный тип лома – самый выгодный в цене.
  • Кусковые отходы с засоренностью 2% и массой не меньше 20 г.
  • Остатки электродов, детали электровакуумных печей, рентгеновские трубки, элементы электронагревателя с содержанием металла до 95%.
  • Наименование аналогично предыдущему пункту, но количество молибдена составляет 98%.
  • Проволока и стружка. Молибден 90%.
  • Порошковый молибден с содержанием посторонних примесей не более 5%.
  • Пасты, высевки и другие соединения на основе молибдена. Чистый металл 75%.

Данное разделение носит условный характер. Более подробные сведения можно получить непосредственно в пунктах приема металлолома города Москва или другом  регионе России.

Вольфрам, молибден: применение сплава

МОЛИБДЕНА СПЛАВЫ

Природными минеральными образованиями, которые содержат вольфрам в различных соединениях и промышленных концентрациях, когда добыча технически возможна и экономически целесообразна, — вольфрам, молибден в рудах, а также бериллий, олово, медь, висмут, изредка ртуть, сурьма, серебро, золото, мышьяк, тантал, сера, скандий, ниобий — такими редкоземельными металлами планета, судя по названию их группы, не богата. Попутный компонент руды вольфрама — молибден, как и большинство других, извлекается при обогащении и переводится в селективные или коллективные концентраты.

Как появился вольфрам

Шведский химик Карл Шееле, по образованию аптекарь, проводил опыты в собственной лаборатории. Там он открыл для человечества марганец, барий, хлор, даже кислород.

Всю свою жизнь он только и делал, что совершал открытия, за что его приняли в Стокгольмскую академию наук.

И даже незадолго до своей кончины в 1781 году он любимым делом заниматься не перестал, таким образом сделав нам ещё один замечательный подарок.

Производя опыт, Карл Шееле обнаружил, что тунгстен (минерал, впоследствии названный в его честь шеелитом) — это соль какой-то ещё неизвестной кислоты.

Это было огромное открытие, но лишь через два года химики из Испании и его ученики выделили из данного минерала совершенно новый элемент, перевернувший все постулаты в промышленности.

Однако переворот этот произошёл далеко не сразу, прошло столетие, прежде чем стало понятно, какими исключительными свойствами обладает вольфрам.

В зависимости от месторождения все вольфрамовые руды подразделяются на два типа: экзогенные и эндогенные. Среди последних находятся скарновые, пегматитовые, прожилково-жильные (гидротермальные), грейзеровые типы генетических руд, которые объединяются в три основные рудные формации. Это вольфрам — олово, вольфрам — молибден, вольфрам — полиметаллы.

Иногда вольфрам встречается в пегматитах, откуда и его, и шеелит извлекают попутно, ведя добычу берилла, касситерита, тантала, ниобатов или сподумена. Пегматитные месторождения — источники образования аллювиальных россыпей — разрабатываются более всего на Юго-Востоке Азии и в Африке.

Запасы

Вольфрам, молибден в рудах теснейшим образом связаны с гранитными интрузивами, их апикальными частями, где наблюдаются прикровлевые залежи, довольно часто сопровождающиеся рудными штокверками как внутри-, так и надинтрузивными.

Они по форме представляют собой плащеобразные залежи, изометричные и овальные при чаще всего пологом залегании. Также отмечены и рудные тела столбообразного вида и штокверки неправильной формы.

Запасы месторождений, где присутствуют молибден, вольфрам и другие редкоземельные ископаемые, почти никогда не имеют больших запасов.

Руда оценивается всего лишь в десятки, очень редко в сотни тысяч тонн.

Молибден, вольфрам и другие гидротермальные руды находятся в зонах экзо- и эндоконтакта массивов гранита, которые образуют довольно протяжённые в глубину — до километра — целые серии жил крутого падения, значительно реже бывает среднее падение жилы. Также встречаются и штокверки. Рудные тела складываются с кварц-вольфрамит-касситеритовыми, кварц-вольфрамитовыми включениями, часто с молибденом, бериллом и висмутином, перемежаясь с кварц-молибденит-шеелитовыми или кварц-шеелитовыми рудами.

Обычно в таких рудах содержатся вольфрам, молибден, металл другой из редкоземельных в небольших количествах: вольфрама от полупроцента до полутора процентов, чаще — меньше. И это при запасах руды в несколько тысяч или несколько десятков тысяч тонн, что тоже очень и очень мало. Добыча производится обычно подземным или открытым способами.

Способы добычи

Вольфрамовые месторождения предполагают способы добычи либо обрушением слоёв или горизонтальным маганизированием руды слоями в отработанных блоках. Также применяется способ закладки выработанного пространства, что хорошо при разработке жил, скарновых или грейзеновых залежей.

Открытый способ предполагает наличие шторкверков, скарновых или грейзеновых залежей или россыпей. На карьерах, где добывается руда вольфрама, молибдена, обычно действует транспортная система и внешнее отвалообразование.

В этих случаях добыча механизируется почти полностью — на девяносто пять процентов. Но здесь работы не заканчиваются.

Руды требуют обогащения, поскольку лишь на максимум полтора процента они содержат редкоземельные металлы — вольфрам, молибден.

Месторождения

На территории бывшего СССР самые значительные месторождения руды вольфрама разведаны в Казахстане, Восточной Сибири и Дальнем Востоке, на Кавказе и в Средней Азии. Далеко не все из них разрабатываются.

За рубежом переработка вольфрама и молибдена ведётся особенно много в Южной Корее и Китае. Там находятся самые значительные месторождения в мире.

Кроме того, добывают вольфрам в Португалии, Австралии, Канаде, Боливии, США, Франции, Австрии и Турции.

Здесь необходимо сказать, что Юго-Восточная Азия и её Тихоокеанский рудный пояс имеют более шестидесяти процентов всех запасов вольфрама на земле. Всего же в разведанных месторождениях планеты суммарные запасы вольфрама гораздо менее полутора миллионов тонн. К примеру, золота ежегодно добывается (не в запасах, а именно пускается в ход) около 4 278 200 тонн.

Свойства

Будучи одним из самых тугоплавких металлов, вольфрам становится буквально незаменимым во всех областях, которые связаны с высокими температурами. Как химический элемент Wolframium (W) находится в четвёртой группе периодической системы.

Его атомная масса 183,85, а номер 74. Название он получил благодаря своему светло-серому цвету — с немецкого Wolf и Rahm переводятся как «волк» и «сливки», если буквально — «волчья пена». Несмотря на тугоплавкость, при обычной температуре устойчив.

Минералы, поставляющие вольфрам, — шеелит и вольфрамит.

Вольфрам — один из самых главных компонентов сверхтвёрдых жаропрочных сталей — быстрорежущих и инструментальных, а также сплавов, обладающих теми же свойствами — стеллит, победит и так далее.

А вот чистый вольфрам мы видим ежедневно, поскольку он широко используется в электротехнике. Например, в лампах накаливания нити из вольфрама. Также незаменим он в радиоэлектронике.

Электронные приборы имеют катоды и аноды из этого металла.

Марки сплавов

Переработка вольфрама и молибдена сложна, но чрезвычайно выгодна. Промышленность знает несколько марок, среди которых есть более распространённые и менее. Вольфрам бывает чистый, с присадками и в сплавах с другими металлами.

Таким образом, различаются марки ВР — сплав вольфрама и рения; ВЛ — с окисью лантана как присадки; ВИ — с окисью иттрия; ВТ — в качестве присадки окись тория; ВМ — с кремнещелочной и присадкой тория; ВА — с кремнещелочной и алюминиевой присадками; ВЧ — чистый вольфрам.

Вольфрам служит основой для твёрдых сплавов, а сплав вольфрама и молибдена — жаропрочный, как и некоторые другие. Также с его участием готовят износоустойчивую инструментальную сталь. Из таких сплавов делаются многие детали двигателей — авиационных и космических, в электровакуумных приборах — различные детали и нити накаливания.

Поскольку плотность этого металла очень высока, его используют для противовесов, для пуль и артиллерийских снарядов, для баллистических ракет (стабилизация полёта, вольфрам выдерживает все сто восемьдесят тысяч оборотов в минуту) для сверхскоростных роторов тоже используются такие металлы, как вольфрам, молибден.

Применение их, как мы видим, весьма широко и даже, можно сказать, изысканно.

Без этих редкоземельных металлов, какими являются хром, молибден, вольфрам, сегодня не обходится ни медицина, ни ядерная физика.

Монокристаллы всех вольфраматов служат сцинтилляционными детекторами рентгеновского излучения, а также и прочих ионизирующих излучений.

Дителлурид вольфрама (WTe2) применяют при преобразовании тепловой энергии в электрическую. Даже аргоно-дуговая сварка использует вольфрам как электрод.

Особенно широко применяются соединения вольфрама. Композитные материалы и твёрдые сплавы, имеющие основой карбид вольфрама, нужны для механической обработки как металлов, так и конструкций неметаллических.

Особенно это необходимо в машиностроении: фрезерование, точение, долбление, строгание.

Не обойтись теперь без твёрдых сплавов при бурении скважин и в горнодобывающей промышленности, а для этого нужны вольфрам, молибден — производство осваивает всё новые технологии с их помощью.

Виды продукции из редкоземельных металлов

WS2 (сульфид вольфрама) — высокотемпературная смазка, выдерживающая до пятисот градусов по Цельсию. Там, где производится твёрдый электролит (высокотемпературные топливные элементы), применяют трёхокись вольфрама. Текстильная, лакокрасочная промышленности значительно улучшили и усложнили технологии, используя соединения вольфрама как катализатор и пигмент при органическом синтезе.

Промышленностью выпускается огромное количество разнообразной продукции, где содержатся вольфрам, молибден и другие редкоземельные металлы. Самое распространённое — это электроды, проволока, вольфрамовый порошок, лист и штабик.

Электроды никогда не плавятся и потому могут использоваться для сварки высоколегированных сталей, цветных металлов и материалов с разным химическим составом. Ни один электрод не обеспечит такой высокой прочности сварного шва.

Молибден

Сплавы молибдена и сам он относятся к материалам тугоплавким. В чистом виде применяется в виде проволоки или ленты для нагревательных приборов — электропечей, даже работающих в водороде с температурой 1600°С.

Жесть из молибдена и проволока нужны в радиоэлектронной промышленности, их используют и в рентгенотехнике, из молибдена изготавливают разнообразные детали для рентгеновских трубок, электронных ламп, вакуумных приборов.

Кроме того, молибден, как и вольфрам, весьма широко применяется для улучшения сталей. Присадка молибдена увеличивает прочность, прокаливаемость, коррозионную стойкость, вязкость.

Поэтому вольфрам и молибден используются при создании самых ответственных изделий и самых главных деталей. Для твёрдости в такой сплав вводятся стеллиты — хром и кобальт, чтобы наплавить кромки деталей, работающих на износ.

Хром, молибден, вольфрам — такой сплав практически невозможно стереть. Также ему отдано одно из первых мест в ряду кислотоустойчивых и жаростойких сплавов.

Космос

Сплав вольфрама и молибдена в составе обшивки головной части любой ракеты и самолёта. По прочности на первом месте вольфрам, на втором — молибден.

Однако удельная прочность при температурах около полутора тысяч градусов по Цельсию выводит сплавы с молибденом на первое место. Если температуры ещё выше — то вольфрам и тантал непобедимы.

Из молибдена изготовлены сотовые панели всех летательных космических аппаратов, оболочки капсул и ракет, которые возвращаются на Землю, теплообменники, тепловые экраны, обшивка кромок крыльев, стабилизаторы.

Там, где условия работы тяжёлые, помогают редкоземельные металлы. От такого материала можно ждать высокого сопротивления окислениям и газовой эрозии, высокой прочности и способности держать удар.

Многие детали турбореактивных и ракетных двигателей, хвостовые юбки, лопатки турбин, заслонки форсунок, поверхности управления, сопла ракетных двигателей и так далее — на всех этих трудных работах справляется молибден.

На Земле

Перспективные материалы для оборудования, которые работают в среде фосфорной, серной и соляной кислот, делаются из молибдена и его сплавов. Он стоек даже в расплавленном стекле, и поэтому стекольная промышленность широко использует молибден в качестве электродов для плавки.

Из сплавов его изготовлены стержни и пресс-формы для литья под высоким давлением медных, цинковых и алюминиевых сплавов. С молибденом обрабатывают стали под давлением — прессштемпели, матрицы, оправки прошивных станов. Сами стали молибден тоже значительно улучшает.

Тугоплавкий металл молибден

МОЛИБДЕНА СПЛАВЫ

Калькулятор металлопроката

Молибден относится к классу тугоплавких металлов, что делает его применение уникальным в областях, связанных с высокими температурами. На странице представлено описание данного металла: физические, химические свойства, области применения, марки, виды продукции.

Молибден (Mo) (Molybdenum) — химический элемент с атомным номером 42 в периодической системе, ковкий переходный металл серо-стального цвета в компактном состоянии и черно-серого — в диспергированном.

Плотность 10,2 г/см3, tпл. = 2620°С, tкип. = 4630°С. в земной коре 3·10-4% по массе. В свободном виде молибден не встречается. Известно около 20 минералов.

Важнейшие из них: молибденит МоS2, повеллит СаМоО4, молибдит Fe(MoO4)3·nH2O и вульфенит PbMoO4.

Молибден был открыт в 1778 году шведским химиком Карлом Шееле — получен оксид МоО3. В 1782 г. П. Гьельм впервые получил Mo в металлическом состоянии, но загрязненный углеродом и карбидом молибдена. Чистый металл в 1817 году был получен шведским химиком Й. Берцелиусом. Первые попытки использования молибдена в металлургии стали относятся к концу прошлого столетия. Его промышленное производство началось в 1909-1910 гг., когда были обнаружены особые свойства орудийных и броневых сталей, легированных этим металлом, а также была разработана технология получения компактных тугоплавких металлов методом порошковой металлургии.
Молибден, как и вольфрам, в периодической системе элементов Д. И. Менделеева расположен в VI группе, но в 5-м периоде. Наиболее характерно для него шестивалентное состояние, хотя известны соединения, в которых он имеет другие валентности. Порядковый номер 42; атомная масса 95,95; плотность при комнатной температуре 10200 кг/м3. Молибден относится к тугоплавким металлам, является переходным элементом. Он плавится при 2620±10°С и кипит примерно при 4800 °С.

Mo и его сплавы отличаются также высоким модулем упругости, малым температурным коэффициентом расширения, хорошей термостойкостью, малым сечением захвата тепловых нейтронов. Электропроводность данного металла ниже, чем у меди, но выше, чем у железа. По механической прочности он несколько уступает вольфраму, но легче поддается обработке давлением.

Физические и механические свойства

Свойство Значение
Атомный номер 42
Атомная масса 95,94
Параметр элементарной ячейки, нм 0,31470
Атомный диаметр, нм 0,272
Плотность при 20°С, г/cм3 10,2
Температура плавления, °С 2610
Температура кипения, °С 4612
Теплота плавления, кДж/моль: 28
Теплота испарения, кДж/моль: 590
Молярный объем, см³/моль: 9,4
Удельная теплоемкость, Дж/(г·К) 0,256
Теплопроводность, Вт/(м·К) 142
Коэффициент линейного расширения, 10-6 К-1 4,9
Электросопротивление, мкОм·см 5,70
Модуль Юнга, ГПа 336,3
Модуль сдвига, ГПа 122
Коэффициент Пуассона 0,30
Твердость, НВ 125
Цвет искры Короткий желтый прерывистый пучок искр
Группа металлов Тугоплавкий металл
Поделиться:
Нет комментариев

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.

×
Рекомендуем посмотреть