Το μέταλλο μολυβδαίνιο οφείλει το όνομά του στην εξωτερική ομοιότητα του δισουλφιδίου του μολυβδαινίου με το μετάλλευμα μολύβδου - γαλένα (το ελληνικό όνομα για τον μόλυβδο είναι μολύβδος).
Ιστορικό ανακάλυψης στοιχείων
Στον Μεσαίωνα στην Ευρώπη, το μολυβδαίνιο ονομαζόταν τρία ορυκτά διαφορετικής σύνθεσης, αλλά σχεδόν παρόμοια στο χρώμα και τη δομή του ορυκτού - γαλένα (Pbs), μολυβδενίτης (MoS2) και γραφίτη (C). Παρεμπιπτόντως, το ορυκτό "molybdenum shien" (άλλο όνομα για το molybdenite) χρησιμοποιήθηκε ως μόλυβδο για μολύβια που άφηναν ένα πρασινογκρίζο σημάδι στο φύλλο.
Το μέταλλο μολυβδαίνιο, 42 στοιχεία του περιοδικού συστήματος του Mendeleev, θεωρείται η γενέτειρα της Σουηδίας. Το 1758, ο χημικός και ορυκτολόγος από αυτή τη χώρα, ο ανακάλυψε το νικέλιο, Axel Cronstedt, πρότεινε ότι τα παραπάνω ορυκτά έχουν εντελώς διαφορετική φύση. Δύο δεκαετίες αργότερα, ο συμπατριώτης του, ένας φαρμακευτικός χημικός από το Köping, Karl Scheele, έλαβε μολυβδικό οξύ με τη μορφή λευκού ιζήματος ("λευκή γη") βράζοντας μολυβδενίτη σε πυκνό νιτρικό οξύ. Ο επιστήμονας κατάλαβε διαισθητικά ότι εάν το μολυβδικό οξύ πυρωθεί με άνθρακα, τότε είναι δυνατό να απομονωθείμέταλλο. Μη έχοντας κατάλληλο φούρνο, έστειλε δείγματα στον Peter Gjelm, ο οποίος το 1782 απομόνωσε ένα νέο μέταλλο με μεγάλη ποσότητα ακαθαρσιών καρβιδίου. Οι συνάδελφοι ονόμασαν το στοιχείο "μολυβδαίνιο" (ο τύπος στον περιοδικό πίνακα είναι Mo).
Σχετικά καθαρό μέταλλο αποκτήθηκε μόνο το 1817 από τον Jens Berzelius, πρόεδρο της Σουηδικής Ακαδημίας Επιστημών.
Χαρακτηρισμός μιας απλής ουσίας
Η μέθοδος παραγωγής έχει μεγάλη επίδραση στις φυσικές ιδιότητες του μολυβδαινίου και στην εμφάνισή του. Κονιοποιημένο μέταλλο, κενά και ράβδους πριν από τη σύντηξη - σκούρο γκρι. Η παλέτα των επεξεργασμένων προϊόντων έλασης είναι πολύ πιο πλούσια - από σχεδόν μαύρο έως ανοιχτό ασημί. Η πυκνότητα του μολυβδαινίου είναι 10,28 t/m3. Το μέταλλο λιώνει σε θερμοκρασία 2623˚С και στους 4639˚С βράζει. Το εντελώς καθαρό μολυβδαίνιο έχει εξαιρετική ελαστικότητα και ολκιμότητα, που εγγυάται εύκολη κύλιση και σφράγιση. Ένα τεμάχιο εργασίας με διάμετρο έως 12 mm, ακόμη και σε θερμοκρασία δωματίου, μπορεί να δεθεί ελεύθερα με διπλό κόμπο ή να τυλιχτεί σε ένα λεπτό φύλλο. Το μέταλλο έχει καλή ηλεκτρική αγωγιμότητα. Η παρουσία ακαθαρσιών αυξάνει τη σκληρότητα και την ευθραυστότητα και καθορίζει σε μεγάλο βαθμό τις μηχανικές ιδιότητες του μολυβδαινίου.
Κύριες συνδέσεις
Ως μέρος σύνθετων ουσιών, το στοιχείο εμφανίζει διαφορετικό βαθμό οξείδωσης από +2 έως τον υψηλότερο (οι τελευταίες ενώσεις είναι οι πιο σταθερές), που καθορίζει τις χημικές ιδιότητες του μολυβδαινίου. Αυτό το μέταλλο χαρακτηρίζεται από ενώσεις με οξυγόνο και αλογόνα (MoO3, MoCl5) και μολυβδαινικά (άλατα μολυβδικού οξέος). Οι αντιδράσεις οξείδωσης είναι δυνατές μόνο σε υψηλές θερμοκρασίες (από 600˚С). Περαιτέρω αύξηση θα προκαλέσει την αλληλεπίδραση του μολυβδαινίου με τον άνθρακα, τον φώσφορο και το θείο. Διαλύεται καλά σε νιτρικό ή θερμαινόμενο θειικό οξύ.
Το φωσφορικό, το αρσενικό, το βορικό και το πυριτικό οξύ σχηματίζουν σύνθετες ενώσεις με το μολυβδαίνιο. Το πιο διάσημο και κοινό άλας είναι το φωσφομολυβδαινικό αμμώνιο. Οι ουσίες που περιέχουν μολυβδαίνιο διακρίνονται από μια ευρεία παλέτα χρωμάτων και διάφορες αποχρώσεις.
Τεχνολογία εμπλουτισμού μεταλλεύματος μολυβδαινίου
Η βιομηχανική παραγωγή απολύτως καθαρού μολυβδαινίου κατακτήθηκε μόλις τον 20ο αιώνα. Της χημικής επεξεργασίας του μεταλλεύματος μολυβδαινίου προηγείται ο εμπλουτισμός του: μετά την άλεση σε θραυστήρες και σφαιρόμυλους, η κύρια μέθοδος είναι η επίπλευση πέντε ή έξι. Το αποτέλεσμα είναι μια υψηλή συγκέντρωση (έως 95%) δισουλφιδίου του μολυβδαινίου στην πρώτη ύλη.
Το επόμενο και πιο σημαντικό βήμα είναι η πυροδότηση. Εδώ αφαιρούνται οι ανεπιθύμητες ακαθαρσίες νερού, θείου, υπολείμματα αντιδραστηρίων επίπλευσης και το δισουλφίδιο του μολυβδαινίου οξειδώνεται σε τριοξείδιο. Περαιτέρω καθαρισμός είναι δυνατός με διάφορους τρόπους, αλλά οι παρακάτω είναι οι πιο δημοφιλείς:
- μέθοδος αμμωνίας, κατά την οποία οι ενώσεις του μολυβδαινίου διαλύονται πλήρως και οι ακαθαρσίες αφαιρούνται·
- εξάχνωση σε θερμοκρασία 900 έως 1100 ˚С. Το αποτέλεσμα - η συγκέντρωση του MoO3 αυξάνεται στο 90-95%.
Βιομηχανική παραγωγή μεταλλικού μολυβδαινίου
Διέλευση υδρογόνου μέσω καθαρού τριοξειδίου του μολυβδαινίου (σε εργαστήρια γιαοι μειώσεις χρησιμοποιούν συχνά άνθρακα ή αέρια που περιέχουν άνθρακα, αλουμίνιο, πυρίτιο) παίρνουν μέταλλο σε σκόνη. Η διαδικασία πραγματοποιείται σε ειδικούς φούρνους σωλήνων με σταδιακή αύξηση της θερμοκρασίας από 500 σε 1000 ˚С.
Η αλυσίδα διαδικασίας για την παραγωγή συμπαγούς μετάλλου μολυβδαινίου περιλαμβάνει:
- Πατώντας. Η διαδικασία πραγματοποιείται σε καλούπια χάλυβα υπό πίεση έως 300 MPa. Το συνδετικό συστατικό είναι ένα αλκοολικό διάλυμα γλυκερίνης. Το μέγιστο τμήμα των κενών (μαχαιριών) δεν υπερβαίνει τα 16 cm2 και το μήκος είναι 600 εκ. Για μεγαλύτερα, χρησιμοποιούνται λαστιχένιες ή πολυμερείς μορφές. Η πίεση πραγματοποιείται σε θαλάμους εργασίας όπου το υγρό εγχέεται υπό υψηλή πίεση.
- Συντήξη. Συμβαίνει σε δύο στάδια. Η πρώτη - χαμηλή θερμοκρασία, διάρκειας 30-180 λεπτών (ανάλογα με το μέγεθος του τεμαχίου εργασίας), πραγματοποιείται σε κλιβάνους σιγαστήρα σε ατμόσφαιρα υδρογόνου σε θερμοκρασία 1200 ˚С. Στο δεύτερο στάδιο (συγκόλληση), το τεμάχιο εργασίας θερμαίνεται σε θερμοκρασία κοντά στο σημείο τήξης (2400-2500 ˚С). Ως αποτέλεσμα, το πορώδες μειώνεται και η πυκνότητα του μολυβδαινίου αυξάνεται.
Μεγάλα ακατέργαστα τεμάχια βάρους έως 3 τόνων συντήκονται σε επαγωγικούς κλιβάνους, δέσμης ηλεκτρονίων ή τόξου. Η διαδικασία ολοκληρώνεται με μηχανική επεξεργασία των συντηγμένων προϊόντων.
Πλούσιες καταθέσεις
Το μολυβδαίνιο είναι ένα αρκετά σπάνιο στοιχείο στον φλοιό της γης και στο σύμπαν συνολικά. Από τα δύο δεκάδες ορυκτά που υπάρχουν στη φύση, μόνο ο μολυβδενίτης έχει σημαντική βιομηχανική σημασία.(MoS2). Οι πόροι του δεν είναι ατελείωτοι, και έχουν ήδη αναπτυχθεί τεχνολογίες για την εξαγωγή μετάλλων από powellites και molybdates. Ανάλογα με τη σύνθεση και το σχήμα των ορυκτών σωμάτων του μεταλλεύματος, τα κοιτάσματα χωρίζονται σε φλεβικά, φλεβικά διάχυτα και skarn.
Τα παγκόσμια αποδεδειγμένα αποθέματα του στοιχείου ανέρχονται σε 19 εκατομμύρια τόνους, με σχεδόν τα μισά στην Κίνα. Από το 1924, το μεγαλύτερο κοίτασμα μολυβδαινίου είναι το ορυχείο Climax (ΗΠΑ, Κολοράντο) με μέση περιεκτικότητα έως και 0,4%. Συχνά, η εξόρυξη μεταλλευμάτων μολυβδαινίου πραγματοποιείται μαζί με την εξόρυξη χαλκού και βολφραμίου.
Στη Ρωσία, τα αποθέματα μολυβδαινίου ανέρχονται σε 360 χιλιάδες τόνους. Από τα 10 κοιτάσματα που διερευνήθηκαν, μόνο 7 έχουν αναπτυχθεί εμπορικά:
- Sorskoe and Agaskyrskoe (Khakassia);
- Bugdainskoe and Zhirekenskoe (Ανατολική Υπερβαϊκαλία);
- Orekitkanskoe (Buryatia);
- Labash (Καρέλια);
- Tyrnyauz (Βόρειος Καύκασος).
Η παραγωγή γίνεται με ανοικτές και κλειστές μεθόδους.
Το Μυστικό των Σπαθιών Σαμουράι
Για αρκετούς αιώνες, Ευρωπαίοι οπλουργοί και επιστήμονες παλεύουν με το μυστήριο της ευκρίνειας και της δύναμης των αρχαίων ιαπωνικών σπαθιών από τις αρχές της δεύτερης χιλιετίας, προσπαθώντας ανεπιτυχώς να φτιάξουν τα ίδια όπλα υψηλής ποιότητας. Μόνο στα τέλη του 19ου αιώνα, έχοντας ανακαλύψει ακαθαρσίες μολυβδαινίου στον ιαπωνικό χάλυβα, ήταν δυνατό να λυθεί αυτός ο γρίφος.
Για πρώτη φορά, η βιομηχανική χρήση του μολυβδαινίου ως πρόσθετο κράματος για τη βελτίωση της ποιότητας του χάλυβα (που του δίνει σκληρότητα και σκληρότητα) κατακτήθηκε το 1891 από τη Schneider& Co από τη Γαλλία.
Ο Πρώτος Παγκόσμιος Πόλεμος χρησίμευσε ως σημαντικό ερέθισμα για την ανάπτυξη της μεταλλουργίας του μολυβδαινίου. Είναι σημαντικό ότι το πάχος της μετωπικής θωράκισης των αγγλο-γαλλικών αρμάτων μάχης, που τρυπήθηκαν εύκολα από γερμανικά κελύφη του ίδιου διαμετρήματος, μειώθηκε από 75 mm σε 25 mm προσθέτοντας 1,5-2% μολυβδαίνιο στον χάλυβα των πλακών θωράκισης. Αυτό αύξησε σημαντικά την αντοχή του μηχανήματος.
Εφαρμογή μολυβδαινίου
Περισσότερο από το 80% του συνόλου του μολυβδαινίου που χρησιμοποιείται στη βιομηχανία ανήκει στη σιδηρούχα μεταλλουργία. Χωρίς αυτό, είναι αδιανόητη η παραγωγή ανθεκτικού στη θερμότητα χυτοσίδηρου, χάλυβα δομικών και εργαλείων. Ένα τμήμα βάρους του στοιχείου βελτιώνει την ποιότητα του χάλυβα είναι ισοδύναμο με δύο μέρη βάρους βολφραμίου. Δεδομένου ότι η πυκνότητα του μολυβδαινίου είναι δύο φορές μικρότερη, τα κράματά του είναι σημαντικά ανώτερα σε ποιότητα από τα κράματα βολφραμίου σε θερμοκρασίες λειτουργίας κάτω από 1370 ˚С. Οι χάλυβες από μολυβδαίνιο προσφέρονται καλύτερα για την ενανθράκωση.
Το μολυβδαίνιο είναι σε ζήτηση στις βιομηχανίες ραδιοηλεκτρονικών, χημικών και χρωμάτων. Στη μηχανολογία, χρησιμοποιείται ως ανθεκτικό στη θερμότητα υλικό. Στη γεωργία, τα αδύναμα διαλύματα των ενώσεων των στοιχείων βελτιώνουν σημαντικά την απορρόφηση των θρεπτικών συστατικών από τα φυτά. Θα πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι σε μεγάλες δόσεις, το μολυβδαίνιο έχει τοξική επίδραση στους ζωντανούς και φυτικούς οργανισμούς και επηρεάζει αρνητικά το περιβάλλον.
Βιολογική σημασία
Στη διατροφή των ανθρώπων και των ζώων, το μολυβδαίνιο είναι ένα από τα πιο σημαντικά ιχνοστοιχεία. Με τη μορφή ενεργού βιολογικής μορφής -συνένζυμο μολυβδαινίου - (Moco) είναι απαραίτητο για την εφαρμογή των καταβολικών διεργασιών σε ζωντανούς ιστούς.
Έρευνα στον τομέα της αντικαρκινικής δράσης του μολυβδαινίου φαίνεται πολλά υποσχόμενη. Η υψηλή συχνότητα εμφάνισης καρκίνου του πεπτικού συστήματος στον πληθυσμό της πόλης Lin Xian (επαρχία Χονάν, Κίνα) μειώθηκε σημαντικά μετά την εισαγωγή ορυκτών λιπασμάτων που περιέχουν μολυβδαίνιο στο έδαφος.
Σε σπάνιες περιπτώσεις ανεπάρκειας στοιχείων στο ανθρώπινο σώμα, μπορεί να αναπτυχθεί χωρικός αποπροσανατολισμός, εγκεφαλικές ανωμαλίες, ψυχικές ανωμαλίες και άλλες σοβαρές νευρικές παθήσεις. Η ημερήσια δόση μολυβδαινίου για έναν ενήλικα είναι από 100 έως 300 mcg. Όταν αυξάνεται σε 5-15 mg, η τοξική δηλητηρίαση είναι αναπόφευκτη, έως 50 mg - θάνατος. Τα πιο πλούσια σε μολυβδαίνιο είναι τα φυλλώδη λαχανικά, τα δημητριακά, τα όσπρια και τα μούρα (φραγκοστάφυλο, φραγκοστάφυλο), τα γαλακτοκομικά προϊόντα, τα αυγά, το συκώτι και τα νεφρά των ζώων.
Περιβαλλοντικές πτυχές
Τα βιολογικά χαρακτηριστικά του μολυβδαινίου επιβάλλουν αυξημένες απαιτήσεις για τη διάθεση των απορριμμάτων από την επεξεργασία μεταλλευμάτων, την αυστηρή τήρηση της τεχνολογικής διαδικασίας στις επιχειρήσεις για την πρόληψη αρνητικών επιπτώσεων στην υγεία του εργαζομένου και της φύσης.
Πρέπει να ληφθούν όλα τα μέτρα για να αποτραπεί η είσοδος επεξεργασμένων προϊόντων στα υπόγεια ύδατα. Θα πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι τα φυτά έχουν την ικανότητα να απορροφούν και να συσσωρεύουν μολυβδαίνιο, επομένως η περιεκτικότητά του σε βλαστούς και φύλλα μπορεί να υπερβαίνει τις επιτρεπόμενες συγκεντρώσεις. Αυτή η πράσινη μάζαμπορεί να είναι επικίνδυνο για τα ζώα. Για να αποφευχθεί η εξάπλωση του χρησιμοποιημένου βράχου από τους ανέμους, οι χωματερές καλύπτονται με ένα στρώμα γης.
Τάσεις στην παγκόσμια αγορά μολυβδαινίου
Με την έναρξη της παγκόσμιας χρηματοπιστωτικής κρίσης, η παγκόσμια κατανάλωση μολυβδαινίου μειώθηκε κατά 9%. Εξαίρεση αποτέλεσε η Κίνα, όπου σημειώνεται αύξηση έως και 5%. Η απάντηση στην απότομη μείωση της καταναλωτικής ζήτησης το 2009 ήταν η μείωση του όγκου παραγωγής. Ήταν δυνατή η προσέγγιση του προηγούμενου επιπέδου παραγωγής μόνο μετά από τέσσερα χρόνια και το 2014 ορίστηκε νέο μέγιστο 245 χιλιάδων τόνων. Η Κίνα παραμένει ο κύριος καταναλωτής και παραγωγός μολυβδαινίου και των προϊόντων του.
Η πυκνότητα και οι εκπληκτικές ιδιότητες του μολυβδαινίου το έχουν καταστήσει απαραίτητο για εφαρμογές χάλυβα και κράματος όπου απαιτείται συνδυασμός μικρού βάρους, υψηλής αντοχής και αντοχής στη διάβρωση. Η προβλεπόμενη αύξηση του αριθμού των πυρηνικών σταθμών, άλλων ενεργειακών και βιομηχανικών εγκαταστάσεων, η ανάπτυξη νέων κοιτασμάτων πετρελαίου και φυσικού αερίου στις σκληρές συνθήκες του Άπω Βορρά και της Αρκτικής θα οδηγήσει αναπόφευκτα σε αύξηση της ζήτησης για μολυβδαίνιο και τα παράγωγά του.
