معالجة الموليبدينوم ، وإعداد الخام لاستخدامه في مختلف المنتجات.
الموليبدينوم (Mo) هو معدن أبيض يشبه البلاتين مع نقطة انصهار 2610 درجة مئوية (4730 درجة فهرنهايت). في حالته النقية ، يكون صلبًا ومرنًا ويتميز بصلابة معتدلة ، وموصلية حرارية عالية ، ومقاومة عالية للتآكل ، ومعامل تمدد منخفض. عندما يخلط الموليبدينوم مع معادن أخرى ، يعزز صلابة ومتانة ، ويزيد من قوة الشد ومقاومة الزحف ، ويعزز بشكل عام صلابة موحدة. تعمل الكميات الصغيرة من الموليبدينوم (بنسبة 1 بالمائة أو أقل) على تحسين مقاومة التآكل ، والخصائص المضادة للتآكل ، وقوة درجات الحرارة العالية وصلابة مادة المصفوفة بشكل ملحوظ. لذلك يعد الموليبدينوم عاملًا حيويًا في صناعة الصلب والسبائك الفائقة غير الحديدية المعقدة للغاية.
نظرًا لأن ذرة الموليبدينوم لها نفس شخصية ذرة التنجستن ولكن فقط حوالي نصف وزنها وكثافتها الذرية ، فإنها تستبدل التنغستن بشكل جيد في الفولاذ السبائكي ، مما يسمح بتحقيق نفس التأثير المعدني مع نصف كمية المعادن. بالإضافة إلى ذلك ، فإن اثنين من حلقات الإلكترون الخارجية غير مكتملة ؛ وهذا يسمح لها بتشكيل مركبات كيميائية حيث يكون المعدن ثنائي أو ثلاثي أو رباعي أو خماسي أو سداسي ، مما يجعل من الممكن مجموعة واسعة من المنتجات الكيميائية الموليبدينوم. هذا أيضًا هو العامل الأساسي في خصائصه الحفازة الكبيرة.
التاريخ
على الرغم من أن المعدن كان معروفًا للثقافات القديمة ، وتم الخلط بين أشكاله المعدنية مع الجرافيت والرصاص خام غالينا لمدة 2000 عام على الأقل ، لم يتم اكتشاف الموليبدينوم وتحديده رسميًا حتى عام 1778 ، عندما أنتج الكيميائي والصيدلاني السويدي كارل ويلهلم شيل أكسيد الموليبدك بمهاجمة موليبدينيت المسحوق (MoS 2) مع حمض النيتريك المركز ثم تبخير البقايا حتى الجفاف. بعد اقتراح Scheele ، أنتج كيميائي سويدي آخر ، Peter Jacob Hjelm ، أول موليبدن معدني في عام 1781 عن طريق تسخين معجون محضر من أكسيد الموليبديك وزيت بذر الكتان في درجات حرارة عالية في بوتقة. خلال القرن التاسع عشر ، اكتشف الكيميائي الألماني Bucholtz والسويدي Jöns Jacob Berzelius بشكل منهجي الكيمياء المعقدة للموليبدينوم ، ولكن لم يكن حتى عام 1895 أن الكيميائي الفرنسي ، Henri Moissan ، أنتج أول معدن موليبدنوم نقي كيميائيًا (99.98 في المائة) عن طريق تقليل مع الكربون في فرن كهربائي ، مما يجعل من الممكن إجراء البحوث العلمية والمعدنية في المعدن وسبائكه.
في عام 1894 ، أدخل مصنع أسلحة فرنسي ، شنايدر إس ، الموليبدينوم في طلاء الدروع في أعماله في Le Creusot. في عام 1900 قدم مهندسان أمريكيان ، FW Taylor و P. White ، أول فولاذ عالي السرعة قائم على الموليبدينوم في معرض الكون في باريس. في الوقت نفسه ، استخدمت ماري كوري في فرنسا وجيه أي ماثيوز في الولايات المتحدة الموليبدينوم لإعداد مغناطيس دائم. ولكن لم يتم حتى النقص الحاد في التنغستن بسبب الحرب العالمية الأولى التي استخدمت الموليبدينوم على نطاق واسع لصنع الأسلحة ، والدروع ، وغيرها من المعدات العسكرية. في عشرينيات القرن العشرين ، كان للسبائك الحاملة للموليبدينوم أول تطبيقاتها في أوقات السلم ، في البداية في صناعة السيارات ثم في الفولاذ المقاوم للصدأ. في العقد التالي ، حصلوا على قبول في الفولاذ عالي السرعة ، وبعد الحرب العالمية الثانية تم استخدامهم في الطيران - خاصة في المحركات النفاثة ، التي كان عليها تحمل درجات حرارة التشغيل العالية. في وقت لاحق ، توسع استخدامها إلى الصواريخ. بصرف النظر عن الفولاذ السبائكي ، يستخدم الموليبدينوم في السبائك الفائقة والمواد الكيميائية والمحفزات ومواد التشحيم.
خامات
المعدن الوحيد القابل للتطبيق تجارياً في إنتاج الموليبدينوم هو ثنائي كبريتيده (MoS 2) ، الموجود في الموليبدينايت. يتم استرداد جميع الخامات تقريبًا من الرواسب التي تنتشر في البورفير. وهي عبارة عن رواسب موليبدينوم أولية أو رواسب موليبدينوم نحاسية معقدة يتم استرداد الموليبدينوم منها كمنتج ثانوي أو ثانوي. البورفيريات النحاسية هي أيضًا رواسب كبيرة جدًا ، لكن محتواها من الموليبدينوم يتراوح بين 0.005 و 0.05 في المائة. يأتي ما يقرب من 40 في المائة من الموليبدينوم من المناجم الأولية ، مع 60 في المائة الأخرى منتج ثانوي من النحاس (أو ، في بعض الحالات ، التنغستن).
تم العثور على حوالي 64 في المائة من الموارد القابلة للاسترداد في أمريكا الشمالية ، وتمثل الولايات المتحدة ثلثيها. وتوجد نسبة 25 في المائة أخرى في أمريكا الجنوبية ، ويوجد الرصيد بشكل أساسي في روسيا وكازاخستان والصين وإيران والفلبين. أوروبا وأفريقيا وأستراليا فقيرة للغاية في خامات الموليبدينوم. أكبر منتجي الموليبدينوم تشمل الصين والولايات المتحدة وشيلي وبيرو والمكسيك وكندا.
التعدين والتركيز
يتم استخراج الموليبدينوم والبرفيريات النحاسية الموليبدينوم بواسطة حفرة مفتوحة أو بطرق تحت الأرض. بمجرد سحق الخام وتثبيته ، يتم بعد ذلك فصل المعادن المعدنية عن معادن الشوائب (أو الموليبدينوم والنحاس عن بعضها البعض) عن طريق عمليات التعويم ، باستخدام مجموعة متنوعة من الكواشف. تحتوي التركيزات على ما بين 85 و 92 في المائة MoS 2 وكميات صغيرة من النحاس (أقل من 0.5 في المائة) إذا تم استرداد الموليبدينوم كمنتج ثانوي من النحاس.
الاستخراج والتكرير
أكسيد الموليبد التقني
يجب تحويل حوالي 97 بالمائة من MoS 2 إلى أكسيد مولبيديك تقني (85-90 بالمائة MoO 3) للوصول إلى وجهتها التجارية. يتم إجراء هذا التحويل تقريبًا عالميًا في أفران متعددة المواقد من نوع Nichols-Herreshoff ، حيث يتم تغذية مركز موليبدينيت من الأعلى مقابل تيار من الهواء الساخن والغازات المنفوخة من الأسفل. يحتوي كل موقد على أربعة أذرع مبردة بالهواء تدور بواسطة عمود مبرد بالهواء ؛ تم تجهيز الأذرع بشفرات رعشة تمزق المواد إلى الخارج أو مركز التحميص ، حيث تنخفض المواد إلى الموقد التالي. في الموقد الأول ، يتم تسخين المركز وتشتعل كواشف التعويم ، مما يؤدي إلى تحويل MoS 2 إلى MoO 3. يتم التحكم في هذا التفاعل الطارد للحرارة ، والذي يستمر ويكثف في المداخن التالية ، عن طريق تعديل الأكسجين وببخاخات الماء التي تبرد الفرن عند الضرورة. يجب ألا ترتفع درجة الحرارة فوق 650 درجة مئوية (1200 درجة فهرنهايت) ، وهي النقطة التي يتصاعد فيها MoO 3 ، أو يتبخر مباشرة من الحالة الصلبة. تنتهي العملية عندما ينخفض محتوى الكالسيوم في الكالسيوم إلى أقل من 0.1 بالمائة.
أكسيد الموليبدك النقي كيميائيا
يتم تصنيع أكسيد الموليبديك الفني في قوالب يتم تغذيتها مباشرة في الأفران لتصنيع سبائك السبائك ومنتجات السباكة الأخرى. أنها تستخدم أيضا لجعل سبائك الحديد الموليبدينوم (انظر أدناه)، ولكن إذا رغبت المنتجات الموليبدينوم أكثر تنقيته، مثل المواد الكيميائية أو الموليبدينوم الموليبدينوم المعدني، ثم وزارة النفط الفني 3 يجب أن يتم تكريره إلى وزارة النفط نقي كيماويا 3 من التسامي. يتم ذلك في المعالجات الكهربائية عند درجات حرارة تتراوح بين 1200 و 1250 درجة مئوية (2200 و 2300 درجة فهرنهايت). تتكون الأفران من أنابيب كوارتز ملفوفة بعناصر تسخين سلك الموليبدينوم ، وهي محمية من الأكسدة بمزيج من معجون الطوب الحراري والفحم الخشبي. تميل الأنابيب بزاوية 20 درجة من الأفقي والدوران. يتم سحب الأبخرة المتصاعدة من الأنابيب عن طريق الهواء ويتم جمعها بواسطة أغطية تؤدي إلى أكياس الترشيح. يتم جمع كسرين منفصلين. يتوافق الأول مع تبخير 2-3٪ من الشحنة ويحتوي على معظم الشوائب المتطايرة. الجزء الأخير هو MoO 3 النقي. يجب أن يكون هذا نقيًا بنسبة 99.95 في المائة حتى يكون مناسبًا لتصنيع موليبدات الأمونيوم (ADM) وموليبدات الصوديوم ، وهما من المواد الأولية لجميع أنواع المواد الكيميائية الموليبدينوم. يتم الحصول على هذه المركبات عن طريق تفاعل MoO 3 النقي كيميائيًا مع الأمونيا المائية أو هيدروكسيد الصوديوم. تقوم موليبدات الأمونيوم ، على شكل بلورات بيضاء ، بفحص 81 إلى 83 في المائة مو أو 3 أو 54 إلى 55 في المائة موليبدنوم. قابل للذوبان في الماء ويستخدم لتحضير المواد الكيميائية والمحفزات الموليبدينوم وكذلك مسحوق الموليبدينوم المعدني.
معدن الموليبدينوم
يتم إنتاج الموليبدينوم المعدني من MoO 3 أو ADM النقي في أنابيب ساخنة كهربائيًا أو أفران دثر ، يتم فيها إدخال غاز الهيدروجين كتيار معاكس ضد التغذية. عادة ما تكون هناك مرحلتان يتم فيه تخفيض MoO 3 أو ADM أولاً إلى ثاني أكسيد ثم إلى مسحوق معدني. يمكن تنفيذ المرحلتين في فرنين مختلفين مع تبريد بينهما ، أو يمكن استخدام فرن ذو منطقتين. (في بعض الأحيان ، يتم استخدام عملية من ثلاث مراحل تبدأ عند درجة حرارة منخفضة تبلغ 400 درجة مئوية ، أو 750 درجة فهرنهايت ، لتجنب التفاعل غير المنضبط ومنع التلبد.) في العملية المكونة من مرحلتين ، أفران طويلة دثرية مع الموليبدينوم- يمكن استخدام عناصر تسخين الأسلاك. يتم إجراء التخفيض الأول في "قوارب" من الفولاذ الطري تحتوي على 5 إلى 7 كيلوغرامات (10 إلى 15 رطلاً) من أكسيد ، والتي يتم تغذيتها على فترات 30 دقيقة. درجة حرارة الفرن هي 600-700 درجة مئوية (1100 - 1300 درجة فهرنهايت). يتم تقسيم المنتج من الفرن الأول وتغذيته بنفس المعدل في قوارب النيكل إلى فرن ثان يعمل عند 1000-100 درجة مئوية (1800-2000 درجة فهرنهايت) ، وبعد ذلك يتم فحص المسحوق المعدني. يتم الحصول على أنقى مسحوق يحتوي على 99.95 بالمائة من الموليبدينوم عن طريق تقليل ADM.
بسبب درجة انصهاره العالية للغاية ، لا يمكن إذابة الموليبدينوم في سبائك ذات جودة عالية من خلال العمليات التقليدية. ومع ذلك ، يمكن ذوبانها بسهولة في قوس كهربائي. في إحدى هذه العمليات ، التي طورها Parke و Ham ، يتم ضغط مسحوق الموليبدينوم باستمرار في قضيب ، يتم تلبيده جزئيًا بالمقاومة الكهربائية ويذوب في النهاية في قوس كهربائي. يتم إزالة الأكسدة من الموليبدينوم المنصهر بواسطة الكربون المضاف إلى المسحوق ، ويتم صبه في قالب نحاسي مبرد بالماء.
