Общие сведения о молибдене

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Молибден - элемент побочной подгруппы шестой группы пятого периода периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, атомный номер 42. Обозначается символом Mo (лат. Molybdaenum). Простое вещество молибден -- переходный металл светло-серого цвета. Главное применение находит в металлургии.

1. История открытия

Название элемента №42 происходит от латинского слова molibdaena, которым в средние века обозначали все минералы, способные оставлять след на бумаге: и графит, и галенит (свинцовый блеск) PbS, и даже сам свинец. И еще минерал, который сейчас называют молибденитом, или молибденовым блеском. Впоследствии оказалось, что это главный минерал тогда еще неизвестного элемента №42. Но до середины XVIII в. молибденит и графит не различали. Лишь в 1758 г. известный шведский химик и минералог Аксель Фредерик Кронстедт предположил, что это два самостоятельных вещества, но прошло еще 20 лет, прежде чем это сумели доказать на опыте.

Минерал, которым писали, попал в лабораторию другого большого химика (тоже шведа), Карла Вильгельма Шееле. Первое, что сделал Шееле, это исследовал, как на этот минерал действуют крепкие кислоты. В концентрированной азотной кислоте минерал растворился, но при этом в колбе выпал белый осадок. Высушив его и исследовав, Шееле установил, что «особая белая земля» обладает, говоря теперешним языком, свойствами ангидрида, кислотного окисла.

В то время химики еще не имели четкого представления о том, что ангидрид («кислота минус вода») - это соединение элемента с кислородом. Однако собственный опыт подсказывал ученому: чтобы выделить элемент из «земли», нужно прокалить ее с чистым углем. Но для этого у Шееле не было подходящей печи. И он попросил проделать этот опыт другого химика, Гьельма, у которого такая печь была. Гьельм согласился.

Лишенный чувства зависти, беззаветно преданный науке, Шееле с волнением ждал результата. И когда опыты завершились получением неизвестного прежде металла, Шееле написал Гьельму: «Радуюсь, что мы теперь обладаем металлом - молибденом».

Это было в 1790 г. Новый металл получил имя - чужое имя, потому что латинское molibdaena происходит от древнегреческого названия свинца. Хотя на самом деле трудно найти металлы, более несхожие, чем молибден и свинец.

Но металл, полученный Шееле и Гьельмом, не был чистым: при прокаливании с углем трехокисп молибдена МоО3 невозможно получить чистый молибден, потому что он реагирует с углем, образуя карбид.

Уже после смерти обоих первооткрывателей их знаменитый соотечественник Берцелиус восстановил молибденовый ангидрид не углем, а водородом, и в 1817 году получил действительно чистый молибден, установил его атомный вес и подробно исследовал его свойства.

2. Нахождение в природе

Содержание в земной коре 3·10-4% по массе. В свободном виде молибден не встречается. В земной коре молибден распространён относительно равномерно. Меньше всего содержат молибдена ультраосновные и карбонатные породы (0,4 - 0,5 г/т). Концентрация молибдена в породах повышается по мере увеличения SiO2.

В мантии Молибдена мало, в ультраосновных породах лишь 2·10-5% . Накопление Молибдена связано с глубинными горячими водами, из которых он осаждается в форме молибденита MoS2 (главный промышленный минерал Молибдена), образуя гидротермальные месторождения. Важнейшим осадителем Молибдена из вод служит H2S.

Молибден находится также в морской и речной воде, в золе растений, в углях и нефти. Содержание молибдена в морской воде колеблется от 8,9 до 12,2 мг/л для разных океанов и акваторий. Общим является то, что воды вблизи берега и верхние слои меньше обогащены молибденом, чем воды на глубине и вдали от берега. Наиболее высокие концентрации молибдена в породах связаны с акцессорными минералами (магнетит, ильменит, сфен), однако основная масса его заключена в полевых шпатах и меньше в кварце. Молибден в породах находится в следующих формах: молибдатной и сульфидной в виде микроскопических и субмикроскопических выделений, изоморфной и рассеянной (в породообразующих минералах). Молибден обладает большим сродством с серой, чем с кислородом, и в рудных телах образуется сульфид четырёхвалентного молибдена - молибденит. Для кристаллизации молибденита наиболее благоприятны восстановительная среда и повышенная кислотность.

Геохимия Молибдена в биосфере тесно связана с живым веществом и продуктами его распада; среднее содержание Молибдена в организмах 1·10-5%. На земной поверхности, особенно в щелочных условиях, Mo (IV) легко окисляется до молибдатов, многие из которых сравнительно растворимы. В ландшафтах сухого климата Молибден легко мигрирует, накапливаясь при испарении в соляных озерах (до 1-10-3%) и солончаках. Во влажном климате, в кислых почвах Молибден часто малоподвижен; здесь требуются удобрения, содержащие Молибден (например, для бобовых).

В поверхностных условиях образуются преимущественно кислородные соединения Мо6+. В первичных рудах молибденит встречается в ассоциации с вольфрамитом и висмутином, с минералами меди (медно-порфировые руды), а также с галенитом, сфалеритом и урановой смолкой (в низкотемпературных гидротермальных месторождениях). Хотя молибденит считается устойчивым сульфидом по отношению к кислым и щелочным растворителям, в природных условиях при длительном воздействии воды и кислорода воздуха молибденит окисляется и молибден может интенсивно мигрировать с образованием вторичных минералов. Этим можно объяснить повышенные концентрации молибдена в осадочных отложениях - углистых и кремнисто-углистых сланцах и углях.

3. Генетические группы и промышленные типы месторождений

1. Контактово-метасоматические (скарновые);

2. Гидротермальные;

2.1 Высокотемпературные (грейзеновые)

2.2 Среднетемпературные

А) кварц-молибденитовые

Б) кварц-сфалерит-галенит-молибденитовые

В) кварц-халькопирит-молибденитовые (меднопорфировые руды)

Г) настуран-молибденитовые.

4. Получение

Основным сырьем для производства Молибдена, его сплавов и соединений служат стандартные молибденитовые концентраты, содержащие 47-50% Мо, 28-32% S, 1-9% SiO2 и примеси других элементов. Концентрат подвергают окислительному обжигу при 570-600 °С в многоподовых печах или печах кипящего слоя. Продукт обжига - огарок содержит МоО3, загрязненную примесями. Чистую МоО3, необходимую для производства металлического Молибдена, получают из огарка двумя путями: 1) возгонкой npи 950-1100 °С; 2) химическим методом, который состоит в следующем: огарок выщелачивают аммиачной водой, переводя Молибден в раствор; из раствора молибдата аммония (после очистки его от примесей Cu, Fe) выделяют полимолибдаты аммония (главным образом парамолибдат 3(NH4)2O·7МоО3·nН2О) методом нейтрализации или выпарки с последующей кристаллизацией; прокаливанием парамолибдата при 450-500 °С получают чистую МоО3, содержащую не более 0,05% примесей.

Металлический Молибден получают (сначала в виде порошка) восстановлением МоО3 в токе сухого водорода. Процесс ведут в трубчатых печах в две стадии: первая - при 550-700 °С, вторая - при 900-1000 °С. Молибденовый порошок превращают в компактный металл методом порошковой металлургии или методом плавки. В первом случае получают сравнительно небольшие заготовки (сечением 2-9 см2 при длине 450-600 мм). Порошок Молибдена прессуют в стальных пресс-формах под давлением 200-300 Мн/м2 (2000-3000 кгс/см2). После предварительного спекания (при 1000-1200 °С) в атмосфере водорода заготовки (штабики) подвергают высокотемпературному спеканию при 2200-2400 °С. Спеченный штабик обрабатывают давлением (ковка, протяжка, прокатка). Более крупные спеченные заготовки (100-200 кг) получают при гидростатическом прессовании в эластичных оболочках. Заготовки в 500-2000 кг производят дуговой плавкой в печах с охлаждаемым медным тиглем и расходуемым электродом, которым служит пакет спеченных штабиков. Кроме того, используют электроннолучевую плавку Молибдена. Для производства ферромолибдена (сплав; 55-70% Мо, остальное Fe), служащего для введения присадок Молибдена в сталь, применяют восстановление обожженного молибденитового концентрата (огарка) ферросилицием в присутствии железной руды и стальной стружки.

5. Физические свойства

Молибден -- светло-серый металл с кубической объёмноцентрированной решёткой типа б-Fe, парамагнитен, шкала Мооса определяет его твердость 5.5 баллами.

Механические свойства Молибдена зависят от чистоты металла и предшествующей механической и термической его обработки. Так, твердость по Бринеллю 1500-1600 Мн/м2, то есть 150-160 кгс/мм2(для спеченного штабика), 2000-2300 Мн/м2(для кованого прутка) и 1400-1850 Мн/м2 (для отожженной проволоки); предел прочности для отожженной проволоки при растяжении 800-1200 Мн/м2. Модуль упругости Молибден 285-300 Гн/м2. Мо более пластичен, чем W. Рекристаллизующий отжиг не приводит к хрупкости металла.

6. Химические свойства

При комнатной температуре на воздухе Mo устойчив. Начинает окисляться при 400 °C. Выше 600 °C быстро окисляется до триоксида МоО3. Этот оксид получают также окислением дисульфида молибдена MoS2 и термолизом молибдата аммония (NH4)6Mo7O24·4H2O.

Мо образует оксид молибдена (IV) МоО2 и ряд оксидов, промежуточных между МоО3 и МоО2.

С галогенами Mo образует ряд соединений в разных степенях окисления. При взаимодействии порошка молибдена или МоО3 с F2 получают гексафторид молибдена MoF6, бесцветную легкокипящую жидкость. Mo (+4 и +5) образует твердые галогениды MoHal4 и MoHal5 (Hal = F, Cl, Br). С иодом известен только дийодид молибдена MoI2. Молибден образует оксигалогениды: MoOF4, MoOCl4, MoO2F2, MoO2Cl2, MoO2Br2, MoOBr3 и другие.

При нагревании молибдена с серой образуется дисульфид молибдена MoS2, с селеном -- диселенид молибдена состава MoSe2. Известны карбиды молибдена Mo2C и MoC -- кристаллические высокоплавкие вещества и силицид молибдена MoSi2.

Особая группа соединений молибдена -- молибденовые сини. При действии восстановителей -- сернистого газа, цинковой пыли, алюминия или других на слабокислые (рН=4) суспензии оксида молибдена образуются ярко-синие вещества переменного состава: Мо2О5·Н2О, Мо4О11·Н2О и Мо8О23·8Н2О.

Mo образует молибдаты, соли не выделенных в свободном состоянии слабых молибденовых кислот, хН2О· уМоО3(парамолибдат аммония 3(NH4)2O·7MoO3·zH2O; СаМоО4, Fe2(МоО4)3 -- встречаются в природе). Молибдаты металлов I и III групп содержат тетраэдрические группировки [МоО4].

При подкислении водных растворов нормальных молибдатов образуются ионы MoO3OH-, затем ионы полимолибдатов: гепта-, (пара-) Мо7О266-, тетра-(мета-) Мо4О132-, окта- Мо8О264- и другие. Безводные полимолибдаты синтезируют спеканием МоО3 с оксидами металлов.

минерал молибден месторождение сырье

7. Биологическая роль молибдена

Малые количества этого металла необходимы для нормального развития организмов, используется в составе микроэлементной подкормки, в частности, под ягодные культуры.

Этот элемент способствует метаболизму железа в печени и считается необходимым фактором в ряде ферментативных реакций, проходящих в организме, самая важная из которых предотвращает подагру, ускоряя метаболизм и удаление из организма мочевой кислоты.

Молибден даже в малых дозах может вызвать увеличение потери меди с мочой.

Пыль молибдена и его соединений раздражает дыхательные пути.

8. Применение молибдена

Молибден используется для легирования сталей, как компонент жаропрочных и коррозионностойких сплавов. Молибденовая проволока (лента) служит для изготовления высокотемпературных печей, вводов электрического тока в лампочках. Соединения молибдена -- сульфид, оксиды, молибдаты -- являются катализаторами химических реакций, пигментами красителей, компонентами глазурей. Гексафторид молибдена применяется при нанесении металлического Mo на различные материалы, MoS2 используется как твердая высокотемпературная смазка. Mo входит в состав микроудобрений.

Молибден - один из немногих легирующих элементов, способных одновременно повысить прочностные и вязкие свойства стали. Обычно при легировании одновременно с увеличением прочности растет и хрупкость металла. Известны случаи использования молибдена при изготовлении в Японии холодного оружия в XI - XIII вв.

Металлический Молибден - важнейший конструкционный материал в производстве электроосветительных ламп и электровакуумных приборов (радиолампы, генераторные лампы, рентгеновские трубки и других); из Молибдена изготовляют аноды, сетки, катоды, держатели нити накала в электролампах. Молибденовые проволока и лента широко используются в качестве нагревателей для высокотемпературных печей.

Молибден применяют как конструкционный материал в энергетических ядерных реакторах, так как он имеет сравнительно малое сечение захвата тепловых нейтронов (2,6 барн). Важную роль Молибден играет в составе жаропрочных и кислотоустойчивых сплавов, где он сочетается главным образом с Ni, Co и Cr.

В технике используются некоторые соединения Молибдена. Так, MoS2 - смазочный материал для трущихся частей механизмов; дисилицид Молибдена применяют при изготовлении нагревателей для высокотемпературных печей; Na2MoO4 - в производстве красок и лаков; оксиды Молибдена - катализаторы в химической и нефтяной промышленности.

Чистый монокристаллический молибден используется для производства зеркал для мощных газодинамических лазеров. Теллурид молибдена является очень хорошим термоэлектрическим материалом для производства термоэлектрогенераторов. Трёхокись молибдена (молибденовый ангидрид) широко применяется в качестве положительного электрода в литиевых источниках тока.

9. Минералы молибдена

Известно около 20 минералов молибдена, из которых промышленное значение имеют четыре: молибденит M0S2, повеллит СаМо04, молибдит Fes(M0O4)3 * 7,5НгО и вульфенит РЬМоО/,.

За исключением молибденита, все минералы вторичные, образовавшиеся вследствие выветривания первичного минерала -- молибденита.

Молибденит MoS2 -- самый распространенный и наиболее промышленно важный минерал молибдена. Молибденит -- мягкий свинцово-серого цвета минерал с металлическим блеском. По внешнему виду он напоминает графит. Твердость по минералогической шкале 1--1,5.

Минерал имеет гексагональную кристаллическую решетку слоистого типа. ионов молибдена расположены между двумя слоями ионов серы, образуя трехслойные упаковки. Особенностью структуры является расположение шести атомов серы, окружающих атом молибдена, в вершинах правильной равнобедренной тригональной призмы (вместо обычного расположения в вершинах октаэдра).

Молибденит залегает большей частью в кварцевых жилах, во многих случаях ассоциируясь с шеелитом, вольфрамитом, касситеритом, пиритом, халькопиритом, арсенопиритом, висмутовым блеском и другими минералами. Часто в состав молибденита входит в виде изоморфной примеси рассеянный редкий металл рений (0,04--0,0001%).

В результате выветривания в верхних зонах рудных жил молибденит окисляется, образуя молибденовые охры, молибдит, повеллит и вульфенит.

Повеллит CaMoCi чаще встречается как вторичный минерал-- продукт окисления молибденита (поэтому он покрывает его в виде тонких пленок) и реже как первичный минерал. Цвет повеллита варьирует от белого до серого, твердость по минералогической шкале 3,5. Минерал часто содержит примесь вольфрама, так как повеллит и шеелит изоморфны.

Молибдит Fe2(MoO4)3 х пН2О, образующийся при выветривании молибденита, встречается вместе с ним в зонах окисления месторождений молибденита. Состав молибдита не постоянен. Молибдит встречается в верхних (окисленных) зонах сульфидных месторождений и может служить значительным источником получения молибдена.

Вульфенит РЬМоО4, встречается в зонах окисления свинцовых месторождений. В зависимости от содержания примесей минерал может быть окрашен в желтый, ярко-красный, оливково-зеленый или сероватый цвет. Твердость по минералогической шкале 2,5--3.

До первой мировой войны вульфенит был важным источником получения молибдена. В настоящее время промышленное значение этого минерала невелико.

Заключение

С помощью этого реферата я узнала все о молибдене. Его историю открытия, нахождение в природе, генетические группы и промышленные типы месторождений, получение, физические и химические свойства, применение, и минералы.

Рекомендуемая литература

1. Вольфсон Ф. И., Дружинин А. В. Главнейшие типы рудных месторождений. М.: Недра, 1975. 392с.

2. Кейльман Г. А., Ботылов В. Б. Основы геологии. М.: Недра, 1985. 264с.

3. Бетехтин А. Г. Курс минералогии. Госгеолтехиздат, 1961. 539с.

4. Геология и разведка МПИ. Учебник для вузов под ред. В. В. Ершова. - М.: Недра, 1989. 399с.

5. Рудные месторождения СССР. М. Недра, 1978. Том 3.

Размещено на Allbest.ru