Kovový molybden vděčí za svůj název vnější podobnosti sirníku molybdeničitého s olovnatou rudou – galenitem (řecký název pro olovo je molybdos).
Historie objevování prvků
Ve středověku v Evropě byly molybdenem nazývány tři minerály různého složení, ale téměř podobné v barvě a struktuře minerálu - galenit (Pbs), molybdenit (MoS2) a grafit (C). Mimochodem, minerál "molybdenový lesk" (jiný název pro molybdenit) byl použit jako tuha pro tužky, které zanechávaly na listu zelenošedou stopu.
Kovový molybden, 42 prvků periodického systému Mendělejeva, je považován za rodiště Švédska. V roce 1758 chemik a mineralog z této země, objevitel niklu, Axel Cronstedt, navrhl, že výše uvedené minerály mají zcela jinou povahu. O dvě desetiletí později jeho krajan, farmaceutický chemik z Köpingu, Karl Scheele, získal kyselinu molybdenovou ve formě bílé sraženiny ("bílá země") varem molybdenitu v koncentrované kyselině dusičné. Vědec intuitivně pochopil, že pokud je kyselina molybdenová kalcinována uhlím, pak je možné izolovatkov. Protože neměl vhodnou pec, poslal vzorky Petru Gjelmovi, který v roce 1782 izoloval nový kov s velkým množstvím karbidových nečistot. Kolegové pojmenovali prvek "molybden" (vzorec v periodické tabulce je Mo).
Relativně čistý kov získal až v roce 1817 Jens Berzelius, prezident Švédské akademie věd.
Charakteristika jednoduché látky
Způsob výroby má velký vliv na fyzikální vlastnosti molybdenu a jeho vzhled. Práškový kov, přířezy a tyče před slinováním - tmavě šedá. Paleta zpracovaných válcovaných výrobků je mnohem bohatší – od téměř černé až po světle stříbrnou. Hustota molybdenu je 10,28 t/m3. Kov se taví při teplotě 2623˚С a při 4639˚С se vaří. Zcela čistý molybden má vynikající kujnost a tažnost, což zaručuje snadné válcování a lisování. Obrobek o průměru až 12 mm lze i při pokojové teplotě libovolně svázat dvojitým uzlem nebo rozvinout na tenkou fólii. Kov má dobrou elektrickou vodivost. Přítomnost nečistot zvyšuje tvrdost a křehkost a do značné míry určuje mechanické vlastnosti molybdenu.
Hlavní spojení
Jako součást komplexních látek prvek vykazuje různý stupeň oxidace od +2 po nejvyšší (poslední sloučeniny jsou nejstabilnější), což určuje chemické vlastnosti molybdenu. Tento kov je charakterizován sloučeninami s kyslíkem a halogeny (MoO3, MoCl5) a molybdenany (soli kyseliny molybdenové). Oxidační reakce jsou možné pouze při vysokých teplotách (od 600˚С). Další nárůst způsobí interakci molybdenu s uhlíkem, fosforem a sírou. Dobře se rozpouští v dusičné nebo zahřáté kyselině sírové.
Kyselina fosforečná, arsen, boritá a křemičitá tvoří s molybdenem komplexní sloučeniny. Nejznámější a nejběžnější solí je fosfomolybdenan amonný. Látky obsahující molybden se vyznačují širokou paletou barev a různými odstíny.
Technologie zpracování molybdenové rudy
Průmyslová výroba absolutně čistého molybdenu byla zvládnuta až ve 20. století. Chemickému zpracování molybdenové rudy předchází její zvýhodnění: po mletí v drtiči a kulových mlýnech je hlavní metodou pěti nebo šestiflotace. Výsledkem je vysoká koncentrace (až 95 %) disulfidu molybdeničitého v surovině.
Dalším a nejdůležitějším krokem je střelba. Zde dochází k odstranění nežádoucích nečistot vody, síry, zbytků flotačních činidel a oxidaci sirníku molybdeničitého na oxid. Další čištění je možné několika způsoby, ale nejoblíbenější jsou následující:
- metoda amoniaku, při které se sloučeniny molybdenu zcela rozpustí a odstraní nečistoty;
- sublimace při teplotě 900 až 1100 ˚С. Výsledek – koncentrace MoO3 stoupne na 90-95 %.
Průmyslová výroba kovového molybdenu
Procházení vodíku přes čištěný oxid molybdenový (v laboratořích proredukce často používají uhlík nebo plyny obsahující uhlík, hliník, křemík) získat práškový kov. Proces probíhá ve speciálních trubkových pecích s postupným zvyšováním teploty od 500 do 1000 ˚С.
Procesní řetězec pro výrobu kompaktního kovového molybdenu zahrnuje:
- Stisknutím. Proces probíhá v ocelových formách pod tlakem do 300 MPa. Pojivou složkou je alkoholový roztok glycerinu. Maximální průřez přířezů (bodů) nepřesahuje 16 cm2 a délka je 600 cm, u větších se používají pryžové nebo polymerové formy. Lisování probíhá v pracovních komorách, kde je kapalina vstřikována pod vysokým tlakem.
- Slinování. Děje se tak ve dvou fázích. První - nízkoteplotní, trvající 30-180 minut (v závislosti na velikosti obrobku), se provádí v muflových pecích ve vodíkové atmosféře při teplotě 1200 ˚С. Ve druhé fázi (svařování) se obrobek zahřeje na teplotu blízkou bodu tání (2400-2500 ˚С). V důsledku toho se pórovitost snižuje a hustota molybdenu se zvyšuje.
Velké polotovary o hmotnosti až 3 tuny se slinují v indukčních, elektronových nebo obloukových pecích. Proces je ukončen mechanickým zpracováním slinutých produktů.
Nejbohatší vklady
Molybden je poměrně vzácný prvek v zemské kůře a ve vesmíru jako celku. Ze dvou desítek minerálů, které existují v přírodě, má významný průmyslový význam pouze molybdenit.(MoS2). Jeho zdroje nejsou nekonečné a technologie pro získávání kovu z powellitů a molybdenanů již byly vyvinuty. Podle minerálního složení a tvaru rudných těles se ložiska dělí na žilná, žilnatá a skarnová.
Celosvětové prokázané zásoby prvku dosahují 19 milionů tun, přičemž téměř polovina je v Číně. Od roku 1924 je největším ložiskem molybdenu důl Climax (USA, Colorado) s průměrným obsahem do 0,4 %. Často se těžba molybdenových rud provádí spolu s těžbou mědi a wolframu.
V Rusku dosahují zásoby molybdenu 360 tisíc tun. Z 10 prozkoumaných ložisek bylo pouze 7 komerčně vyvinuto:
- Sorskoe a Agaskyrskoe (Khakassia);
- Bugdainskoe a Zhirekenskoe (východní Transbaikalia);
- Orekitkanskoe (Burjatsko);
- Labash (Karelia);
- Tyrnyauz (severní Kavkaz).
Výroba probíhá otevřeným i uzavřeným způsobem.
Tajemství samurajských mečů
Po několik staletí se evropští zbrojaři a vědci potýkali s tajemstvím ostrosti a síly starých japonských mečů z počátku druhého tisíciletí a neúspěšně se pokoušeli vyrobit stejně kvalitní zbraně s ostřím. Teprve na konci XΙX století, po objevení molybdenových nečistot v japonské oceli, bylo možné vyřešit tuto hádanku.
Poprvé bylo průmyslové využití molybdenu jako legovací přísady ke zlepšení kvality oceli (dodává jí tvrdost a houževnatost) zvládnuto v roce 1891 Schneiderem& Co z Francie.
První světová válka posloužila jako významný podnět pro rozvoj metalurgie molybdenu. Je důležité, že tloušťka čelního pancíře anglo-francouzských tanků, snadno proražených německými granáty stejné ráže, byla snížena ze 75 mm na 25 mm přidáním 1,5-2% molybdenu do oceli pancéřových plátů. To výrazně zvýšilo pevnost stroje.
Použití molybdenu
Více než 80 % veškerého molybdenu používaného v průmyslu připadá na metalurgii železa. Bez ní je výroba žáruvzdorné litiny, konstrukčních a nástrojových ocelí nemyslitelná. Jedna hmotnostní část prvku zlepšuje kvalitu oceli je ekvivalentní dvěma hmotnostním částem wolframu. Vzhledem k tomu, že hustota molybdenu je dvakrát nižší, jeho slitiny jsou výrazně lepší kvality než slitiny wolframu při provozních teplotách pod 1370 ˚С. Molybdenové oceli se lépe hodí k nauhličování.
Po molybdenu je poptávka v radioelektronickém, chemickém a nátěrovém průmyslu. Ve strojírenství se používá jako žáruvzdorný materiál. V zemědělství slabé roztoky sloučenin prvků výrazně zlepšují vstřebávání živin rostlinami. Je třeba mít na paměti, že ve velkých dávkách má molybden toxický účinek na živé a rostlinné organismy a negativně ovlivňuje životní prostředí.
Biologický význam
V potravě lidí a zvířat je molybden jedním z nejdůležitějších stopových prvků. Ve formě aktivní biologické formy -koenzym molybden - (Moco) je nezbytný pro realizaci katabolických procesů v živých tkáních.
Výzkum v oblasti protirakovinné aktivity molybdenu vypadá velmi slibně. Vysoký výskyt rakoviny trávicího traktu u obyvatel města Lin Xian (provincie Honan, Čína) se výrazně snížil po zavedení minerálních hnojiv obsahujících molybden do půdy.
Ve vzácných případech nedostatku prvků v lidském těle se může rozvinout prostorová dezorientace, mozkové vady, mentální abnormality a další těžká nervová onemocnění. Denní dávka molybdenu pro dospělého je od 100 do 300 mcg. Když se zvýší na 5-15 mg, toxická otrava je nevyhnutelná, až do 50 mg - smrt. Nejbohatší na molybden je listová zelenina, obiloviny, luštěniny a bobuloviny (černý rybíz, angrešt), mléčné výrobky, vejce, játra a ledviny zvířat.
Environmentální aspekty
Biologické vlastnosti molybdenu kladou zvýšené požadavky na likvidaci odpadů ze zpracování rudného materiálu, přísné dodržování technologického postupu v podnicích, aby nedocházelo k negativním dopadům na zdraví pracujícího personálu a přírody.
Měla by být přijata všechna opatření, aby se zabránilo pronikání zpracovaných produktů do podzemních vod. Je třeba mít na paměti, že rostliny mají schopnost absorbovat a akumulovat molybden, takže jeho obsah ve výhoncích a listech může překročit přípustné koncentrace. Tato zelená hmotamůže být pro zvířata nebezpečná. Aby se zabránilo větrům v šíření použité horniny, jsou skládky pokryty vrstvou zeminy.
Trendy na globálním trhu s molybdenem
S nástupem globální finanční krize klesla celosvětová spotřeba molybdenu o 9 %. Výjimkou byla Čína, kde dochází k nárůstu až o 5 %. Reakcí na prudký pokles spotřebitelské poptávky v roce 2009 bylo snížení objemů výroby. K předchozí úrovni výkonu se podařilo přiblížit až po čtyřech letech a v roce 2014 bylo stanoveno nové maximum 245 tisíc tun. Čína zůstává hlavním spotřebitelem a výrobcem molybdenu a jeho produktů.
Hustota a úžasné vlastnosti molybdenu z něj činí nepostradatelný pro aplikace s ocelí a slitinami, kde je vyžadována kombinace nízké hmotnosti, vysoké pevnosti a odolnosti proti korozi. Předpokládaný růst počtu jaderných elektráren, dalších energetických a průmyslových zařízení, rozvoj nových nalezišť ropy a zemního plynu v drsných podmínkách Dálného severu a Arktidy nevyhnutelně povede ke zvýšení poptávky po molybdenu a jeho derivátech.
