몰리브덴 가공, 다양한 제품에 사용하기위한 광석 준비.
몰리브덴 (Mo)은 녹는 점이 2,610 ° C (4,730 ° F) 인 흰색 백금과 같은 금속입니다. 순수한 상태에서는 견고하고 연성이 있으며 적당한 경도, 높은 열전도도, 높은 내식성 및 낮은 팽창 계수를 특징으로합니다. 몰리브덴은 다른 금속과 합금 될 경우 경화성과 인성을 높이고 인장 강도와 내 크리프 성을 향상 시키며 일반적으로 균일 한 경도를 촉진합니다. 소량의 몰리브덴 (1 % 이하)은 매트릭스 재료의 내마모성, 내식성 및 고온 강도 및 인성을 현저히 향상시킵니다. 따라서 몰리브덴은 강 및 고도로 정교한 비철 초합금 제조에 필수적인 첨가제입니다.
몰리브덴 원자는 텅스텐과 동일한 특성을 갖지만 원자 중량 및 밀도의 약 절반에 불과하기 때문에, 합금강에서 텅스텐을 대체하여 유리하게 절반의 금속으로 동일한 야금 효과를 달성 할 수있다. 또한 두 개의 외부 전자 고리가 불완전합니다. 이는 금속이 2가, 3가, 4가, 5가 또는 6 가인 화학 화합물을 형성 할 수있게하여 광범위한 몰리브덴 화학 제품을 가능하게한다. 이것은 또한 상당한 촉매 특성에서 필수 요소입니다.
역사
금속은 고대 문화에 알려졌고 미네랄 형태는 흑연과 납 광석과 적어도 2,000 년 동안 혼동되었지만, 스웨덴 화학자이자 약사 인 Carl Wilhelm Scheele가 몰리브덴 산화물을 생산 한 1778 년까지 몰리브덴은 공식적으로 발견되어 확인되지 않았습니다. 농축 질산으로 분쇄 된 몰 리브 데 나이트 (MoS 2)를 공격 한 다음 잔류 물을 증발시켜 건조시킨다. Scheele의 제안에 따라 스웨덴의 또 다른 화학자 인 Peter Jacob Hjelm은 1781 년에 몰리브덴 산화물과 아마인 유로 만든 페이스트를 도가니에서 고온으로 가열하여 최초의 금속 몰리브덴을 생산했습니다. 19 세기 독일의 화학자 Bucholtz와 스웨덴의 Jöns Jacob Berzelius는 체계적으로 몰리브덴의 복잡한 화학을 탐색했지만, 1895 년이되자 프랑스의 화학자 Henri Moissan은 화학적으로 순수한 (99.98 %) 몰리브덴 금속을 환원시켜 전기로에 탄소를 사용하여 금속 및 그 합금에 대한 과학적 및 야금 학적 연구를 수행 할 수 있습니다.
1894 년 프랑스 무기 제조업체 인 Schneider SA는 Le Creusot의 작업에서 몰리브덴을 갑옷 도금에 도입했습니다. 1900 년에 두 명의 미국 엔지니어 인 FW Taylor와 P. White는 파리 박람회 Universelle에서 몰리브덴 기반 고속 강철을 최초로 선보였습니다. 동시에 프랑스의 Marie Curie와 미국의 JA Mathews는 몰리브덴을 사용하여 영구 자석을 준비했습니다. 그러나 제 1 차 세계 대전으로 몰리브덴이 무기, 갑옷 도금 및 기타 군사용 하드웨어를 만들기 위해 대규모로 사용 된 것은 심각한 텅스텐 부족이 발생하기 전까지는 아니었다. 1920 년대에 몰리브덴 함유 합금은 최초의 자동차 제조 및 스테인리스 스틸에서 최초의 피스 타임을 적용했습니다. 그 후 10 년 동안 고속철도 수용되었고, 제 2 차 세계 대전 후에는 항공, 특히 높은 작동 온도를 견뎌야하는 제트 엔진에 사용되었습니다. 나중에 그들의 사용은 미사일로 확대되었다. 몰리브덴은 합금강 외에도 초합금, 화학 물질, 촉매 및 윤활제에 사용됩니다.
광석
몰리브덴 생산에서 유일하게 상업적으로 실행 가능한 광물은 몰리브덴 에서 발견되는 이황화물 (MoS 2)입니다. 거의 모든 광석은 반암으로 침전 된 퇴적물로부터 회수됩니다. 이는 1 차 몰리브덴 침착 물 또는 몰리브덴이 부산물 또는 부산물로 회수되는 복합 구리 몰리브덴 침착 물이며, 0.1 ~ 0.5 % 몰리브덴을 포함하는 1 차 침착 물은 광범위합니다. 구리 반암은 또한 매우 많은 퇴적물이지만 몰리브덴 함량은 0.005 ~ 0.05 %로 다양합니다. 몰리브덴의 약 40 %는 1 차 광산에서 나오고 나머지 60 %는 구리의 부산물 (또는 경우에 따라 텅스텐)에서 발생합니다.
복구 가능한 자원의 약 64 %가 북미에서 발견되며 미국은 3 분의 2를 차지합니다. 또 다른 25 %는 남미에 있으며, 그 균형은 주로 러시아, 카자흐스탄, 중국,이란 및 필리핀에서 발견됩니다. 유럽, 아프리카 및 호주는 몰리브덴 광석이 매우 부족합니다. 몰리브덴의 최대 생산국은 중국, 미국, 칠레, 페루, 멕시코 및 캐나다입니다.
광업 및 집중
몰리브덴 및 구리 몰리브덴 반암은 노천 또는 지하 방법으로 채굴됩니다. 일단 광석이 분쇄되고 분쇄되면, 금속성 광물은 다양한 시약을 사용하여 부유 공정에 의해 맥석 광물 (또는 몰리브덴과 서로의 구리)로부터 분리됩니다. 몰리브덴이 구리의 부산물로서 회수되는 경우 농축 물은 85 내지 92 %의 MoS 2 와 소량의 구리 (0.5 % 미만)를 함유한다.
추출 및 정제
기술 몰리브덴 산화물
상업적 목적지에 도달 하려면 MoS 2 의 약 97 %가 기술 몰리브덴 옥사이드 (85–90 % MoO 3) 로 전환되어야 합니다. 이러한 변환은 Nichols-Herreshoff 형 다중 난로에서 거의 보편적으로 수행되며, 몰리브덴 정광은 가열 된 공기와 바닥에서 날리는 가스에 대항하여 상단에서 공급됩니다. 각 난로에는 공냉식 샤프트에 의해 회전 된 4 개의 공랭식 암이 있습니다. 팔에는 로스터의 외부 또는 중앙으로 재료를 긁어 올리는 래블 블레이드가 장착되어 있습니다. 첫 번째 난로에서 농축 물을 예열하고 부유 시약이 발화하여 MoS 2 에서 MoO 3 로의 변환이 시작 됩니다. 다음의 난로에서 계속되고 강화되는이 발열 반응은 산소를 조정하고 필요할 때 퍼니스를 냉각시키는 물 스프레이에 의해 제어됩니다. 온도가 650 ° C (1,200 ° F) 이상으로 올라가지 않아야합니다. 즉, MoO 3가 승화되거나 고체 상태에서 직접 기화 되는 지점 입니다. 하소의 황 함량이 0.1 % 아래로 떨어지면 공정이 완료됩니다.
화학적으로 순수한 몰리브덴 산화물
기술적 인 몰리브덴 옥사이드는 합금강 및 기타 파운드리 제품을 만들기 위해 용광로에 직접 공급되는 연탄으로 만들어집니다. 또한 페로 (아래 참조)를 만드는 데 사용되지만, 더 정제 몰리브덴 제품을 원하는 경우, 몰리브덴 화학 물질 또는 금속 몰리브덴으로 다음 기술을 MoO 3는 화학적으로 순수을 MoO로 정제해야 3 승화. 이것은 1,200 ~ 1,250 ° C (2,200 ~ 2,300 ° F)의 온도에서 전기 레토르트에서 수행됩니다. 퍼니스는 몰리브덴-와이어 발열체로 감겨 진 석영 튜브로 구성되어 있으며 내화 벽돌 페이스트와 목재 숯의 혼합물에 의해 산화로부터 보호됩니다. 튜브는 수평에서 20 ° 기울어 져 회전합니다. 승화 증기는 공기로 튜브에서 스윕되고 후드로 수집되어 필터 백을 생성합니다. 두 개의 분리 된 분획이 수집됩니다. 첫 번째는 전하의 2 ~ 3 %의 증발에 해당하며 대부분의 휘발성 불순물이 포함되어 있습니다. 마지막 부분은 순수한 MoO 3 입니다. 이것은 모든 종류의 몰리브덴 화학 물질의 출발 물질 인 암모늄 몰 리브 데이트 (ADM) 및 나트륨 몰 리브 데이트의 제조에 적합하려면 99.95 % 순수해야합니다. 이들 화합물은 화학적으로 순수한 MoO 3 를 수성 암모니아 또는 수산화 나트륨과 반응시켜 수득된다. 백색 결정 형태의 암모늄 몰 리브 데이트는 81 내지 83 % MoO 3, 또는 54 내지 55 % 몰리브덴을 분석한다. 물에 녹으며 몰리브덴 화학 물질 및 촉매와 금속 몰리브덴 분말의 제조에 사용됩니다.
몰리브덴 금속
순수한 MoO 3 또는 ADM 으로부터 금속 몰리브덴의 생산은 전기 가열식 튜브 또는 머플 퍼니스에서 수행되며, 수소 가스는 공급 물에 대한 역류로서 도입된다. 일반적으로 MoO 3 또는 ADM이 먼저 이산화물로 환원 된 다음 금속 분말로 환원 되는 두 단계가 있습니다. 2 개의 스테이지는 사이에서 냉각하면서 2 개의 상이한 퍼니스에서 수행 될 수 있거나, 2- 존 퍼니스가 사용될 수있다. (때로는 통제되지 않은 반응을 피하고 소결을 방지하기 위해 400 ° C 또는 750 ° F의 저온에서 시작하여 3 단계 프로세스가 사용됩니다.) 2 단계 프로세스에서 몰리브덴이있는 2 개의 머플 퍼니스는 와이어 가열 요소가 사용될 수있다. 첫 번째 감소는 30 분 간격으로 공급되는 5 ~ 7 킬로그램 (10 ~ 15 파운드)의 산화물을 함유하는 연강“보트”에서 수행됩니다. 퍼니스의 온도는 600–700 ° C (1,100–1,300 ° F)입니다. 첫 번째 용광로에서 나온 제품은 니켈 보트에서 같은 속도로 1,000-1,100 ° C (1,800-2,000 ° F)에서 작동하는 두 번째 용광로에 공급 된 후 금속 분말이 스크리닝됩니다. 99.95 % 몰리브덴을 함유하는 가장 순수한 분말은 ADM의 환원에 의해 수득된다.
융점이 매우 높기 때문에 몰리브덴은 기존 공정에서 고품질 잉곳으로 녹을 수 없습니다. 그러나 전기 아크에서는 쉽게 녹을 수 있습니다. Parke and Ham에 의해 개발 된 그러한 하나의 공정에서, 몰리브덴 분말은로드 내로 연속적으로 가압되며, 이는 전기 저항에 의해 부분적으로 소결되고 전기 아크에서 말단에서 용융된다. 용융 몰리브덴은 분말에 첨가 된 탄소에 의해 탈산되고, 수냉 된 구리 몰드에서 주조된다.
