Pemprosesan molibdenum

Pemprosesan molibdenum, penyediaan bijih untuk digunakan dalam pelbagai produk.

Molibdenum (Mo) adalah logam seperti platinum putih dengan titik lebur 2,610 ° C (4,730 ° F). Dalam keadaan tulen, tahan lasak dan mulur dan dicirikan oleh kekerasan sederhana, kekonduksian terma yang tinggi, rintangan yang tinggi terhadap kakisan, dan pekali pengembangan yang rendah. Apabila disatukan dengan logam lain, molibdenum mendorong kekerasan dan ketangguhan, meningkatkan kekuatan tegangan dan ketahanan merayap, dan secara amnya mempromosikan kekerasan yang seragam. Sebilangan kecil molibdenum (1 peratus atau kurang) meningkatkan ketahanan lelasan, sifat antikorosif, dan kekuatan suhu tinggi dan ketangguhan bahan matriks. Oleh itu, Molibdenum adalah agen penambahan penting dalam pembuatan keluli dan aloi superferus yang sangat canggih.

Oleh kerana atom molibdenum mempunyai watak yang sama dengan tungsten tetapi hanya kira-kira separuh berat dan ketumpatan atomnya, ia menguntungkan menggantikan tungsten dalam keluli aloi, yang membolehkan kesan metalurgi yang sama dicapai dengan setengah logam. Selain itu, dua cincin elektron luarnya tidak lengkap; ini memungkinkan untuk membentuk sebatian kimia di mana logam itu di-, tri-, tetra-, penta-, atau hexa-valent, memungkinkan terjadinya pelbagai jenis produk kimia molibdenum. Ini juga merupakan faktor penting dalam sifat pemangkinnya.

Sejarah

Walaupun logam itu terkenal dengan budaya kuno, dan bentuk mineralnya dikelirukan dengan grafit dan bijih bijih timah selama sekurang-kurangnya 2.000 tahun, molibdenum tidak ditemui dan dikenal pasti secara formal hingga tahun 1778, ketika ahli kimia dan ahli farmasi Sweden Carl Wilhelm Scheele menghasilkan oksida molibdik dengan menyerang molibdenit bubur (MoS ₂) dengan asid nitrik pekat dan kemudian menguap residu hingga kering. Mengikuti cadangan Scheele, seorang ahli kimia Sweden yang lain, Peter Jacob Hjelm, menghasilkan molibdenum logam pertama pada tahun 1781 dengan memanaskan pasta yang disusun dari molibdik oksida dan minyak biji rami pada suhu tinggi dalam wadah. Selama abad ke-19, ahli kimia Jerman Bucholtz dan orang Sweden Jöns Jacob Berzelius secara sistematik meneroka kimia molibdenum yang kompleks, tetapi tidak sampai tahun 1895 seorang ahli kimia Perancis, Henri Moissan, menghasilkan logam molibdenum tulen kimia pertama (99.98 peratus) dengan mengurangkan ia dengan karbon di dalam tungku elektrik, sehingga memungkinkan untuk melakukan penyelidikan ilmiah dan metalurgi ke dalam logam dan aloi-alangnya.

Pada tahun 1894, pengeluar senjata Perancis, Schneider SA, memperkenalkan molibdenum ke dalam pelapisan baju besi di karya-karyanya di Le Creusot. Pada tahun 1900 dua jurutera Amerika, FW Taylor dan P. White, membentangkan keluli berkelajuan tinggi berasaskan molibdenum pertama di Exposition Universelle di Paris. Serentak dengan itu, Marie Curie di Perancis dan JA Mathews di Amerika Syarikat menggunakan molibdenum untuk menyediakan magnet kekal. Tetapi tidak sampai kekurangan akut tungsten diprovokasi oleh Perang Dunia I bahawa molibdenum digunakan secara besar-besaran untuk membuat senjata, pelapis perisai, dan perkakasan ketenteraan yang lain. Pada tahun 1920-an, aloi yang mengandung molibdenum mempunyai aplikasi masa damai pertama mereka, pada mulanya dalam pembuatan kenderaan dan kemudian pada keluli tahan karat. Pada dekade berikutnya mereka mendapat penerimaan pada baja berkelajuan tinggi, dan setelah Perang Dunia II mereka digunakan dalam penerbangan — terutama dalam mesin jet, yang harus menahan suhu operasi yang tinggi. Kemudian, penggunaannya meluas ke peluru berpandu. Selain daripada baja aloi, molibdenum digunakan dalam superalloy, bahan kimia, pemangkin, dan pelincir.

Bijih

Satu-satunya mineral yang dapat dikomersialkan dalam pengeluaran molibdenum adalah bisulfida (MoS ₂), yang terdapat dalam molibdenit. Hampir semua bijih dipulihkan dari deposit penyebaran porfiri. Ini adalah simpanan molibdenum primer atau deposit tembaga-molibdenum kompleks dari mana molibdenum dipulihkan sebagai produk sampingan atau produk sampingan. Deposit primer, yang mengandungi antara 0,1 dan 0,5 persen molibdenum, sangat luas. Porfiri tembaga juga merupakan simpanan yang sangat besar, tetapi kandungan molibdenumnya bervariasi antara 0,005 dan 0,05 persen. Kira-kira 40 peratus molibdenum berasal dari lombong utama, dengan 60 peratus yang lain adalah hasil sampingan tembaga (atau, dalam beberapa kes, tungsten).

Sebanyak 64 peratus sumber yang dapat dipulihkan dijumpai di Amerika Utara, dengan Amerika Syarikat merangkumi dua pertiga daripadanya. 25 peratus lagi berada di Amerika Selatan, dan bakinya dijumpai di Rusia, Kazakhstan, China, Iran, dan Filipina. Eropah, Afrika, dan Australia sangat miskin bijih molibdenum. Pengeluar molibdenum terbesar termasuk China, Amerika Syarikat, Chile, Peru, Mexico, dan Kanada.

Perlombongan dan penumpuan

Molibdenum dan tembaga-molibdenum porphyries ditambang dengan lubang terbuka atau dengan kaedah bawah tanah. Setelah bijih dihancurkan dan digiling, mineral logam kemudiannya dipisahkan dari mineral gangue (atau molibdenum dan tembaga satu sama lain) dengan proses pengapungan, menggunakan pelbagai jenis reagen. Pekat mengandungi antara 85 dan 92 persen MoS ₂ dan sejumlah kecil tembaga (kurang dari 0.5 peratus) jika molibdenum dipulihkan sebagai hasil sampingan tembaga.

Pengekstrakan dan penapisan

Oksida molibdik teknikal

Kira-kira 97 peratus MoS ₂ mesti diubah menjadi molibdik oksida teknikal (85-90 persen MoO ₃) untuk mencapai tujuan komersialnya. Penukaran semacam itu hampir dilakukan secara universal di dalam tungku berbilang tungku jenis Nichols-Herreshoff, di mana pekatan molibdenit diberi makan dari atas terhadap arus udara yang dipanaskan dan gas yang ditiup dari bawah. Setiap perapian mempunyai empat lengan berpendingin udara yang diputar oleh poros yang didinginkan udara; lengan dilengkapi dengan rabble blades yang menyapu bahan ke luar atau tengah pemanggang, di mana bahan jatuh ke perapian seterusnya. Pada perapian pertama, konsentrat dipanaskan terlebih dahulu dan reagen pengapungan menyala, memulakan transformasi MoS ₂ menjadi MoO ₃. Tindak balas eksotermik ini, yang berlanjutan dan semakin kuat dalam perapian berikut, dikendalikan oleh penyesuaian oksigen dan oleh penyembur air yang menyejukkan relau apabila perlu. Suhu tidak boleh meningkat di atas 650 ° C (1,200 ° F), titik di mana MoO ₃ menyala, atau menguap terus dari keadaan pepejal. Prosesnya selesai apabila kandungan sulfur kalsin turun di bawah 0.1 peratus.

Oksida molibdik secara kimia tulen

Oksida molibdik teknikal dibuat menjadi briket yang dimasukkan terus ke relau untuk membuat keluli aloi dan produk pengecoran lain. Mereka juga digunakan untuk membuat ferromolibdenum (lihat di bawah), tetapi jika produk molibdenum yang lebih disucikan diinginkan, seperti bahan kimia molibdenum atau molibdenum logam, maka MoO ₃ teknikal mesti disempurnakan menjadi MoO _{3 yang} murni secara kimia dengan sublimasi. Ini dilakukan dalam retort elektrik pada suhu antara 1,200 dan 1,250 ° C (2,200 dan 2,300 ° F). Tungku terdiri daripada tiub kuarza yang dililit dengan elemen pemanasan wayar molibdenum, yang dilindungi dari pengoksidaan oleh campuran pasta bata tahan api dan arang kayu. Tiub condong 20 ° dari arah melintang dan berputar. Wap yang disapu disapu dari tiub melalui udara dan dikumpulkan oleh tudung yang menuju ke beg penapis. Dua pecahan terpisah dikumpulkan. Yang pertama sesuai dengan pengewapan dari 2-3 peratus awal cas dan mengandungi sebahagian besar kekotoran yang tidak menentu. Pecahan terakhir adalah MoO ₃ tulen. Ini mestilah 99.95 peratus murni agar sesuai untuk pembuatan ammonium molibdate (ADM) dan sodium molybdate, yang merupakan bahan permulaan untuk semua jenis bahan kimia molibdenum. Sebatian ini diperoleh dengan bertindak balas MoO _{3 yang} murni secara kimia dengan ammonia berair atau natrium hidroksida. Ammonium molibdate, dalam bentuk kristal putih, menguji 81 hingga 83 peratus MoO ₃, atau 54 hingga 55 peratus molibdenum. Ini larut dalam air dan digunakan untuk penyediaan bahan kimia dan pemangkin molibdenum serta serbuk molibdenum logam.

Logam molibdenum

Pengeluaran molibdenum logam dari MoO ₃ atau ADM tulen dilakukan dalam tiub yang dipanaskan elektrik atau tungku muffle, di mana gas hidrogen diperkenalkan sebagai arus balik terhadap suapan. Biasanya terdapat dua peringkat di mana MoO ₃ atau ADM mula-mula diturunkan menjadi dioksida dan kemudian menjadi serbuk logam. Kedua-dua tahap boleh dilakukan dalam dua tungku yang berbeza dengan penyejukan di antara, atau tungku dua-zon dapat digunakan. (Kadang-kadang, proses tiga tahap digunakan bermula pada suhu rendah 400 ° C, atau 750 ° F, untuk mengelakkan reaksi yang tidak terkawal dan mencegah sintering.) Dalam proses dua peringkat, dua tungku meredam panjang dengan molibdenum- elemen pemanasan wayar boleh digunakan. Pengurangan pertama dilakukan dalam "kapal" baja ringan yang mengandung 5 hingga 7 kilogram (10 hingga 15 paun) oksida, yang diberi makan pada selang 30 minit. Suhu tungku ialah 600-700 ° C (1,100-1,300 ° F). Produk dari tungku pertama dipecah dan diberi makan dengan kadar yang sama di kapal nikel ke tungku kedua yang beroperasi pada suhu 1.000-1.100 ° C (1.800-2.000 ° F), setelah itu serbuk logam disaring. Serbuk paling tulen, mengandungi 99,95 peratus molibdenum, diperoleh dengan pengurangan ADM.

Kerana titik leburnya yang sangat tinggi, molibdenum tidak dapat dicairkan menjadi jongkong berkualiti tinggi dengan proses konvensional. Walau bagaimanapun, ia boleh dicairkan dengan mudah di busur elektrik. Dalam satu proses tersebut, yang dikembangkan oleh Parke dan Ham, serbuk molibdenum terus-menerus ditekan ke dalam batang, yang sebahagiannya disinter oleh rintangan elektrik dan cair di hujungnya pada busur elektrik. Molibdenum cair terdeoksidasi oleh karbon yang ditambahkan ke serbuk, dan ia dibuang dalam acuan tembaga yang disejukkan dengan air.