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钼
钼是一种过渡金属元素,为人体及动植物的微量元素。元素符号Mo,钼单质为银灰难熔金属,硬而坚韧。在元素周期表中属ⅥB族,原子序数42,原子量95.94,面心立方晶体,常见化合价为+6、+5、+4。
在中世纪就使用辉钼矿(MoS2),因其外观很像石墨,被误认为是变态的石墨而用来制作铅笔芯。1778年瑞典化学家舍勒(C.W.Scheele)用硝酸分解辉钼矿,从中发现了一种新元素,以希腊文molybdos(似铅)命名。1782年瑞典化学家耶尔姆(P.J.Hjelm)首次制得金属钼。
资源
钼矿分布虽广,但只有少数矿床有开采价值。美国是钼矿的国家,产量占世界总产量的60%以上,其次是智利和加拿大。中国的钼矿产于东北、西北和中南等地区。具有工业价值的钼矿物为辉钼矿,其开采量占钼矿总开采量的90%。辉钼矿容易浮选,可由含钼0.06~0.3%的原矿选得含钼47~50%的精矿。钼的次生矿钼钨钙矿[Ca(Mo,W)O4]、铁钼华(Fe2O3·MoO3·H2O)、钼铅矿 (PbMoO4)和钼铜矿[2CuMoO4·Cu(OH)2]等也有一定开采价值。主要钼矿生产国(中国除外)的钼矿储量和产量(1979年,以钼计)如下:
性质和用途
常温下钼在空气中很稳定,高于600℃时很快地氧化生成三氧化钼(MoO3)。钼与氢不发生化学反应,但钼粉能吸收氢。在温度高于700℃时,水蒸气能将钼氧化成二氧化钼(MoO2)。钼与碳、碳氢化合物或一氧化碳在高于800℃下反应生成碳化钼(Mo2C)。钼能耐稀硫酸、氢氟酸、磷酸等酸腐蚀,但不耐硝酸、王水和氧化性熔盐的腐蚀。钼在常温下能耐碱,但在加热时则被碱腐蚀。
钼主要用于钢铁工业,其中的大部分是以工业氧化钼压块后直接用于炼钢或铸铁,少部分熔炼成钼铁后再用于炼钢。低合金钢中的钼含量不大于1%,但这方面的消费却占钼总消费量的50%左右。不锈钢中加入钼,能改善钢的耐腐蚀性。在铸铁中加入钼,能提高铁的强度和耐磨性能。含钼18%的镍基超合金具有熔点高、密度低和热胀系数小等特性,用于制造航空和航天的各种高温部件。金属钼在电子管、晶体管和整流器等电子器件方面得到广泛应用。氧化钼和钼酸盐是化学和石油工业中的优良催化剂。二硫化钼是一种重要的润滑剂,用于航天和机械工业部门。钼是植物所的微量元素之一,在农业上用作微量元素化肥。
冶炼
钼生产的主要原料为辉钼精矿。提取过程包括氧化焙烧,三氧化钼、钼粉和致密钼的制取等主要步骤,工艺流程见图。
废钼回收的贸易模式与市场风险
废钼国际贸易以长期合约和现货交易为主。欧洲回收商多采用“废料换金属”模式,向亚洲出口废料并进口精钼;中国企业则倾向直接采购海外高品位废料。市场风险包括价格波动(如2022年钼价暴涨50%后骤跌)、贸易壁垒(如美国对废金属出口限制)及汇率变动。大型回收企业通过期货套保和多元化采购渠道分散风险,中小企业则更依赖本地化供应链。
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钼是一种稀有的难熔金属材料,具有高熔点、高硬度、耐腐蚀、膨胀系数小、导热性能好等性能,已被广泛应用在航空航天、核工业、医疗、化工、冶金等诸多行业。钼的熔点为2620℃,由于原子间结合力强,室温和高温下的强度较高,因此也广泛应用在高温炉、火箭发动机、导弹等耐高温部件上。
Mo1执行标准:GB/T3876-2007钼及钼合金板
纯度:纯钼Mo≥99.95%
密度:≥10.2g/cm3
钼属于难熔金属一族。难熔金属是指熔点高于铂(1772℃)的金属。在难熔金属中,单个金属原子的结合能大。同时具有高熔点、低蒸汽压、高弹性模量和高热稳定性。另外表现出热膨胀系数低和密度较高的典型特点。
凭借良好的机械性能和化学特性,钼已成为一种能够符合严苛要求的金属材料。其优点在于熔点高、热膨胀系数低且具有良好的热导率,因而广泛用于众多不同的工业领域。
化学成分
钼的特性:
1.钼的熔点2623°C,良好抗蠕变性,能够耐受较高温度。
2.热膨胀系数低且具有高的热导率。
生产工艺流程:
钼坯(原材料)-检验-热轧-校平及退火-碱洗-检验-温扎-真空退火-检验-冷轧-校平-剪切真空退火-检验-包装
用途:
经过变形量达到60%以上的轧制加工后,钼板的密度基本上接近于钼的理论密度,因此其具有高强度,内部组织均匀和优良的抗高温蠕变性能,从而被广泛应用于生产蓝宝石晶体生长炉内的反射屏、盖板,真空炉内的反射屏、发热带、连接件,等离子镀膜用的溅射靶材,耐高温舟皿钼零部件,耐热设备,溅射设备和高温熔炉等制品。
保温时间对锻造态纯钼材料性能与金相组织的影响,并找出其在特定温度下的佳保温时间。结果表明:试验温度分别为800和1200℃,保温时间分别为10、20、30、40、50、60min时,相同温度不同保温时间后的抗拉强度、断后伸长率、金相组织无明显差异。试验温度为1000℃时,保温10、20、30、40、50min后的抗拉强度和断后伸长率无明显差异,但保温60min后,出现明显静态再结晶现象,晶粒尺寸明显增大,抗拉强度降低,断后伸长率增大。为试验结果真实稳定及试验效率,10min的保温时间是试验的佳条件。
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钼,是元素周期表上序号为42的一种过渡金属元素,它的化学符号是Mo。钼金属呈银白,硬而坚韧。它在常温下不受空气的侵蚀,跟盐酸或氢氟酸不起反应。
千呼万唤始出来
自然界中,钼主要以矿物辉钼矿(MoS2)形式存在。天然辉钼矿是一种软的黑矿物,尽管辉钼矿在古代就得到了应用,但辉钼矿和铅、方铅矿及石墨都很相似,不易区分。“molybdos”这个词在希腊文里就是铅的意思。18世纪末以前,欧洲市场上两者都以molybadenite(铅的古希腊名)名义出售。
1779年,舍勒(瑞典化学家,氧气的发现人之一)指出,铅或石墨与molybadenite是两种不同的物质。他发现,硝酸对石墨没有影响,而与molybadenite反应,获得一种白粉末;将它与碱溶液共同煮沸,结晶后析出一种盐。他认为,这种白粉末是一种金属氧化物(实际上是氧化钼);它与木炭混合经高温加热后没有获得金属,但与硫共热后得到原来的molybadenite。
1782年,舍勒的好友、瑞典矿场主埃尔摩(又译作耶尔姆)用亚麻籽油调过的木炭和钼酸混合物密闭灼烧,从molybadenite中分离出金属,命名为molybdenum,元素符号定为Mo。中国将其译成“钼”。它得到了曾发现铈、硒、硅、钽、钍等元素的瑞典化学家贝齐里乌斯的承认。
钼金属在空气中灼烧,会放出金黄光芒;不同氧化态的钼离子有不同的颜。直到钼被发现100多年后的1893年,M.莫思森才在电炉里熔炼炭和三氧化钼的混合物,首次获得含钼92%~96%的铸态金属。
貌不惊人用途广
钼的发现虽然已有200多年历史,但大规模开发利用还是本世纪尤其近几十年的事。
钼及钼合金的用途十分广泛,这是因为它有许多特性,如强度高,热膨胀系数低,优良的导热与导电性能,对熔融玻璃、熔盐及熔融金属有较高的防腐性,还可提高薄涂料的耐磨性。
合金钢、不锈钢、工具钢及铸铁是钼的主要应用领域,其生产量决定着钼的需求。不锈钢中加入钼,能改善钢的耐腐蚀性。在铸铁中加入钼,能提高铁的强度和耐磨性能。含钼18%的镍基超合金具有熔点高、密度低和热胀系数小等特性,用于制造航空和航天领域的各种高温部件。金属钼在电子管、晶体管和整流器等电子器件方面得到广泛应用。纯钼丝用于高温电炉和电火花加工以及线切割加工。钼片用来制造无线电器材和X射线器材。钼在其他合金领域及化工领域的应用也不断扩大。合金钢中加钼,可以提高材料弹性限、抗腐蚀性能以及保持永久磁性等。氧化钼和钼酸盐是化学和石油工业中的优良催化剂。
二硫化钼是一种重要的润滑剂,用于航天和机械工业领域。除此之外,二硫化钼因其的抗硫性质,可以在一定条件下催化一氧化碳加氢制取醇类物质,是很有前景的化学催化剂。
钼金属还逐步应用于核电、新能源等领域。
钼也是植物所的微量元素之一,没有它,植物就无法生存。钼在农业上可用作微量元素化肥。
人体各种组织都含钼,体内铜的总量为9毫克,以肝、肾中含量高。钼-99是钼的放射性同位素之一,在医院里用于制备锝-99。锝-99是一种放射性同位素,病人服用后可用于内脏器官造影。用于该种用途的钼-99通常用氧化铝粉吸收后存储在相对较小的容器中,当钼-99衰变时生成锝-99。
沙场硬汉显身手
人们曾在14世纪的一把日本武士剑中发现含有钼,这是钼早发现被应用于军事用途。1891年,法国斯奈德公司率先把钼作为合金元素生产了含钼装甲板。他们发现,钼的密度仅是钨的一半。这样一来,在许多钢铁合金应用领域,钼有效取代了钨。次世界大战的爆发,导致了钨需求量的剧增和钨铁供应的度紧张,钼由此在许多高硬度和耐冲击钢中取代了钨。钼需求的增长促使了人们对钼的深入研究。当时,美国科罗拉多州的大型矿山克莱麦克斯矿随之开发,并于1918年投产。
因为钼的重要性,各国政府视其为战略性金属。由于其耐高温烧蚀,钼在20世纪初被大量应用于制造装备,主要用于火炮内膛、火箭喷口的制造。现代高、精、尖装备对材料的要求更高,如钼和钨、铬、钒的合金用于制造军舰、火箭、卫星的合金构件和零部件。
钼合金是以钼为基体加入其他元素而构成的有合金,主要合金元素有钛、锆、铪、钨及稀土元素。钼合金有良好的导热、导电性和较低的膨胀系数,在高温下(1100~1650℃)有较高强度,比钨容易加工,可用作电子管的栅和阳、电光源的支撑材料以及用于制作压铸和挤压模具、航天器的零部件等。
次世界大战的结束导致了钼需求锐减。要解决这个问题,就得开发新的应用领域。不久,新型低钼合金钢在汽车工业生产中得到了。从此,钼作为合金元素在钢铁和其他领域的开发研究进入了一个新的阶段。
20世纪30年代末,钼已经是被广泛使用的工业原料。“二战”战后重建,再一次刺激了人们对钼在工业领域应用的开发与研究,给许多含钼工具钢的应用开辟了广阔的市场。如今,合金钢、不锈钢、工具钢及铸铁依然是钼的主要应用领域。
资源待研发
钼在地壳中主要存在于花岗岩类岩石中,钼矿石比较单一,主要是硫化矿石。
由于钼在军工方面的用途,世界强国纷纷把钼列为需要实行战略储备的矿产资源。战略矿产储备或矿产品战略储备,主要是针对那些对国家有战略意义、国内又相对稀缺的矿种所建立的储备。目前,世界上有10个国家建立有战略矿产储备制度。
我国是钼矿资源国家,总储量达860万吨(以钼量计),其中,工业储量约350万吨,居世界第二位。我国钼矿资源具有储量大、分布广、大型矿床多、矿体埋藏浅等特点,对的钼市场有重要影响。
美国是世界第二大钼资源国。智利、加拿大、俄罗斯和亚美尼亚也是钼资源较为的国家。