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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。
昨日上午8时许,位于洛南县石门镇的陕西秦岭钼业有限责任公司二分厂有毒气体泄漏,导致11人中毒,其中4人不幸身亡。
中毒工人:现场气味呛鼻
昨日上午10时许,华商报记者赶到洛南县医院,先后有7名工人被送到这里救治。在抢救室,几名中毒工人正在接受治疗,门外守着几名家属。
在医院抢救室,一名受伤工人插着氧气,家属正给他喂水。另一名躺在病床上的工人谢某伤势较轻。“我上夜班,早上8点下班时,领导让打扫卫生,厂里的杜总(音)和总工在那边配剂,用氢氧化钠与五硫化二磷,我看见有人晕倒了,工人陶某就喊雷总,雷总过来后上到配台上去拉杜总也晕倒了”。谢某称,当时现场气味呛鼻,随后救人的多名工人均中毒晕倒。
中毒事件发生后,厂区拨打了120并将中毒工人送到了医院。
4人送医途中经抢救无效死亡
“目前有3名伤势较重的患者已经送往了商洛市中心医院抢救,有4名伤者在洛南县医院抢救。”洛南县医院一名工作人员表示,他们正在和相关专家讨论对于中毒工人的抢救治疗方案。
华商报记者从洛南县医院获悉,中毒事件发生后,有11人送往医院抢救,送医途中4人经抢救无效死亡(均为男性),7人送到医院后紧急抢救(2男5女),他们中毒症状为抽风、昏迷、口唇发紫,四肢无力。
华商报记者了解到,涉事企业是一家从事矿业开采、有金属加工经营、销售的企业,主要生产钼精粉,用作合金及不锈钢的添加剂。
据洛南宣传部通报:事件发生在8月9日上午8时左右,陕西秦岭钼业有限责任公司二分厂2名剂工在化验室仓库外的搅拌桶旁配制剂(五硫化二磷和氢氧化钠)时,出现有毒气体,致使2人中毒。公司组织员工抢救过程中,又致9人中毒。
你是否见过这种灰的金属?它是如今能源与高端制造的核心材料之一,属于不可再生的重要战略资源。
这种灰的金属是能源与高端制造的核心材料之一
当然,其本身也是一种十分神奇的金属元素,叫做钼。
那么,钼元素到底是什么?它又有哪些应用呢?
大多数人对于钼元素并不熟悉,因为它在元素周期表当中的排名并不算靠前,日常生活中似乎也没见过它的身影。不过这家伙的出镜频率还是比较高的,只是相对低调一些罢了。
钼的化学符号为Mo,原子系数为42,在元素周期表当中属于第五周期第六副族,是一种难熔的稀有金属。根据资料来看,钼的熔点为2623摄氏度,沸点为4639摄氏度,这就意味着它还是比较“耐热”的。
钼元素在元素周期表当中的位置
此外,钼元素的膨胀系数小、强度大、电导率大、导热性能好、耐腐蚀,这些优势都使它在电气、化工、宇航等方面,都有着较好的发展前景。不过,它在地球上的含量并不多,可谓是用一点儿就少一点儿。
资料显示,钼在地球上的蕴藏量较少,其含量仅占地壳重量的0.001%,钼矿总储量约为1500万t,主要分布在美国、中国、智利、俄罗斯、加拿大等国。
钼元素的地球化学参数,它的蕴藏量是比较少的
值得一提的是,这种拥有多重优点的神奇元素,身世却有些坎坷。
在1778年被确认之前,钼元素总是被人们当成铅来对待,因为它常常出现于辉钼矿当中,而这种矿长的和铅实在是太像了。所以在瑞典化学家舍勒帮钼元素“正名”之前,钼元素一直籍籍无名,顶着别人的名字“活着”。
瑞典化学家舍勒发现钼元素之前,它总是被人们当成铅对待
人们重视钼,大多是因为它不但延展性强,热膨胀系数也低。若我们将其的密度与钨进行对比,就会发现它只有钨的1/2左右,但是延展性却明显更强,所以更容易被压成薄片或者细丝,用于切割加工。
热膨胀系数低,主要说的是它在高温之下,依旧能保持稳定的形态和尺寸,少会变形。不过,这个优点放在低温下就很尴尬了,会让它变得嘎嘣脆。
如今大部分工业切割当中,都会使用到钼,只不过它并不引人注目,因为这时的钼常常是以一根细细的金属丝模样出现的。
工业切割当中使用到的钼丝
那么,这么细的一根钼丝,为何能在切割领域“如鱼得水”,它真有这么锋利能直接切开钢板吗?
钼丝莫式硬度5.5的性质虽然很不错,但是用这么细一根拿来切钢板,似乎还是有些夸张了,毕竟钢板又不是“豆腐”,本身的强度摆在那的。
因此工业切割钢板并不单是靠钼丝,还有切割装置原理。因为这种线切割技术也被称之为电火花切割,它是在电火花穿孔和成形加工的基础上发展而来的,初的发现者是拉扎连科夫妇。
在发现电火花瞬时产生的高温能够让金属融化、腐蚀之后,他们便发明了使用电火花进行切割加工的方法,后来演化为了线切割机。
线切割机的主要结构示意图
一般来说,这一方法需要利用移动的金属丝来当“电丝”,然后让电丝和元件之间的脉冲产生电火花,而这个电火花的高温就能够让被切割物质融化了。所以如果大家观察线切割机工作,就会发现它一直滋滋啦啦的冒火花。
那么,发明者为何从众多金属元素当中,选择了钼元素呢?
这其实就与咱们上文中所说的钼元素的特性有关了。在线切割机进行切割的时候,往往会产生高温,而钼的耐高温性在此时就能发挥优势了。再加上这类切割机对于线的形态和稳定性也有着明确的要求,起码不能切着切着金属丝就变形了。
钼元素的物理特性,使得它在线切割当中发挥了优势
在这种情况下,热膨胀系数很低的钼就能地充当“切割线”,确保加工部件被切割出来是完整的,符合规格的。
要知道,线切割基本都是被运用在精加工领域的,若是使用其他容易变形的金属丝来替代钼丝,那么肯定会产生不少的“废件”。
所以,钼丝一直都是电火花加工当中理想的电丝,使用它可以来切割各种钢材和硬质合金,还能够加工一些对形状和精度要求高的复杂零件,放电加工的稳定性高。
钼丝是电火花加工当中理想的电丝
得益于上世纪与苏联之间短暂的“蜜月期”,我国也算是个将电火花线切割机用于工业生产的国家了。在这类切割机需求居高不下的情况下,钼元素的当然也就变得很高了。
此外,不起眼的钼丝还会被用在灯泡制造业中,比如钼元素和其他元素的合金,常常被用来当做高功率微波管和毫米波管中热离子阴的结构元件,能在1200摄氏度左右的温度当中工作。
资料显示据中国照明协会统计, 2001年,全国生产钼丝就已经达到31 .5亿m, 实际产量估计达到40亿m, 消耗将近800t钼条, 其数量十分可观。而其中线切割用钼丝产量,也超过了20亿m。
由于钼的性质,导致我国对它的需求很大,产量也十分可观
除了能够一路火花带闪电的切开钢板以外,钼元素的用途还有很多,可以说是让人“钼不暇接”。那么,它还被运用在哪些领域当中呢?
首先就是用在钢铁工业当中,一般来说它是以合金化元素的身份存在的,算是“添加剂”。当人们在钢铁生产中加入一定剂量的钼元素后,就能够提高钢的强度,使其在高温和韧性方面有更加的表现。
钼元素在钢铁工业当中的应用
其次就是运用在农业生产当中,这一点大多数人都不知道也无法理解,难道说咱们吃的粮食还需要金属元素参与?
还真是这样,因为钼其实是植物当中必不可少的微量元素之一,有着关键的作用。有时候,它的存在甚至能让农作物“起死回生”。
研究显示,钼能催化硝酸盐向盐转化,然后在固氮酶的作用下生成铵态氮,参与植物中碳、氮代谢等重要的生理过程。钼还能促进植物对磷的吸收和空气中氮的固定,提高其抗寒性能。
钼元素能够帮助植物提升固氮作用
比如以大豆为例,当其根瘤变长变少后,叶片也会出现斑点并随之萎缩。而这种症状,就是因为它体内缺少“钼元素”了。此时将钼元素按配比制成的化肥拿来,就能很快解决问题,帮助大豆重新焕发生机。
此外,钼元素对于人体来说也很重要,只不过它的含量比较少,所以大家鲜少注意到它。根据估算,体重为70千克的健康人体当中,钼的含量也不会超过9克,其广泛存在于肝、骨骼、肾脏之类的器官当中。
钼元素对于人体来说也很重要
人体中的钼元素可以有效地抑制胺类强致癌物的合成,还具备运载作用,帮助人体输送一些金属离子。此外,它还有保护心血管、预防龋齿的功能,总的来说算是比较全能的元素了。
如果大家察觉到缺乏钼元素,可以通过食用黄豆、玉米、黑米之类的粮食,进行补充。当然,补充也不可过量,具体还是要根据个人情况和医嘱而定。
如果需要补充钼元素,可以采取食补的方式
钼molybdenum
元素符号Mo,银灰难熔金属,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(第三届全国有金属冶炼化工工程技术交流会暨成果展示会)。
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(第三届全国有金属冶炼化工工程技术交流会暨成果展示会)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。
辉钼精矿的氧化焙烧
一般在600℃下进行,主要化学反应为:2MoS2+7O2─→2MoO3+4SO2↑。焙烧温度不能超过650℃,否则造成MoO3的大量挥发和炉料的粘结。焙烧设备多采用连续操作的多膛炉或间歇操作的反射炉,也可以用流态化炉焙烧。
三氧化钼的制取
将焙砂用氢氧化铵溶液浸出(见浸取),生成钼酸铵溶液:
MoO3+2NH4OH─→(NH4)2MoO4+H2O
液中的铜、铁等杂质用硫化铵或硫化钠使它生成硫化物沉淀除去,然后加入硝酸铅除去过剩的硫离子。将溶液加热到55~65℃,用盐酸调节pH为2~2.5,在激烈的搅拌下析出多钼酸铵[(NH4)2O·mMoO3·nH2O]。为了进一步去除钙、镁、钠等杂质,可将多钼酸铵重新溶于氢氧化铵溶液中形成钼酸铵,过滤后将溶液蒸发,使氨挥发,而钼生成仲钼酸铵结晶[(NH4)2O·7MoO3·4H2O],经脱水和煅烧后得到纯度99.95%的三氧化钼。氧化钼的制取还可采用升华法,将焙砂在900~1000℃下加热,三氧化钼因蒸气压较高不断挥发,经布袋收尘器收集后,得到纯度大于99%的三氧化钼细粉。利用此法也可处理金属钼废料以回收钼。
金属钼粉的生产
在管状电炉中用氢还原三氧化钼。工业生产还原过程分两步:先在450~650℃下将MoO3还原成MoO2,再在900~950℃下将MoO2还原成钼粉。MoO3还可用碳还原成钼粉,但纯度较差。
致密钼的制取
①粉末冶金法,是将钼粉用酒精甘油溶液润湿混合,在压力约3吨力/厘米2下压制成坯条或坯块。将坯条在氢气氛中于1100~1200℃下预烧结,随后把电流直接通入坯条,使之加热到2200~2400℃进行高温垂熔(即高温烧结,见钨),得致密金属钼(第三届全国有金属冶炼化工工程技术交流会暨成果展示会)坯条。②熔铸法,一般是将已烧结的钼条进行真空自耗电弧重熔,可以得到重达数吨的钼锭。为了制取高纯钼锭,可采用真空电子束熔炼法和区域熔炼法。
难熔金属是指熔点高于1650℃的金属元素,也是指那些在高温的环境下不易熔化的金属,其除了有金属钨(W)和铌(Nb)元素之外,还包括钼(Mo)、钛(Ti)、钒(V)、钽(Ta)等。据中钨在线了解,钼的熔点高达2620℃,在目前的自然界单质中排名第六。
难熔金属钼也是一种过渡金属元素,英文名为Molybdenum,化学符号Mo,相对原子质量95.95,原子序数为42,位于元素周期表第5周期、第VIB族,原子体积9.4cm3/mol,原子半径139pm,电负性2.16,电子排布[Kr]4d55s1。注:Mo4+半径为68 pm,Mo半径为65pm。
从结构上来看,难熔金属钼的晶体结构为Az型体心立方晶系。在常温且杂质含量一定的情况下,钼的晶格参数在0.31467~0.31475nm之间。由于钼的原子排列比普遍金属的更加紧密,所以其原子半径更小,这也使得钼原子之间的结合力更强,需要更高的能量才能使钼原子之间彼此脱离。
废钼回收的质量标准与检测技术
回收钼的品质直接影响其应用价值。国际通用标准(如ASTM B387)规定钼粉纯度需达99.95%以上,关键杂质(如碳、氧)含量需低于0.01%。检测手段包括X射线荧光光谱(XRF)分析成分、激光粒度仪测定粉末细度。对于合金废料,还需通过金相显微镜观察组织结构。严格的质检是保障下游客户(如半导体厂商)信任的关键,部分高端应用甚至要求提供从废料到成品的全程溯源报告。