Физико-механические свойства молибдена

Дробная атомная масса свидетельствует о наличии изотопов, у молибдена их 7. Отсутствие полиморфных превращений, высокие значения температуры плавления, модуля упругости и теплопровод­ности при относительно невысокой плотности и низком коэффици­енте термического расширения молибдена привлекают к нему все большее внимание конструкторов и разработчиков жаропрочных сплавов для новой техники.

Около 80 % добываемого молибдена применяется в черной метал­лургии для производства легированных сталей. В стали молибден вводят в твердый раствор и, частично, в состав сложного карбида молибдена и железа. Обычно его вводят вместе с другими легирую­щими добавками - хромом, никелем и ванадием: причем, в конструк­ционных сталях содержание молибдена не превышает 0,5 %, а в быс­трорежущих сталях, где он заменяет вольфрам, доходит до 7,5...8,5%. В сталях для штампов содержание молибдена колеблется от 1 до 1,5 %, в нержавеющих хромоникелевых сталях - от 2 до 4 %.

Молибден существенно улучшает свойства стали, придавая ей одно­родную мелкозернистую структуру. Понижая температуру эвтектоидного распада стали, молибден расширяет температурный интервал за­калки и отпуска и влияет на глубину прокаливаемости стали. Молибден повышает механические свойства стали - предел упругости, сопротив­ление износу и удару. Одно из наиболее ценных свойств молибдена - его способность устранять хрупкость при отпуске хромоникелевой стали.

Молибден применяют также для легирования чугуна. Введение в чугун 0,2...0,5 % его уменьшает размер зерна серого чугуна, улучшает его свойства при высокой температуре и износоустойчивость. Из кремне­молибденового чугуна изготавливают кислотостойкую аппаратуру.

Молибден вводят в состав ряда кислостойких и жаропрочных сплавов, в которых он сочетается главным образом с никелем, ко­бальтом и хромом. Большинство жаростойких сплавов, одновремен­но коррозионностойких, содержит 20...30 % Сr и 1...7 % Мо. В наибо­лее кислотостойких сплавах, сопротивляющихся действию всех мине­ральных кислот, кроме плавиковой, содержание молибдена достигает 15...20 %, остальные компоненты - никель, кобальт, хром, железо.

Молибден хорошо прокатывается в тонкие листы толщиной 0,1...0,2 мм, которые применяют для изготовления анодов генера­торных ламп и кенотронов. Пластинки молибдена служат также для изготовления рентгеновских трубок.

Молибденовую проволоку и ленту используют в качестве нагрева­телей в высокотемпературных электрических печах, в паре с вольфрамо­вой применяют для изготовления термопар, пригодных для измерения температуры 1200...2000 °С в инертной или восстановительной среде.

Для предохранения деталей из молибдена от окисления при высо­ких температурах применяют покрытия силицидом молибдена, спла­вами никеля с хромом, в также некоторые другие способы защиты.

Молибден может служить в качестве конструкционного материа­ла в энергетических ядерных реакторах, так как он сочетает прочность при высоких температурах со сравнительно малым сечением захвата тепловых нейтронов.

Крупные стержни молибдена (длиной 1 м, диаметром 30...40 мм) в последние годы стали применять в качестве нагревателей (элект­родов) в печах для плавки стекла. Молибден практически не реаги­рует с расплавленным стеклом. Мешалки и другие детали, предназ­наченные для варки стекла, также изготавливают из молибдена.

9.5.3. МИНЕРАЛЫ, РУДЫ И РУДНЫЕ КОНЦЕНТРАТЫ

Известно около 20 минералов молибдена, из которых промышлен­ное значение имеют четыре: молибденит МоS₂, повеллит СаМоO₄, молибдит Fе₃(МоO₄)3∙J1/2 Н₂O и вульфенит РbМоO₄. За исключением молибденита, все они - вторичные минералы, образовавшиеся вслед­ствие выветривания первичного минерала - молибденита.

Молибденит MoS₂ - самый распространенный и наиболее промышленно важный минерал молибдена. Это мягкий, свинцово-се­рого цвета минерал с металлическим блеском. Плотность его - 4100...4800 кг/м³. Минерал имеет гексагональную кристаллическую решет­ку слоистого типа. Слои ионов молибдена, расположенные между дву­мя слоями ионов серы, образуют трехслойные упаковки. При нагре­вании на воздухе до 500...600 °С минерал легко окисляется до МоO₂.

Повеллит СаМо0₄ чаще встречается как вторичный минерал - продукт окисления молибденита, поэтому он покрывает его в виде тонких пленок. Цвет повеллита варьируется от белого до серого, плот­ность - 4350...4520 кг/м³.

Молибдит Fе(МоO₄)₃∙nН₂0, образующийся при выветривании молибденита, часто встречается вместе с последним в зоне окисле­ния месторождения молибденита. Состав молибдита непостоянен, поэтому его иногда выражают общей формулой Fе₂O₃∙МоO₃∙2Н₂0. Может служить значительным источником получения молибдена.

Вульфенит РbМоO₄ встречается в зонах окисления свинцовых месторождений. В зависимости от содержания примесей минерал может быть окрашен в желтый, ярко-красный, оливково-зеленый или сероватый цвета. Плотность минерала 6700...7000 кг/м³. В настоя­щее время промышленное значение этого минерала невелико.

Молибден принадлежит к малораспространенным элементам. Сред­нее содержание его в земной коре - 3∙10^-4 % (по массе). Эксплуатируются руды, содержащие десятые и даже сотые доли процента молибдена.

Различают несколько типов молибденовых руд:

1. Простые кварцево-молибденовые, в которых молибденит за­легает в кварцевых жилах.

2. Кварцево-молибдено-вольфрамовые руды, содержащие наря­ду с молибденитом вольфрамит.

3. Скарные. В рудах этого типа молибденит часто с шилитом и некоторыми сульфидами (пирит, халькопирит) залегает в кварцевых жилах, заполняющих трещины в скарных (окремненных) известняках.

4. Медно-молибденовые, в которых молибденит сочетается с сульфидами меди и железа.

Наиболее значительные месторождения молибденовых руд сосредоточены в западной части США, Мексике, Чили, юго-вос­точной части Канады, южной Норвегии и восточных штатах Авст­ралии. В бывшем Советском Союзе эксплуатировался ряд место­рождений молибденовых руд, обеспечивающих потребность оте­чественной промышленности в молибдене: на Северном Кавказе и Закавказье, в Красноярском крае и других районах.

9.5.4. СПОСОБЫ ПЕРЕРАБОТКИ

МОЛИБДЕНОВЫХ КОНЦЕНТРАТОВ

Обогащают молибденсодержащие руды почти исключительно методами флотации. Молибденитовые концентраты подвергают окислительному отжигу, в результате которого получают огарок, состоящий из трехокиси молибдена, загрязненной рядом примесей. Огарок затем поступает на выплавку ферромолибдена или на получение чистых соединений молибдена, важнейшее из которых – трехокись молибдена. Обжиг молибденитовых концентратов проводят в многоподовых печах с механическим перегреванием в печах кипящего слоя.

Относительно низкая температура кипения трехокиси молибде­на (1 155 °С) послужила основой для разработки промышленной тех­нологии получения чистой трехокиси молибдена из молибденовых огарков возгонкой. Способ применяется на заводах США и Австра­лии. Его преимущества состоят в возможности получения чистой трехокиси молибдена по короткой технологической схеме.

Трехокись молибдена может быть восстановлена до металла водородом, углеродом и углеродсодержащими газами, а также алю­минием и кремнием, то есть металлотермическим методом.

Промышленный способ производства чистого порошкообразно­го молибдена, превращаемого затем в компактный металл, состоит в восстановлении трехокиси молибдена водородом. Компактный мо­либден получают способом порошковой металлургии и способом ду­говой и электроннолучевой плавки.

При получении сравнительно небольших заготовок (штабиков) сечением 2...16 см² и длиной 450...600 мм порошки молибдена прессу­ют в стальных пресс-формах под давлением 2...3 т/см² на гидравли­ческом прессе. Крупные молибденовые заготовки массой 100...120 кг. формуют методом гидростатического прессования. Для производства более крупных заготовок молибдена массой до 2 000 кг (для прокат­ки листов большого размера, труб и других изделий) применяют ва­куумную плавку молибдена в дуговых и электроннолучевых печах.

В результате электроннолучевой плавки молибден очищается от подавляющей части примесей, в частности от О, N, Fe, Са, Ni, Мп, Со.

Электроннолучевая плавка уменьшает содержание примесей кислорода, азота и углерода до пределов, близких к их растворимости в твердом молибдене, что устраняет выделение оксида, нитрида и карби­да на межкристаллитных границах и снижает порог перехода молибде­на из пластичного состояния в хрупкое до комнатной температуры.

Механические свойства молибдена зависят от чистоты металла и способа производства. Примеси кислорода, азота и углерода понижа­ют пластичность и разрушающее напряжение, но влияние элементов внедрения может быть частично нейтрализовано соответствующей термомеханической обработкой или легированием, или тем и другим од­новременно. Механические свойства молибдена приведены в табл. 47.

Таблица 47