Metallo di molibdeno
Il molibdeno è un metallo bianco-argenteo duttile e altamente resistente alla corrosione. Ha uno dei punti di fusione più alti di tutti gli elementi puri: solo gli elementi tantalio e tungsteno hanno punti di fusione più alti. Il molibdeno è anche un micronutriente essenziale per la vita.
Vantaggi del metallo molibdeno
Punto di incontro alto:
Il molibdeno ha uno dei punti di fusione più elevati tra tutti i metalli, il che lo rende adatto ad applicazioni ad alte temperature.
Elevata resistenza e durezza:
Il molibdeno è un metallo con un'eccellente resistenza alla trazione e durezza, caratteristiche che lo rendono ideale per l'impiego in componenti che richiedono resistenza e durata.
Basso coefficiente di dilatazione termica:
Il molibdeno ha un coefficiente di dilatazione termica inferiore rispetto alla maggior parte dei metalli, il che aiuta a mantenere la sua forma e integrità anche ad alte temperature.
Buona conduttività elettrica e termica:
Il molibdeno è un ottimo conduttore di calore ed elettricità e viene spesso utilizzato nei componenti elettronici come transistor e diodi.
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Il metallo molibdeno (Mo) è il 42° elemento della tavola periodica. È un metallo argenteo e ha il sesto punto di fusione più alto tra tutti gli elementi, dimostrando i suoi potenziali utilizzi in edilizia e nei metalli.
Il molibdeno fu scoperto da Carl Welhelm Scheele, un chimico svedese, nel 1778 in un minerale noto come molibdenite (MoS2) che era stato confuso con un composto di piombo. Il molibdeno fu isolato da Peter Jacob Hjelm nel 1781. Oggi, la maggior parte del molibdeno si ottiene da molibdenite, wulfenite (PbMoO4) e powellite (CaMoO4). Questi minerali si trovano solitamente insieme a minerali di stagno e tungsteno. Il molibdeno si ottiene anche come sottoprodotto dell'estrazione e della lavorazione di tungsteno e rame.
Per oltre un secolo non ci fu alcun uso praticabile del metallo molibdeno. Ciò era dovuto alla sua scarsità e alla difficoltà di acquisire ed estrarre l'elemento puro. Le prime leghe di acciaio al molibdeno mostravano grandi promesse nella loro maggiore durezza, ma gli sforzi per produrle su larga scala furono ostacolati da risultati incoerenti e da una tendenza alla fragilità e alla ricristallizzazione. Nel 1913, Frank E. Elmore sviluppò un processo di flottazione per recuperare la molibdenite dai minerali; la flottazione rimane il principale processo di isolamento oggi.
Ha iniziato a diventare utile durante i periodi di guerra, quando il suo rapporto resistenza/peso superava di gran lunga qualsiasi altro elemento sul mercato. Durante la prima guerra mondiale, la domanda di molibdeno è aumentata drasticamente. Il molibdeno è stato utilizzato come corazza per carri armati (lastre di molibdeno spesse fino a 3") e altri veicoli militari e anche come sostituto del tungsteno negli acciai rapidi. Dopo la guerra, la sua domanda è diminuita e solo durante la seconda guerra mondiale ha svolto di nuovo un altro ruolo importante. Ma l'uso del molibdeno si è esteso a vari nuovi usi con lo sviluppo della tecnologia e ora svolge un ruolo fondamentale nell'edilizia e persino nell'agricoltura.
Il disolfuro di molibdeno (MoS2), uno dei composti del molibdeno, è utilizzato come lubrificante ad alta temperatura. Il triossido di molibdeno (MoO3), un altro composto del molibdeno, è utilizzato per far aderire gli smalti ai metalli. Altri composti del molibdeno includono: acido molibdico (H2MoO4), esafluoruro di molibdeno (MoF6) e fosfuro di molibdeno (MoP2).
Considerando il suo utilizzo nell'acciaio da costruzione, nell'acciaio per utensili e rapido e nella ghisa, più del 50% del molibdeno viene utilizzato nella produzione di acciaio legato e ferro di grado molibdeno. Tra i componenti chimici dell'uso del molibdeno, viene comunemente utilizzato come soppressore di fumo e, come detto, come lubrificanti, dove funziona eccezionalmente bene rispetto ad altri lubrificanti. L'uso del molibdeno è importante anche in agricoltura. Il molibdeno è un importante oligoelemento per piante e animali ed è un componente essenziale dell'enzima nitro-genasi che aiuta a convertire l'azoto atmosferico in ammoniaca. È particolarmente utile nella coltivazione del cavolfiore.
Il molibdeno è utilizzato principalmente come agente di lega nell'acciaio. Quando aggiunto all'acciaio in concentrazioni comprese tra 0.25% e 8%, il molibdeno forma acciai ad altissima resistenza che possono sopportare pressioni fino a 300,000 libbre per pollice quadrato. Il molibdeno migliora anche la resistenza dell'acciaio ad alte temperature. Quando legato al nichel, il molibdeno forma materiali resistenti al calore e alla corrosione utilizzati nell'industria chimica.
Applicazione del metallo molibdeno
Componente del forno a vuoto
La resistenza del metallo molibdeno e la sua stabilità chimica lo rendono ideale per lavori in condizioni di alta temperatura e alta pressione. È più facile ed economico da fabbricare rispetto ad altri metalli refrattari come il tantalio e il tungsteno. Inoltre, la sua pressione di vapore è ben al di sopra dell'intervallo di temperature creato in molti forni a vuoto, spesso inferiore a 1.500 gradi.
Le parti del forno a vuoto o ad alta temperatura realizzate in molibdeno includono, ma non sono limitate ai seguenti tipi:
● Crogioli: Crogiolo in Mo filato - Crogiolo in Mo sinterizzato - Crogiolo in Mo lavorato placcato - Crogiolo in Mo forgiato - Crogiolo in Mo saldato
● Portatori di carica, barche: telaio Mo–barca di ricottura Mo–vassoio Mo–portatore Mo–vassoio di sinterizzazione Mo-La
● Schermature: Schermatura Mo – Schermatura Mo-La – Schermatura composita W & Mo
● Fissaggio: Rondella metallica in molibdeno – Dadi in molibdeno
● Forni al silicio: cilindro di guida del flusso Mo – contrappeso Mo – gancio Mo
Zona calda del metallo
Il metallo molibdeno è spesso utilizzato in parti resistenti al calore e isolanti in zone calde completamente metalliche di forni a vuoto con temperature fino a 1500 gradi. I trattamenti termici per alcuni materiali richiedono ambienti estremamente puliti e ad alta pressione; la purezza e la stabilità del molibdeno resistono efficacemente o eliminano la contaminazione da carbonio e ossigeno. Le zone calde del metallo molibdeno includono, ma non sono limitate a:
● Camera di riscaldamento
● Forno di ricottura
● Forno per saldatura a diffusione
● Zona calda per KY
Produzione di semiconduttori
Nella produzione di semiconduttori, l'impianto ionico viene eseguito ad alte temperature in camere erosive riempite con gas reattivi e campi magnetici. In tali situazioni, i componenti in lega di molibdeno resistono alla reazione con i gas droganti e all'erosione del plasma. Il molibdeno assicura che gli atomi droganti siano creati con precisione e impiantati sul wafer di silicio. I componenti della sorgente ionica in molibdeno comportano minori costi di pulizia e manutenzione.
Molti componenti semiconduttori ed elettronici a base di molibdeno, tra cui, ma non solo:
● Sorgente ionica dell'attrezzatura per l'impianto ionico: Sorgente ionica - Piastra frontale - Piastra terminale - Morsetto del filamento - Filamento - Mod. repeller - Camera ad arco
● Componenti della guida d'onda
● Dissipatore di calore per imballaggi LED ed elettronici: substrato wafer di molibdeno per chip LED, dissipatore di calore MoCu, dissipatore di calore laminato CMC
Elettrodo di fusione del vetro
Il molibdeno è un metallo ideale per l'uso nella fusione di elettrodi. Gli elettrodi utilizzati nella fusione del vetro, ad esempio, devono resistere ad ambienti di lavorazione aggressivi e ad alta temperatura. La lenta velocità di erosione degli elettrodi di molibdeno e l'elevata resistenza allo scorrimento nel vetro fuso garantiscono danni trascurabili da instabilità chimica e dimensionale. Inoltre, l'elevata conduttività elettrica del molibdeno garantisce un elevato apporto di energia e produttività quando la corrente passa attraverso gli elettrodi.
Molibdeno Film sottile
Il film sottile di molibdeno è un componente di qualità superiore per schermi TFT-LCD, celle e pannelli solari, display touch panel e tecnologie correlate, grazie al suo basso coefficiente di dilatazione termica, all'elevata stabilità chimica e termica e all'eccellente conduttività elettrica.
Ad esempio, i film sottili di molibdeno vengono utilizzati per realizzare elettrodi di gate, drain e source di transistor a film sottile. Producono un elevato tasso di conversione in energia solare. Il foglio di molibdeno presenta anche un'eccellente stabilità termica, resistenza al calore e capacità di assorbimento delle radiazioni, rendendolo ideale come schermo antiradiazioni e componente centrale di un collimatore in apparecchiature CT. Inoltre, può essere utilizzato per realizzare barche per deposizione tramite vaporizzazione.
Proprietà fisiche e meccaniche del metallo molibdeno
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Proprietà fisiche del metallo molibdeno |
Proprietà meccaniche del molibdeno |
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Densità |
0.369 libbre/pollice3 |
Resistenza alla trazione |
150 (1035) ksi (Mpa)-RT |
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Punto di fusione |
4760 gradi F |
75 (515) ksi (Mpa) -500 gradi |
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Conduttività termica |
0.35 cal/cm2/cm grado /sec |
25 (175) ksi (Mpa)-1000 gradi |
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Calore specifico |
0.061 cal/gm/grado |
Allungamento |
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Dilatazione termica |
4,9 micro-pollici/grado x 10-6 |
Durezza |
230 giorni all'ora |
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Resistività elettrica |
5,17 microohm cm |
Moduli di elasticità |
45000 ksi |
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Temperatura di ricristallizzazione |
1100 gradi |
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Competenze nella lavorazione del metallo molibdeno
Lavorazione del metallo molibdeno
Macinazione del minerale estratto mediante frantumazione e macinazione
I mulini a sfere o a barre frantumano e macinano il minerale estratto in particelle fini, liberando la molibdenite dalla ganga (roccia senza valore).
Un'ulteriore macinazione a sfere riduce il materiale alla consistenza di una cipria.
Galleggiamento
La polvere di minerale/ganga macinata viene miscelata con un liquido e aerata attraverso bolle d'aria nella fase di flottazione. Il minerale meno denso sale nella schiuma per essere raccolto, mentre la ganga più pesante affonda per essere scartata. La flottazione separa i minerali metallici dalla ganga in questo modo e, nel caso di minerali di rame/molibdeno, separa la molibdenite dal solfuro di rame.
Il concentrato di MoS2 risultante contiene tra l'85 e il 92% di MoS2. Un ulteriore trattamento mediante lisciviazione acida dissolve impurità come rame e piombo, se necessario.
Arrostire
La tostatura in aria a temperature comprese tra 500 e 650 gradi converte il concentrato di MoS2 in concentrato di molibdenite tostata (MoO3) (noto anche come ossido di molibdeno tecnico o ossido tecnologico) tramite le seguenti reazioni chimiche:
2MoS2 + 7O2 → 2MoO3 + 4SO2
MoS2 + 6MoO3 → 7MoO2 + 2SO2
2MoO2 + O2 → 2MoO3
I roaster sono forni a focolare multilivello, in cui i concentrati di molibdenite si muovono dall'alto verso il basso contro una corrente di aria calda e gas soffiati dal basso. L'immagine mostra uno dei livelli di un tipico roaster. Grandi rastrelli rotanti muovono il concentrato di molibdenite per promuovere la reazione chimica. I sistemi di desolforazione come gli impianti di acido solforico o gli scrubber di calce rimuovono l'anidride solforosa dai gas di scarico del roaster.
Il concentrato di molibdenite tostata risultante contiene in genere almeno il 57% di molibdeno e meno del 0,1% di zolfo.
Recupero del renio
Alcuni dei concentrati di molibdenite derivati dalle miniere di rame contengono piccole quantità (<0.10%) of rhenium. Molybdenum roasters equipped to recover rhenium are one of the principal commercial sources for this rare metal.
Fusione del ferromolibdeno
Tra il 30 e il 40% della produzione tecnica di ossido di Mo viene ulteriormente trasformata in ferromolibdeno (FeMo). L'ossido viene miscelato con ossido di ferro e ridotto dall'alluminio in una reazione di termite, producendo un lingotto di ferromolibdeno del peso di diverse centinaia di chilogrammi. Il prodotto contiene tra il 60 e il 75% di molibdeno e il resto è essenzialmente ferro. Dopo il raffreddamento ad aria, il lingotto viene frantumato e setacciato per soddisfare gli intervalli di dimensioni delle particelle di ferromolibdeno specificati.
Produzione chimica da ossido di molibdeno tecnico
Circa il 20% del concentrato di molibdenite tostata prodotto in tutto il mondo viene trasformato in una serie di prodotti chimici. L'aggiornamento viene eseguito:
Per sublimazione per produrre ossido molibdico puro (MoO3)
Attraverso processi chimici umidi per produrre un'ampia gamma di prodotti chimici di molibdeno puro (principalmente ossidi molibdici e molibdati)
Quest'ultima prevede la dissoluzione del concentrato tostato in un mezzo alcalino (idrossido di ammonio o sodio), seguita dalla rimozione delle impurità mediante precipitazione e filtrazione e/o estrazione con solvente. La soluzione di molibdato di ammonio risultante viene quindi convertita in uno qualsiasi di una serie di prodotti di molibdato mediante cristallizzazione o precipitazione acida. Questi possono essere ulteriormente elaborati mediante calcinazione in triossido di molibdeno puro.
Produzione di metallo molibdeno
Il molibdeno metallico si ottiene mediante riduzione con idrogeno dell'ossido molibdico puro o del molibdato di ammonio.
La riduzione chimica del triossido di molibdeno puro o del dimolibdato di ammonio a metallo richiede due fasi, perché la conversione diretta in metallo rilascia calore che inibisce il processo.
La prima fase di riduzione a MoO2 avviene a temperature comprese tra 450-650 gradi . La seconda fase, in cui il biossido di molibdeno viene ridotto a molibdeno metallico, avviene a temperature comprese tra 1,000-1,100 gradi . Storicamente, entrambe le fasi venivano eseguite spingendo "barche" cariche di polvere attraverso forni tubolari contenenti un'atmosfera di idrogeno fluente.
I forni rotativi, in cui la polvere viene alimentata in modo continuo attraverso un tubo inclinato rotante in un'atmosfera di idrogeno fluente, vengono utilizzati in alcune operazioni, principalmente in Asia, nelle operazioni di riduzione della prima fase, dove garantiscono una maggiore efficienza produttiva.
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