مولیبدن (Mo): خواص، کاربردها و هر آنچه باید درباره این فلز آلیاژی بدانید

مولیبدن، که اغلب به آن "مولی" هم گفته می‌شود، به عنوان یک عامل آلیاژی ارزشمند در فولادهای ساختمانی و ضد زنگ شناخته می‌شود. دلیل این محبوبیت، استحکام بالا، مقاومت در برابر خوردگی، حفظ شکل و عملکرد مطلوب در دماهای بالاست. به عبارت دیگر، مولیبدن به فولادهای آلیاژی ویژگی‌های منحصربه‌فردی می‌بخشد که آن‌ها را برای کاربردهای گوناگون مناسب می‌سازد.

استفاده از مولیبدن در فولاد، باعث افزایش سختی‌پذیری و جوش‌پذیری آن نیز می‌شود. به همین دلیل، فولادهای مولیبدن‌دار در صنایعی که نیاز به مقاومت بالا و دوام طولانی‌مدت دارند، کاربرد فراوانی دارند.

مولیبدن با بهبود خواص مکانیکی و شیمیایی فولاد، نقش مهمی در افزایش عمر مفید و کارایی سازه‌های فولادی ایفا می‌کند.

ویژگی‌های کلیدی مولیبدن

مولیبدن (Mo) یک فلز واسطه با ویژگی‌های منحصر به فرد است که در صنایع مختلف کاربرد دارد. در ادامه، به برخی از مهم‌ترین خواص فیزیکی این عنصر اشاره می‌کنیم:

• نماد اتمی: Mo
• عدد اتمی: 42
• دسته عنصری: فلز واسطه
• چگالی: 10.28 گرم بر سانتی‌متر مکعب
• نقطه ذوب: 2623 درجه سانتی‌گراد
• نقطه جوش: 4639 درجه سانتی‌گراد
• سختی موس: 5.5

این ویژگی‌ها، مولیبدن را به یک انتخاب مناسب برای کاربردهایی تبدیل می‌کنند که نیازمند استحکام بالا، مقاومت در برابر حرارت و خوردگی هستند. به عنوان مثال، فولادهای آلیاژی حاوی مولیبدن در ساخت قطعات موتور، ابزارهای برش و تجهیزات صنایع شیمیایی به کار می‌روند.

ویژگی‌های برجسته مولیبدن و تاثیر آن بر فولاد

مولیبدن، همانند سایر فلزات دیرگداز، چگالی و نقطه ذوب بالایی دارد و در برابر حرارت و سایش بسیار مقاوم است. نقطه ذوب بالای آن (2623 درجه سانتیگراد) در میان فلزات منحصر به فرد است، و ضریب انبساط حرارتی پایین آن، مولیبدن را به ماده‌ای ایده‌آل برای کاربردهای مهندسی تبدیل کرده است. علاوه بر این، مولیبدن سمیت بسیار پایینی دارد.

وقتی مولیبدن به فولاد اضافه می‌شود، از شکنندگی آن کاسته و در عین حال، استحکام، سختی‌پذیری، جوش‌پذیری و مقاومت در برابر خوردگی را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد. این ویژگی‌ها باعث می‌شوند فولادهای مولیبدن‌دار در شرایط سخت و محیط‌های خورنده عملکرد بهتری داشته باشند. به همین دلیل، از مولیبدن در تولید انواع فولادهای آلیاژی با کاربردهای خاص استفاده می‌شود.

تاریخچه مولیبدن: از آزمایشگاه تا بورس فلزات

مولیبدن برای اولین بار در سال 1782 توسط پیتر یاکوب هیلم در آزمایشگاه جداسازی شد. این عنصر تا قرن بعد بیشتر در آزمایشگاه‌ها باقی ماند، تا اینکه آزمایش‌های فزاینده بر روی آلیاژهای فولادی، خواص تقویت‌کننده مولیبدن را آشکار ساخت.

در اوایل قرن بیستم، تولیدکنندگان فولاد زرهی شروع به جایگزینی تنگستن با مولیبدن کردند. اما اولین کاربرد عمده مولیبدن به عنوان افزودنی در رشته‌های تنگستنی لامپ‌های رشته‌ای بود، که در همان دوره محبوبیت فزاینده‌ای داشتند.

کمبود تنگستن در طول جنگ جهانی اول، منجر به افزایش تقاضا برای مولیبدن در فولادها شد. این تقاضا منجر به اکتشاف منابع جدید و در نتیجه کشف رسوبات Climax در کلرادو در سال 1918 شد.

پس از جنگ، تقاضای نظامی کاهش یافت، اما ظهور صنعت جدید - خودرو - تقاضا برای فولادهای با استحکام بالا حاوی مولیبدن را افزایش داد. تا پایان دهه 1930، مولیبدن به طور گسترده به عنوان یک ماده فنی و متالورژیکی پذیرفته شد.

اهمیت مولیبدن در فولادهای صنعتی منجر به ظهور آن به عنوان یک کالای سرمایه‌گذاری در اوایل قرن بیست و یکم شد، و در سال 2010 بورس فلزات لندن (LME) اولین قراردادهای آتی مولیبدن خود را معرفی کرد.

فرآیند تولید مولیبدن: از معدن تا فلز

مولیبدن اغلب به عنوان محصول جانبی یا فرعی تولید مس به دست می‌آید، اما معدود معادنی نیز وجود دارند که مولیبدن را به عنوان محصول اصلی تولید می‌کنند.

تولید اولیه مولیبدن منحصراً از مولیبدنیت (MoS2)، یک سنگ معدن سولفیدی، استخراج می‌شود که محتوای مولیبدن آن بین 0.01 تا 0.25٪ است.

فلز مولیبدن از اکسید مولیبدیک (MoO3) یا مولیبدات آمونیوم از طریق فرآیند کاهش هیدروژن تولید می‌شود. اما برای استخراج این محصولات واسطه از سنگ معدن مولیبدنیت، ابتدا باید آن را خرد و فلوتاسیون کرد تا سولفید مس از مولیبدنیت جدا شود.

سپس سولفید مولیبدن حاصل (MoS2) در دمای بین 500-600 درجه سانتیگراد (932-1112 درجه فارنهایت) تفت داده می‌شود تا کنسانتره مولیبدنیت بو داده (MoO3، که به آن کنسانتره فنی مولیبدن نیز گفته می‌شود) تولید شود. کنسانتره مولیبدنیت بو داده حداقل 57٪ مولیبدن (و کمتر از 0.1٪ گوگرد) دارد.

تصعید کنسانتره منجر به اکسید مولیبدیک (MoO3) می‌شود، که از طریق یک فرآیند کاهش هیدروژن دو مرحله‌ای، فلز مولیبدن را تولید می‌کند. در مرحله اول، MoO3 به دی‌اکسید مولیبدن (MoO2) کاهش می‌یابد. سپس دی‌اکسید مولیبدن از طریق لوله‌های جریان هیدروژن یا کوره‌های دوار در دمای 1000-1100 درجه سانتیگراد (1832-2012 درجه فارنهایت) رانده می‌شود تا یک پودر فلزی تولید شود.

مولیبدن تولید شده به عنوان محصول جانبی مس از رسوبات پورفیری مس، مانند رسوب Bingham Canyon در یوتا، به عنوان دی‌سولفات مولیبدن در طول فلوتاسیون سنگ معدن مس پودری حذف می‌شود. کنسانتره برای تهیه اکسید مولیبدیک تفت داده می‌شود، که می‌تواند تحت همان فرآیند تصعید قرار گیرد تا فلز مولیبدن تولید شود.

بر اساس آمار USGS، کل تولید جهانی در سال 2009 تقریباً 221000 تن بوده است. بزرگترین کشورهای تولیدکننده چین (93000 تن)، ایالات متحده آمریکا (47800 تن)، شیلی (34900 تن) و پرو (12300 تن) بودند. بزرگترین تولیدکنندگان مولیبدن عبارتند از: Molymet (شیلی)، Freeport McMoran، Codelco، Southern Copper و Jinduicheng Molybdenum Group.

کاربردهای گسترده مولیبدن: از فولاد تا صنایع شیمیایی

بیش از نیمی از مولیبدن تولید شده در نهایت به عنوان عامل آلیاژی در انواع فولادهای ساختمانی و ضد زنگ مورد استفاده قرار می‌گیرد.

انجمن بین‌المللی مولیبدن تخمین می‌زند که فولادهای ساختمانی 35 درصد از کل تقاضای مولیبدن را تشکیل می‌دهند. مولیبدن به دلیل مقاومت در برابر خوردگی، استحکام و دوام، به عنوان یک افزودنی در فولادهای ساختمانی استفاده می‌شود. این فولادها که به ویژه در محافظت از فلزات در برابر خوردگی کلریدی مفید هستند، در طیف گسترده‌ای از کاربردهای محیط‌های دریایی (به عنوان مثال، سکوهای نفتی دریایی)، و همچنین خطوط لوله نفت و گاز استفاده می‌شوند.

فولادهای ضد زنگ 25 درصد دیگر از تقاضای مولیبدن را به خود اختصاص می‌دهند، که ارزش توانایی این فلز در تقویت و مهار خوردگی را نشان می‌دهد. فولادهای ضد زنگ علاوه بر بسیاری از کاربردهای دیگر، در کارخانه‌های داروسازی، شیمیایی و خمیر و کاغذ، کامیون‌های تانکر، تانکرهای اقیانوس‌پیما و کارخانه‌های نمک‌زدایی استفاده می‌شوند.

فولادهای تندبر و سوپرآلیاژها از مولیبدن برای افزایش استحکام، سختی و مقاومت در برابر سایش و تغییر شکل در دماهای بالا استفاده می‌کنند. فولادهای تندبر برای ساخت مته‌ها و ابزارهای برش استفاده می‌شوند، در حالی که سوپرآلیاژها در تولید موتورهای جت، توربوشارژرها، توربین‌های تولید برق و در کارخانه‌های شیمیایی و نفتی استفاده می‌شوند.

درصد کمی از مولیبدن برای افزایش استحکام، سختی، تحمل دما و فشار چدن و فولادها استفاده می‌شود که در موتورهای خودرو (به طور خاص برای ساخت سرسیلندرها، بلوک‌های موتور و منیفولدهای خروجی) استفاده می‌شوند. این امر به موتورها اجازه می‌دهد تا داغ‌تر کار کنند و در نتیجه، آلایندگی را کاهش دهند.

فلز مولیبدن با خلوص بالا در طیف وسیعی از کاربردها از پوشش‌های پودری تا سلول‌های خورشیدی و پوشش نمایشگرهای تخت استفاده می‌شود.

حدود 10-15 درصد از مولیبدن استخراج شده به محصولات فلزی تبدیل نمی‌شود، بلکه در مواد شیمیایی، اغلب در کاتالیزورها برای پالایشگاه‌های نفت استفاده می‌شود.