Procesamiento de molibdeno, preparación del mineral para su uso en diversos productos.
El molibdeno (Mo) es un metal blanco tipo platino con un punto de fusión de 2.610 ° C (4.730 ° F). En su estado puro, es resistente y dúctil y se caracteriza por una dureza moderada, alta conductividad térmica, alta resistencia a la corrosión y un bajo coeficiente de expansión. Cuando se alea con otros metales, el molibdeno promueve la templabilidad y la tenacidad, aumenta la resistencia a la tracción y la resistencia a la deformación, y generalmente promueve una dureza uniforme. Pequeñas cantidades de molibdeno (de 1 por ciento o menos) mejoran significativamente la resistencia a la abrasión, las propiedades anticorrosivas y la resistencia a la alta temperatura y la tenacidad del material de la matriz. Por lo tanto, el molibdeno es un agente de adición vital en la fabricación de aceros y superaleaciones no ferrosas altamente sofisticadas.
Dado que el átomo de molibdeno tiene el mismo carácter que el de tungsteno pero solo la mitad de su peso atómico y densidad, reemplaza ventajosamente al tungsteno en aceros aleados, lo que permite lograr el mismo efecto metalúrgico con la mitad de la cantidad de metal. Además, dos de sus anillos electrónicos externos están incompletos; Esto le permite formar compuestos químicos donde el metal es di-, tri-, tetra-, penta- o hexavalente, lo que hace posible una amplia variedad de productos químicos de molibdeno. Este también es el factor esencial en sus considerables propiedades catalíticas.
Historia
Aunque el metal era conocido por las culturas antiguas, y sus formas minerales se confundieron con el grafito y la galena de plomo durante al menos 2.000 años, el molibdeno no se descubrió e identificó formalmente hasta 1778, cuando el químico y farmacéutico sueco Carl Wilhelm Scheele produjo óxido de molibdeno. atacando molibdenita pulverizada (MoS 2) con ácido nítrico concentrado y luego evaporando el residuo a sequedad. Siguiendo la sugerencia de Scheele, otro químico sueco, Peter Jacob Hjelm, produjo el primer molibdeno metálico en 1781 calentando una pasta preparada a partir de óxido de molibdeno y aceite de linaza a altas temperaturas en un crisol. Durante el siglo XIX, el químico alemán Bucholtz y el sueco Jöns Jacob Berzelius exploraron sistemáticamente la compleja química del molibdeno, pero no fue sino hasta 1895 que un químico francés, Henri Moissan, produjo el primer metal de molibdeno químicamente puro (99.98 por ciento) reduciendo con carbono en un horno eléctrico, lo que permite realizar investigaciones científicas y metalúrgicas en el metal y sus aleaciones.
En 1894, un fabricante de armas francés, Schneider SA, introdujo el molibdeno en el blindaje en sus obras en Le Creusot. En 1900, dos ingenieros estadounidenses, FW Taylor y P. White, presentaron los primeros aceros de alta velocidad a base de molibdeno en la Exposición Universal de París. Simultáneamente, Marie Curie en Francia y JA Mathews en los Estados Unidos usaron molibdeno para preparar imanes permanentes. Pero no fue hasta que la Primera Guerra Mundial provocó una grave escasez de tungsteno que el molibdeno se usó a gran escala para fabricar armas, blindaje y otros equipos militares. En la década de 1920, las aleaciones con molibdeno tuvieron sus primeras aplicaciones en tiempos de paz, inicialmente en la fabricación de automóviles y luego en aceros inoxidables. En la década siguiente obtuvieron aceptación en los aceros de alta velocidad, y después de la Segunda Guerra Mundial se utilizaron en la aviación, particularmente en motores a reacción, que tuvieron que soportar altas temperaturas de operación. Más tarde, su uso se expandió a misiles. Además de los aceros aleados, el molibdeno se usa en superaleaciones, productos químicos, catalizadores y lubricantes.
Minerales
El único mineral comercialmente viable en la producción de molibdeno es su bisulfuro (MoS 2), que se encuentra en la molibdenita. Casi todos los minerales se recuperan de depósitos diseminados por pórfidos. Estos son depósitos primarios de molibdeno o depósitos complejos de cobre-molibdeno a partir de los cuales el molibdeno se recupera como coproducto o subproducto. Los depósitos primarios, que contienen entre 0.1 y 0.5 por ciento de molibdeno, son extensos. Las porfirias de cobre también son depósitos muy grandes, pero su contenido de molibdeno varía entre 0.005 y 0.05 por ciento. Aproximadamente el 40 por ciento del molibdeno proviene de minas primarias, y el otro 60 por ciento es un subproducto de cobre (o, en algunos casos, tungsteno).
Alrededor del 64 por ciento de los recursos recuperables se encuentran en América del Norte, y Estados Unidos representa dos tercios de ellos. Otro 25 por ciento se encuentra en América del Sur, y el saldo se encuentra principalmente en Rusia, Kazajstán, China, Irán y Filipinas. Europa, África y Australia son muy pobres en minerales de molibdeno. Los mayores productores de molibdeno incluyen China, Estados Unidos, Chile, Perú, México y Canadá.
Minería y concentración
Las porfirias de molibdeno y cobre-molibdeno se extraen a cielo abierto o por métodos subterráneos. Una vez que el mineral ha sido triturado y molido, los minerales metálicos se separan de los minerales de las ganga (o el molibdeno y el cobre entre sí) mediante procesos de flotación, utilizando una amplia variedad de reactivos. Los concentrados contienen entre 85 y 92 por ciento de MoS 2 y pequeñas cantidades de cobre (menos del 0.5 por ciento) si el molibdeno se recupera como un subproducto del cobre.
Extracción y refinación.
Óxido de molibdeno técnico
Alrededor del 97 por ciento de MoS 2 debe convertirse en óxido de molibdeno técnico (85-90 por ciento de MoO 3) para llegar a su destino comercial. Dicha conversión se lleva a cabo casi universalmente en hornos de hogar múltiple tipo Nichols-Herreshoff, en los cuales el concentrado de molibdenita se alimenta desde la parte superior contra una corriente de aire calentado y gases soplados desde el fondo. Cada hogar tiene cuatro brazos refrigerados por aire rotados por un eje refrigerado por aire; los brazos están equipados con cuchillas que rastrillan el material hacia afuera o hacia el centro del tostador, donde el material cae al siguiente hogar. En el primer hogar, el concentrado se precalienta y los reactivos de flotación se encienden, iniciando la transformación de MoS 2 en MoO 3. Esta reacción exotérmica, que continúa e intensifica en los siguientes hogares, se controla mediante el ajuste del oxígeno y mediante pulverizaciones de agua que enfrían el horno cuando es necesario. La temperatura no debe elevarse por encima de 650 ° C (1.200 ° F), el punto en el que el MoO 3 se sublima o vaporiza directamente desde el estado sólido. El proceso finaliza cuando el contenido de azufre de las calcinas cae por debajo del 0.1 por ciento.
Óxido de molibdeno químicamente puro
El óxido de molibdeno técnico se convierte en briquetas que se alimentan directamente a hornos para fabricar aceros aleados y otros productos de fundición. También se usan para fabricar ferromolibdeno (ver más abajo), pero si se desean productos de molibdeno más purificados, como productos químicos de molibdeno o molibdeno metálico, entonces el MoO 3 técnico debe refinarse a MoO 3 químicamente puro por sublimación. Esto se lleva a cabo en retortas eléctricas a temperaturas entre 1.200 y 1.250 ° C (2.200 y 2.300 ° F). Los hornos consisten en tubos de cuarzo enrollados con elementos calefactores de alambre de molibdeno, que están protegidos de la oxidación mediante una mezcla de pasta de ladrillo refractario y carbón vegetal. Los tubos están inclinados 20 ° desde la horizontal y rotados. Los vapores sublimados son barridos de los tubos por aire y recogidos por campanas que conducen a bolsas de filtro. Se recogen dos fracciones separadas. El primero corresponde a la vaporización del 2-3% inicial de la carga y contiene la mayoría de las impurezas volátiles. La última fracción es el MoO 3 puro. Esto debe ser 99.95 por ciento puro para ser adecuado para la fabricación de molibdato de amonio (ADM) y molibdato de sodio, que son materiales de partida para todo tipo de productos químicos de molibdeno. Estos compuestos se obtienen haciendo reaccionar MoO 3 químicamente puro con amoniaco acuoso o hidróxido de sodio. El molibdato de amonio, en forma de cristales blancos, analiza 81 a 83 por ciento de MoO 3, o 54 a 55 por ciento de molibdeno. Es soluble en agua y se utiliza para la preparación de productos químicos y catalizadores de molibdeno, así como polvo de molibdeno metálico.
Metal molibdeno
La producción de molibdeno metálico a partir de MoO 3 puro o ADM se lleva a cabo en tubos calentados eléctricamente u hornos de mufla, en los que se introduce gas hidrógeno como contracorriente contra la alimentación. Por lo general, hay dos etapas en las que el MoO 3 o ADM se reduce primero a un dióxido y luego a un polvo metálico. Las dos etapas pueden llevarse a cabo en dos hornos diferentes con enfriamiento entre ellas, o puede emplearse un horno de dos zonas. (A veces, se utiliza un proceso de tres etapas que comienza a una temperatura baja de 400 ° C, o 750 ° F, para evitar una reacción incontrolada y evitar la sinterización). En el proceso de dos etapas, dos hornos de mufla largos con molibdeno. Se pueden utilizar elementos calefactores de alambre. La primera reducción se lleva a cabo en “botes” de acero dulce que contienen de 5 a 7 kilogramos (10 a 15 libras) de óxido, que se alimentan a intervalos de 30 minutos. La temperatura del horno es 600–700 ° C (1,100–1,300 ° F). El producto del primer horno se divide y se alimenta a la misma velocidad en botes de níquel a un segundo horno que funciona a 1,000–1,100 ° C (1,800–2,000 ° F), después de lo cual se tamiza el polvo metálico. El polvo más puro, que contiene 99.95 por ciento de molibdeno, se obtiene por reducción de ADM.
Debido a su punto de fusión extremadamente alto, el molibdeno no puede fundirse en lingotes de alta calidad mediante procesos convencionales. Sin embargo, se puede fundir fácilmente en un arco eléctrico. En uno de estos procesos, desarrollado por Parke y Ham, el polvo de molibdeno se presiona continuamente en una varilla, que se sinteriza parcialmente por resistencia eléctrica y se funde al final en un arco eléctrico. El molibdeno fundido se desoxida por el carbono agregado al polvo, y se moldea en un molde de cobre refrigerado por agua.
