26 Апреля 2018

Молибден и рений - получение, свойства и применение двух близких по свойству металлов

Опубликовал К.В. Кулик

         На сегодняшний день можно выделить два металла, которые занимают особое место в современной технике, это молибден и рений. Они являются близкими по химическим свойствам элементами периодической системы и, в природе, рений, в основном, содержится в молибденовых и медно-молибденовых минералах. Рений изоморфно входит в кристаллическую решётку минерала молибденита (MoS2), содержание его в этом минерале колеблется от 0,0001 до 0,1%.

         Больше всего рения содержат руды молибденита, находящиеся в составе многих типов месторождений, содержащих медь и молибден.. Молибден слабо распространён в природе, в земной коре его содержится 3х10-4, что в сочетании с его высокой рассеянностью, создаёт особые трудности с его получением.

         Молибден и рений содержатся в руде молибдените с преобладанием в ней молибдена, но, не смотря на это, их всегда получают совместно и достаточно эффективно, с помощью современных технологий. Из молибденита получают подавляющую часть молибдена и почти весь рений.

         Молибден на 98% потребляет металлургия, для производства легированных сталей, а рений используется, в основном, при создании сплавов для современной космической и авиационной отраслей и значение их в современной индустрии крайне высоко.

         Одной из современных технологий для совместного получения молибдена и рения является плавка в газлифтной печи.

         Минерал молибденит измельчают в дробилках и мельницах, затем, подвергают обогащению флотацией, отделяя пустую породу и сопутствующие минералы. Процесс флотации совершается в две стадии. На первой стадии концентрация молибдена повышается в 3-4 раза, затем полученный концентрат сушат, ещё раз измельчают и подвергают вторичной флотации, что необходимо для повышения извлечения металла. Для получения 1т молибдена, необходимо переработать 200т руды с содержанием его в концентрате 85-90%. После обогащения флотацией, концентрат обезвоживают, сушат и подают на дальнейшую переработку.

         Существуют различные типы минерала молибденита, содержащие рений, из которых, получают молибденовый концентрат, содержащий до 50% молибдена и 420-450 г/т рения и, перспективным направлением его переработки является плавка в газлифтной печи.

         В этой технологии, по переработке молибденовых концентратов применяется окислительный обжиг в газлифтных печах специальной конструкции с получением черновой меди и оксидов молибдена и рения в черновом сплаве, из которого, затем, отгоняются оксиды молибдена и рения.

         Газлифтная плавильная печь представляет собой печной агрегат, состоящий из двух зон,плавильной и обеднительной. В плавильную зону подаются совместно медный и молибденовый концентраты, флюсы и топливо. С помощью дутья, при температуре до 400ОС, эту шихту расплавляют, доводят до температуры 700ОС и, после слива получаемой в этой зоне черновой меди, расплав передают в обеднительную зону. Туда же сливается шлак из плавильной зоны, а отходящие из плавильной зоны газы, содержащие 16% SO2, подают на процесс получения серы. В этой технологии черновая медь получается в одну стадию с извлечением 98%.

         В расплав, находящийся в обеднительной зоне, добавляют пирит FeS и молибденит MoS2,а затем, дутьём поднимают в ней температуру до 1000ОС . В этом процессе в обеднительной зоне отгоняются оксиды молибдена и рения MoO3 и Re2O7., которые являются исходным продуктом процесса для получения чистых металлов. Кроме чистых оксидов рения и молибдена, в обеднительной зоне получают оборотный штейн, отвальный шлак и отходящие газы16% SO2, которые затем также подают в процесс получения серы.

         Оксиды молибдена и рения, после отгонки из обеднительной зоны, оседают в газоходе в виде концентратов, содержащих эти металлы до 99,9% и, соответственно, извлечение чистых металлов из концентрата доходит до 99,5%.

         Эта технология позволяет в двух зонном печном агрегате осуществить в одну стадию переработку, совместно, медного и молибденового концентрата с получением черновой меди и молибденовых и рениевых концентратов, что более чем в три раза сокращает капитальные затраты и уменьшает эксплуатационные затраты, по сравнению с многостадийной технологией получения этих металлов. Утилизация отходящих сернистых газов, улучшает экономические показатели предприятия в целом.

         По запасам молибдена, наша страна занимает не высокое место в мире –2% (250 тысяч тонн), а по добыче этого металла мы занимаем 9-е место.

         Без современных технологий, получение рения и молибдена, имеющих огромное значение в передовых отраслях техники, в достаточных объёмах, не может быть осуществлено.

         Молибден, на 98% потребляет металлургия для производства легированных сталей и специальных сплавов, а рений используется, в основном, при создании сплавов для современной космической и авиационной отраслей и значение их в современной индустрии крайне высоко.

       Применение Молибдена

         Молибден, применяемый в металлургии для выплавки стали, используют в виде легирующих добавок, которые повышают её закаливаемость, создают в ней структуру мелкого зерна, увеличивают пластические, прочностные и износостойкие параметры, повышают ударную вязкость.

         Стали, легированные молибденом, бывают конструкционными общего назначения, когда на тонну стали применяют до10 кг молибдена и легированными : специальные нержавеющие, жаропрочные ( 70 кг Мо на 1 т стали), быстрорежущие (80 кг МО на 1 т стали).

         Конструкционные стали, легированные молибденом, применяются при производстве автомобилей, тракторов, в авиации, в производстве котлов и турбин. Закалённая пластичная и высокопрочная сталь используется для создания брони танков и пушечных стволов орудий.

         Во всём мире, почти половина металлического молибдена используется в производстве сплавов, и только четверть идёт на добавки в сталь.

         Стеллиты, сверхтвёрдые сплавы, изготавливаются с применением молибдена. Радиотехника и электротехническая отрасль, рентгеновские трубки и детали ядерной энергетики, всё это объекты применения молибдена.

         Около 5% металлического молибдена применяется в химической отрасли, при переработке нефти, в керамической и стекольной отраслях, при производстве текстиля, в медицине.

         Металлический молибден применяют при создании нагревателей, работающих в атмосфере чистого водорода при высоких температурах (до 1600ОС), в виде проката ленты или проволоки.

         Тонкий лист из молибдена применяют в радиоэлектронике в рентгеновских аппаратах, для изготовления корпусов рентгеновских трубок и электровакуумных электронных приборов.

         Особые трудности представляют изготовление и применение молибдена при производстве крупногабаритных слитков, которые применяются при изготовлении лопаток турбин авиационных двигателей, корпусов двигателей ракетной техники.

         В ядерной энергетике молибден применяется как конструкционный металл, сочетающий высокую механическую прочность, со свойством незначительного захвата тепловых нейтронов.

         В производстве стекла молибден используется в качестве материала электродов печей, перемешивающих устройств и других компонентов стекловаренных печей.

         При большом разбросе температур, для смазки трущихся поверхностей применяются химические соединения молибдена, а также они применяются в лакокрасочной отрасли для окраски тканей.

         Большое применение в медицине нашли сегодня сплавы молибдена с кобальтом для создания деталей суставов человека, в операциях по их замене

         Молибден, как элемент, содержится в составе растительных и животных организмов, являясь их неотъемлемой частью и участвует во всех процессах их роста и функционирования.

       Использование Рения

         Тугоплавкие свойства рения, так же как и молибдена, являются основными, при рассмотрении его как конструкционного материала.

         Рений является сегодня одним из самых важнейших металлов в индустрии авиации и космонавтики. Самолёты последних поколений летают на газотурбинных авиадвигателях, детали которых изготовлены с применением рения. Рений является одним из составных главных компонентов для получения суперсплавов—жаропрочных сплавов на основе никеля, эксплуатирующихся при температуре около 1200ОС.

         Сплавы рения с тугоплавкими металлами, вольфрамом, молибденом и танталом сохраняют высокую прочность и пластичность при температуре 2000 и даже 3000ОС и применяются для изготовления деталей двигателей для ракет, кожухов головных частей ракет, экранов космических аппаратов.

         Другой, не менее важной, областью применения рения, является химическая отрасль. Биметаллические платинорениевые катализаторы применяются при рафинировании бензина, для получения лёгких фракций. Переработка нефти на 90% осуществляется с помощью катализаторов из рения. Защитные металлические тонкоплёночные покрытия осуществляются с применением рения.

         Электроника и электротехника сегодня стали отраслями, в которых стал потребляться рений. В электровакуумных приборах применяют сплавы с различным содержанием рения—вольфрамо рениевые, никель-рениевые, молибдено-рениевые.

         В технике измерения температур, рений применяют для создания термопар с огромным разбросом величин измерения (0—2500ОС). Электрические контакты с функцией самоочистки, уже широко применяются в электротехнике. Нити накаливания ламп и электронных приборов изготавливают из сплавов, в которых содержится рений.

         Этот металл применяется как мощный катализатор различных химических процессов. Он применяется в виде порошка при окислении аммиака и метана, при гидрировании этилена.

         Эти два, близкие по химическим и физическим свойствам замечательные металлы, молибден и рений, получаемые в одном процессе, и используемые в близких применениях, в современной индустрии уже имеют огромное настоящее и будут иметь, не менее огромное, будущее.