Pemrosesan molibdenum, persiapan bijih untuk digunakan dalam berbagai produk.
Molybdenum (Mo) adalah logam seperti platinum putih dengan titik leleh 2.610 ° C (4.730 ° F). Dalam keadaan murni, itu tangguh dan ulet dan ditandai dengan kekerasan sedang, konduktivitas termal yang tinggi, ketahanan yang tinggi terhadap korosi, dan koefisien ekspansi yang rendah. Ketika dicampur dengan logam lain, molibdenum meningkatkan kekuatan dan ketangguhan, menambah kekuatan tarik dan ketahanan mulur, dan umumnya meningkatkan kekerasan yang seragam. Sejumlah kecil molibdenum (sekitar 1 persen atau kurang) secara signifikan meningkatkan ketahanan abrasi, sifat anti korosi, dan kekuatan suhu tinggi dan ketangguhan bahan matriks. Oleh karena itu Molibdenum adalah agen tambahan penting dalam pembuatan baja dan superalloy nonferrous yang sangat canggih.
Karena atom molibdenum memiliki karakter yang sama dengan tungsten tetapi hanya sekitar setengah berat dan kerapatan atomnya, atom ini secara menguntungkan menggantikan tungsten dalam baja paduan, memungkinkan efek metalurgi yang sama dapat dicapai dengan setengah lebih banyak logam. Selain itu, dua cincin elektron terluarnya tidak lengkap; ini memungkinkannya untuk membentuk senyawa kimia di mana logam di-, tri-, tetra-, penta, atau heksa-valent, memungkinkan berbagai produk kimia molibdenum. Ini juga merupakan faktor penting dalam sifat katalitiknya yang cukup besar.
Sejarah
Meskipun logam dikenal dengan budaya kuno, dan bentuk mineralnya dikacaukan dengan grafit dan galena bijih timah selama setidaknya 2.000 tahun, molibdenum tidak secara resmi ditemukan dan diidentifikasi sampai 1778, ketika ahli kimia dan apoteker Swedia Carl Wilhelm Scheele memproduksi oksida molibdat dengan menyerang molibdenit bubuk (MoS 2) dengan asam nitrat pekat dan kemudian menguapkan residu hingga kering. Mengikuti saran Scheele, ahli kimia Swedia lainnya, Peter Jacob Hjelm, memproduksi molibdenum logam pertama pada tahun 1781 dengan memanaskan pasta yang dibuat dari oksida molibd dan minyak biji rami pada suhu tinggi di wadah. Selama abad ke-19, ahli kimia Jerman Bucholtz dan orang Swedia Jöns Jacob Berzelius secara sistematis mengeksplorasi kimia molibdenum yang kompleks, tetapi baru pada tahun 1895 seorang ahli kimia Prancis, Henri Moissan, memproduksi logam molibdenum murni yang secara kimiawi murni (99,98 persen) dengan mengurangi dengan karbon dalam tungku listrik, sehingga memungkinkan untuk melakukan penelitian ilmiah dan metalurgi ke dalam logam dan paduannya.
Pada tahun 1894 sebuah pabrikan senjata Prancis, Schneider SA, memperkenalkan molybdenum ke dalam pelapisan lapis baja pada karyanya di Le Creusot. Pada tahun 1900 dua insinyur Amerika, FW Taylor dan P. White, mempresentasikan baja berkecepatan tinggi berbasis molibdenum pertama di Exposition Universelle di Paris. Secara bersamaan, Marie Curie di Perancis dan JA Mathews di Amerika Serikat menggunakan molibdenum untuk menyiapkan magnet permanen. Tetapi tidak sampai kekurangan akut tungsten dipicu oleh Perang Dunia I molibdenum digunakan dalam skala besar untuk membuat senjata, pelapisan baja, dan perangkat keras militer lainnya. Pada 1920-an, alloy berbahan molibdenum memiliki aplikasi masa damai pertama mereka, awalnya dalam pembuatan mobil dan kemudian pada baja tahan karat. Pada dekade berikutnya mereka mendapat penerimaan baja berkecepatan tinggi, dan setelah Perang Dunia II mereka digunakan dalam penerbangan — khususnya pada mesin jet, yang harus tahan terhadap suhu operasi yang tinggi. Kemudian, penggunaannya diperluas menjadi rudal. Terlepas dari baja paduan, molibdenum digunakan dalam superalloy, bahan kimia, katalis, dan pelumas.
Bijih
Satu-satunya mineral yang layak secara komersial dalam produksi molibdenum adalah bisulfida (MoS 2), yang ditemukan dalam molibdenit. Hampir semua bijih diambil dari endapan yang disebarkan porfiri. Ini adalah endapan molibdenum primer atau endapan tembaga-molibdenum kompleks dari mana molibdenum diperoleh kembali sebagai produk sampingan atau produk sampingan. Endapan primer, mengandung antara 0,1 dan 0,5 persen molibdenum, sangat luas. Porfiri tembaga juga merupakan endapan yang sangat besar, tetapi kandungan molybdenumnya bervariasi antara 0,005 dan 0,05 persen. Sekitar 40 persen molibdenum berasal dari tambang primer, dan 60 persen lainnya merupakan produk sampingan dari tembaga (atau, dalam beberapa kasus, tungsten).
Sekitar 64 persen sumber daya yang dapat dipulihkan ditemukan di Amerika Utara, dengan Amerika Serikat menyumbang dua pertiga dari mereka. 25 persen lainnya berada di Amerika Selatan, dan sisanya ditemukan terutama di Rusia, Kazakhstan, Cina, Iran, dan Filipina. Eropa, Afrika, dan Australia sangat miskin dalam bijih molibdenum. Produsen molibdenum terbesar termasuk Cina, Amerika Serikat, Chili, Peru, Meksiko, dan Kanada.
Menambang dan berkonsentrasi
Porfiri molibdenum dan tembaga-molibdenum ditambang dengan cara lubang terbuka atau dengan metode bawah tanah. Setelah bijih dihancurkan dan ditumbuk, mineral logam kemudian dipisahkan dari mineral gangue (atau molibdenum dan tembaga dari satu sama lain) dengan proses pengapungan, menggunakan berbagai macam reagen. Konsentrat mengandung antara 85 dan 92 persen MoS 2 dan sejumlah kecil tembaga (kurang dari 0,5 persen) jika molibdenum diperoleh kembali sebagai produk sampingan dari tembaga.
Ekstraksi dan pemurnian
Oksida molibdik teknis
Sekitar 97 persen MoS 2 harus dikonversi menjadi oksida molibdik teknis (85-90 persen MoO 3) untuk mencapai tujuan komersialnya. Konversi semacam itu hampir secara universal dilakukan dalam tungku perapian ganda tipe Nichols-Herreshoff, di mana konsentrat molibdenit diumpankan dari atas terhadap arus udara panas dan gas-gas yang ditiup dari bawah. Setiap perapian memiliki empat lengan berpendingin udara yang diputar oleh poros berpendingin udara; lengan dilengkapi dengan bilah rakyat jelata yang menyapu material ke luar atau tengah roaster, di mana material jatuh ke perapian berikutnya. Pada perapian pertama, konsentrat dipanaskan terlebih dahulu dan reagen flotasi menyala, memulai transformasi MoS 2 menjadi MoO 3. Reaksi eksotermik ini, yang berlanjut dan mengintensifkan perapian berikut ini, dikendalikan oleh penyesuaian oksigen dan semprotan air yang mendinginkan tungku bila perlu. Suhu tidak boleh naik di atas 650 ° C (1.200 ° F), titik di mana MoO 3 bersublimasi, atau menguap langsung dari keadaan padat. Proses selesai ketika kandungan sulfur dari kalsin turun di bawah 0,1 persen.
Molybdic oxide yang murni secara kimia
Oksida molibdik teknis dibuat menjadi briket yang diumpankan langsung ke tungku untuk membuat baja paduan dan produk pengecoran lainnya. Mereka juga digunakan untuk membuat ferromolybdenum (lihat di bawah), tetapi jika produk molibdenum lebih dimurnikan yang diinginkan, seperti bahan kimia molibdenum atau molibdenum logam, maka teknis MoO 3 harus disempurnakan untuk MoO kimia murni 3 oleh sublimasi. Ini dilakukan dalam retort listrik pada suhu antara 1.200 dan 1.250 ° C (2.200 dan 2.300 ° F). Tungku terdiri dari luka tabung kuarsa dengan elemen pemanas kawat molibdenum, yang dilindungi dari oksidasi dengan campuran pasta bata tahan api dan arang kayu. Tabung cenderung 20 ° dari horizontal dan diputar. Uap sublimed disapu dari tabung melalui udara dan dikumpulkan oleh tudung yang mengarah ke filter bag. Dua fraksi terpisah dikumpulkan. Yang pertama sesuai dengan penguapan 2-3 persen awal dari muatan dan mengandung sebagian besar pengotor yang mudah menguap. Fraksi terakhir adalah MoO 3 murni. Ini harus 99,95 persen murni agar sesuai untuk pembuatan amonium molibdat (ADM) dan natrium molibdat, yang merupakan bahan awal untuk semua jenis bahan kimia molibdenum. Senyawa ini diperoleh dengan mereaksikan MoO 3 murni secara kimia dengan amonia berair atau natrium hidroksida. Ammonium molybdate, dalam bentuk kristal putih, menguji 81 hingga 83 persen MoO 3, atau 54 hingga 55 persen molibdenum. Ini larut dalam air dan digunakan untuk persiapan bahan kimia dan katalis molibdenum serta bubuk molibdenum logam.
Logam molibdenum
Produksi molibdenum logam dari MoO 3 atau ADM murni dilakukan dalam tabung yang dipanaskan secara listrik atau tungku meredam, di mana gas hidrogen dimasukkan sebagai arus berlawanan dengan umpan. Biasanya ada dua tahap di mana MoO 3 atau ADM pertama kali direduksi menjadi dioksida dan kemudian menjadi bubuk logam. Dua tahap dapat dilakukan dalam dua tungku berbeda dengan pendinginan di antaranya, atau tungku dua zona dapat digunakan. (Kadang-kadang, proses tiga tahap digunakan mulai pada suhu rendah 400 ° C, atau 750 ° F, untuk menghindari reaksi yang tidak terkendali dan mencegah sintering.) Dalam proses dua tahap, dua tungku meredam panjang dengan molibdenum- elemen pemanas kawat dapat digunakan. Pengurangan pertama dilakukan dalam "kapal" baja ringan yang menahan 5 hingga 7 kilogram (10 hingga 15 pon) oksida, yang diumpankan dalam interval 30 menit. Suhu tungku adalah 600-700 ° C (1.100–1.300 ° F). Produk dari tungku pertama dipecah dan diumpankan pada laju yang sama di kapal nikel ke tungku kedua yang beroperasi pada 1.000-1.100 ° C (1.800-2.000 ° F), setelah itu bubuk logam disaring. Serbuk paling murni, mengandung 99,95 persen molibdenum, diperoleh dengan reduksi ADM.
Karena titik lelehnya yang sangat tinggi, molibdenum tidak dapat dicairkan menjadi batangan berkualitas tinggi dengan proses konvensional. Namun, dapat dengan mudah dicairkan dalam busur listrik. Dalam satu proses seperti itu, yang dikembangkan oleh Parke dan Ham, bubuk molibdenum terus menerus ditekan menjadi batang, yang sebagian disinter oleh hambatan listrik dan dicairkan pada ujungnya dalam busur listrik. Molibdenum cair dideoksidasi oleh karbon yang ditambahkan ke bubuk, dan dilemparkan dalam cetakan tembaga yang didinginkan dengan air.
