Molybdän ist ein silbrig-weißes metallisches Element, das dehnbar, verformbar und sehr korrosionsbeständig ist. Es hat mit 2.623 °C (4.753 °F) einen der höchsten Schmelzpunkte aller reinen Elemente und wird mit Stahl und Gusseisen legiert, um Festigkeit, Zähigkeit, Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit zu verbessern. Molybdän und seine Legierungen finden in zahlreichen Branchen Anwendung. Dieser Artikel befasst sich mit Molybdän-Metallprodukten, Molybdän-Chemikalien, Molybdän-Legierungen und den Herstellungsverfahren für nützliche Molybdän-Werkstoffe.
Molybdän Metall
Reines Molybdänmetall ist silbrig-weiß, glänzend und hat ein spiegelndes Aussehen. Es hat eine Mohs-Härte von 5,5 und ein spezifisches Gewicht von 10,22. Molybdän lässt sich in der Warmumformung hervorragend verformen und kann gewalzt, stranggepresst, bearbeitet und geschweißt werden.
Molybdänmetall ist in verschiedenen Formen erhältlich:
Molybdän-Pulver
Molybdänpulver wird durch Reduktion von Molybdäntrioxid oder Calciummolybdat mit Wasserstoffgas hergestellt. Das so entstandene Pulver wird anschließend in eine feste Form kondensiert. Molybdänpulver wird für Formeinspritzungen, thermische Spritzbeschichtungen, Reibungsmaterialien, metallurgische Zusätze und leitfähige Anwendungen verwendet.
Molybdän-Blätter, -Platten und -Folien
Molybdän kann gewalzt und zu Blechen, Platten oder Folien verarbeitet werden. Molybdänbleche sind in der Regel 0,5-2,0 mm dick, während Platten über 2 mm dick sind. Molybdänfolie ist weniger als 0,5 mm dick.
Diese Molybdänmetallprodukte werden bei sehr hohen Temperaturen oder stark korrosiven Bedingungen eingesetzt. Zu den üblichen Anwendungen gehören Ofenkomponenten, Raketendüsen, Schweißelektroden, Vakuumröhren und Mikrowellen-Hohlraumplatten.
Molybdänstab und -draht
Molybdänstäbe und -drähte haben einen Durchmesser von 0,5 mm bis 300 mm. Molybdändraht mit kleinem Durchmesser wird häufig als Glühdrahtträger in Glühbirnen und Vakuumröhren verwendet. Stäbe und Drähte mit größerem Durchmesser werden für Ofenwicklungen und Heizelemente verwendet, die Temperaturen von bis zu 1.800 °C standhalten können.
Molybdän-Befestigungselemente
Molybdän-Muttern, -Bolzen, -Schrauben und -Unterlegscheiben bieten eine hervorragende Leistung in Hochtemperaturumgebungen, in denen herkömmliche Verbindungselemente aus Stahl der Hitze und Korrosion zum Opfer fallen würden. Molybdän-Verbindungselemente behalten ihre Festigkeit und widerstehen Oxidation und Kriechverformung bei Temperaturen von über 1.000°C.
Molybdän-Chemikalien
Neben der Produktion von Molybdänmetall wird eine Vielzahl von Molybdänchemikalien und -verbindungen hergestellt, die in der Metallurgie, für Katalysatoren, Schmiermittel, Pigmente und andere Anwendungen verwendet werden:
Molybdän-Oxide
Molybdäntrioxid (MoO3) wird durch Rösten von Molybdänit-Erz an der Luft bei 500-700 °C hergestellt. MoO3 ist ein weißes, kristallines Pulver, das als Vorprodukt für die meisten Molybdänprodukte verwendet wird. Andere industriell hergestellte Molybdänoxide sind MoO2 und Mo2O5.
Molybdändisulfid
Molybdändisulfid (MoS2) ist ein schwarzes Pulver, das durch Reaktion von Molybdän und Schwefel hergestellt wird. Es ist ein wichtiger industrieller Festschmierstoff, insbesondere in Umgebungen mit hohen Temperaturen oder Vakuumbedingungen, in denen flüssige Schmiermittel unwirksam sind. MoS2 wird auch als Katalysator und Pigment verwendet.
Molybdate
Natriummolybdat (Na2MoO4) und Ammoniummolybdat ((NH4)2MoO4) sind wasserlösliche Verbindungen, die das Molybdat-Anion (MoO42-) enthalten. Sie werden durch Reaktion von MoO3 mit einem Alkali hergestellt. Molybdate liefern Molybdän in Düngemitteln und wirken korrosionshemmend in der Wasseraufbereitung.
Molybdänchlorid
Molybdänchlorid (MoCl5) ist eine flüchtige Flüssigkeit oder ein Feststoff, der zur Herstellung von Metallbeschichtungen und -pulvern durch Aufdampfen und metallorganische chemische Gasphasenabscheidung (MOCVD) verwendet wird.
Molybdän-Legierungen
Molybdän hat wertvolle Legierungseigenschaften und wird anderen Metallen wie Stahl, Eisen, Nickel und Chrom zugesetzt, um bestimmte Eigenschaften zu verbessern:
Kohlenstoffstähle und niedrig legierte Stähle
Geringe Mengen an Molybdän (0,15-1,0%), die den Stählen zugesetzt werden, erhöhen die Härtbarkeit, Zugfestigkeit, Zähigkeit und Beständigkeit gegen Verschleiß, Kriechen und Korrosion. Molybdänstähle eignen sich gut für den Einsatz bei hohen Temperaturen und anderen anspruchsvollen Anwendungen.
Rostfreie Stähle
Molybdän erhöht die Korrosionsbeständigkeit in nichtrostenden Stählen. Es stabilisiert die Mikrostruktur gegen Karbidausscheidungen, erhält die Lochfraßbeständigkeit, wenn der Chromgehalt relativ niedrig ist, und verbessert die Beständigkeit gegen Chlorid-Spannungsrisskorrosion.
Werkzeugstähle
Molybdän in Werkzeugstählen sorgt dafür, dass sie auch bei hohen Temperaturen hart bleiben und ihre Form beibehalten. Molybdän-Warmarbeitsstähle haben eine hohe Festigkeit und Härte bei Warmschmiede-, Druckguss- und Strangpressanwendungen.
Gusseisen
Geringe Molybdänzugaben von 0,15-0,8% zu Gusseisen erhöhen die Zugfestigkeit sowie die Stoß- und Korrosionsbeständigkeit und verringern die Sprödigkeit. Weißes Molybdän-Eisen bietet eine ausgezeichnete Abrieb- und Verschleißfestigkeit.
Superlegierungen
Superlegierungen auf Nickelbasis benötigen Molybdän für ihre Hochtemperaturfestigkeit, Schweißbarkeit und Kriechbeständigkeit. Superlegierungen mit Molybdän können in den heißen Bereichen von Düsentriebwerken und landgestützten Stromerzeugungsturbinen eingesetzt werden.
Andere Molybdän-Legierungen
Molybdän verbessert auch Eigenschaften wie elektrische Leitfähigkeit und Verarbeitbarkeit in Legierungen wie Mangan, Chrom und Wolfram. Amorphe Legierungen auf Molybdänbasis weisen eine hohe Korrosionsbeständigkeit auf.
Produktionsabläufe
Die Umwandlung von Molybdänerz in nützliche Metallprodukte beruht auf einer Reihe von Produktionsverfahren:
Bergbau und Aufkonzentrierung
Die einzige primäre Mineralquelle für Molybdän ist Molybdänit (MoS2). Molybdänit-Erz wird in der Regel im Tagebau oder unter Tage abgebaut. Durch Zerkleinern, Mahlen und Flotationsverfahren wird ein Molybdänitkonzentrat für die nachgeschaltete Verarbeitung gewonnen.
Braten
Technisches Molybdäntrioxid wird durch Rösten von konzentriertem Molybdänit-Erz in Luft oder Sauerstoff bei 500-700°C hergestellt. Dabei wird das Sulfiderz zu MoO3 oxidiert und anschließend zu elementarem Molybdänpulver reduziert.
Verringern
Molybdänmetallpulver wird durch Reduktion von Molybdäntrioxid mit Wasserstoffgas bei Temperaturen um 1.100 °C hergestellt. Das Pulver kann dann zu Molybdänmetallformen verdichtet oder weiter verfestigt und zu größeren Blöcken verschmolzen werden.
Schmelzen
Durch Vakuum-Lichtbogenumschmelzen oder Elektronenstrahlschmelzen wird Molybdänpulver gereinigt und zu festen Barren verfestigt, die sich zum Walzen, Strangpressen und Schmieden eignen. Es können hohe Reinheitsgrade von über 99,95% erreicht werden.
Deformieren
Verschiedene Warm- oder Kaltumformungsverfahren wie Strangpressen, Schmieden, Walzen und Ziehen verwandeln Molybdänblöcke in Walzprodukte wie Stangen, Draht, Platten, Bleche, Folien und Rohre. Zwischen den Verformungsschritten kann ein Glühen erforderlich sein.
Bearbeitung
Molybdänprodukte lassen sich mit Hilfe von Verfahren wie Drehen, Bohren, Fräsen, Schleifen und anderen Zerspanungsmethoden präzise zu fertigen Teilen verarbeiten. Aufgrund der Härte von Molybdän ist häufig eine Funkenerosion (EDM) erforderlich.
Beitritt zu
Zur Herstellung komplexer Molybdän-Baugruppen werden Schweiß-, Hartlöt- und Lötverfahren eingesetzt. Elektronenstrahlschweißen ist vorteilhaft für das Verbinden von Molybdänteilen bei gleichzeitiger Minimierung von Verzug und Oxidation.
Beschichtung
Zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit kann Molybdän mit Nickel-, Chemisch-Nickel- oder Chrombeschichtungen galvanisiert werden. Auch Konversionsbeschichtungen wie Eloxieren oder Phosphatieren werden auf Molybdänoberflächen aufgebracht.
Anwendungen
Molybdänprodukte finden in der modernen Technik aufgrund des extremen Schmelzpunkts, der Festigkeit bei hohen Temperaturen, der Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit, der Wärmeleitfähigkeit und anderer vorteilhafter Eigenschaften von Molybdän allgegenwärtige Verwendung:
Stahl und Gusseisen
Molybdän wird in erster Linie als Legierungsmittel in rostfreien Stählen, Werkzeugstählen, hochfesten niedrig legierten Stählen (HSLA) und Gusseisen in einer Vielzahl von Branchen verwendet. Molybdän verbessert die Stahleigenschaften und die Leistung in Anwendungen wie Pipelines, Bauwesen, Energieerzeugung und Automobilbau.
Chemie und Petrochemie
Molybdänhaltige Edelstähle und Nickellegierungen eignen sich hervorragend für die korrosiven Umgebungen in Chemieanlagen und Ölraffinerien. Molybdänkatalysatoren wie Molybdändisulfid treiben auch wichtige Reaktionen bei der Herstellung von Kunststoffen, Polymeren, Lösungsmitteln und anderen Chemikalien voran.
Luft- und Raumfahrt
Die hohe Temperaturbeständigkeit von Molybdän macht es ideal für Triebwerkskomponenten wie Schaufeln, Befestigungselemente, Auspuffkrümmer und Düsen. Aufgrund seines geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten eignet es sich auch für Anwendungen in der Raumfahrt.
Elektrotechnik und Elektronik
Die elektrische Leitfähigkeit und Hitzebeständigkeit von Molybdän wird in Leistungsröhren, Kathodenstrahlröhrengittern, Mikrowellenröhren, Schweißelektroden und anderen Vakuumröhrenelementen genutzt, die bei Temperaturen von über 1.500°C arbeiten können.
Glasherstellung
Molybdän ist beständig gegen geschmolzenes Glas und wird in Glasschmelzöfen und in mechanischen Komponenten wie Rührern, Rohrleitungen, Elektrodenhaltern und Faserdurchführungen verwendet. Molybdän bietet auch Oxidationsbeständigkeit für Glaszusammensetzungen mit Farbstoffen, die Übergangsmetalloxide enthalten.
Schmierstoffe
Molybdänit (MoS2) ist ein gängiges Trockenschmiermittel, das bei hohen Temperaturen wirksam ist, wo flüssige Schmiermittel versagen. Es schützt bearbeitete Oberflächen, verringert die Reibung zwischen beweglichen Teilen und mildert Verschleiß und Festfressen in Automobil- und Industrieanwendungen.
Pigmente und Beschichtungen
Bleimolybdat und Molybdat-Orange/Rot sind Pigmente, die Farbe und Korrosionsschutz in Farben, Kunststoffen, Gummi und Keramik bieten. Andere Molybdänverbindungen verleihen Glanz und Schimmer, wenn sie in dekorativen Metallbeschichtungen verwendet werden.
Preisgestaltung
Die Molybdänpreise schwanken je nach der Dynamik von Angebot und Nachfrage auf dem Markt. Die von Platts Metals Week veröffentlichten monatlichen Durchschnittswerte für US-Händler-Molybdänoxid im Jahr 2022 sind nachstehend aufgeführt:
- Januar: $17.60/Pfund
- Februar: $19.10/Pfund
- März: $19.50/Pfund
- April: $19.15/Pfund
- Mai: $18.85/Pfund
- Juni: $18.00/Pfund
- Juli: $17.25/Pfund
- August: $15.00/Pfund
Der Preis für Molybdän erreichte 2005 einen Höchststand von $38/lb, bevor er 2016 auf einen Tiefstand von $8/lb sank. Der aktuelle Molybdänpreis liegt unter dem historischen 15-Jahres-Durchschnitt von $19,71/lb. Die beträchtliche Molybdännachfrage aus dem Öl- und Gassektor dürfte die Preise stabil halten.
Globale Produktion
Nach Angaben des US Geological Survey belief sich die weltweite Molybdänminenproduktion im Jahr 2021 auf 290.000 Tonnen Molybdän. Die führenden Molybdän produzierenden Länder sind:
- China: 110.000 Tonnen (38% der Weltproduktion)
- Chile: 64.000 metrische Tonnen (22%)
- Vereinigte Staaten: 38.000 metrische Tonnen (13%)
- Peru: 20.000 Tonnen (7%)
- Mexiko: 15.000 metrische Tonnen (5%)
Zu den Unternehmen, die einen großen Teil des weltweiten Molybdänangebots ausmachen, gehören Freeport-McMoRan (USA), Codelco (Chile), China Molybdenum Co. Ltd. (China), Grupo México (Mexiko) und Anglo American (Großbritannien).
Recycling
Das Recycling von Molybdän trägt jedes Jahr in erheblichem Umfang zum Angebot bei. Molybdänschrott stammt aus der Herstellung neuer Produkte, aus der Metallverarbeitung, aus Altteilen und aus veralteten Materialien.
Der Molybdängehalt wird aus verschiedenen Formen von Schrott wie Blechabschnitten, Stangenenden, Schweißdrahtstümpfen und anderen Feststoffen oder Drehspänen zurückgewonnen. Sogar verbrauchte Katalysatoren können recycelt werden, um ihren Molybdängehalt zurückzugewinnen. Nach Angaben der International Molybdenum Association werden etwa 60% Molybdän aus recyceltem Schrott gewonnen.
FAQ
Hier finden Sie Antworten auf einige häufig gestellte Fragen zu Molybdänprodukten:
Was sind die wichtigsten Vorteile der Verwendung von Molybdänlegierungen?
Molybdän erhöht die Festigkeit, Härte, Zähigkeit und Kriechfestigkeit bei hohen Temperaturen über 1.000°C. Außerdem verbessert es die Korrosionsbeständigkeit und Schweißbarkeit. Aufgrund dieser Eigenschaften eignen sich Molybdänlegierungen gut für anspruchsvolle Anwendungen.
Welche Industriezweige sind stark auf Molybdän angewiesen?
Die Hauptabnehmer von Molybdän sind die Bau-, Automobil-, Energieerzeugungs-, Luft- und Raumfahrt-, Elektronik- und Chemieindustrie. Die Hersteller von rostfreiem und legiertem Stahl sind die Hauptabnehmer von Molybdän.
In welchen Formen kann man Molybdänmetall kaufen?
Molybdänmetall ist im Handel als Stangen, Bleche, Platten, Befestigungselemente, Drähte und bearbeitete Komponenten erhältlich. Pulver und andere Molybdänverbindungen werden für Beschichtungen, Legierungen, Katalysatoren und Pigmente verwendet.
Wofür wird Molybdän in der Ölindustrie verwendet?
Molybdänhaltige rostfreie und niedrig legierte Stähle weisen eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit für Bohrarbeiten und in den aggressiven Umgebungen von Raffinerien auf. Molybdänsulfid-Katalysatoren sind auch der Schlüssel zur Raffination von Rohöl in leichtere Fraktionen.
Ist es teuer, mit Molybdän zu arbeiten?
Die hohe Festigkeit und Wärmeleitfähigkeit von Molybdän erfordert mehr Energie für die Bearbeitung und Formung zu Walzprodukten. Auch die Schmelz- und Legierungsverfahren für Molybdän verbrauchen viel Strom. Diese Faktoren machen Molybdän teurer als andere Metalle.
Ist Molybdän eine knappe Ressource?
Molybdän ist in der Erdkruste relativ reichlich vorhanden, und die bekannten Ressourcen werden den Prognosen zufolge die Nachfrage noch jahrzehntelang übersteigen. Zusätzliches Molybdän stammt aus dem Recycling von Metallschrott und verbrauchten Katalysatoren. Die Preise schwanken, aber die Verfügbarkeit von Molybdän ist im Allgemeinen zuverlässig.
Schlussfolgerung
Molybdän ist ein einzigartiges Element, das Eigenschaften aufweist, die mit anderen Metallen nicht zu erreichen sind. Seine Legierungen sind unverzichtbar für Anwendungen bei extremen Temperaturen, in feindlichen Umgebungen und bei geschäftskritischen Einsätzen, bei denen Leistung und Sicherheit nicht beeinträchtigt werden dürfen. Molybdänprodukte werden die Technologie in allen Bereichen der modernen Gesellschaft weiter voranbringen. Eine kluge Nutzung der Herstellungsmöglichkeiten dieses Metalls und ordnungsgemäße Recyclingprotokolle können sicherstellen, dass Molybdän auch in Zukunft zugänglich und nachhaltig bleibt.