Molybdène est un élément métallique blanc argenté, ductile, malléable et très résistant à la corrosion. Il possède l'un des points de fusion les plus élevés de tous les éléments purs, à 2 623 °C. Il est allié à l'acier et à la fonte pour améliorer la solidité, la ténacité et la résistance à l'usure et à la corrosion. Le molybdène et ses alliages ont des applications diverses dans de nombreuses industries. Cet article explore les produits métalliques à base de molybdène, les produits chimiques à base de molybdène, les alliages de molybdène et les processus de fabrication impliqués dans la création de matériaux utiles à base de molybdène.
Molybdène métal
Le molybdène pur est un métal blanc argenté, brillant et d'aspect miroitant. Sa dureté de Mohs est de 5,5 et sa densité de 10,22. Le molybdène présente une excellente formabilité dans des conditions de travail à chaud et peut être laminé, extrudé, usiné et soudé.
Le molybdène métal est disponible sous différentes formes :
Poudre de molybdène
La poudre de molybdène est produite en réduisant le trioxyde de molybdène ou le molybdate de calcium avec de l'hydrogène. La poudre obtenue est ensuite condensée sous forme solide. La poudre de molybdène est utilisée pour les injections dans les moules, les revêtements par pulvérisation thermique, les matériaux de friction, les additifs métallurgiques et les applications conductrices.
Feuilles et plaques de molybdène
Le molybdène peut être laminé et transformé en feuilles, plaques ou feuilles. Les feuilles de molybdène ont généralement une épaisseur de 0,5 à 2,0 mm, tandis que les plaques ont une épaisseur supérieure à 2 mm. Les feuilles de molybdène ont une épaisseur inférieure à 0,5 mm.
Ces produits en molybdène métal sont utilisés lorsque des températures très élevées ou des conditions hautement corrosives sont présentes. Les applications courantes comprennent les composants de fours, les tuyères de fusées, les électrodes de soudage, les tubes à vide et les plaques de cavité pour micro-ondes.
Fil machine en molybdène
Le diamètre des barres et des fils de molybdène varie de 0,5 mm à 300 mm. Le fil de molybdène de petit diamètre est souvent utilisé comme support de filament dans les ampoules électriques et les tubes à vide. Le fil et la tige de plus grand diamètre sont utilisés dans les enroulements des fours et les éléments chauffants capables de résister à des températures allant jusqu'à 1 800°C.
Molybdène Fasteners
Les écrous, boulons, vis et rondelles en molybdène offrent d'excellentes performances dans les environnements à haute température où les fixations en acier ordinaire succomberaient à la chaleur et à la corrosion. Les fixations en molybdène conservent leur solidité et résistent à l'oxydation et à la déformation par fluage à des températures supérieures à 1 000 °C.
Molybdène - Produits chimiques
Outre la production de molybdène métal, une variété de produits chimiques et de composés à base de molybdène sont fabriqués pour être utilisés dans la métallurgie, les catalyseurs, les lubrifiants, les pigments et d'autres applications :
Oxydes de molybdène
Le trioxyde de molybdène (MoO3) est produit par torréfaction du minerai de molybdénite dans l'air à 500-700°C. Le MoO3 est une poudre cristalline blanche utilisée comme précurseur pour la plupart des produits à base de molybdène. Les autres oxydes de molybdène produits industriellement sont le MoO2 et le Mo2O5.
Disulfure de molybdène
Le disulfure de molybdène (MoS2) est une poudre noire obtenue par réaction entre le molybdène et le soufre. Il s'agit d'un important lubrifiant industriel solide, en particulier dans les environnements à haute température ou sous vide où les lubrifiants liquides sont inefficaces. Le MoS2 est également utilisé comme catalyseur et pigment.
Molybdènes
Le molybdate de sodium (Na2MoO4) et le molybdate d'ammonium ((NH4)2MoO4) sont des composés solubles dans l'eau qui contiennent l'anion molybdate (MoO42-). Ils sont produits en faisant réagir le MoO3 avec un alcali. Les molybdates assurent la nutrition en molybdène dans les engrais et l'inhibition de la corrosion dans le traitement de l'eau.
Chlorure de molybdène
Le chlorure de molybdène (MoCl5) est un liquide ou un solide volatil utilisé pour produire des revêtements et des poudres métalliques par dépôt en phase vapeur et par dépôt chimique en phase vapeur métallo-organique (MOCVD).
Alliages de molybdène
Le molybdène possède de précieuses propriétés d'alliage et est ajouté à d'autres métaux tels que l'acier, le fer, le nickel et le chrome afin d'améliorer certaines caractéristiques :
Aciers au carbone et faiblement alliés
De petites quantités de molybdène (0,15-1,0 %) ajoutées aux aciers augmentent la trempabilité, la résistance à la traction, la ténacité et la résistance à l'usure, au fluage et à la corrosion. Les aciers au molybdène donnent de bons résultats à haute température et dans d'autres applications exigeantes.
Aciers inoxydables
Le molybdène renforce la résistance à la corrosion des aciers inoxydables. Il stabilise la microstructure contre la précipitation des carbures, maintient la résistance à la piqûre lorsque la teneur en chrome est relativement faible et améliore la résistance à la corrosion fissurante sous contrainte due au chlorure.
Aciers à outils
Le molybdène contenu dans les aciers à outils leur permet de rester durs et de conserver leur forme à des températures élevées pendant leur utilisation. Les aciers à outils pour travail à chaud au molybdène présentent une résistance et une dureté élevées dans les applications de forgeage à chaud, de moulage sous pression et d'extrusion.
Fers à repasser
L'ajout de petites quantités de molybdène (0,15-0,8 %) aux fontes augmente la résistance à la traction, aux chocs et à la corrosion, tout en diminuant la fragilité. Les fontes blanches au molybdène offrent une excellente résistance à l'abrasion et à l'usure.
Superalliages
Les superalliages à base de nickel s'appuient sur le molybdène pour la résistance à haute température, la soudabilité et la résistance au fluage. Les superalliages contenant du molybdène peuvent être utilisés dans les sections chaudes des moteurs à réaction et des turbines de production d'énergie terrestres.
Autres alliages de molybdène
Le molybdène améliore également les propriétés telles que la conductivité électrique et l'ouvrabilité des alliages comme le manganèse, le chrome et le tungstène. Les alliages amorphes à base de molybdène présentent une résistance élevée à la corrosion.
Processus de production
La transformation du minerai de molybdène en produits métalliques utiles repose sur une série de processus de production :
Exploitation minière et concentration
La seule source minérale primaire de molybdène est la molybdénite (MoS2). Le minerai de molybdénite est généralement extrait par des méthodes à ciel ouvert ou souterraines. Les techniques de concassage, de broyage et de flottation permettent d'obtenir un concentré minéral de molybdénite qui sera traité en aval.
Torréfaction
Le trioxyde de molybdène technique est produit par torréfaction du minerai de molybdénite concentré dans de l'air ou de l'oxygène à une température de 500 à 700°C. Cela permet d'oxyder le minerai sulfuré en MoO3 qui sera ensuite réduit en poudre de molybdène élémentaire.
Réduction
La poudre de molybdène métal est obtenue en réduisant le trioxyde de molybdène avec de l'hydrogène gazeux à des températures avoisinant les 1 100°C. La poudre peut ensuite être compactée en formes de molybdène métal ou consolidée et fusionnée en lingots de plus grande taille.
Fusion
Les techniques de refonte à l'arc sous vide ou de fusion par faisceau d'électrons purifient et consolident la poudre de molybdène en lingots solides adaptés au laminage, à l'extrusion et au forgeage. Des niveaux de pureté élevés, supérieurs à 99,95 %, peuvent être atteints.
Déformation
Diverses opérations de formage à chaud ou à froid, telles que l'extrusion, le forgeage, le laminage et l'étirage, transforment les lingots de molybdène en produits d'usine tels que des barres, des fils, des plaques, des feuilles et des tubes. Un recuit peut être nécessaire entre les étapes de déformation.
Usinage
Les produits en molybdène peuvent être usinés avec précision pour obtenir des pièces finales à l'aide de procédés tels que le tournage, le perçage, le fraisage, la rectification et d'autres méthodes de coupe. L'usinage par décharge électrique (EDM) est souvent nécessaire en raison de la dureté du molybdène.
Adhésion
Les méthodes de soudage, de brasage et de soudure sont utilisées pour fabriquer des assemblages complexes en molybdène. Le soudage par faisceau d'électrons est avantageux pour assembler des pièces en molybdène tout en minimisant les distorsions et l'oxydation.
Revêtement
Pour améliorer la résistance à la corrosion, le molybdène peut être recouvert par électrolyse de nickel, de nickel chimique ou de chrome. Des revêtements de conversion sont également appliqués aux surfaces de molybdène, comme l'anodisation ou la phosphatation.
Applications
Les produits à base de molybdène ont trouvé une utilisation omniprésente dans la technologie moderne en raison du point de fusion extrême du molybdène, de sa solidité à haute température, de sa résistance à l'usure et à la corrosion, de sa conductivité thermique et d'autres propriétés bénéfiques :
Acier et fonte
Le molybdène est principalement utilisé comme agent d'alliage dans les aciers inoxydables, les aciers à outils, les aciers faiblement alliés à haute résistance (HSLA) et les fontes dans un large éventail d'industries. Le molybdène améliore les propriétés et les performances de l'acier dans des applications telles que les pipelines, la construction, la production d'énergie et l'automobile.
Chimie et pétrochimie
Les aciers inoxydables contenant du molybdène et les alliages de nickel excellent dans les environnements corrosifs des usines chimiques et des raffineries de pétrole. Les catalyseurs à base de molybdène, comme le disulfure de molybdène, sont également à l'origine de réactions importantes dans la production de plastiques, de polymères, de solvants et d'autres produits chimiques.
Aérospatiale
La résistance à haute température du molybdène en fait un matériau idéal pour les composants de moteurs d'avion tels que les aubes, les fixations, les collecteurs d'échappement et les tuyères. Son faible coefficient de dilatation thermique lui permet également d'être utilisé dans les véhicules spatiaux.
Électricité et électronique
La conductivité électrique et la résistance à la chaleur du molybdène sont utilisées dans les tubes à grille de puissance, les grilles de tubes cathodiques, les tubes à micro-ondes, les électrodes de soudage et d'autres éléments de tubes à vide capables de fonctionner à des températures supérieures à 1 500°C.
Fabrication du verre
Le molybdène résiste au verre en fusion et est utilisé dans les fours de fusion du verre et dans les composants mécaniques tels que les agitateurs, la tuyauterie, les supports d'électrodes et les douilles de fibres. Le molybdène offre également une résistance à l'oxydation aux compositions de verre contenant des colorants à base d'oxydes de métaux de transition.
Lubrifiants
La molybdénite (MoS2) est un lubrifiant sec courant, efficace à des températures élevées où les lubrifiants liquides se dégradent. Il protège les surfaces usinées, réduit la friction entre les pièces mobiles et atténue l'usure et le grippage dans les applications automobiles et industrielles.
Pigments et revêtements
Le molybdate de plomb et le molybdate orange/rouge sont des pigments qui donnent de la couleur et inhibent la corrosion dans les peintures, les plastiques, le caoutchouc et les céramiques. D'autres composés de molybdène donnent de la brillance et de l'éclat lorsqu'ils sont utilisés dans des revêtements décoratifs métalliques.
Tarification
Les prix du molybdène fluctuent en fonction de la dynamique de l'offre et de la demande sur le marché. Les moyennes mensuelles publiées par Platts Metals Week pour l'oxyde de molybdène vendu aux États-Unis en 2022 sont indiquées ci-dessous :
- Janvier : 17,60 $/lb
- Février : 19,10 $/lb
- Mars : 19,50 $/lb
- Avril : 19,15 $/lb
- Mai : 18,85 $/lb
- Juin : 18,00 $/lb
- Juillet : 17,25 $/lb
- Août : 15,00 $/lb
Le prix du molybdène, un métal mineur, a atteint un sommet de 38 $/lb en 2005 avant de chuter à un creux de 8 $/lb en 2016. Le prix actuel du molybdène se situe en dessous de la moyenne historique sur 15 ans de 19,71 $/lb. La demande importante de molybdène dans le secteur du pétrole et du gaz devrait maintenir les prix fermes.
Production mondiale
Selon l'US Geological Survey, la production minière mondiale de molybdène en 2021 s'élevait à 290 000 tonnes métriques de molybdène. Les principaux pays producteurs de molybdène sont :
- Chine : 110 000 tonnes (38% de la production mondiale)
- Chili : 64 000 tonnes (22%)
- États-Unis : 38 000 tonnes (13 %)
- Pérou : 20 000 tonnes (7%)
- Mexique : 15 000 tonnes (5%)
Les entreprises qui représentent une part importante de l'offre mondiale de molybdène sont Freeport-McMoRan (États-Unis), Codelco (Chili), China Molybdenum Co. Ltd. (Chine), Grupo México (Mexique) et Anglo American (Royaume-Uni).
Recyclage
Le recyclage du molybdène représente une part importante de l'offre chaque année. Les déchets de molybdène proviennent de la fabrication de nouveaux produits, de procédures de travail des métaux, de pièces en fin de vie et de matériaux obsolètes.
Le molybdène est récupéré à partir de diverses formes de déchets tels que les rognures de feuilles, les extrémités de barres, les bouts de baguettes de soudure et d'autres solides ou tournures. Même les catalyseurs usés peuvent être recyclés pour récupérer leurs valeurs en molybdène. Selon l'International Molybdenum Association, environ 60 % du molybdène provient de déchets recyclés.
FAQ
Voici les réponses aux questions les plus fréquemment posées sur les produits à base de molybdène :
Quels sont les principaux avantages de l'utilisation des alliages de molybdène ?
Le molybdène améliore la résistance, la dureté, la ténacité et la résistance au fluage à des températures supérieures à 1 000 °C. Il améliore également la résistance à la corrosion et la soudabilité. Il améliore également la résistance à la corrosion et la soudabilité. Ces propriétés font que les alliages de molybdène sont bien adaptés aux applications exigeantes.
Quelles sont les industries qui dépendent fortement du molybdène ?
Les principaux consommateurs de molybdène sont les industries de la construction, de l'automobile, de la production d'énergie, de l'aérospatiale, de l'électronique et de la chimie. Les producteurs d'acier inoxydable et d'acier allié sont les premiers utilisateurs de molybdène.
Sous quelles formes le molybdène métal peut-il être acheté ?
Le molybdène métal est disponible dans le commerce sous forme de barres, de feuilles, de plaques, d'attaches, de fils et de composants usinés. Les poudres et autres composés de molybdène sont utilisés pour les revêtements, les alliages, les catalyseurs et les pigments.
À quoi sert le molybdène dans l'industrie pétrolière ?
Les aciers inoxydables et faiblement alliés contenant du molybdène présentent une excellente résistance à la corrosion pour les opérations de forage et dans les environnements agressifs des raffineries. Les catalyseurs à base de sulfure de molybdène sont également essentiels au raffinage du pétrole brut en fractions plus légères.
Le travail avec le molybdène est-il coûteux ?
La résistance et la conductivité thermique élevées du molybdène nécessitent plus d'énergie pour l'usiner et le transformer en produits de broyage. Les processus de fusion et d'alliage du molybdène consomment également beaucoup d'électricité. Ces facteurs rendent le molybdène plus coûteux que d'autres métaux.
Le molybdène est-il une ressource rare ?
Le molybdène est relativement abondant dans la croûte terrestre et les ressources connues devraient dépasser la demande pour les décennies à venir. L'approvisionnement supplémentaire en molybdène provient du recyclage de la ferraille et des catalyseurs usagés. Les prix fluctuent, mais la disponibilité du molybdène est généralement fiable.
Conclusion
Le molybdène est un élément unique qui offre des propriétés inaccessibles aux autres métaux. Ses alliages sont essentiels pour les applications à des températures extrêmes, les environnements hostiles et les opérations critiques où les performances et la sécurité ne peuvent être compromises. Les produits à base de molybdène continueront à faire progresser la technologie dans tous les domaines de la société moderne. Une utilisation judicieuse des capacités de fabrication de ce métal et des protocoles de recyclage appropriés peuvent garantir que le molybdène restera accessible et durable à l'avenir.