モリブデン は銀白色の金属元素で、延性、可鍛性、耐食性に優れている。純元素の中で最も高い融点のひとつである4,753°F (2,623°C)を持ち、強度、靭性、耐摩耗性、耐食性を高めるために鋼や鋳鉄と合金化される。モリブデンとその合金は、多くの産業において多様な用途があります。この記事では、モリブデン金属製品、モリブデン化学品、モリブデン合金、および有用なモリブデン材料の作成に関わる製造プロセスについて説明します。
金属モリブデン
純粋な金属モリブデンは銀白色で光沢があり、鏡のような外観をしている。モース硬度は5.5、比重は10.22です。モリブデンは熱間加工において優れた成形性を持ち、圧延、押出、機械加工、溶接が可能です。
金属モリブデンはさまざまな形で入手できる：
モリブデン粉末
モリブデン粉末は、三酸化モリブデンまたはモリブデン酸カルシウムを水素ガスで還元することによって製造される。得られた粉末は凝縮して固形になる。モリブデン粉末は、金型射出成形、溶射コーティング、摩擦材、冶金添加剤、導電性用途などに使用されます。
モリブデン板、プレート、箔
モリブデンは圧延して板、プレート、箔に加工できる。モリブデン・シートの厚さは一般的に0.5～2.0mmで、厚板は2mmを超える。モリブデン箔の厚さは0.5mm以下である。
これらのモリブデン金属製品は、非常に高い温度や腐食性の高い条件が存在する場合に使用されます。一般的な用途としては、炉部品、ロケットノズル、溶接電極、真空管、マイクロ波キャビティプレートなどがあります。
モリブデン棒・線
モリブデン・ロッドおよびワイヤーの直径は0.5mmから300mmである。小径のモリブデン・ワイヤーは、電球や真空管のフィラメント・サポートとしてよく使用される。より大きい直径の棒そしてワイヤーは1,800°Cまでの温度に抗することができる炉の巻上げおよび発熱体に使用される。
モリブデンファスナー
モリブデン製ナット、ボルト、スクリュー、ワッシャーは、通常のスチール製ファスナーでは熱や腐食に負けてしまうような高温環境でも優れた性能を発揮します。モリブデンファスナーは、1,000℃を超える高温でも強度を維持し、酸化やクリープ変形に抵抗します。
モリブデン化学品
モリブデン金属の生産に加えて、冶金、触媒、潤滑剤、顔料、その他の用途に使用されるさまざまなモリブデン化学品および化合物が製造されている：
モリブデン酸化物
三酸化モリブデン（MoO3）は、モリブデン鉱石を空気中500～700℃で焙焼することにより製造される。MoO3は、ほとんどのモリブデン製品の前駆体として使用される白色の結晶性粉末である。工業的に生産される他のモリブデン酸化物はMoO2およびMo2O5を含んでいる。
二硫化モリブデン
二硫化モリブデン（MoS2）は、モリブデンと硫黄を反応させて作られる黒色の粉末である。工業用固体潤滑剤として重要であり、特に液体潤滑剤が効かないような高温や真空の環境では重要である。MoS2は触媒や顔料としても使用される。
モリブデン酸塩
モリブデン酸ナトリウム(Na2MoO4)およびモリブデン酸アンモニウム((NH4)2MoO4)はモリブデン酸塩陰イオン(MoO42-)を含んでいる水溶性化合物である。それらはアルカリとMoO3を反応させることによって作り出される。モリブデン酸塩は肥料にモリブデンの栄養を与え、水処理では腐食を抑制する。
塩化モリブデン
塩化モリブデン（MoCl5）は揮発性の液体または固体で、蒸着や有機金属化学気相成長法（MOCVD）による金属コーティングや粉末の製造に使用される。
モリブデン合金
モリブデンは貴重な合金特性を持っており、鋼、鉄、ニッケル、クロムなどの他の金属に添加され、特定の特性を強化する：
炭素鋼および低合金鋼
鋼に添加される少量のモリブデン（0.15～1.0%）は、焼入れ性、引張強さ、靭性、耐摩耗性、耐クリープ性、耐食性を向上させる。モリブデン鋼は高温サービスやその他の要求の厳しい用途で優れた性能を発揮します。
ステンレス鋼
モリブデンはステンレス鋼の耐食性を高める。炭化物析出に対する組織の安定化、クロ ム含有量が比較的低い場合の耐孔食性の維持、 塩化物応力腐食割れに対する耐性の向上がある。
工具鋼
工具鋼に含まれるモリブデンは、使用中の高温で硬度を維持し、形状を保持することを可能にします。モリブデン熱間工具鋼は、熱間鍛造、ダイカスト、押出用途で高い強度と硬度を発揮します。
鋳鉄
鋳鉄への0.15～0.8%の少量のモリブデン添加は、脆さを減少させながら、引張強さ、耐衝撃性および耐食性を増加させる。モリブデン白鋳鉄は、優れた耐摩耗性と耐摩耗性を提供します。
超合金
ニッケル基超合金は、高温強度、溶接性、耐クリープ性 をモリブデンに依存している。モリブデンを使用した超合金は、ジェットエンジンや陸上発電用タービンの高温部で性能を発揮します。
その他のモリブデン合金
モリブデンは、マンガン、クロム、タングステンなどの合金の導電性や加工性などの特性も向上させる。アモルファス・モリブデン基合金は高い耐食性を持つ。
生産プロセス
モリブデン鉱石を有用な金属製品に変えるには、一連の生産工程が必要である：
採掘と濃縮
モリブデンの唯一の主要鉱物源はモリブデン鉱（MoS2）である。モリブデン鉱石は通常、露天掘りまたは地下法で採掘される。破砕、粉砕、浮遊技 術により、モリブデン鉱石の精鉱が得られ、下流で処理される。
ロースト
技術的な三酸化モリブデンは、濃縮されたモリブデン鉱石を空気または酸素中、500～700℃で焙焼することにより製造される。これにより、硫化鉱はMoO3に酸化され、その後元素モリブデン粉末に還元されます。
削減
モリブデン金属粉末は、三酸化モリブデンを約1,100℃の温度で水素ガスで還元することによって作られる。粉末はその後、モリブデン金属の形状に圧縮されるか、またはさらに大きなインゴットに統合され、融合される。
メルティング
真空アーク再溶解または電子ビーム溶解技術は、モリブデン粉末を圧延、押出、鍛造に適した固体インゴットに精製し、固める。99.95%以上の高純度レベルを達成することができます。
変形
押し出し、鍛造、圧延、引抜きなどの様々な熱間または冷間成形加工により、モリブデン・インゴットは棒、線、板、箔、管などの加工製品に加工される。変形工程の間に焼鈍が必要な場合もある。
機械加工
モリブデン製品は、旋盤加工、ドリル加工、フライス加工、研削加工、その他の切削加工などの工程を経て、最終部品に精密加工することができます。放電加工（EDM）は、モリブデンの硬度のためにしばしば必要とされる。
参加
溶接、ろう付け、はんだ付けの方法は、複雑なモリブデン組立部品を製造するために使用されます。電子ビーム溶接は、歪みや酸化を最小限に抑えながらモリブデン部品を接合するのに有利です。
コーティング
耐食性を向上させるために、モリブデンにニッケル、無電解ニッケル、クロムめっきを施すことができる。陽極酸化やリン酸塩のような化成処理もモリブデンの表面に施されます。
用途
モリブデン製品は、モリブデンの極端な融点、高温での強度、耐摩耗性、耐腐食性、熱伝導性、およびその他の有益な特性により、現代技術全体でいたるところで使用されている：
鋼鉄および鋳鉄
モリブデンの主な用途は、ステンレス鋼、工具鋼、高強度低合金(HSLA)鋼、鋳鉄の合金剤として、幅広い産業分野で使用されている。モリブデンは、パイプライン、建設、発電、自動車などの用途において、鋼の特性と性能を向上させます。
化学・石油化学
モリブデンを含有するステンレス鋼やニッケル合金は、化学プラントや石油精製所で見られる腐食環境に優れています。また、二硫化モリブデンのようなモリブデン触媒は、プラスチック、ポリマー、溶剤、その他の化学物質の製造において重要な反応を促進します。
航空宇宙
モリブデンの高温強度は、ブレード、ファスナー、エキゾーストマニホールド、ノズルなどの航空機エンジン部品に理想的です。また、熱膨張係数が低いため、宇宙船用途にも適しています。
電気・電子
モリブデンの電気伝導性と耐熱性は、パワーグリッド管、ブラウン管グリッド、マイクロ波管、溶接電極、および1,500℃を超える温度で動作する他の真空管要素に利用されている。
ガラス製造
モリブデンは溶融ガラスに対する耐性があり、ガラス溶解炉や、スターラー、配管、電極ホルダー、ファイバーブッシングなどの機械部品に使用されています。モリブデンはまた、遷移金属酸化物を含む着色剤を使用したガラス組成物に耐酸化性を与えます。
潤滑油
モリブデン酸塩(MoS2)は、液体潤滑剤が分解する高温で有効な一般的な乾式潤滑剤です。それは機械で造られた表面を保護し、可動部分の摩擦を減らし、そして自動車および産業適用の摩耗そして焼付きを軽減する。
顔料とコーティング
モリブデン酸鉛とモリブデン酸オレンジ／赤は、塗料、プラスチック、ゴム、セラミックに色と腐食抑制を与える顔料である。その他のモリブデン化合物は、メタリック装飾塗料に使用されると輝きと光沢を与えます。
価格
モリブデン価格は市場の需給動向によって変動する。Platts Metals Weekが発表した2022年の米国ディーラー酸化モリブデンの月平均は以下の通り：
- 1月：17.60ドル/ポンド
- 2月：19.10ドル/ポンド
- 3月：19.50ドル/ポンド
- 4月：19.15ドル/ポンド
- 5月：18.85ドル/ポンド
- 6月：18.00ドル/ポンド
- 7月：17.25ドル/ポンド
- 8月：15.00ドル/ポンド
マイナーメタルのモリブデン価格は、2005年に38ドル/ ポンドの高値を付けた後、2016年には8ドル/ ポンドの安値まで下落した。現在のモリブデン価 格は、15年間の歴史的平均である19.71ドル/ポンドを下回っている。
グローバル生産
米国地質調査所によると、2021年の世界のモリブデン鉱山生産量は29万トン。主なモリブデン生産国は以下の通り：
- 中国：11万トン（世界生産の38）
- チリ：64,000トン（22）
- 米国38,000トン（13）
- ペルー：20,000トン（7）
- メキシコ：15,000トン（5）
世界のモリブデン供給の主要部分を占める企業には、Freeport-McMoRan（米国）、Codelco（チリ）、China Molybdenum Co.Ltd.（中国）、Grupo Molybdenum Co.(Ltd.（中国）、Grupo México（メキシコ）、Anglo American（英国）などである。
リサイクル
モリブデンのリサイクルは、毎年かなりの量の供給に貢献している。モリブデンのスクラップは、新製品の製造、金属加工手順、使用済み部品、廃材などから発生する。
モリブデン含有量は、シートの切り抜き、棒の端、溶接棒のスタブ、その他の固形物や切削くずのような様々な形態のスクラップから回収される。使用済み触媒もリサイクルしてモリブデンを回収することができる。国際モリブデン協会によると、モリブデンの約60％はリサイクル・スクラップから調達されている。
よくある質問
モリブデン製品に関するよくあるご質問にお答えします：
モリブデン合金を使う主な利点は何ですか？
モリブデンは、1,000℃を超える高温での強度、硬度、靭性、耐クリープ性を向上させる。また、耐食性と溶接性も向上させます。これらの特性により、モリブデン合金は要求の厳しい用途に適しています。
モリブデンに大きく依存している産業は？
モリブデンの主な消費者は、建設、自動車、発電、航空宇宙、エレクトロニクス、化学産業である。ステンレス鋼と合金鋼のメーカーはモリブデンの第一級のユーザーである。
モリブデンはどのような形で購入できますか？
金属モリブデンは、棒、板、ファスナー、ワイヤー、機械加工品として市販されている。粉末やその他のモリブデン化合物は、コーティング、合金化、触媒、顔料などに使用される。
モリブデンは石油産業で何に使われているのか？
モリブデンを含有するステンレス鋼や低合金鋼は、掘削作業や製油所の過酷な環境において優れた耐食性を発揮する。また、硫化モリブデン触媒は、原油を軽質留分に精製する際の鍵となります。
モリブデンを使うのは高価ですか？
モリブデンは強度が高く、熱伝導率が高いため、機械加工や成形に多くのエネルギーを必要とする。また、モリブデンの溶解と合金化プロセスも多大な電力を消費する。これらの要因により、モリブデンは他の金属よりもコストが高い。
モリブデンは希少資源か？
モリブデンは地殻中に比較的豊富に存在し、既知の資源量は今後数十年にわたって需要を上回ると予測されている。モリブデンの追加的な供給は、金属スクラップや使用済み触媒のリサイクルによるものである。価格は変動するが、モリブデンの入手可能性は一般的に信頼できる。
結論
モリブデンは、他の金属では得られない特性を持つユニークな元素です。その合金は、極端な温度、過酷な環境、性能と安全性が損なわれることのないミッションクリティカルなオペレーションでの用途に不可欠です。モリブデン製品は、現代社会のあらゆる領域で技術を進歩させ続けます。この金属の製造能力を賢く利用し、適切なリサイクル・プロトコルを実施することで、モリブデンが将来にわたって入手しやすく、持続可能であり続けることができるのです。
