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钼是一种金属元素,元素符号:Mo,英文名称:Molybdenum,原子序数42,是VIB族金属。钼的密度为10.2g/cm³,熔点为2610℃,沸点为5560℃。钼是一种银白的金属,硬而坚韧,熔点高,热传导率也比较高,常温下不与空气发生氧化反应。作为一种过渡元素,易改变其氧化状态,钼离子的颜也会随着氧化状态的改变而改变。钼是人体及动植物所的微量元素,对人以及动植物的生长、发育、遗传起着重要作用。钼在地壳中的平均含量为0.00011%,钼资源储量约为1100万吨,探明储量约为1940万吨。由于钼具有高强度、高熔点、耐腐蚀、耐磨研等优点,被广泛应用于钢铁、石油、化工、电气和电子技术、医和农业等领域。
钼丝不但能够对各种金属进行加工,还广泛应用于绕丝芯线,引出丝,加热元件等,钼丝的精度要求很高,断线发生率低,加工速度快,可实现稳定长时间连续加工。
当看到线切割加工时,很长一段时间,我一直以为是钼丝与工件硬碰硬,活生生被锯开的呢,别笑,真是这么想的,其实呢,真正的切割原理跟我想象的相差十九万八千里。
线切割是利用连续移动的细金属丝作电,对工件进行脉冲火花放电蚀除金属、切割成型。
通俗的说就是这根丝通电接负,工件接正,并且接的是脉冲电源,还在不停的走动,对工件放电,瞬间产生几千度的高温,把放电的那一部分熔化或者气化了,这样就切开了,注意:不是硬碰硬的切,也不是金属丝本身产生高温去切,而是放电,让工件产生高温,自己熔化和腐蚀。
钼丝的主要成分是钼(Mo),含量在99%以上,钼在自然界中主要存在于辉钼矿(MoS2)中。
辉钼矿在很长一段时间里都被当作石墨,这种柔软的灰矿物,在18世纪由舍勒提出辉钼矿本身不是一种石墨,而是某种金属矿石,他还试图还原纯的金属钼,但是当时没有达到所需温度的炉子,多年后由海基尔姆成功的还原出这种银白金属钼。
钼是一种银白的坚硬金属,具有熔点高,延展性好的特点,其熔点可达2620摄氏度,沸点为4639摄氏度,在天然存在的元素中,只有钽,锇,铼,钨和碳有高于钼的熔点,即便将它烧红了仍然能保持一定的硬度;并且钼的化学性质也很稳定,不会被盐酸,碱所腐蚀。
在外观上金属钼与钨相似,但通过密度还是很容易被分辨出来,钼的密度只有钨的一半。
常温下的金属钼是很稳定的,在空气中加热钼棒,当温度升高钼会很快氧化,生成黄的三氧化钼(MoO3),随着氧化钼的厚度不同,它也会呈现出五彩斑斓的颜,当物体与钼产生摩擦,其颗粒在空气中自燃也会形成三氧化钼,三氧化钼可用于生产钼的重要化工产品---钼酸铵,它是制造陶瓷釉彩,颜料及其他钼化合物的原料。
钼是地球上的一种稀有金属,我们对它即陌生又熟悉,它与我们的生活息息相关,应用广泛,它既是用于国防工业中的战略金属,又是动植物所需要的重要营养元素,还是钢铁合金的重要成份。
目前世界上所生产的钼,80%以上用于钢铁冶炼,主要作为钢铁的添加剂用于生产合金钢,可以提高合金钢的强度,韧性和耐磨性等,因具有良好的机械稳定性,高延展性而被用于高发热元件(灯泡中挂发光钨丝的钩子材料就是钼),挤压模具,金属加工工具,航空航天器零件等。
钼作为一种稀有金属,全世界的储量主要集中在中国和俄罗斯等少数国家,由于添加了钼的合金材料性能好,已成为军工上的材料,用于战舰,坦克等制造中,各国纷纷将其列为战略金属。
另外二硫化钼被誉为“高级固体润滑油”,它是一种良好的固体润滑剂,因为它的摩擦系数低,屈服强度很高,能在真空及各种温,高温下正常使用,因而被广泛应用于齿轮,模具,核工业等。
在电子电器领域,钼具有良好的耐高温性和导电性,热膨胀系数也较低,是理想的线切割电丝,能切割各种钢材以及硬质合金,其放电加工稳定,能有效提高加工产品的精度,二维(厚度在几纳米到几十纳米的薄层)二硫化钼还有可能成为下一代晶体管材料,取代硅材料成为下一代集成电路所广泛使用的材料。
钼成为植物的营养液也是偶然被发现的,在新西兰的草场上人们发现一个的情况,全草场的草几乎枯黄没有一点生机,但是穿过草场的一条小路两侧的草却生机盎然,经过人们的研究发现,这条小路是附近一个钼矿工人必经之路,钼矿工人身上携带的钼粉会散落在这条路上,造成了这条小路上的草生长得,人们将钼粉融入肥料中撒在草场上,果然印了这个结果。
钼的生物属性也很重要,它不仅是植物同时也是动物和人体的微量元素,能提高人体免疫功能,但含量过高也会对人体造成伤害。
钼以其的性能,它不仅是沙场硬汉,金属的催化剂,还是生命的营养液 ,钼也明了它是多才多艺的金属,随着钼的应用越来越广,还会有更多的功能被开发出来,钼在社会中的作用将更大。
废钼回收的环保意义与政策支持
钼矿开采伴生重金属污染和生态破坏,而废钼回收可大幅减少环境负荷。每回收1万吨废钼,相当于减少30万吨矿石开采和10万吨二氧化碳排放。全球多国通过政策鼓励回收:欧盟将钼列为关键原材料,要求成员国提高回收率;中国《“十四五”循环经济发展规划》明确支持稀有金属再生利用。企业若通过ISO 14001认证或采用清洁生产技术(如废酸循环利用),还可获得税收优惠,进一步强化环保与经济的双赢。
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在化学元素周期表中,钼元素不怎么引人注“钼”,它不像铝、铁那样常见,不如铂、金贵重,更不似氧、氢那般构成了生命的主体。然而,钼元素与人类的关系其实密切,而关于钼元素的方方面面,有一些趣事你可能并不了解。
钼曾被误认为铅
虽然早在14世纪,人们就懂得利用含钼的钢铁来锻造军刀,但那个时候,人们还没有意识到钼元素的存在。原因在于,钼元素在地壳中的含量约为百万分之一,分布也比较分散,属于比较稀有的金属。而且,钼元素往往不是以单质的形式存在,主要与硫结合成化合物,形成辉钼矿,或者偶尔与铅、铜组合,生成铅钼矿和铜钼矿。
16世纪之前,当人们发现辉钼矿的时候,看到它为铅灰,具有金属的光泽,而且辉钼矿多以细微柔软的鳞片状产出,具有挠性(金属或矿物受力发生变形,在作用力失去之后不能恢复原状的性质称为挠性,与“弹性”相对),摸起来还有种油腻的感觉。这和石墨的性质十分相似,所以辉钼矿被误以为是石墨。后来,人们在寻找铅矿石的时候,发现辉钼矿的外观类似于方铅矿,于是,又把钼误认为是铅。所以,人们便用古希腊语中的“molybdos”(意思是“铅”)命名辉钼矿。
直到1778年,德国化学家卡尔·舍勒才首次实,钼辉矿并不是方铅矿,也不是石墨,而是一种新的矿物,含有新的元素。但是,舍勒没有办法将这种新的元素从矿石中分离出来,所以他没能成为个发现钼元素的科学家。有趣的是,舍勒被后世称为“倒霉蛋科学家”,他的坏运气就是从错失钼元素开始的,后来舍勒又从空气可以助燃的实验现象中差点发现了氧气,但却因为迷信燃素说而将发现氧气的机会留给了安托万·拉瓦锡。
在舍勒之后,其他科学家也试图从辉钼矿中提取出新元素,他们让辉钼矿发生氧化反应,然后将粉末放入水中,形成钼酸,但仍然无法从中析出钼金属。终于,在1781年,瑞典化学家彼得·海基尔姆幸运地摘取了科学果实。他将碳粉、亚麻籽油和钼酸混在一起,搅拌成糊状,然后用封闭的坩埚对这一团“浆糊”加热。终于,海基尔姆用这样的“碳还原法”将新的金属从辉钼矿中分离出来,他随即将该金属命名为“钼”。至此,人们才开始了解到钼元素的真面目。
战争使钼名扬天下
1781年,人们开始懂得如何得到金属钼,但此后的100多年里,全世界金属钼的总产量也不超过10吨。由于钼元素易于氧化,且冶炼和加工水平有限,人们似乎还不知道如何将这种金属大规模地应用到工业生产中来。
不过,钼元素适合重工业的优点还是有目共睹的,它硬而坚韧、耐腐蚀、耐高温,熔点仅次于钨、钽,它注定会成为人类重要的工业原料。1891年,法国施耐德公司率先将钼作为合金元素生产出了含钼的钢板,发现其性能,而且钼的密度仅是钨的一半,钼便逐渐取代钨成为炼钢的合金元素。到了20世纪,人类爆发了两场规模空前的世界大战,统计资料显示,在次世界大战中,钼的年产量从数吨瞬间飙升到了100吨,而到了二战时期,又增长至1万吨。为何战争促进了钼的生产?这是因为它太有用了。
我们知道,“陆战”——坦克就是在一战中发明的。初,英国人为了增强坦克的防御力,给坦克安装了75毫米厚的锰钢板,但这种笨重的坦克在战争中表现得并不怎么样。后来,英国人通过试验,将锰钢板换成钼钢板,在不削弱防御力的前提下使得坦克的厚度减了50毫米,结果,更加机动灵活的坦克才得以大显神威。
同样,德国的攻坚——“大贝尔莎”巨炮,也是用钼钢做成的。一战前期,应德国总参谋部的要求,德国工业巨头克虏伯公司研制出了史无前例的重炮,并以古斯塔夫·克虏伯的妻子贝尔莎命名。“大贝尔莎”的口径为420毫米,炮身重43吨,需要200位德国军人花6个星期才能组装完毕。更吓人的是,“大贝尔莎”的重820千克,射程15千米,再坚固的工事也经不住它来这么一发。克虏伯之所以能够研制出威力如此惊人的巨炮,其秘诀就在于使用了材质的钼钢来制作炮身,因为当“大贝尔莎”发射时,只有耐高温的钼能够抵御产生的热量,以免熔化炮身。
到了第二次世界大战,钼元素同样发挥着重要的作用。当时,战场上的坦克莫过于德国的式坦克,其类型包含Ⅰ型和Ⅱ型两种。从1942年服役至1945年德国投降,式坦克一直活跃于战场线,它所向披靡,抵挡。不过,在库尔斯克会战中,苏联人俘获Ⅱ型坦克后对其进行了测试,发现Ⅱ型坦克并不像传说中的那样坚不可摧,虽然它装甲很厚,但是防御效果相对于Ⅰ型并未有较大提升。之所以出现这种状况,其实是由于德军所占领的挪威克纳本钼矿在1943年被盟军轰炸,从而使德军失去了钼的来源。战争初期,德军的Ⅰ型坦克都采用了钼钢,这种钼钢耐腐蚀,在高温条件下仍然具有较高的强度,而Ⅱ型坦克的厚装甲中已经无钼可用,所以影响了德军装甲部队的战斗力。
钼是多才多艺的金属
两次世界大战使人们意识到钼对于军事的重要作用,战后,钼的年产量由10万吨上升到如今的20多万吨。钼在“战争金属”美誉的同时,其应用范围也越来越广,是在核能、医疗等高科技领域发挥着越来越重要的作用。
2018年,俄罗斯的莫斯科工程物理学院的科学家们发表了一项关于核燃料保护套的研究,他们使用钼合金代替现有的锆合金来用作核燃料保护外壳,可以提高核电站的性。
在现有的核电站中,铀燃料棒是安装在锆合金保护外壳内的。锆合金具有很高的耐腐蚀性,而且锆几乎不会和中子反应,所以是好的核燃料棒保护外壳。但是,在端情况下,比如由于地震和海啸导致应急冷却系统出现故障时,核反应堆内冷却水的水平面会一直下降,使铀燃料棒处于裸露状态,那么冷却不足会使高温的锆合金外壳与高温水蒸气产生氢化作用(即锆水反应),这会导致反应炉熔毁以及氢气爆炸——2011年的日本福岛核电站事故就是这样发生的。如果想要避免类似的事故,办法之一就是寻找一种比锆合金更优秀的核燃料棒保护外壳,而在众多金属材料中,只有钼同时满足比锆更耐腐蚀、更耐热、有更高的导热性以及更小的中子截面积(意味着不与中子反应)的条件,因而特制的钼合金很可能会在未来成为核电站防护装置的主要材料。
钼元素还被应用于医疗实践。比如,锝99是应用广泛的放射性造影剂,不过,锝99只能由一种方式制备,那就是钼99衰变。钼99是钼的一种放射性同位素,它的半衰期为2.75天,半衰期过后,钼99衰变为锝99。钼99的半衰期理想,这个时间不但了钼原子在原料地到医疗场所的运输过程具有的稳定性,而且了锝99的放射性可以在短时间内。如果半衰期过短,在运输过程中,钼原子可能产生放射性辐射的危险;如果半衰期过长,将影响医疗诊断的效率。在核医学中,80%的医疗到了锝99,而在美国,每天使用锝99的诊断就达 55000多起,所以,钼的重要性不言而喻。
生命对钼很敏感
生物老师常常会讲一个故事:某一年,新西兰的一个牧场遭遇了干旱,大量牧草枯萎而死,但有一条矿工经常踩踏的小路边上生长着茂密的绿草。这是为什么呢?原来这里的矿场是钼矿,矿工们每天工作,身上难免会沾上矿渣,当他们走路时不经意间将矿渣撒落在小路上,就如同上天赐予的“大补丸”,给路边的小草提供了的养料。另外,科学已经明,对农作物施加钼肥,可以增强农作物的抗病、抗旱和抗旱能力,提高产量。比如,根据科学家的统计,每亩农田施加钼肥20克,可使小麦增产35%,而大豆则可增产47%,蚕豆增产8%,绿豆增产32.8%,番茄增产75%。
钼不仅是植物生长和发育中的微量元素,也是植物发挥固氮功能的重要元素。氮是生命之源,有了氮,植物才变得有营养。然而,植物并不能直接吸收空气中的氮气,它们需要在固氮菌的帮助下,通过化学反应将氮元素吸收并存储起来。固氮菌为植物固氮的过程很复杂,需要一种催化剂,名为固氮酶,金属钼正是固氮酶的重要成分。每年,植物固氮总量约1亿吨,远超过人工固氮量,这都是钼元素的功劳。
不仅植物需要钼,我们人体内也需要钼,只不过需量少。成年人体内大约只有9毫克钼,而且它们分散在身体的各个部分。虽然如此,我们对于钼还是敏感的。比如,钼与我们头发的颜有关,因为钼元素会使头发偏红褐。又比如,我们的情绪也容易受钼的影响,有它,我们会精力充沛,神气十足,缺少或无它,我们会感到疲惫不堪,浑身乏力。钼为什么有这么大的本事呢?原因在于,钼是两种在新陈代谢中起重要作用的酶的组成成分,一是黄嘌呤氧化酶,一是亚硫酸盐氧化酶。这两种酶有钼存在时才具有活力,没有钼,就会失去活力,起不了催化作用。
由于钼在食物中比较广泛地存在着,小麦、豆类、猪肉、牛奶、蜂蜜都含有钼,人对于钼的需要量也不高,所以我们一般不会缺钼。如果身体摄入多余的钼,反而会引起金属中毒。
由此看来,钼这种罕见的元素,与我们的日常生活还真息息相关呢。
在元素的众多元素中,(Mo)并不像金、银那样广为人知,但其在现代工业及前沿科技领域的重要性却超乎想象。它是一种过渡,外观呈银灰,质地坚硬且具有高熔点,这使得钼在诸多场景中都发挥着不可替代的作用。从地壳丰度来看,钼为稀缺。连大家印象中比较稀缺的锂,都有十万分之 6.5 的丰度,足足是钼的 65 倍 。钼单质用途有限,主要因其质地脆、硬度与强度一般。但一旦与其他元素制成合金,钼的价值便充分凸显。在钢铁工业里,钼能显著提升钢的强度、韧性与抗腐蚀性能,广泛应用于各类高强度钢与不锈钢生产。比如常见的 316 型不锈钢,因添加了 2%-3% 的钼,对氯化物的抗腐蚀能力大幅增强,常用于食品加工、医疗设备制造等对卫生、抗腐蚀要求高的领域 。在高端制造方面,钼更是。航空发动机的火焰导向器和燃烧室,火箭发动机的喉管、喷嘴和阀门,这些在端高温环境下工作的部件,都离不开含钼高温合金。因为钼能有效提升合金在高温下的强度与稳定性,保障发动机稳定运行。巡航导弹的汽轮转子采用钼涂层,可使其在 1300℃高温、每分钟 4 - 6 万转的恶劣工况下正常运转 。近年来,随着科技发展,钼在电子领域的潜能被逐步挖掘。二硫化钼作为辉钼矿的主要成分,有望革新芯片制造。用二硫化钼制造芯片,具备两大突出优势:一是可制成柔性芯片,实现可弯折功能,为可穿戴设备、折叠屏电子设备等发展提供可能;二是功耗低,仅为同等硅基芯片的 20% 左右。2020 年,瑞士洛桑理工学院在《Nature》发表论文,展示了用二硫化钼制造类脑芯片的成果。由于二硫化钼天生低功耗,与类脑芯片对低能耗的需求契合,再结合其柔性特点,未来有望实现类脑柔性芯片的大规模应用。想象一下,若将此类芯片植入人体,用于辅助神经系统工作,或许真能开启 “赛博修仙” 的科幻篇章 。而且,钼本身,还是人体微量元素,一个体重 70kg 的人,体内通常含有 9g 钼,适当摄入能抑制肿瘤,这也为钼基芯片在人体应用方面减少了后顾之忧 。从资源分布来看,钼资源集中度较高。据美国地质调查数据,钼储量约 1500 万吨,而中国储量高达 580 万吨,占比 38.7%,位居世界首位 。河南栾川、陕西金堆城、吉林大黑山等,均属世界级大型钼矿。中国不仅储量领先,在产量上也占据 42% 左右,是大的钼生产国与消费国 。这意味着中国在钼资源开发、钼产品制造及相关技术研发上,拥有强大的话语权与产业优势,无论是传统工业升级,还是前沿科技探索,钼都将在中国的发展进程中持续发光发热,助力中国在科技与工业竞争中脱颖而出。
昨日上午8时许,位于洛南县石门镇的陕西秦岭钼业有限责任公司二分厂有毒气体泄漏,导致11人中毒,其中4人不幸身亡。
中毒工人:现场气味呛鼻
昨日上午10时许,华商报记者赶到洛南县医院,先后有7名工人被送到这里救治。在抢救室,几名中毒工人正在接受治疗,门外守着几名家属。
在医院抢救室,一名受伤工人插着氧气,家属正给他喂水。另一名躺在病床上的工人谢某伤势较轻。“我上夜班,早上8点下班时,领导让打扫卫生,厂里的杜总(音)和总工在那边配剂,用氢氧化钠与五硫化二磷,我看见有人晕倒了,工人陶某就喊雷总,雷总过来后上到配台上去拉杜总也晕倒了”。谢某称,当时现场气味呛鼻,随后救人的多名工人均中毒晕倒。
中毒事件发生后,厂区拨打了120并将中毒工人送到了医院。
4人送医途中经抢救无效死亡
“目前有3名伤势较重的患者已经送往了商洛市中心医院抢救,有4名伤者在洛南县医院抢救。”洛南县医院一名工作人员表示,他们正在和相关专家讨论对于中毒工人的抢救治疗方案。
华商报记者从洛南县医院获悉,中毒事件发生后,有11人送往医院抢救,送医途中4人经抢救无效死亡(均为男性),7人送到医院后紧急抢救(2男5女),他们中毒症状为抽风、昏迷、口唇发紫,四肢无力。
华商报记者了解到,涉事企业是一家从事矿业开采、有金属加工经营、销售的企业,主要生产钼精粉,用作合金及不锈钢的添加剂。
据洛南宣传部通报:事件发生在8月9日上午8时左右,陕西秦岭钼业有限责任公司二分厂2名剂工在化验室仓库外的搅拌桶旁配制剂(五硫化二磷和氢氧化钠)时,出现有毒气体,致使2人中毒。公司组织员工抢救过程中,又致9人中毒。
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5月25日,投资5.3亿元的恒睿达光伏电站组件生产项目、投资5亿元的常泰换热器用特型管生产项目在江苏靖江城南园区同天开工。两个重大项目深耕新能源、新材料产业赛道细分领域,以技术布抢占市场,是城南园区存量焕新的又一案例,将进一步助力城南产业结构优化。其中,换热器用特型管生产项目由常泰不锈钢管业投资,将具备年产换热器用特型管30000吨的生产能力,产品广泛应用于高压压力容器、化工机械、特种换热器、海洋、造船等领域,预计明年一季度投产。该项目采用领先的超薄壁精密冷轧技术,拥有传热效率高、流动阻力低、耐腐蚀、易清洗、易维护的优势,项目不仅满足了核电装备、超临界机组、LNG液化装置等高端装备制造领域对特种换热管材的国产化替代需求,更将带动区域新型合金材料研发、智能温控系统等上下游产业链协同发展。(来源:中国钢铁工业协会不锈钢分会公众号)
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