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你是否见过这种灰的金属?它是如今能源与高端制造的核心材料之一,属于不可再生的重要战略资源。
这种灰的金属是能源与高端制造的核心材料之一
当然,其本身也是一种十分神奇的金属元素,叫做钼。
那么,钼元素到底是什么?它又有哪些应用呢?
大多数人对于钼元素并不熟悉,因为它在元素周期表当中的排名并不算靠前,日常生活中似乎也没见过它的身影。不过这家伙的出镜频率还是比较高的,只是相对低调一些罢了。
钼的化学符号为Mo,原子系数为42,在元素周期表当中属于第五周期第六副族,是一种难熔的稀有金属。根据资料来看,钼的熔点为2623摄氏度,沸点为4639摄氏度,这就意味着它还是比较“耐热”的。
钼元素在元素周期表当中的位置
此外,钼元素的膨胀系数小、强度大、电导率大、导热性能好、耐腐蚀,这些优势都使它在电气、化工、宇航等方面,都有着较好的发展前景。不过,它在地球上的含量并不多,可谓是用一点儿就少一点儿。
资料显示,钼在地球上的蕴藏量较少,其含量仅占地壳重量的0.001%,钼矿总储量约为1500万t,主要分布在美国、中国、智利、俄罗斯、加拿大等国。
钼元素的地球化学参数,它的蕴藏量是比较少的
值得一提的是,这种拥有多重优点的神奇元素,身世却有些坎坷。
在1778年被确认之前,钼元素总是被人们当成铅来对待,因为它常常出现于辉钼矿当中,而这种矿长的和铅实在是太像了。所以在瑞典化学家舍勒帮钼元素“正名”之前,钼元素一直籍籍无名,顶着别人的名字“活着”。
瑞典化学家舍勒发现钼元素之前,它总是被人们当成铅对待
人们重视钼,大多是因为它不但延展性强,热膨胀系数也低。若我们将其的密度与钨进行对比,就会发现它只有钨的1/2左右,但是延展性却明显更强,所以更容易被压成薄片或者细丝,用于切割加工。
热膨胀系数低,主要说的是它在高温之下,依旧能保持稳定的形态和尺寸,少会变形。不过,这个优点放在低温下就很尴尬了,会让它变得嘎嘣脆。
如今大部分工业切割当中,都会使用到钼,只不过它并不引人注目,因为这时的钼常常是以一根细细的金属丝模样出现的。
工业切割当中使用到的钼丝
那么,这么细的一根钼丝,为何能在切割领域“如鱼得水”,它真有这么锋利能直接切开钢板吗?
钼丝莫式硬度5.5的性质虽然很不错,但是用这么细一根拿来切钢板,似乎还是有些夸张了,毕竟钢板又不是“豆腐”,本身的强度摆在那的。
因此工业切割钢板并不单是靠钼丝,还有切割装置原理。因为这种线切割技术也被称之为电火花切割,它是在电火花穿孔和成形加工的基础上发展而来的,初的发现者是拉扎连科夫妇。
在发现电火花瞬时产生的高温能够让金属融化、腐蚀之后,他们便发明了使用电火花进行切割加工的方法,后来演化为了线切割机。
线切割机的主要结构示意图
一般来说,这一方法需要利用移动的金属丝来当“电丝”,然后让电丝和元件之间的脉冲产生电火花,而这个电火花的高温就能够让被切割物质融化了。所以如果大家观察线切割机工作,就会发现它一直滋滋啦啦的冒火花。
那么,发明者为何从众多金属元素当中,选择了钼元素呢?
这其实就与咱们上文中所说的钼元素的特性有关了。在线切割机进行切割的时候,往往会产生高温,而钼的耐高温性在此时就能发挥优势了。再加上这类切割机对于线的形态和稳定性也有着明确的要求,起码不能切着切着金属丝就变形了。
钼元素的物理特性,使得它在线切割当中发挥了优势
在这种情况下,热膨胀系数很低的钼就能地充当“切割线”,确保加工部件被切割出来是完整的,符合规格的。
要知道,线切割基本都是被运用在精加工领域的,若是使用其他容易变形的金属丝来替代钼丝,那么肯定会产生不少的“废件”。
所以,钼丝一直都是电火花加工当中理想的电丝,使用它可以来切割各种钢材和硬质合金,还能够加工一些对形状和精度要求高的复杂零件,放电加工的稳定性高。
钼丝是电火花加工当中理想的电丝
得益于上世纪与苏联之间短暂的“蜜月期”,我国也算是个将电火花线切割机用于工业生产的国家了。在这类切割机需求居高不下的情况下,钼元素的当然也就变得很高了。
此外,不起眼的钼丝还会被用在灯泡制造业中,比如钼元素和其他元素的合金,常常被用来当做高功率微波管和毫米波管中热离子阴的结构元件,能在1200摄氏度左右的温度当中工作。
资料显示据中国照明协会统计, 2001年,全国生产钼丝就已经达到31 .5亿m, 实际产量估计达到40亿m, 消耗将近800t钼条, 其数量十分可观。而其中线切割用钼丝产量,也超过了20亿m。
由于钼的性质,导致我国对它的需求很大,产量也十分可观
除了能够一路火花带闪电的切开钢板以外,钼元素的用途还有很多,可以说是让人“钼不暇接”。那么,它还被运用在哪些领域当中呢?
首先就是用在钢铁工业当中,一般来说它是以合金化元素的身份存在的,算是“添加剂”。当人们在钢铁生产中加入一定剂量的钼元素后,就能够提高钢的强度,使其在高温和韧性方面有更加的表现。
钼元素在钢铁工业当中的应用
其次就是运用在农业生产当中,这一点大多数人都不知道也无法理解,难道说咱们吃的粮食还需要金属元素参与?
还真是这样,因为钼其实是植物当中必不可少的微量元素之一,有着关键的作用。有时候,它的存在甚至能让农作物“起死回生”。
研究显示,钼能催化硝酸盐向盐转化,然后在固氮酶的作用下生成铵态氮,参与植物中碳、氮代谢等重要的生理过程。钼还能促进植物对磷的吸收和空气中氮的固定,提高其抗寒性能。
钼元素能够帮助植物提升固氮作用
比如以大豆为例,当其根瘤变长变少后,叶片也会出现斑点并随之萎缩。而这种症状,就是因为它体内缺少“钼元素”了。此时将钼元素按配比制成的化肥拿来,就能很快解决问题,帮助大豆重新焕发生机。
此外,钼元素对于人体来说也很重要,只不过它的含量比较少,所以大家鲜少注意到它。根据估算,体重为70千克的健康人体当中,钼的含量也不会超过9克,其广泛存在于肝、骨骼、肾脏之类的器官当中。
钼元素对于人体来说也很重要
人体中的钼元素可以有效地抑制胺类强致癌物的合成,还具备运载作用,帮助人体输送一些金属离子。此外,它还有保护心血管、预防龋齿的功能,总的来说算是比较全能的元素了。
如果大家察觉到缺乏钼元素,可以通过食用黄豆、玉米、黑米之类的粮食,进行补充。当然,补充也不可过量,具体还是要根据个人情况和医嘱而定。
如果需要补充钼元素,可以采取食补的方式
废钼回收的技术创新与未来趋势
行业技术革新聚焦绿色高效方向。湿法冶金领域,离子交换和溶剂萃取技术提升钼回收率至98%以上;火法冶金中,等离子熔炼减少能耗20%。智能化趋势显著:AI分选机器人可识别含钼废料,区块链技术实现供应链透明化管理。未来,随着电动汽车(电池含钼材料)和氢能(钼基催化剂)的兴起,废钼回收将向高纯化、定制化发展,催生专业化细分市场。
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钼这一曾被冠以“战争金属”之名的稀有材料,其熔点高达2610℃的物理特性与的化学稳定性,不仅重塑了机器人核心部件的性能边界,更在产业链上下游掀起一场从资源争夺到技术突破的深度变革。
钼的应用早已突破传统钢铁行业的藩篱。在特斯拉Optimus的线性驱动模块中,含钼合金制成的行星滚柱丝杠以每秒数千次的往复运动承受着端载荷。这种材料的高温稳定性,使得机器人关节在连续运转中避免了传统钢材因热膨胀导致的精度衰减。
在更微观的层面,二硫化钼(MoS₂)纳米涂层技术正颠覆机械传动设计——厚度仅为头发丝千分之一的润滑层,可将齿轮磨损率降低70%,这对于需要终身免维护的服务型机器人。
电子系统的进化则进一步释放了钼的潜能。金钼股份(601958.SH)研发的结构钼粉,成功替代了日本产品,成为精密传感器外壳的首选材料。这种粉末冶金技术的突破,使得机器人触觉模块在潮湿、腐蚀性环境中仍能保持信号传输稳定性,为海底勘探机器人等特种设备铺平道路。
中国以590万吨钼储量占据39%的资源话语权,但低品位矿占比高达81%的现实,迫使产业向高附加值领域突围。2024年钼消费28.6万吨中,12.6万吨来自中国,其中新兴领域需求增速达18%。这背后是钢铁行业高端化转型的——每吨高端的钼添加量从0.3%提升至2.5%,直接推动洛阳钼业(603993.SH)将钼铁年产能扩至4.42万吨。
杠杆正在撬动更深层次的变革。2025年1月实施的钼制品出口管制新政,将纯度≥97%、粒径≤50μm的钼粉纳入管控,这既是对战略资源的保护,也倒逼企业加速技术升级。攀钢钒钛(000629.SZ)开发的氯化法提纯工艺,将钼精矿加工成本降低20%,其99.9%高纯钼产品已进入波士顿动力供应链。
在人形机器人制造链中,两类钼基材料扮演着关键角:钼铁合金(FeMo70)作为结构增强剂,通过“一步法”焙烧工艺融入机器人骨架;99.95%以上纯度的高纯钼粉,则经由氢气氛烧结炉在1500℃下成型,成为神经网络的电子接点。紫金矿业(601899.SH)沙坪沟钼矿的智能化配矿系统,通过AI算法实时优化矿石入选品位,将资源利用率从68%提升至92%,这种数字孪生技术正在改写传统采矿模式。
技术正在突破物理限。美国罗格斯大学开发的二硫化钼微型致动器,以1.6毫克自重拉动265毫克负载的能量密度,为微型化驱动单元提供了新思路。而河钢股份(000709.SZ)的亚熔盐法清洁生产体系,不仅将废水回用率提升至95%,更使钼制品晶界纯度达到航空级标准。
当前钼价已从2024年的3600元/吨度攀升至2025年3月的4200元/吨度,12%的涨幅背后是结构性缺口的持续扩大。若2030年人形机器人出货量突破1000万台,仅此领域就将新增500-1000吨钼需求,叠加风电、半导体等产业拉动,市场规模有望突破120亿元。但挑战同样尖锐:中国81%的钼矿品位低于0.12%,开采能耗是智利伴生矿的3倍,这迫使企业转向生物浸出等绿冶金技术,湖南某企业的微生物提钼工艺已使低品位矿利用率提升至75%。
钼产业的未来不仅关乎材料本身,更是高端智能制造与可持续开发的新。
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三氧化钼(MoO3)又称钼酐,分子量143.94。白透明斜方晶体,微带淡绿彩,加热时转为黄,冷却后恢复原来颜。密度4.692g/cm3,熔点795℃,沸点1155℃,易升华。不溶于水,可熔于氨水和强碱溶液,生成钼酸盐。溶于强酸、生成二氧钼根(MoO22+)和氧钼根(MoO4+)络合阳离子,与酸根可形成可溶性络合物。氧化性弱,在高温下可被氢、碳、铝还原。与磷酸反应可生成磷钼酸。
在空气中很稳定,通入干燥氯化氢,加热升华成淡黄针状结晶。与卤素化合物如五氟化溴、三氟化氯发生剧烈反应。受高热分解,放出有毒的烟气。三氧化钼可用作分析试剂,制取金属钼及钼合金和钼盐的原料;石油工业中用作催化剂;用于搪瓷釉颜料及物等。在空气中灼烧钼或二硫化钼或者焙烧钼酸制得。
三氧化钼是钼(VI)的氧化物,分子式为MoO3,是制取其它钼化合物的主要原料。它主要用作制取金属钼,以及催化很多有机反应,比如丙烯氨氧化制取丙烯腈。 三氧化钼是由金属原子Mo在中心、氧原子在角边的[MoO6]八面体为基本结构单元,共角、形成链连接,每两个相似的链共边连接形成层状的MoO3化学计量结构,层与层之间靠范德华力作用而交错堆积排列。
三氧化钼具有层状结构和框架很重要,其中存在着广延的通道,可用作离子的流通渠道和嵌入位置。开放的三氧化钼晶体结构和它的水化物都是H+,Li+及其他离子的良好离子注入主体。这一优良特性使其在信息显示与储存、催化剂、传感器等领域具有广阔应用前景。三氧化钼具有电致变、抑烟-阻燃、催化降解以及气敏特性等。
三氧化钼和钼酸盐有毒,金属钼和二硫化钼毒性较弱。钼中毒引起足痛风,尿酸形成增高,出现关节病和多关节痛。低血压,血压不稳定,神经系统功能紊乱,代谢过程障碍。钼的可溶性化合物,其气溶胶的大容许浓度为2 mg/m3,粉尘为4mg/m3,钼的不溶性化合物为6 mg/m3。工作时要戴防毒口罩,穿防尘工作服。加工矿石和制备金属钼的粉末时,要粉尘泄露。要将起尘的设备加以密封,掩盖,并注意通风。 无或黄白粉末,斜方晶系结晶。 微溶于水,溶于酸、碱和氨水溶液。 用作五氧化二磷、三氧化二砷、双氧水、酚和醇类的还原剂,也用于钼盐、钼合金的制造 用作制取金属钼及钼化合物的原料。石油工业中用作催化剂。还可用于搪瓷釉颜料及物等。 冶金工业用作粉末冶金原料、制作各种钼金属材料,化工工业中用作各种钼化合物的钼源添加剂、钼系催化剂的原料。 在机械零件中用作固体润滑的底膜 生化研究 比法测定血糖、蛋白质、酚、砷、铅、铋等。生物碱检验。石油工业催化剂。钼盐、钼合金的制造。五氧化二磷、三氧化二砷、双氧水、酚和醇类的还原剂。 高纯三氧化钼用于还原钼粉,裂变催化剂、加氢催化剂、颜料、陶瓷和玻璃的生产。
钼酸铵热分解法将辉钼精矿粉碎至60~80目,放入焙烧炉中于500~550℃氧化焙烧,用氨水浸出,得钼酸铵溶液除去杂质后,加热至40~45℃,在搅拌下加入硝酸中和至Ph=1.5,生成八钼酸铵沉淀,经过滤,离心脱水后,溶于70~80℃的氨水中,再蒸发浓缩,得到仲钼酸铵,然后在550~600℃下进行热分解,得三氧化钼成品。其
(NH4)2MoO4+14HNO3→(NH4)2O·8MoO3·4H2O↓+14NH4NO3+3H2O
7[(NH4)2O·8MoO3·4H2O]+2NH3·H2O+3H2O→8[(NH4)2O·7MoO3·4H2O]↓
3(NH4)2O·7MoO3·4H20→7MoO3+6NH3↑+7H2O