Благодаря тугоплавкости и низкому коэффициенту теплового расширения этот металл широко применяют в электротехнике, радиоэлектронике, технике высоких температур. Крючки, на которых подвешена вольфрамовая нить в электрической лампочке, сделаны из молибдена. Из него же изготовляют многие детали радиоламп, рентгеновских трубок. Молибденовые спирали служат нагревателями в мощных вакуумных электропечах сопротивления, где развиваются весьма высокие температуры.
Богатая молибденовая руда
Харбея
Руда с примесью меди, считавшейся вредной
Наиболее широко молибден применяется в черной металлургии. Примерно 80 % его используется в производстве нержавеющих, низколегированных, инструментальных и быстрорежущих сталей, суперсплавов, литейного чугуна.
Высокая легирующая способность молибдена обусловлена тем, что он имеет такую же кристаллическую решетку, как и железо. Радиусы их атомов также очень близки между собой. Ну, а “родственным душам” легко найти общий язык. Добавление молибдена в сталь делает её гораздо более твердой и одновременно вязкой. Металлорежущий инструмент из стали, содержащей молибден, обладает свойством закаливаться в процессе работы.
Впрочем, молибден дружен не только с железом. Сплавы молибдена с хромом, кобальтом, никелем обладают отличной кислотоупорностью и применяются для производства химической аппаратуры. Для некоторых сплавов тех же элементов характерно большое сопротивление истиранию. Сплавы молибдена с вольфрамом могут заменять платину. Для изготовления электротехнических контактов используют сплавы этого элемента с медью и серебром.
В нержавеющих сталях этот металл повышает легирующие свойства хрома, что важно при их использовании в высокотемпературных коррозийных условиях некоторых химических производств. Растёт потребление молибдена в новых сферах применения, среди которых: изготовление кузовов автомобилей из листовой стали, использование молибденовых электродов в магнетронах, производство спечённых из порошка подложек для полупроводников и неодим-железо-боровых магнитов.
Использование молибденсодержащих сталей и сплавов растет, в особенности в нефте- и газопроводах. Уровень содержания молибдена в современных трубах вырос с 0,1% до 0,2-0,3%. Новейшие разработки сталей для нефте- и газопроводов могут удвоить это количество. Сектор бурения нефтяных скважин растет медленнее, но растет использование молибденсодержащих сталей взамен низкоуглеродистых при бурении в условиях повышенных температур, давления и коррозионных сред.
Кровля штольни, пересекающей рудную зону
Мелкие жилы с молибденитом
Также растет использование молибдена в качестве катализатора для очистки нефти, что связано с растущей потребностью в малосернистом бензине. Около 95% нефтеперерабатывающих предприятий используют молибденсодержащие катализаторы для удаления серы при производстве ультрамалосернистого дизельного топлива, темпы роста потребления молибдена в которых составляют 6-8% в год.
В газовых турбинах используется около пятидесяти сплавов, содержащих молибден от 1% до 25%. Благодаря способности молибдена сопротивляться горячей коррозии.
Обширным рынком для молибдена является ядерная энергетика, где осуществляется переход на более прочные трубы из молибденсодержащих сталей для хладагентов новых реакторов. Другим новым применением для молибдена в ядерных энергетических установках являются нержавеющие стали, стойкие к микробиологической коррозии, используемые в системах охлаждения. Новое поколение атомных электростанций может использовать 180 – 230 т молибдена каждая.
Другой разработкой, вовлекающей молибден в ядерную энергетику, являются исследования по использованию в качестве топлива уран-молибденовых сплавов. Радиационная стойкость и механические свойства ядерного топлива улучшаются после легирования урана, в процессе которого в уран добавляют небольшое количество молибдена, алюминия и других металлов. Легирующие добавки снижают число нейтронов деления на один захват нейтрона ядерным топливом. Поэтому легирующие добавки к урану стремятся выбрать из материалов, слабо поглощающих нейтроны.
Высокими теплопроводностью и механическими свойствами обладают дисперсионные ядерные топлива, в которых мелкие частицы UO2, UC, PuO2 и других соединений урана и плутония размещают гетерогенно в металлической матрице из алюминия, молибдена, нержавеющей стали и др. Материал матрицы определяет радиационную стойкость и теплопроводность дисперсионного топлива. Например, дисперсионное топливо первой АЭС состояло из частиц сплава урана с 9 % молибдена, залитых магнием.
Интерес к сплавам плутония вызван главным образом возможностью использования их как горючего в ядерных реакторах. Такое горючее может быть двух типов: жидкое и твердое. Идея горючего в виде жидкого плутониевого сплава была предложена еще в 1946 г. Однако такие сплавы состоят целиком или большей частью из £-фазы системы уран — плутоний, имеющей такие неблагоприятные металлургические свойства, как большая хрупкость, малая прочность, низкая коррозионная стойкость и, наконец, плохая устойчивость против облучения. Для преодоления этих вредных особенностей было предпринято широкое исследование тройных сплавов урана, плутония и третьего элемента с целью подавления образования £-фазы. Наиболее успешно эта цель была достигнуга добавками молибдена к урану и плутонию, хотя предполагается, что и другие элементы (например, рутений) также эффективно помогают молибдену подавить £-фазу, увеличивая термодинамическую устойчивость твердых растворов. В опытах с умеренным выгоранием сплавы уран — плутонии — молибден показали довольно хорошую устойчивость против облучения. Поскольку одним из основных продуктов деления плутония-239 является молибден, возникла идея стабилизировать фазу посредством так называемого сплава уран — плутоний — смесь продуктов деления, в которых преобладают молибден, рутений и другие элементы, стабилизирующие эту фазу. Такой сплав имеет известные преимущества в отношении работы в реакторе и регенерации горючего.
Расширение использования молибдена исходит из необходимости захоронения использованного ядерного топлива, требующих молибден для изготовления контейнеров.
См. также