钼为人体及动植物必需的微量元素,关于它的

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钼[1](mù)为人体及动植物必须的微量元素。为银白色金属,硬而坚韧。人体各种组织都含钼,在人体内总量为9mg,肝、肾中含量最高。

钼是一种过渡元素,极易改变其氧化状态,在体内的氧化还原反应中起着传递电子的作用。在氧化的形式下,钼很可能是处于+6价状态。虽然在电子转移期间它也很可能首先还原为+5价状态。但是在还原后的酶中也曾发现过钼的其他氧化状态。钼是黄嘌呤氧化酶/脱氢酶、醛氧化酶和亚硫酸盐氧化酶的组成成分,从而确知其为人体及动植物必需的微量元素。

年,瑞典的埃尔姆,用亚麻子油调过的木炭和钼酸混合物密闭灼烧,而得到钼[2]。年确知钼为人体及动植物必须的微量元素。主要矿物是辉钼矿(MoS2)。

天然辉钼矿MoS2是一种软的黑色矿物,外型和石墨相似。18世纪末以前,欧洲市场上两者都以“molybdenite”名称出售。年,舍勒指出石墨与molybdenite(辉钼矿)是两种完全不同的物质。他发现硝酸对石墨没有影响,而与辉钼矿反应,获得一种白垩状的白色粉末,将它与碱溶液共同煮沸,结晶析出一种盐。他认为这种白色粉末是一种金属氧化物,用木炭混合后强热,没有获得金属,但与硫共热后却得到原来的辉钼矿。

年,瑞典一家矿场主埃尔姆从辉钼矿中分离出金属,命名为molybdenum,元素符号定为Mo。汉语译成钼。它得到贝齐里乌斯等人的承认。

钼位于门捷列夫周期表第5周期[3]、第VIB族,为一过渡性元素,钼原子序数42,原子量95.94,原子中电子排布为:ls2s2p3s3p3d4s4p4d5s。由于价电子层轨道呈半充满状态,钼介于亲石元素(8电子离子构型)和亲铜元素(18电子离子构型)之间,表现典型过渡状态.V.W.戈尔德斯密特在元素的地球化学分类里将它称亲铁元素。自然界里,钼有七个稳定的天然同位素,它们的核子数及其在天然混合物中所占比例如表1所列。

另据文献记载,已发现第八种天然同位素的存在。此外,还发现钼有十一种人造放射性同位素,因资料数据不详,此不赘述。钼为银白色金属,钼原子半径为0.14nm,原子体积为.5px/mol,配位数为8,晶体为Az型体心立方晶系,空间群为Oh(lm3m),至今还没发现它有异构转变.常温下钼的晶格参数在0.~0.nm之间,随杂质含量而变化。

钼熔点很高,在自然界单质中名列第六,被称作难熔金属,见表2。钼的密度为10.23g/cm,约为钨的一半(钨密度19.36g/cm)。钼的热膨胀系数很低,20~℃时为4.9×10/℃;钼的热传导率较高,为.35w/(m·k)。钼电阻率较低:0℃时为5.17×-10Ω·cm;℃时为24.6×-10Ω·cm;℃时为72×-10Ω·cm。钼属顺磁体,99.99%纯度的钼在25℃时比磁化系数为0.93×10cm/g。钼的比热在25℃时为.8J/(kg·k)。钼的硬度较大,摩氏硬度为5~5.5。钼在沸点的蒸发热为kJ/mol;熔化热为27.6±2.9kJ/mol;在25℃时的升华热为kJ/mol。

钼要丢掉七个或八个电子是极困难的[4]。这决定了钼的化学性质比较稳定。常温或在不太高的温度下,钼在空气或水里是稳定的。钼在空气中加热,颜色开始由白(色)转暗灰色;温升至℃,钼开始被缓慢氧化,生成黄色三氧化钼(MoO3,温度降至常温后变为白色);温升至℃以上,钼迅速被氧化成MoO3。钼在水蒸气中加热至~℃便开始生成MoO2,将它进一步加热,二氧化钼被继续氧化成三氧化钼。钼在纯氧中可自燃,生成三氧化钼。钼的氧化物已见于报道的很多,但不少是反应中间产物,而不是热力学稳定相态。非常可靠的只有九种。

另外,在生成MoO2前还有三种中间产物Mo2O3,MoO和Mo3O,但都还未能制造出它们的纯产物。钼的这一系列氧化物中,除最高价态的MoO3为酸性外,其余氧化物均为碱性氧化物。钼最重要的氧化物是MoO3和MoO2。

MoO2分子量为.94,含Mo74.99%。纯MoO2呈暗灰色、深褐色粉末状。25℃时,MoO2的生成热为kJ/mol,密度为6.34~6.47g/cm。MoO2呈金红石单斜结晶构造,单位晶体(晶胞)由两个MoO2分子组成,晶格参数为a=0.nm,b=0.nm,c=0.nm,d=11.nm。MoO2可溶于水,易溶于盐酸及硝酸,但不溶于氨水等碱液里。在空气、水蒸气或氧气中继续加热MoO2,它将被进一步氧化,直至完全生成MoO3。在真空中加热到1~℃,固态MoO2局部升华而不分解出氧,但大部分MoO2分解成MoO3气体和固态Mo。Jette.E.R(年)报道:MoO2在℃±50℃、0.1MPa(惰性气体)的条件下分解成钼和氧。MoO2是钼氧化的最终产物。

MoO3为淡绿或淡青色的白色粉末。分子量为.94,含Mo66.65%。25℃时,MoO3的生成热为kJ/mol,密度为4.g/cm,熔点为℃,沸点为℃.在低于熔点的温度已开始升华.在~℃时,升华呈气体的三氧化相为MoxO3x分子混合物,其中x=3~5,以x=3为主。MoO3微溶于水而生成钼酸。18℃,MoO3溶解度为1.%,70℃时为2.05%。

溶于水的三氧化钼与水按不同比例组成一系列同多酸,nMoO3·mH2O,其中n≥m。这一系列同多酸中比较重要的有:钼酸H2MoO4(n=m=1),仲钼酸H6Mo7O24,(n=7,m=3),四钼钼酸H2Mo4O13(n=4,m=1)。这些同多酸可看作两个或多个同种简单含氧酸分子缩水而成。比如7H2MoO4←→H6Mo7O24+4H2O。X分析发现,Mo7O24的结构由七个MoO6正八面体相连而成。MoO3易溶于氨水、碱金属碱液中,生成与同多酸对应的盐。MoO3在碱性介质(pH10)中往往呈MoO4存在,而在酸性介质中,它往往以Mo7O24(pH≤6~8)或Mo8O24(pH=1.5~2.9)形式存在。作为钼的重要化工产品——工业钼酸铵,也正是这一系列同多酸的铵盐混合物。

室温下,钼能与F2反应。℃钼开始与Cl2反应,~℃钼可与Cl2反应生成MoCl2。在白热温度下,钼能与Br2反应。钼与卤素反应产物可以是MoX6(如MoF6),亦可是MoO2X2(如MoO2Cl2)或者是MoOX4(如MoOCl4)或者是MoX。℃以上,钼在N2中开始脆化。℃以上钼才开始与N2反应,℃以上钼与N2反应生成氮化物。但是,直至熔解(℃±10℃),钼都不能与H2反应。因而,工业上通常用H2还原MoO3以生产金属钼粉。

反应过程可能是:~℃时,MoO3经H2还原,经生成Mo5O14、Mo17O47、Mo4O11等中间氧化态后生成MoO2;0~1℃时,H2进一步将MoO2还原成金属钼粉.钼在CO2中加热,可以被氧化为MoO3;而反应产物MoO3与CO又可反应,再度还原成Mo:Mo+3CO2←→MoO3+3CO。钼粉或氧化钼在CO或者CH4、H2混合物中共同加热可以生成碳化钼。℃时生成物为Mo2C,它性脆、密度为8.9g/cm,熔点为℃;而℃时的生成物为MoC,它的密度为8.4g/cm。

钼在常温下不与HF、HCI、稀HNO3、稀H2SO4及碱溶液反应。钼只溶于浓HNO3、王水或热而浓的H2SO4、煮沸的HCI中。

钼的生物属性也很重要,它不仅是植物也是动物必不可少的微量元素。钼是植物体内固氮菌中钼黄素蛋白酶的主要成份之一;也是植物硝酸还原酶的主要成份之一;还能激发磷酸酶活性,促进作物内糖和淀粉的合成与输送;有利于作物早熟。钼是七种重要微量营养元素之一。钼还是动物体内肝、肠中黄嘌呤氧化酶、醛类氧化酶的基本成份之一,也是亚硫酸肝素氧化酶的基本成份。

研究表明,钼还有明显防龋作用,钼对尿结石的形成有强烈抑制作用,人体缺钼易患肾结石。一个体重70kg的健康人,体内含钼9mg。对于人类,钼是第二、第三类过渡元素中已知唯一对人必不可少的元素,与同类过渡元素相比,钼的毒性极低,甚至可认为基本无毒。当然,过量的食入也会加速人体动脉壁中弹性物质——缩醛磷脂——氧化。所以,土壤含钼过高的地区,癌症发病率较低但痛风病、全身性动脉硬化的发病率较高。而食入含钼过量的饲草的动物,尤其长角动物易患胃病。

代谢吸收;膳食及饮水中的钼化合物,极易被吸收。经口摄入的可溶性钼酸铵约88%-93%可被吸收。膳食中的各种含硫化合物对钼的吸收有相当强的阻抑作用,硫化钼口服后只能吸收5%左右。钼酸盐被吸收后仍以钼酸根的形式与血液中的巨球蛋白结合,并与红细胞有松散的结合。血液中的钼大部分被肝、肾摄取。在肝脏中的钼酸根一部分转化为含钼酶,其余部分与蝶呤结合形成含钼的辅基储存在肝脏中。身体主要以钼酸盐形式通过肾脏排泄钼,膳食钼摄入增多时肾脏排泄钼也随之增多。因此,人体主要是通过肾脏排泄而不是通过控制吸收来保持体内钼平衡。此外也有一定数量的钼随胆汁排泄。

生理功能;钼作为3种钼金属酶的辅基而发挥其生理功能。钼酶催化一些底物的羟化反应。黄嘌呤氧化酶催化次黄嘌呤转化为黄嘌呤,然后转化成尿酸。醛氧化酶催化各种嘧啶、嘌呤、蝶啶及有关化合物的氧化和解毒。亚硫酸盐氧化酶催化亚硫酸盐向硫酸盐的转化。有研究者还发现,在体外实验中,钼酸盐可保护肾上腺皮质激素受体,使之保留活性。据此推测,它在体内可能也有类似作用。有人推测,钼酸盐之所以能够影响糖皮质激素受体,是因为它与一种称为“调节素”的内源性化合物相似。

生理需要;年中国营养学会根据国外资料,制订了中国居民膳食钼参考摄入量,成人适宜摄入量为60μg/d;最高可耐受摄入量为μg/d。

产地分布;我国钼矿分布就大区来看,中南占全国钼储量的35.7%,居首位。其次是东北19.5%、西北14.9%、华东13.9%、华北12%,而西南仅占4%。就各省(区)来看,河南储量最多,占全国钼矿总储量的29.9%,其次陕西占13.6%,吉林占13%。另外储量较多的省(区)还有:山东占6.7%、河北占6.6%、江西占4%、辽宁占3.7%、内蒙古占3.6%。以上8个省(区)合计储量占全国钼矿总保有储量的81.1%,其中前三位的河南、陕西、吉林三省就占56.5%。下表展示出了我国主要的钼矿床及其开发利用情况。

钼与钨一样是一种难熔稀有金属。自年瑞典科学家C.W.SCHEELE发现钼元素之后,经过十余年努力M.MOISSAN才用电炉制得金属钼,使人类第一次得到这种具有许多优良物理化学和机械性能的金属。钼的熔点为℃,由于原子间结合力极强,所以在常温和高温下强度都很高。它的膨胀系数小,导电率大,导热性能好。在常温下不与盐酸、氢氟酸及碱溶液反应,仅溶于硝酸、王水或浓硫酸之中,对大多数液态金属、非金属熔渣和熔融玻璃亦相当稳定。

因此,钼及其合金在冶金、农业、电气、化工、环保和宇航等重要部门有着广泛的应用和良好的前景,成为国民经济中一种重要的原料和不可替代的战略物质。钼在地球上的蕴藏量较少,其含量仅占地壳重量的0.%,钼矿总储量约为万吨,主要分布在美国、中国、智利、俄罗斯、加拿大等国。我国已探明的钼金属储量为万吨,基础储量为万吨,仅次于美国而居世界第二位。钼矿集中分布在陕西、河南、吉林和辽宁等四省。世界上金属储量在50万吨以上的特大型钼矿共有六个,我国的河南栾川、吉林大黑山和陕西金堆城三大钼矿榜上有名。

丰富的钼资源,为我国发展钼的冶炼和加工,大力推广钼的应用,提供了极为有利的条件和坚实的基础。近年来,我国钼的开采、冶炼和加工得到了迅速的发展。据资料介绍,2年我国实际生产钼精矿00吨,氧化钼吨,钼铁7吨,各类钼酸铵9吨,钼条吨,钼板坯吨,钼板材吨,钼圆片40余吨,钼顶头及其他异型制品约50吨,电光源行业及机械加工钼丝31.5亿米,还有润滑剂、催化剂、颜料等化工产品数百吨。

不仅如此,我国在世界钼市场中占有举足轻重的地位,据海关统计,2年我国出口钼矿焙砂、钼酸盐、钼铁及其他钼制品吨之多,创汇达2.62亿美元。钼的消费形式以工业三氧化钼为主,约占70%,钼铁约占20%,金属钼和钼化学制品各占5%。

其应用领域和分配比例大概如下:钢铁冶炼消费约占80%(其中合金钢约为43%,不锈钢约为23%,工具钢和高速钢约8%,铸铁和轧辊约为6%),化工产品约占10%,金属钼制品消费约占6%,高温高强度合金和特殊合金约占3%,其他钼制品约为1%。由上可见钢铁工业的发展对钼的消费起着决定性的作用,但随着科学技术的发展,钼在高科技和其他领域的应用将会不断地扩大和发展。

钢铁工业根据世界各国钼消费统计,钼在钢铁工业中的应用仍然占据着最主要的位置。钼作为钢的合金化元素,可以提高钢的强度,特别是高温强度和韧性;提高钢在酸碱溶液和液态金属中的抗蚀性;提高钢的耐磨性和改善淬透性、焊接性和耐热性。钼是一种良好的形成碳化物的元素,在炼钢的过程中不氧化,可单独使用也可与其他合金元素共同使用。特殊钢的耗钼量在有规律地增长,目前每吨特殊钢的钼消耗量已达到0.公斤的水平。

钼与铬、镍、锰和硅等可制造不同类型的不锈钢、工具钢、高速钢和合金钢等。所制成的不锈钢有良好的耐腐蚀性能,可用于石油开采的耐腐蚀钢管,一种加钼约6%的不锈钢还可取代钛用于海水淡化装置、

远洋船舶、海上石油及天然气开采管道。这类不锈钢还可以用于汽车外壳、污水处理设备等。含钼工具钢的效率是钨工具的两倍,性能优良,成本低廉且重量较轻。钼系列高速钢具有碳化物不均匀性、耐磨、韧性好、高温塑性强等优点,适用于制造成型刀具。含钼合金钢可用于制造机床结构部件,工业车辆和推土设备。在轧制状态下有微细珠光体组织的含钼合金钢,是铁轨和桥梁建设中的重要钢材。

钼作为铁的合金添加剂,有助于形成完全珠光体的基体,能改善铸铁的强度和韧性,提高大型铸件组织的均匀性,还可以提高热处理铸件的可淬性。含钼灰口铸铁具有很好的耐磨性,可作重型车辆的闸轮和刹车片等。

农用肥料钼是植物体内必须的“微量元素”之一,约占植物干物量的0.5ppm左右,是不可缺少和不可替代的。近年来国内外广泛地采用钼酸铵作为微量元素肥料,能显著地提高豆类植物、牧草及其他作物的质量和产量。这主要是钼能促进根瘤菌和其他固氮生物对空气中氮的固定,并将氮元素进一步转化成植物所需的蛋白质。钼也能促进植物对磷的吸收和在植物体内发挥其作用。钼还能加快植物体内醣类的形成与转化,提高植物叶绿素的含量与稳定性,提高维生素丙的含量。不仅如此,钼还能提高植物的抗旱抗寒能力以及抗病性。

施用钼肥的特点是用量少,收效大,成本低,是提高农业收成特别是使大豆丰收的一项重要措施。钼在农业上的广泛应用,也为我国钼生产工厂的废水、废渣及低品位矿的综合利用,开辟了一条新的途径。电子电气钼有良好的导电和高温性能,特别是与玻璃的热膨胀系数极其相近,广泛地用于制造灯泡中螺旋灯丝的芯线、引出线、挂钩、支架、边杆及其他部件,在电子管中做栅极和阳极支撑材料。

在超大型集成电路中钼用作金属氧化物半导体栅极,把集成电路安装在钼上可以消除“双金属效应”。超薄型无缝钼管(约15μm)可用作高清晰度电视机显象管的阳极支架,这种电视机的图象扫描线达条,比一般的电视机提高2倍。钼圆片还可作功率晶体管隔热屏和硅整流器的基板和散热片。

在现代电子工业中除使用纯钼外,Mo-Re合金可作电子管和特种灯泡的结构材料,Mo-50Re和TZM合金还可作高功率微波管和毫米波管中的热离子阴极结构元件,其工作温度可达到℃,电流密度可达10安培/厘米2。作为引出线的的纯钼丝再结晶温度低,在高温下易出现脆化,影响使用寿命,近年来,有人研制出添加Si、k和C等元素,以提高再结晶温度,生产出“高温钼丝”。采取在氧化钼生产过程中添加稀土元素钇、铈、镧等,更能有效地提高再结晶温度,克服材料高温脆化问题。含0.1—0.3%锆、0.1%钪的钼丝,在℃氮化处理,使钪弥散到整个合金中去,这种钼丝在20℃时抗拉强度可达到百万帕斯卡。

模具工业的迅速发展,使电火花加工技术得到普遍的应用,钼丝是理想的电火花线切割机床用电极丝,可切割各种钢材和硬质合金,加工形状极其复杂的零件,其放电加工稳定,能有效地提高模具的精度。以上是钼丝两种最为广泛的用途,灯泡制造业的发展和模具制造业的崛起。

飞猛进。据中国照明协会统计,2年全国生产钼丝达到31.5亿米,实际产量估计达到40亿米,消耗将近吨钼条,其数量十分可观。其中线切割用钼丝产量超过20亿米,占钼丝总量的一半以上,其市场发展前景十分令人乐观。

钨-铜假合金广泛应用电火花切削工具电极,然而近年来研究以钼取代钨作电极,结果表明,钨基和钼基电极随铜(≤50%重量)的含量而变的耐蚀性是不一样的。在加热脉冲和机械负荷脉冲存在时,这种耐腐蚀性主要取决于脆裂过程,钼的延-脆性转变温度较钨低,所以脆性小,耐蚀性能较强。钼-铜、钼-银假合金具有耐烧蚀性和良好的导电性,可以作为空气开关、高压开关和接触器的触点。钼-铜复合薄膜在连续的铜机体上夹带大量的离散钼粒子,显微组织均匀,有良好的穿厚导热性和导电性,可作金属芯子应用于多层电路板中。

最近,还研制出可变色的三氧化钼,这种材料在强光照射下会改变颜色,且可轻易还原,可用于电子计算机光存储元件及多次使用的复印材料。

汽车喷涂钼的熔点高达℃,且有良好的高温性能和耐腐蚀性能,钼与钢铁结合力强,因而是汽车部件生产中主要的热喷涂材料。汽车部件一般采用钼丝高速火焰喷涂,喷枪的气体混合喷射装置产生高温燃气燃烧,特殊设计的燃烧室和气体喷射混合室,使钼丝在完全熔化前,以极高的速度喷涂在工件的表面上,喷射钼的致密度可达99%以上,结合强度接近10公斤/㎜2。

这一工艺过程能有效地改善受磨面的耐磨性,也提供了一个可以浸渍润滑油的多孔表面。它广泛地应用于汽车工业以提高活塞环、同步环、拨叉和其他受磨部件的性能,也用于修复磨损的曲轴、轧辊、轴杆和其他机械部件。据资料介绍喷涂钼丝欧洲市场年销售量可达0吨,美国每年消耗量也达吨左右,日本每年也消耗钼丝30—40吨,我国喷涂钼丝市场容量尚小于每年30吨。但随着我国汽车工业的发展,汽车齿轮和其它部件的热喷涂将有较大发展,喷涂钼丝的销售量将大幅度增长。

高温元件钼的纯度高、耐高温、蒸汽压低等特性,使之常常被用来制造高温炉的发热体和结构材料。在钨钼及硬质合金生产过程中,大都采用钼丝加热的方式制作还原炉和烧结炉,部份铁制品连续烧结还采用钼杆加热排作发热体,钼杆加热排以钼钩悬挂于炉子的两侧。这类炉子一般为还原性气氛或非氧化性气氛,在氢气和分解氨中钼丝可使用至接近熔点,氮气中可使用至℃。高于1℃使用时,可采用再结晶温度更高、强度更好的TZM合金或钼镧合金作发热体。

钼在熔化的石英中有很好的抗烧蚀性能,在玻璃工业中用作通电熔融电极,每生产一吨玻璃钼电极仅损失7.8克,使用寿命可长达一年多。除作电极外,钼还用作玻璃熔化高温结构材料,如导槽、管子、坩埚、流口以及稀土冶炼的搅拌棒。以钼代铂在玻璃纤维拉丝炉上使用效果良好,大大降低了生产成本。新近研制出的核燃料烧结炉采用钼网加热,用ф0.8mm钼丝编织成三相网状加热器,工作温度可达1—℃。除此之外,钼及其合金还可以作热等静压的炉架、隔热屏、烧结和蒸涂的料舟、SmCo磁体及二氧化铀烧结的垫板,热电偶及其保护套管等。

钼主要用于钢铁工业,其中的大部分是以工业氧化钼压块后直接用于炼钢或铸铁,少部分熔炼成钼铁后再用于炼钢。低合金钢中的钼含量不大于1%,但这方面的消费却占钼总消费量的50%左右。不锈钢中加入钼,能改善钢的耐腐蚀性。在铸铁中加入钼,能提高铁的强度和耐磨性能。含钼18%的镍基超合金具有熔点高、密度低和热胀系数小等特性,用于制造航空和航天的各种耐高温部件。

金属钼在电子管、晶体管和整流器等电子器件方面得到广泛应用。氧化钼和钼酸盐是化学和石油工业中的优良催化剂。二硫化钼是一种重要的润滑剂,用于航天和机械工业部门。除此之外,二硫化钼因其独特的抗硫性质,可以在一定条件下催化一氧化碳加氢制取醇类物质,是很有前景的C1化学催化剂。钼是植物所必需的微量元素之一,在农业上用作微量元素化肥。

钼在电子行业有可能取代石墨烯[8]。

美国加州纳米技术研究院(简称CNSI)成功使用MoS2(辉钼,二硫化钼)制造出了辉钼基柔性微处理芯片,这个MoS2为基础的微芯片只有同等硅基芯片的20%大小,功耗极低,辉钼制成的晶体管在待机情况下的功耗为硅晶体管的十万分之一,而且比同等尺寸的石墨烯电路更加廉价。而最大的变化是其电路有很强的柔性,极薄,可以附着在人体皮肤之上。

1年瑞士联邦理工学院洛桑分校(EPFL)科学家制造出全球第一个辉钼矿微晶片(上面有更小且更节能的电晶体)。辉钼是未来取代硅基芯片强力竞争者。领导研究的安德拉斯·基什教授表示,辉钼是良好的下一代半导体材料,在制造超小型晶体管、发光二极管和太阳能电池方面具有很广阔的前景。

同硅和石墨烯相比,辉钼的优势之一是体积更小,辉钼单分子层是二维的,而硅是一种三维材料。在一张0.65纳米厚的辉钼薄膜上,电子运动和在两纳米厚的硅薄膜上一样容易,辉钼矿是可以被加工到只有3个原子厚的!

辉钼所具有的机械特性也使得它受到


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