Ферромолибден

Ферромолибден — это ферросплав, легирующий сплав железа с молибденом, используемый в металлургии в качестве присадки для введения молибдена в сталь и сплавы. Основным компонентом является молибден (Mo), содержание которого в стандартных марках ферромолибдена составляет от 50 до 70 % по массе. Остальную часть составляет железо, а также в небольших количествах могут присутствовать кремний, углерод, сера, фосфор и другие примеси. Ферромолибден производится методом алюминотермического или силикотермического восстановления молибденового концентрата.

Свойства и характеристики

Ферромолибден представляет собой куски неправильной формы от серебристо-серого до тёмно-серого цвета. Его плотность составляет около 9,0–9,5 г/см³, температура плавления — в диапазоне 1450–1550 °C. Основные технические требования к ферромолибдену регламентируются государственными стандартами, в России — ГОСТ 4759-91 «Ферромолибден. Технические условия».

Стандарт устанавливает несколько марок ферромолибдена (например, ФМо60, ФМо55, ФМо50), где цифра указывает минимальное массовое содержание молибдена в процентах. Для каждой марки нормируется содержание примесей: кремния (не более 1,5–3,0 %), углерода (не более 0,1–0,5 %), серы (не более 0,1–0,15 %), фосфора (не более 0,05–0,08 %), а также меди и мышьяка.

История

Открытие молибдена и начало промышленного применения

Молибден как химический элемент был открыт в 1778 году шведским химиком Карлом Вильгельмом Шееле, который выделил оксид молибдена из молибденита. Металлический молибден впервые получил в 1782 году П. Й. Ельм. Однако промышленное использование молибдена началось лишь в конце XIX века, когда были разработаны способы его введения в сталь.

Развитие производства ферромолибдена

Первые опыты по получению ферромолибдена относятся к 1890-м годам. В 1894 году французский инженер Анри Муассан получил сплав железа с молибденом в электрической печи. В начале XX века, с развитием легированных сталей, потребность в молибдене резко возросла. В 1910-х годах в США и Европе началось промышленное производство ферромолибдена методом алюминотермии. В СССР первые партии ферромолибдена были получены в 1930-х годах на базе молибденовых месторождений Северного Кавказа и Забайкалья.

Способы производства

Алюминотермический метод

Наиболее распространённый способ получения ферромолибдена. Процесс основан на восстановлении оксида молибдена (MoO₃) алюминием в присутствии железной руды или стальной стружки. Реакция протекает с выделением большого количества тепла:

\[ \text{MoO}_3 + 2\text{Al} \rightarrow \text{Mo} + \text{Al}_2\text{O}_3 + \text{тепло} \]

В качестве шихты используются молибденовый концентрат (содержание MoO₃ не менее 80 %), алюминиевый порошок, железная окалина или стальная стружка, а также флюсы (известь, плавиковый шпат). Плавка ведётся в футерованных тиглях или шахтных печах. После завершения реакции шлак (оксид алюминия) отделяют, а расплавленный ферромолибден разливают в изложницы.

Силикотермический метод

Применяется реже, в основном для получения ферромолибдена с низким содержанием алюминия. Восстановление оксида молибдена осуществляется кремнием (ферросилицием) в присутствии извести. Процесс требует внешнего подогрева (электрическая печь). Продукт отличается более низким содержанием примесей, но и меньшим выходом молибдена.

Электротермический метод

Используется в крупнотоннажном производстве. Восстановление молибденового концентрата углеродом (коксом) проводится в рудно-термических печах. Метод позволяет получать ферромолибден с содержанием молибдена до 60 %, но требует тщательной очистки от примесей углерода и серы.

Применение

Легирование стали

Основное назначение ферромолибдена — введение молибдена в состав стали и сплавов. Молибден является одним из важнейших легирующих элементов, который:

• Повышает прочность и твёрдость стали, особенно при высоких температурах (жаропрочность).
• Увеличивает прокаливаемость — способность стали закаливаться на большую глубину.
• Улучшает коррозионную стойкость, особенно в кислых средах.
• Повышает сопротивление ползучести (деформации под нагрузкой при нагреве).

Ферромолибден добавляют в шихту при выплавке стали в дуговых печах или в ковш при внепечной обработке. Типичная дозировка — от 0,1 до 5 % от массы металла.

Производство специальных сплавов

Ферромолибден используется для получения:

• Инструментальных сталей (быстрорежущие, штамповые) — молибден обеспечивает красностойкость и износостойкость.
• Нержавеющих и кислотостойких сталей — молибден повышает стойкость к точечной и щелевой коррозии.
• Жаропрочных сплавов для авиационной и ракетной техники (например, на основе никеля и кобальта).
• Магнитных сплавов — молибден входит в состав пермаллоев (сплавы железа с никелем и молибденом).

Прочие области

В небольших количествах ферромолибден применяется в производстве износостойких чугунов, наплавочных материалов и порошковой металлургии.

Основные производители и месторождения

Мировое производство ферромолибдена сосредоточено в странах, обладающих крупными запасами молибденовых руд. Крупнейшими производителями являются:

• Китай — на долю страны приходится около 40–50 % мирового производства молибдена. Основные месторождения: Ляонин, Хэнань, Цзянси.
• США — крупные месторождения в штатах Колорадо (Клаймакс), Аризона, Невада.
• Чили — месторождения в районах Чукикамата и Эль-Теньенте (молибден является попутным продуктом при добыче меди).
• Россия — производство осуществляется на предприятиях: «Сорский ферромолибденовый завод» (Республика Хакасия), «Жирекенский ферромолибденовый завод» (Забайкальский край), а также на ряде заводов в Свердловской и Челябинской областях. Сырьё поступает с месторождений: Сорское (Хакасия), Жирекенское (Забайкалье), Бугдаинское (Забайкалье).

Требования к качеству и контроль

Качество ферромолибдена контролируется по химическому составу, гранулометрическому составу и отсутствию посторонних включений. Стандартные фракции: 10–100 мм (кусковой), 0–10 мм (дроблёный). В партии не допускаются куски, загрязнённые шлаком или ржавчиной.

При приёмке проводят анализ на содержание молибдена, кремния, углерода, серы, фосфора, меди, мышьяка и алюминия. Отклонения по массе молибдена допускаются в пределах ±1–2 % от номинала.

Транспортировка и хранение

Ферромолибден транспортируется навалом в крытых вагонах, контейнерах или в специализированных мешках (биг-бэгах). Хранение осуществляется в сухих закрытых складских помещениях, так как сплав подвержен коррозии при длительном контакте с влагой. Срок хранения не ограничен при соблюдении условий.

Экономическое значение

Ферромолибден является важным продуктом чёрной металлургии. Цена на ферромолибден зависит от содержания молибдена и мировых котировок на молибден (в долларах за фунт Mo). Рынок ферромолибдена характеризуется высокой волатильностью, связанной с циклами промышленного производства и спросом со стороны авиационной, нефтегазовой и энергетической отраслей.

Источники

1. ГОСТ 4759-91 «Ферромолибден. Технические условия».
2. Справочник «Ферросплавы: производство и применение» / под ред. Л. А. Шварцмана. — М.: Металлургия, 1982.
3. Энциклопедия «Металлургия» / под ред. И. А. Макарова. — М.: Большая Российская энциклопедия, 2000.
4. Данные Геологической службы США (USGS) по молибдену, 2023.
5. Информационные материалы ООО «Сорский ферромолибденовый завод».