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1 MOLIBDENO: PROPIEDADES, APLICACIONES, MERCADO

En el marco del proyecto

DIFUSIÓN DE TECNOLOGÍAS, APLICACIONES Y DESAFÍOS DEL MOLIBDENO PARA LA INDUSTRIA E INVESTIGADORES A NIVEL NACIONAL

CÓDIGO 208-7374INNOVA CHILE

Santiago, Chileabril de 2010

PROPIEDADES

APLICACIONES

MERCADO

CONTACTO:

CIMATwww.cimat.cl(56 2) 978 48 55

COMOTECH S. A.www.comotech.cl(56 2) 361 9509

Material preparado por:

Dr. Luis AmésticaCIMATUniversidad de Chile

Dr. Raúl Quijada CIMATUniversidad de Chile

Ing. David VillasecaGerente GeneralCOMOTECH S.A.

Organiza

Financia

Participa


PROPIEDADES

En la antigüedad, a una serie de sustancias de las cuales no se conocía su

procedencia se les denominaba molybdos, que en griego signifi ca “parecido

al plomo”. Dentro de estas sustancias existía una que era denominada

molibdenita. En 1778, el científi co suizo Carl Wilhelm determinó

que la molibdenita era el sulfuro de un metal desconocido hasta la fecha.

Al oxidar la molibdenita con aire y ácido nítrico, obtuvo el óxido del

metal, que no se comportaba como ninguno de los óxidos metálicos

conocidos hasta entonces. Más tarde, en 1782, Peter Jacob Hjelm redujo

el óxido del metal con carbón y obtuvo el metal en su estado puro,

al que llamó Molibdeno.

El Molibdeno es un metal de transición del Grupo 6 y Quinto Período

en el Sistema Periódico. En su mismo grupo se encuentran el Cromo (Cr)

y el Tungsteno (W).

La temperatura de fusión del Molibdeno, 2623°C, es una de las más altas

entre los metales de transición. Esta propiedad es de gran importancia

para el uso del Molibdeno en condiciones en que el material debe resistir

altas temperaturas.

Temperatura

de fusión


Generales

Peso atómico: 95,96

Símbolo: Mo

Número atómico: 42

Estado a temperatura ambiente: Sólido

Color: Gris metálico, duro

Confi guración electrónica: [Kr] 4d5 5s1

Volumen atómico: 9,4 cm3/mol

OSHA: TWA: 15 mg/m3

NIOSH: IDLH: 5000 mg/m3

Sólido

Densidad: 10,28 g/cm3

Temperatura de fusión: 2623°C

Calor de fusión: 8,95 kcal/mol

Calor específi co: 5,75 cal/mol K

Líquido

Densidad a temperatura de fusión: 9,33 g/cm3

Temperatura de ebullición: 4639°C

Calor de evaporación: 598 kJ/mol

Atómicas

Estructura cristalina: Cúbica centrada

en el cuerpo

Estados de oxidación: 6, 5, 4, 3, 2, 1, -1, -2

Modelo de electrones:

Tipo de óxido: Fuertemente ácidos

Equivalente electroquímico: 0,8949 g/amp-hr

Electrón función de trabajo: 4,6eV

Electronegatividad: 2,16 (escala de Pauling)

Radio atómico: 1,39 Å

Radio covalente: 1,54 Å

Electro afi nidad: 72 kJ/mol

Energía primera ionización: 163,4 kcal/mol

Energía segunda ionización: 372,6 kcal/mol

Energía tercera ionización: 625,3 kcal/mol

Orden magnético: Paramagnético

Resistividad eléctrica: 5,49 x 10-6 (Ohm x cm) (25°C)

Conductividad térmica: 138 W/m K (27°C)

Conductividad eléctrica: 0,182 x106 (ohm-cm)-1

Coefi ciente de expansión térmica: 5,04 x 10-6/K

Velocidad del sonido (en barra delgada):

5400 m/s (referencia en aire = 343 m/s)

Módulo de Young: 320 GPa

Módulo de Shear: 126 GPa

Módulo Bulk: 230 GPa

Dureza Mohs: 5,5 mohs (1530MPa)

Dureza Vickers: 1530 MPa

Dureza Brinell: 1500 MPa

Refl ectividad óptica: 58%

PROPIEDADEST

em

pe

ratu

ra d

e f

us

ión

(°C

)

Temperatura de fusión

de metales de transición

por período.

Ubicación en Periodo: Metales de transición

Os2727

Pt1769

La920

Ta2997

Ir2454

Au

1063

Hf2222

Re3180

W3380

Rh1966

Pd1550

Ag961

Mo2610

Nb2487

Zr

1852

Y1500

Tc2127

Ru2427

Cd 321

Ti1677

V1917

Cr1900

Fe1539

Co1495

Ni1455

Zn419

Sc1423

Mn1244

Cu1083

4000

3000

2000

1000

0

2000

1000

0

2000

1000

0


El Molibdeno es uno de los metales de transición con menor coefi ciente

de expansión térmica: 5,04 x 10-6 (1/K). El único metal de transición con

menor coefi ciente de expansión térmica que el Molibdeno es el Tungsteno,

con un valor de 4,3 x 10-6 (1/K).

El hecho de que el Molibdeno sea uno de los metales con menor

coefi ciente de expansión térmica (dilatación), hace que sea muy

interesante para aplicaciones sometidas a grandes variaciones de

temperatura. Al tener muy bajo coefi ciente de dilatación, el producto

(pieza) mantendrá su forma sin expandirse o contraerse con los cambios

de temperatura. Esta propiedad es fundamental en piezas de aviones,

contactores eléctricos, motores industriales, fi lamentos, iluminación, etc.

Coefi ciente

de expansión térmica

Conductividad

térmica

Si comparamos la conductividad térmica del Molibdeno con los otros

metales de transición encontramos que está en los valores medios.

Titanio

Niobio

Tantalio

Osmio

Vanadio

Cobalto

Hierro

Platino

Cromo

Niquel

Zinc

Molibdeno

Rodio

Tungsteno

Oro

Cobre

Plata

Btu/(h F ft)

12

30

31

35

35

40

42

42

52

52

67

81

87

96

182

223

235

Conductividad térmica

metales de transición

en orden creciente.

Coefi ciente de

expansión térmica

metales de transición

en orden creciente.

Tungsteno

Molibdeno

Osmio

Cromo

Tantalio

Renio

Niobio

Rodio

Vanadio

Titanio

Platino

Escandio

Paladio

Cobalto

Hierro

Niquel

Oro

Cobre

Plata

Manganeso

Zinc

Cadmio

(10-6 m/mK)

4,3

5

5

6,2

6,5

6,7

7

8

8

8,6

9

10,2

11,8

12

12

13

14,2

16,6

19,5

22

29,7

30


La conductividad eléctrica del Molibdeno es de 0,182 x 106 (ohm-cm)-1

y su recíproco, que es la resistividad eléctrica, es de 5,49 x 10-6 (ohm-cm).

Comparando estos valores con los de otros metales de transición, el

Molibdeno está en el rango medio. Los metales con mayor conductividad

eléctrica son la Plata, el Cobre, el Oro y el Aluminio, en ese orden

(0,6 a 0,3 x 106 (ohm-cm)-1). Los metales de transición con menor

conductividad eléctrica son el Lantano, el Ytrio y el Escandio (orden del

0,02 x 106 (ohm-cm)-1).

La dureza medida del Molibdeno (1530 MPa) está en el rango medio de los

metales de transición, siendo mayor que la dureza del Au, Ag, Al, Zn, Fe,

Ni, Pt, Co, Pd y Cu, y menor que la dureza de metales como el Ti, Mn, Rh,

Si, Ru, V, Ta, Re, W y Cr.

Si comparamos los valores de módulo de Young, Bulk y Shear de los

metales de transición, tenemos que el Rutenio es el metal más rígido y el

Cobre es el metal más dúctil.

El Molibdeno tiene un Módulo de Young que lo clasifi ca como un

material rígido.

Los materiales rígidos se utilizan en aplicaciones en las que se

requiere que el producto sea resistente a grandes presiones sin sufrir

deformaciones. Estas son vigas, estructuras y aplicaciones en aceros, etc.

Conductividad

eléctrica

Dureza

Módulo de elasticidad:

Young, Bulk y Shear

Módulo de Young

(GPa)

Módulo de Bulk

(GPa)

Módulo de Shear

(GPa)Rutenio

Tungsteno

Rodio

Molibdeno

Cromo

Hierro

Niquel

Platino

Titanio

Cobre

173 161 150126 115

82 76 61 4448

220

310

275

230

160170

180

230

110

140

116

411447

380

320

279

211 200

168

110


Los principales compuestos de la química del Molibdeno son sus óxidos,

sulfuros y complejos.

El disulfuro de Molibdeno es un compuesto que se encuentra en la

naturaleza en forma cristalina de color negro y también se le conoce como

molibdenita. Además se encuentra en la naturaleza en forma amorfa y se

le denomina jordisita. El disulfuro de Molibdeno es menos reactivo que

otros metales de transición sulfurados, no reacciona con ácidos débiles. La

apariencia y textura del disulfuro de Molibdeno es similar a la del grafi to,

es por ello que es ampliamente utilizado como un lubricante sólido,

ya que posee un bajo coefi ciente de fricción, aún a altas temperaturas.

La estructura cristalina está compuesta por prismas trigonales que están

interconectados para dar una estructura de capas. El Molibdeno se ubica

en el centro rodeado en la parte superior e inferior por átomos de azufre.

Importantes

reacciones químicas

del Molibdeno.

Química

del Molibdeno

Disulfuro

de Molibdeno

PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS

DEL DISULFURO DE MOLIBDENO

Fórmula: MoS2

Peso molecular: 160,07 g/mol

Apariencia: Sólido negro


Punto de fusión: 1185°C (se descompone)

Dureza: 1-2 Mohs

Solubilidad en agua: Insoluble

Estructura cristalina del

disulfuro de Molibdeno.

MoO3

MoS2

Mo

Mo2C Mo2N

MoCl5

Mo(CO)6

Na2MoO4

(NH4)2Mo2O7

(NH4)6Mo7O24

(NH4)2MoS4

[(RS2)2MoOxYy]

Aq NaOH, aq NH3

H2S

RS2

NH3

1000 C

H2 /CO

1000 C

H2

1000 C

Aire

caliente

CO a 70 atmCl2

C+H2

15OO CNH3

11OO C

Calcinación/Sublimación

° ° °

° °


El disulfuro de Molibdeno es estable en contacto con el aire y oxígeno bajo

condiciones normales, pero se oxida a altas temperaturas para formar

trióxido de Molibdeno. También reacciona a altas temperaturas con el

cloro, formando pentacloruro de Molibdeno.

El disulfuro de Molibdeno es utilizado como:

El trióxido de Molibdeno es un compuesto base para la fabricación de

catalizadores, para la obtención de Molibdeno metálico y como adhesivo

en las uniones cerámico-metales. Su estado de oxidación es VI.

El trióxido de Molibdeno es industrialmente producido por la

combustión de disulfuro de Molibdeno, de acuerdo a la siguiente

reacción química:

2 MoS2 + 7 O

2 > 2 MoO

3 + 4 SO

2

Es usado en la fabricación de Molibdeno metálico, el cual sirve como

aditivo al acero y aleaciones resistentes a la corrosión. Se obtiene por

reducción del óxido con Hidrógeno a elevadas temperaturas.

MoO3 + 3 H

2 > Mo + 3 H

2O

Debido a la estructura de las capas octaédricas del trióxido de Molibdeno,

y a la facilidad de reducirse (pasar de Mo VI a Mo V), es un producto de

interés en la industria electroquímica, utilizado principalmente en displays

(pantallas) y catalizadores de reacciones químicas y fotoquímicas.

Trióxido

de Molibdeno

PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS

DEL ÓXIDO DE MOLIBDENO

Fórmula: MoO3

Peso molecular: 143,94 g/mol

Apariencia: Sólido

Color: Blanco o ligeramente amarillo o azul


Punto de fusión: 795°C

Punto de ebullición: 1155°C

Solubilidad en agua:

0,1066 g/100 ml (18°C), 2,055 g/100 ml (70°C)

› Fuente de Molibdeno

› Lubricante sólido para forjar metales en frío u operaciones de extrusión

› Aditivo de reducción de fricción en aceites y grasas

› Catalizador en la industria petroquímica para reacciones de

desulfurización y, últimamente, en una serie de otras reacciones, ya que es

tolerante a contaminantes como el ácido sulfhídrico

› Incorporado en polímeros como nylon, tefl ón y otros, de modo de mejorar

su resistencia y disminuir su fricción.

› Recubrimiento autolubricante para aplicaciones a altas temperaturas

› Fotocatalizador


El carburo de Molibdeno puede obtenerse en varias formas cristalinas;

las más comunes son α-Mo2C y β-Mo

2C. La forma β es estable a bajas

temperaturas y se encuentra en los aceros que contienen Molibdeno.

A los carburos de los metales de transición por lo general se

les denomina “carburos refractarios”. Algunas de sus propiedades

sobresalientes son:

El carburo de Molibdeno tiene aplicaciones en aceros, herramientas de

corte, superaleaciones, pulvimetalurgia de piezas y partes de equipos que

deben resistir al desgaste, electrodos, y en los últimos años está siendo

utilizado como catalizador. Estos catalizadores presentan una alta actividad

y son estables a elevadas temperaturas.

Como referencia, la temperatura de fusión y dureza de materiales

refractarios como SiC y Alumina son 2300°C y 2050°C, y dureza de 2580

y 2080 kg/mm2, respectivamente.

Los carburos metálicos se obtienen por la carburación de los metales a

altas temperaturas. El Molibdeno requiere menores temperaturas para la

obtención de estos en comparación con otros metales (1200-1400°C).

Carburo

de Molibdeno

› Altísima temperatura de fusión

› Extremadamente duros y mantienen su dureza a altas temperaturas

› Baja reactividad química

› Resistencia a la corrosión aún a altas temperaturas

› Alta resistencia a la deformación, similar a la del SiC

› Alta resistencia a los shocks térmicos

› Alta conductividad térmica, mucho mejor que la de los

materiales refractarios

Metal

Ti

Nb

Cr

Mo

W

Temperatura

de fusión

del metal (oC)

1677

2487

1900

2610

3380

Temperatura

de fusión

del carburo

del metal (oC)

3067

3600

1810

2600

2776

Módulo

de Young GPa

269-462

338-510

386

228

669

Microdureza

(kg/mm2)

2900

2400

1300

1500

2100

Coefi ciente

de expansión

térmica

x 10-6(1/K)

7,4

6,6

10,3

4,9

5,0

CARBUROS DE METALES DE TRANSICIÓN: PROPIEDADES

Propiedades de los Carburos


Oxidación

El Molibdeno tiene una resistencia a la corrosión por el Oxígeno similar

a la del Tungsteno. A temperatura ambiente y hasta 400°C es bastante

resistente a la oxidación. En el rango de los 550-700°C empieza la

formación del trióxido de Molibdeno. Al superar los 800°C, el proceso de

oxidación se acelera y además el trióxido formado pasa a fase líquida (la

temperatura de fusión del trióxido de Molibdeno es de 795°C), y comienza

a volatilizarse, abandonando la superfi cie.

Este efecto de oxidación y volatilización del trióxido formado es mucho

más severo a presiones reducidas y alta concentración de oxígeno.

Medios ácidos y otros

El Molibdeno es particularmente resistente a medios no oxidativos y ácidos

minerales no oxidantes. Es relativamente inerte a medios reductores o que

contengan ácido sulfhídrico.

El Molibdeno ofrece una excelente resistencia a la corrosión por vapores

de Yodo, Bromuro, Cloruro, hasta ciertos límites de temperatura. También

es resistente a la oxidación causada por varios metales en su estado

líquido, como el Bismuto, Litio, Potasio y Sodio, y el Vidrio. Su resistencia

a la corrosión incluso puede aumentar al formar aleaciones, como es el

caso de aleaciones con Tungsteno y Cromo.

Corrosión

del Molibdeno

COMPORTAMIENTO DEL MOLIBDENO

CON ALGUNOS GASES

Amonia: Nitraciones sobre 1000ºC

Gases inertes: No hay reacción

Dióxido de carbono: Oxidación sobre 1200ºC

Hidrocarburos: Carburación sobre 1100ºC

Aire-Oxígeno: Oxidación sobre 400ºC

y sublimación del óxido

sobre los 600ºC

Hidrógeno: No hay reacción

Vapor de agua: Oxidación sobre los 700ºC

El Molibdeno incrementa

la resistencia a la

corrosión en aceros

inoxidables.


La cadena de valor de las aplicaciones de Molibdeno se divide en

usos primarios y fi nales. En los usos primarios se utiliza Molibdeno en

cualquiera de sus formas, como óxido de Molibdeno o Ferromolibdeno,

para la producción de aceros y catalizadores. En los usos fi nales se

consumen productos terminados que contienen Molibdeno.

Usos primarios

Los usos primarios del Molibdeno se pueden desglosar en aplicaciones:

metalúrgicas (85%), químicas (10%) y Molibdeno puro (5%).

Las aplicaciones metalúrgicas comprenden principalmente aceros

estructurales (35%) e inoxidables (28%).

Consumo

de Molibdeno

Acero

s es

truct

urale

s

Acero

s in

oxid

able

s

Acero

s pa

ra h

erra

mie

ntas

Supera

leac

iones

Acero

s y hie

rro

fundi

do

Mol

ibde

no pu

ro

Químic

os

35% 27% 10% 5%7% 6%10%

Usos primarios de Molibdeno

FUENTE: COMOTECH

CONSUMO Y APLICACIONES


Usos fi nales

Se refi eren a productos terminados que contienen Molibdeno, como los

aceros inoxidables o aceros aleados. Estos se utilizan en la producción

de equipos y piezas especiales para industrias como la petrolera,

química, automotriz, etc. Las industrias consumidoras de aplicaciones de

Molibdeno se agrupan generalmente en trece segmentos de usos fi nales.

Aceros inoxidables

Los aceros inoxidables son aquellos que tienen un contenido de Cromo

superior al 10,5%. Este elemento forma una fi na película de óxido que

protege al acero de la corrosión; como el Cromo es parte de la aleación, si

una pieza de acero inoxidable se raya o se erosiona mecánicamente, la capa

de óxido se forma nuevamente y se recupera la protección anticorrosiva.

El Molibdeno multiplica el efecto inoxidable del Cromo en los aceros,

especialmente contra la corrosión de picadura o cavidades en ambientes

húmedos con altas concentraciones de cloro. Esto queda refl ejado

en el parámetro PREN (Pitting Resistance Equivalent Number), que indica

el nivel de resistencia a la corrosión de una aleación en función

de su composición, principalmente Cromo, Molibdeno y Nitrógeno:

PREN = 1 (%Cr) + 3,3 (%Mo) + 16 (%N)

Barras de refuerzo para la construcción

En zonas geográfi cas donde las construcciones están expuestas a la

humedad y a altas concentraciones de cloro, como en zonas costeras, o

donde se aplica sal para deshelar caminos, la corrosión de la armadura es

un problema importante. La humedad penetra el concreto hasta alcanzar

las barras de refuerzo, que al oxidarse aumentan su volumen, presionando

el concreto desde dentro hasta agrietarlo y romperlo, provocando la

consecuente pérdida de resistencia de la estructura.

Es por esto que para construcciones expuestas a estas condiciones

ambientales se recomienda el uso de barras de refuerzo de aceros

inoxidables con contenido de Molibdeno entre 2,5% y 3%. El uso de este

tipo de aceros como armadura extiende la vida útil de las construcciones,

disminuyendo los costos de reparación por problemas de corrosión.

Estanques para la industria química

El uso de aceros inoxidables con 6% de Molibdeno minimiza los efectos

de la corrosión provocada por altos niveles de cloro y constantes ciclos

térmicos, a los que están expuestos los estanques utilizados en la industria

química. El uso de aceros al Carbono o aceros inoxidables sin contenido

Segmentos de usos fi nales

y su participación en la demanda

de Molibdeno.

Aplicaciones

metalúrgicas

2.900

Químic

a y

Petroquím

ica

Tons./año

35.250

15%

Petrolíf

era y

Min

era

32.600

14%

Autom

otriz

28.400

12%

Otros

Proce

sos

Indust

rial

es

27.350

12%

Ingenie

ría

Mecá

nica

24.400

11%

G

eneraci

ón

de E

nergía

20.950

9%

Constru

cció

n

16.300

7%

Otros

Tran

sport

es

14.200

6%

Bie

nes de C

onsum

o

1%

Proce

sam

iento

de A

limento

s

8.800

4%

8.250

Aeroesp

acia

l y D

efensa

4%

11.250

Otros

5%


de Molibdeno en estas aplicaciones, resulta en un adelgazamiento de las

paredes de los estanques y en el derrame de líquido por fi suramiento,

lo que requiere un constante esfuerzo de reparación de grietas y

recuperación de las paredes de los estanques.

Energía nuclear

Los sistemas de enfriamiento en las plantas nucleares operan por lo

general con agua salina con alto contenido de cloro. Existen distintas

soluciones para evitar los efectos de la corrosión y abrasión, como

los aceros al Carbono recubiertos con cemento, resina epoxy o polietileno

o acero inoxidable tipo 316.

Todos ellos presentan problemas signifi cativos, provocando altos costos

de inspección y mantención. El uso de aceros inoxidables con 6% de

Molibdeno permite eliminar estos problemas, alargando la vida útil de las

tuberías y reduciendo los costos de operación.

Aceros estructurales

Esta familia corresponde a una amplia gama de aceros que tienen

aplicaciones en todas las industrias. Las principales propiedades que

entrega el Molibdeno son: dureza, resistencia a la corrosión, resistencia

a altas temperatura y soldabilidad.

En la Minería, estos aceros se ocupan ampliamente, debido a que el

material extraído contiene gran cantidad de compuestos duros y abrasivos,

por lo que al excavar, perforar, descargar y transportar el mineral, los

equipos enfrentan un desafío importante. El Molibdeno juega un rol

primordial debido a que aumenta la resistencia y la dureza de los aceros,

minimizando los efectos de la abrasión y el desgaste de los equipos.

Baldes de cargadores, palas de bulldozers y tolvas son los benefi ciados por

la capacidad del Molibdeno de aumentar la dureza y la tenacidad

de los aceros.


Aceros de ingeniería con tratamiento térmico

Son aceros que requieren importantes niveles de resistencia a altos

esfuerzos mecánicos, para ser ocupados en partes y piezas de maquinarias.

Las propiedades más requeridas son dureza y tenacidad. El contenido

típico de Molibdeno en estos tipos de aceros va entre 0,25% y 0,9%.

Aceros cementados

Los aceros endurecidos tienen la particularidad de que las propiedades

en el centro son diferentes a las de la superfi cie. El centro es de alta

resistencia al impacto, mientras que la superfi cie tiene una alta dureza,

lo que mejora la resistencia al desgaste y a la fatiga.

Estos aceros son muy importantes en las industrias de transporte,

motores, generación de energía, engranajes, piezas de prensas,

herramientas o grúas.

El rol del Molibdeno es aumentar la tenacidad de toda la pieza; los

contenidos típicos están entre 0,25% y 0,5%.

Aceros para alta temperatura

El Molibdeno ha sido el elemento clave para el desarrollo de aceros

con alta resistencia al desgaste a temperaturas de hasta 530°C. Algunas

aplicaciones son tuberías sin costura para calderas, ejes de turbinas de

gran diámetro y otros artefactos que operan a altas temperaturas.

El Molibdeno en solución sólida demora la nucleación de los carburos a

altas temperaturas, lo que retarda la velocidad de desgaste y otorga mayor

tenacidad y resistencia a la tensión, de estos aceros. En estos aceros se

utiliza el Molibdeno, Cromo-Molibdeno y Cromo-Molibdeno-Vanadio.

La concentración de Molibdeno está entre 0,3% y 1%.

Ductos tubulares para la industria petrolera

Corresponden a aceros para tuberías utilizadas en la industria petrolera,

especialmente en la extracción del material desde los pozos de petróleo

y gas. Las piezas son generalmente tuberías de 9 m de largo que se

ensamblan con unión de hilo o rosca.

Los aceros tradicionales para estas aplicaciones son en base a Mn o Mo

(desde 0,4% hasta 1,1%). Se espera que la demanda por este tipo de aceros

continue creciendo ya que la tendencia de los últimos años ha sido operar

en ambientes más profundos, más agresivos y con mayores presiones, por

lo que se necesitan aceros más resistentes a la fragilización por Hidrógeno

y a la corrosión por fatiga.

Aceros de baja aleación y alta resistencia

El Molibdeno toma un papel relevante en estas aplicaciones. Pequeñas

aplicaciones de Molibdeno en acero, con concentraciones entre 0,1% y

0,2%, otorga la posibilidad de fabricar tuberías más tenaces y resistentes

que permiten transportar fl uidos sometidos a elevadas presiones por largas

distancias. Estos aceros, también llamados microaleados debido a sus

bajos contenidos de elementos aleantes, fueron originalmente diseñados

para tuberías de gran diámetro utilizadas en la industria petrolera.

Aceros martensíticos

Son aceros con poco contenido de Carbono, basados en Níquel, y con

contenido de elementos aleantes como Molibdeno y Cobalto. También

son llamados aceros ultrarresistentes. En estos aceros se provoca la


precipitación de compuestos intermetálicos como NiMo o FeMo, que

aumentan la resistencia a la tensión. Además tienen excelente tenacidad

y soldabilidad. La concentración típica de Molibdeno en estos aceros está

en el rango entre 3% y 5%.

Algunas aplicaciones de estos aceros se encuentran en la industria

aeronáutica en trenes de aterrizaje y uniones de alas, en herramientas

como elementos de prensas de extrusión, sujetadores y engranajes, y en la

industria militar en elementos de artillería.

Aceros para herramientas

Esta es una de las primeras aplicaciones de Molibdeno y corresponde a

una gran variedad de aceros para una gran gama de usos. En general se

ocupan para mover, cortar o moldear otros objetos, por lo tanto deben ser

más resistentes y más duros que los objetos tratados, mantener

su borde afi lado, resistir al desgaste, al impacto y tener estabilidad

a altas temperaturas.

En los aceros para herramientas, concentraciones de Molibdeno entre

0,5% y 3%, mejoran el proceso de endurecimiento y forman carburos de

alta dureza, aumentando la dureza general de la aleación y la resistencia

al desgaste.

En los aceros rápidos, utilizados principalmente para el mecanizado,

el contenido de Molibdeno está entre 5% y 10%. La adición de Molibdeno

aumenta la dureza y la tenacidad a los impactos, formando carburos

resistentes a altas temperaturas. Las principales aplicaciones son

elementos de corte, brocas y fresas, entre otros.

Estos aceros eran inicialmente aleados exclusivamente con Tungsteno;

sin embargo, el desarrollo de hornos de atmósfera controlada ha permitido

reemplazarlo parcialmente por Molibdeno. Considerando que este posee

la mitad de peso del Tungsteno, se tiene el mismo efecto con la mitad del

material, aumentando la efi ciencia de la aleación.


Hierro para fundición

Son aleaciones ferrosas con solidifi cación en eutético, con un mínimo

de carbono, que son ampliamente utilizados en distintas industrias.

En los últimos tiempos se han desarrollado aleaciones como:

Superaleaciones

Las superaleaciones son aquellos aceros con altos contenidos de elementos

aleantes. Se dividen en aleaciones resistentes a la corrosión y aleaciones

para altas temperaturas.

En superaleaciones resistentes a la corrosión, el Molibdeno otorga

resistencia en ambientes ácidos y a la corrosión por picadura. En

superaleaciones de altas temperaturas, el Molibdeno se usa para prevenir

la abrasión. El contenido de Molibdeno de estas superaleaciones varía

según la aplicación: en aspas de compresión es de 1,25%; en aspas de

turbinas puede llegar a ser un 10%; en rodamientos a un 4,5%.

Aeronáutica

El Molibdeno aumenta la resistencia, la estabilidad a altas temperaturas

y en algunos casos la resistencia a la corrosión de las superaleaciones de

Titanio y Níquel, las que poseen un alto coefi ciente resistencia/densidad,

incluso superior al Aluminio que ha sido históricamente utilizado para

estas aplicaciones.

Implantes ortopédicos

Aleaciones Co-Cr-Mo con 6% Mo entregan una excelente combinación

de tenacidad y resistencia a la corrosión y el desgaste. Debido a esto,

estas aleaciones son utilizadas con excelentes resultados en implantes de

caderas y rodillas.

Hornos para producción de acero

Las cámaras de combustión, en hornos de altas temperaturas para la

fabricación de aceros, están expuestas a ciclos diarios de temperaturas

que alcanzan los 1300°C. Además, a nitratos corrosivos que se condensan

en su interior y al desgaste por el fl ujo de material durante un período de

operación de 15 a 30 años.

Aceros de baja aleación con una concentración de entre 0,25% a 0,35%

de Molibdeno son utilizados para estas aplicaciones debido a su gran

estabilidad durante los ciclos térmicos, a su resistencia a la corrosión y al

desgaste. Esto les permite alcanzar los niveles de efi ciencia requeridos

a lo largo de su vida útil.

› Hierros dúctiles con Silicio (4%) y Molibdeno (1%) para reemplazar

materiales con mayor contenido de elementos aleantes y para ser

utilizados en cubiertas de turbocargadores, sistemas de escape de gases

y componentes en hornos.

› Hierros al Cromo, con 2-3% de Molibdeno, tienen mayor dureza,

tenacidad y resistencia al desgaste que aquellos sin contenido de

Molibdeno, haciéndolos ideales para aplicaciones en minería, como

chancado y molienda.

› Hierros con distintos contenidos de Molibdeno, los que son utilizados en

grandes engranajes y cigüeñales, en generación de energía, propulsión

de barcos y grandes equipos mineros.


Molibdeno puro y sus aleaciones

El Molibdeno presenta una serie de propiedades que lo hacen un metal

de alto interés para formar aleaciones. Estas propiedades son:

Algunas de las áreas en que se aplican aleaciones de molibdeno son:

Iluminación

El Molibdeno es utilizado en los focos halógenos de los automóviles,

donde los fi lamentos incandescentes de Tungsteno, que alcanzan altas

temperaturas, deben ser completamente encapsulados en vidrio. Pequeñas

placas de Molibdeno hacen de contacto eléctrico entre el conductor exterior

y el fi lamento interior de la bombilla. El bajo coefi ciente de expansión

térmica del Molibdeno permite un buen ensamble con el vidrio, actuando

al mismo tiempo como sello y conductor.

Producción de vidrio y componentes de hornos de alta temperatura

Aleaciones de Molibdeno son utilizadas en hornos para la industria

del vidrio debido a la resistencia al desgaste y la corrosión provocados

por el material fundido; dado que minimizan el desprendimiento de

partículas, permiten que el vidrio mantenga la transparencia necesaria.

La baja concentración de Carbono en la aleación minimiza la formación

› Alto punto de fusión

› Baja presión de vapor

› Alta resistencia a elevadas

temperaturas

› Bajo coefi ciente

de expansión térmica

› Alta conductividad térmica

› Baja capacidad calórica

› Alto módulo de elasticidad

› Alta resistencia a la corrosión

provocada por vidrio fundido

› Temperatura de recristalización

entre 800-1200°C

› Maquinabilidad

› Soldabilidad


de burbujas de CO2. Además, se utiliza en agitadores, electrodos de

fundición, cubiertas protectoras y moldes, entre otras.

Molibdeno puro o aleaciones de Molibdeno se utilizan en los hornos

de vacío o de Hidrógeno debido a su baja presión de vapor a altas

temperaturas, que permite una mínima contaminación del material

tratado, factor importante cuando el material es altamente reactivo.

Electrónica

La industria electrónica ha utilizado el Molibdeno desde sus comienzos.

La especial combinación de propiedades como resistencia a altas

temperaturas, resistencia a la abrasión, baja presión de vapor y

compatibilidad con las tecnologías estándar de conformado, lo hacen un

material de elección para múltiples aplicaciones.

El Molibdeno es utilizado como material intercambiador de calor en

pequeños sistemas electrónicos, en motores y sistemas de generación

de energía. También es utilizado en herramientas para la producción de

aparatos electrónicos y en ensamblajes de circuitos multicapas; asimismo,

en forma de polvo se utiliza en las tintas para la creación de tableros de

circuitos cerámicos.

El Molibdeno se utiliza también en combinación con Cobre para

aplicarlo en circuitos integrados construidos sobre sustratos de cerámicas

con un coefi ciente de expansión térmica mayor al del Silicio. La mayor

expansión térmica del Cobre sirve para ajustar el coefi ciente de expansión

térmica del compósito a distintos sustratos, obteniendo mejores

propiedades y mejor desempeño de los sistemas.

Recubrimientos

En los últimos años, los polvos de Molibdeno han tomado un lugar

preponderante en la formulación de recubrimientos con tecnología Flame

Spray para mejorar propiedades de fricción y desgaste en componentes

de automóviles como engranajes, sincronizadores y anillos de pistones.

El Molibdeno junto con el Níquel y el Cromo produce recubrimientos con

alta resistencia a la corrosión.

En el área de electrónica de estado sólido, recubrimientos con polvos

de Molibdeno son usados en la producción de celdas solares y en

películas delgadas de transistores para pantallas planas. Esto, debido al

excepcional ajuste de la expansión térmica del Molibdeno con los sustratos

de Vidrio o Silicio.

Aleaciones comerciales

TZM (Titanio, Zirconio, Molibdeno)

Esta es una aleación que contiene un 99% de Molibdeno, 0,5% de Titanio,

0,08% de Zirconio y trazas de Carbono para la formación de carburos.

La resistencia del TZM es dos veces la del Molibdeno puro, a

temperaturas sobre 1300°C. La temperatura de recristalización de TZM

es aproximadamente 250°C más alta que la del Molibdeno y tiene mejores

propiedades para ser soldado. La resistencia a la deformación de TZM

es el doble que la del acero inoxidable 316, en el rango de temperatura de

0°C a 1000°C.

Esta aleación es utilizada para la fabricación de los conos de los

misiles, componentes estructurales de hornos y moldes. Su costo es

aproximadamente un 25% más alto que el del Molibdeno puro.


Molibdeno-Tungsteno

Las propiedades de resistencia a alta temperatura y resistencia a la

corrosión del Molibdeno se ven mejoradas en aleaciones con el Tungsteno.

Esta aleación fue desarrollada para la industria del Zinc, y resiste el efecto

corrosivo del Zinc fundido. También ha probado ser efectivo en los conos

de los rockets y ofrece una performance mejor que otras aleaciones cuando

son sometidas a ambientes erosivos. Existen en el comercio aleaciones de

30%Mo-70%W y 50%Mo-50%W.

Molibdeno-Renio

En aleaciones con Renio, el Molibdeno es más dúctil y mejora su

soldabilidad. Esta aleación presenta ventajas en aplicaciones de foils para

altas temperaturas, especialmente en las que deben ser soldadas. Existen

además aleaciones comerciales con contenido de Renio de 50%, 47,5% y 41%.

Molibdeno-Níquel-Cromo

Aleaciones de alta resistencia pueden ser obtenidas variando la

composición y la temperatura de templado. La dureza puede estar en el

rango de 260 HB-512 HB. Se aplica en aceros de alta resistencia, incluidos

martillos, bolas de molienda, recubiertas y cadenas.

Molibdeno-Cobre

Existen las aleaciones comerciales 70% Mo-30%Cu. Estas aleaciones

se comportan como materiales con alta conductividad térmica y baja

expansión térmica. Es ideal para intercambiadores de calor (disipadores)

en aplicaciones de electrónica.

Las aplicaciones químicas del Molibdeno representan alrededor del 15%

del consumo del elemento y se pueden agrupar en:

Catalizadores

El Molibdeno, ya sea solo o en compañía de otros metales, soportado o

no-soportado, es utilizado ampliamente como catalizador en la industria

química para producir compuestos químicos, generación de Hidrógeno y

para el control del medio ambiente.

Aplicaciones

químicas

Oxidación selectiva de Metanol

catalizada por el Molibdato

de Hierro.

Fe2(MoO

4)

3

Catalizador

Co-Mo Sulfi dado

sobre Alumina

Bi-Mo Oxidado

Mo-V Oxidado

Fe-Mo Oxidado

Mo Oxidado sobre

Alumina

Mo-Co-Fe

Carburo de Mo

Aplicación

Hidrotratamientos,

hidrodesulfurización

Oxidación selectiva de

propeno, amoxidación

Oxidación de Acroleína

Oxidación de Metanol

Reacciones de metanización

cuando existe Azufre

Conversión de gas natural

a combustibles líquidos

Producción de Hidrógeno

Importancia

Refi nación de petróleo, aceites,

y productos de la gasifi cación

y licuefacción de carbón

Síntesis de polímeros y plásticos,

acrilonitrilo

Síntesis de polímeros y plásticos

Síntesis de formaldehído

Síntesis de olefi nas

GTL: producción de combustibles

líquidos a partir de gas natural

Hidrógeno a partir de Metano

y en reacción de gas de agua

REACCIONES CATALIZADAS POR MOLIBDENO

+ O2

H

C O + H2O

H

FormaldehidoMetanol

H O H

C

H H

CAT


› Bajo coefi ciente de fricción (0,03-0,06)

› Una fuerte afi nidad a las superfi cies metálicas

› Alto rendimiento a altas presiones, 3450MPa

› Amplio rango de temperatura de operación, desde -220°C a 350°C

en una atmósfera que contenga Oxígeno, o hasta 1200°C en una

atmósfera exenta de Oxígeno o vacío

› Óptima operación ya sea a altas presiones o en condiciones de vacío

Lubricación

El Disulfuro de Molibdeno (MoS2) es utilizado ampliamente en la

industria como lubricante ya sea como polvo (lubricante seco), en

dispersiones de grasas, aceites y otros solventes, con el fi n de reducir

el coefi ciente de fricción. Es utilizado como agente contra el desgaste,

oxidación y corrosión de motores, engranajes, trabajo de metales,

cortadoras de metales y otra serie de aplicaciones.

La propiedad lubricante (bajo coefi ciente de fricción) está relacionada

con la estructura cristalina hexagonal plana del disulfuro, similar a la del

grafi to donde, entre las capas, existen débiles interacciones del tipo

Van der Waals, permitiendo el deslizamiento de una capa con respecto

a la otra. Algunas de las características que distingue al MoS2 de otros

sólidos lubricantes son:

Pigmentos e inhibidores de corrosión

Algunos compuestos de Molibdeno son utilizados en pigmentos por

la formación de colores estables a la luz y el calor, inhibidores de la

corrosión, no tóxicos. Estos pigmentos son incorporados en pinturas,

tintas, plásticos, gomas y cerámicas. Podría sustituir al Cromo en

aplicaciones anticorrosivas.

Los pigmentos de Molibdeno pueden dividirse en solubles en agua e

insolubles en agua. El Molibdato de Sodio es soluble en agua y se utiliza

en soluciones acuosas para prevenir la corrosión en centrales térmicos y

enfriadores de motores. Los compuestos de Molibdeno insolubles en agua

son por lo general utilizados en pinturas, plásticos, gomas y cerámicas

como agentes inhibidores de la corrosión. Los compuestos más utilizados

son Molibdato de Zinc, mezcla cristalina de Molibdato-Cromato-Sulfato

de Plomo, Molibdato de Zinc-Calcio-Estroncio, y Fosfomolibdatos.

El Molibdato previene la corrosión mediante su habilidad de ser

adsorbido por una capa de óxido metálico, llenando los espacios vacíos

y promoviendo así la formación de una capa de óxido adherida a la

superfi cie. De esta forma, la capa de sustrato inmediatamente abajo

es pasivada.

Materiales Cerámicos

El disilicuro de Molibdeno (MoSi2) es un compuesto intermetálico que es

clasifi cado como un cerámico refractario. Tiene una densidad moderada

(4,65 g/cm3 en su estado mineral), una temperatura de fusión de 2030°C

y es conductor eléctrico. Este compuesto es utilizado en cerámicos

especiales con aplicaciones en calefactores, bujías, turbinas, etc.

Aplicaciones

emergentes

TIPOS DE LUBRICANTES

Producto % de MoS2 (p/p)

Grasas 1-20

Pastas 20-60

Aceites 0,5-5

Suspensiones 1-20

acuosas

Polvo puro 10-100

o mezclado


Supresores de humo

El octamolibdato de Amonia y el trióxido de Molibdeno son utilizados

en la industria del plástico como aditivos para suprimir la generación de

humo particulado en el caso de incendios, especialmente en PVC para la

aislación de cables eléctricos.

Los compuestos de Molibdeno en el caso de incendio sufren una

reducción a dióxido de Molibdeno; este dióxido se une al plástico

generando una red que favorece la formación de un producto carbonizado

que inhibe la formación de partículas de humo.

Nanotecnología

En el futuro, la utilización de nanocompuestos de Molibdeno en la

industria puede marcar el desarrollo del mercado de éste. Algunas

aplicaciones de estos nanocompuestos son:

Existen muchas otras aplicaciones en los campos de: emisiones, generación

y almacenamiento de energía, catálisis, cerámicos, conectores, electrónica

molecular, iluminación, materiales térmicos, recubrimientos, aceros, etc.

› Nanotubos de disulfuro de Molibdeno podrían ser una alternativa al uso

de nanotubos de Carbono, ya que los últimos presentan problemas de

aplicación, como son el que tienden a pegarse entre ellos y la difi cultad de

aplicarles contactos eléctricos.

› Los nanoalambres de disulfuro de Molibdeno pueden ser utilizados como

nanointerruptores, pues dejan de ser conductores al doblarse.

› La propiedad lubricante del disulfuro de Molibdeno es mejorada al ser

utilizado en su forma nano; esta propiedad ya está siendo explotada

por la industria de lubricantes secos y sólidos en polvo para la industria

automotriz y aeronáutica.

› Tintas con nanopartículas de Molibdeno pueden mejorar las propiedades

de adhesión y baja resistencia al contacto de los vidrios metalizados de

Molibdeno en las celdas fotovoltaicas (CGIS-PV).


Las reservas mundiales de Molibdeno, comercialmente explotables,

ascienden a 8,6 millones de toneladas métricas, concentradas

principalmente en China (38%), Estados Unidos (31%) y Chile (13%). Las

reservas totales cuantifi cadas son de 19 millones de toneladas métricas,

también concentradas en China (44%), Estados Unidos (28%) y Chile (13%).

Reservas

China

Estad

os U

nidos

Chile

Canad

á

Otros

38% 31% 13% 6% 12%

Reservas mundiales

de Molibdeno.

MERCADO


El Molibdeno de mina se obtiene a través de dos tipos de producción:

primaria y como subproducto. La producción primaria se realiza

en yacimientos donde el Mo es el principal mineral extraído. Como

subproducto se obtiene principalmente en minas de Cobre, donde el

Molibdeno es un mineral secundario.

Se estima que en 2008, el 43% de la producción mundial de Molibdeno

de mina se obtuvo como producción primaria y el 57% como subproducto.

La producción primaria se concentra en Estados Unidos y China, sobre

el 90%, mientras que cerca del 80% de la obtención como subproducto

se concentra en Estados Unidos, China, Perú y Chile, siendo Chile el

principal productor en esta categoría.

En 2007, el consumo mundial de Molibdeno fue de alrededor de 250

mil toneladas, de las cuales cerca del 85% corresponde a aplicaciones

metalúrgicas, el 10% a aplicaciones químicas y el 5% a Molibdeno puro.

Se espera que la demanda de Molibdeno siga creciendo mientras

continúe el crecimiento de China e India. En el segmento de Generación

de Energía, por ejemplo, se producirá una fuerte demanda debido a la

construcción de nuevas plantas que amplíen la capacidad energética

mundial, especialmente en China.

Además, en Europa y Estados Unidos una importante cantidad de

plantas concluirá su vida útil, por lo que se necesitará de nuevas plantas

que las reemplacen.

Producción mundial

Demanda mundial

Europa

Occ

iden

tal

Estad

os U

nidos

Japó

nChin

a

Otros

59.684

tons.

35.154 30.225 45.585 37.195

Principales consumidores

de Molibdeno.

FUENTE: COCHILCO

Producción de Molibdeno de

mina en 2008 según país.

FUENTE: COCHILCO

81.230

tons.

49.55033.313

17.10012.940

7.430 6.1001.900

China

EE.UU

.

Chile

Perú

Otros

Canad

á

Méx

ico

Mon

golia


Más aun, las nuevas plantas serán diseñadas para temperaturas de

operación superiores a los 7000C y necesitarán de las propiedades del

Molibdeno en sus componentes. Los actuales materiales no satisfacen los

requerimientos para estas condiciones de funcionamiento debido a que

las aleaciones de Níquel utilizadas no soportan ese nivel de temperaturas.

El Molibdeno, con una temperatura de fusión superior a la del Níquel, es

uno de los candidatos principales en tomar el protagonismo en los nuevos

materiales que se están desarrollando.

La fi gura muestra la evolución del precio del Molibdeno en los últimos

diez años. El año 2004 el precio promedio anual fue de 16,4 US$/lb; 31,7

US$/lb en 2005; 24,7 US$/lb en 2006, y 30,2 US$/lb en 2007. En 2008,

el precio promedio anual fue de 28,4 US$/lb.

Precio

Precio del

Molibdeno 2000-2010

FUENTE:

www.infomine.com

Ene 22

2000

Sep 13

2001

May 6

2003

Dic 26

2004

Ago 18

2006

Apr 9

2008

Ene 17

2010

Mo

lib

de

no

US

D/l

b 55

50

45

40

35

30

25

20

15

10

5

0


A febrero de 2010, el precio del Molibdeno está alrededor de los 15 US$/

lb y se espera que se mantenga en estos niveles mientras se consolida la

recuperación económica mundial. Una nueva disminución del precio se

ve poco probable debido a la importancia estratégica que se le está dando

al Molibdeno en los distintos mercados. El gobierno chino, por ejemplo, lo

declaró material estratégico y ha adoptado una política de restricción de las

exportaciones, de manera de proteger la demanda interna ante eventuales

escenarios de escasez.

La producción de Molibdeno de mina en Chile fue de 33.689 toneladas en

2008, lo que corresponde al 16% de la producción mundial. El principal

productor es CODELCO, que produjo el 61%, seguida por minera Los

Pelambres, con el 23%.

La demanda de Molibdeno en el mercado nacional es reducida. Es

utilizado por pequeñas maestranzas y acereras que fabrican productos

especiales. La producción de aceros en Chile es de bajo volumen

y está restringida a aceros que consumen muy poco Molibdeno.

Las aleaciones especiales que se consumen en la minería y la industria

química son en su mayoría importadas.

Principales productores

nacionales de Molibdeno.

FUENTE: COCHILCO

Mercado chileno

Codel

co

Los P

elam

bres

Sur Ande

s

Colla

huasi

Min

era

Valle

Cen

tral

20.525

tons.

7.759 2.578 2.471 353

PROPIEDADES APLICACIONES MERCADO - molymet.cl de Innovacin/Publicacion... · El disulfuro de...

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