Molybdän

Molybdän ist ein ebenso kriegerisches wie sensibles Element, das der schwedische Chemiker und Mineraloge Peter Jacob Hjelm 1781 entdeckte. Die größte Nachfrage erfuhr es in der Zeit der beiden Weltkriege, als Molybdän- Legierungen den Panzerrohren eine höchstmögliche Stabilität und Temperaturfestigkeit verliehen. Auf der anderen Seite jedoch gilt das Element als sehr launisch – bereits Verunreinigungen von einem einzelnen zehn-tausendstel Prozent Sauerstoff lassen reines Molybdän schon stark verspröden.

Dies jedoch tat der Beliebtheit des Elements keinen Abbruch: Seine herausragenden Eigenschaften finden in einer industrialisierten Welt vielfältige Anwendungen. Denn auch rund 230 Jahr nach seiner Entdeckung gilt Molybdän immer noch als Industriemetall durch und durch.

Der hohe Schmelzpunkt, die gute Hitzefestigkeit sowie seine ausgezeichnete Leitfähigkeit sind perfekt geeignet für Superlegierungen und bei der Herstellung von hartem, hitzebeständigem Stahl. Man findet es in Ventilen und Turbinenschaufeln der Luft- und Raumfahrt ebenso wie in der chemischen Industrie; bei Bohrern und Fräsen wie in Katalysatoren für die erdölverarbeitenden Betriebe. Darüber hinaus ist das Metall unempfindlich gegenüber den Angriffen reduzierender Säuren. Also ein echter «Härtefall»? In Pulverform oder als Beimischung mit Öl widersteht der Rohstoff extremen Drücken und Temperaturen, was in zu einem Hochleistungsschmierstoff der Extraklasse werden lässt.

Dies dürfte insbesondere die Volksrepublik China freuen: Sie beherbergt ca. 38 Prozent der Reserven und den gleichen Prozentsatz der gesamten Produktion, was sie auf beiden Gebieten zum globalen Marktführer macht. Weitere größere Reservemengen sind in USA und Chile zu finden, die auch bei den Produktionszahlen auf den Plätzen 1 und 2 liegen.

Weltweit werden ca. 200.000 Tonnen erzeugt, knapp 30 Prozent des Bedarfs wird mittlerweile durch Recycling gedeckt – kein Grund also, weitere Kanonenrohre zu bauen.

Spezifikationen:

Schmelzpunkt:                     2623 °C
Spezifisches Gewicht:         10,28 g/cm3
Farbe:                                   grau metallisch
Siedepunkt:                          4639 °C
Weltjahresproduktion ca.:    200 000 Tonnen
Massenanteil / Erdhülle:      14 ppm

Wertentwicklung:

Im Jahr 2021:                        +60,71%
Im Jahr 2022:                        +22,22%

Verwendung:

  • Legierungen
  • Schmiermittel
  • Nuklearmedizin
  • Elektronische Bauteile
  • Röntgenkontrastmittel
  • Dünnschichttransistoren
  • Imprägnierung von Stoffen
  • Flugzeug- und Raketenteile
  • Katalysatoren zur Schwefelentfernung
  • essentielles Spurenelement für Pflanzen
  • Gasdichte Stromdurchführungen in Quarzglas



Die Geschichte von Molybdän

Molybdän, ein Metall mit interessanter Historie, wird in Lagerstätten in der Regel als Molybdänglanz, auch bekannt als Molybdändisulfid, gefunden. Seinen Namen erhielt es aufgrund dieses charakteristischen Vorkommens. Jedoch wurde es lange Zeit mit Bleiglanz oder sogar Graphit verwechselt. Erst im Jahr 1778 gelang es dem Chemiker Carl Wilhelm Scheele, durch die Behandlung von Molybdänglanz mit Salpetersäure das weiße Molybdän(VI)-oxid, auch als MoO3, Molybdäntrioxid oder Wasserbleierde bekannt, herzustellen. Die Entdeckung dieses Oxids war ein wichtiger Meilenstein in der Geschichte des Molybdäns.

Die eigentliche Reduktion des Molybdäntrioxids zum elementaren Molybdän wurde schließlich 1781 von Peter Jacob Hjelm erreicht. Dieser bedeutende Schritt ermöglichte es, das Metall in seiner reinen Form zu gewinnen und seine Eigenschaften genauer zu erforschen. Allerdings stieß man bald auf eine Herausforderung – reines Molybdän erwies sich als schwierig zu bearbeiten. Es konnte plastisch verformt werden, doch bereits geringe Verunreinigungen von nur 1 ppm Sauerstoff oder Stickstoff machten das Molybdän stark verspröde. Aufgrund dieser Schwierigkeiten fand das Metall zunächst nur wenig Beachtung.

Erst gegen Ende des 19. Jahrhunderts erkannten Mitarbeiter des französischen Unternehmens Schneider & Cie bei der Herstellung von Panzerplatten die nützlichen Eigenschaften von Molybdän in Stahllegierungen. Die Zugabe von Molybdän verbesserte die Festigkeit und Hitzebeständigkeit des Stahls erheblich, was in der Rüstungsindustrie von großer Bedeutung war. In den beiden Weltkriegen stieg die Nachfrage nach Molybdän daher stark an.

Nach dem Zweiten Weltkrieg erlebte das Metall jedoch einen dramatischen Preisverfall, was seine Verwendung vorübergehend einschränkte. Dennoch wurden weiterhin innovative Anwendungen für Molybdän entwickelt und erforscht. Ein bemerkenswertes Beispiel dafür ist das einzige westeuropäische Bergwerk, das bis 1973 in Knaben (Norwegen) betrieben wurde.

Besonders bemerkenswert ist auch die bedeutendste Molybdänkonzentration der Ostalpen, die sich unterhalb der Alpeiner Scharte im Valsertal in Tirol befindet. Während des Zweiten Weltkrieges wurde dort mit großem Aufwand ein Bergwerk angelegt, doch trotz der Anstrengungen gelang es nie, Molybdän in nennenswerter Menge zu gewinnen.

Die Geschichte von Molybdän ist geprägt von faszinierenden Entdeckungen und Herausforderungen. Von seiner Verwechslung mit anderen Materialien bis hin zur Nutzung in Stahllegierungen hat das Metall einen bemerkenswerten Weg zurückgelegt. Heutzutage ist Molybdän ein bedeutendes Element in verschiedenen Industriezweigen und wird weiterhin für neue technologische Entwicklungen erforscht. Seine einzigartigen Eigenschaften machen es zu einem unverzichtbaren Bestandteil in der modernen Welt.

Vorkommen, Gewinnung und Bedeutung in der Industrie

Molybdän ist ein wertvolles Metall mit vielseitigen Anwendungen in der Industrie. Es kommt natürlich hauptsächlich als Molybdänit (Molybdänglanz, MoS2) mit einer Konzentration von etwa 0,3 % vor. Daneben findet man auch Wulfenit (Gelbbleierz, PbMoO4) und Powellit Ca(Mo,W)O4. Für die Verhüttung wird hauptsächlich das während des Kupferbergbaus anfallende Koppelprodukt Molybdänit verwendet. Die größten Vorkommen von Molybdän befinden sich in den Vereinigten Staaten, Chile, China, Kanada und Peru. Im Jahr 2006 lag die Weltproduktion bei 179.000 Tonnen, wobei die Vereinigten Staaten mit 60.500 Tonnen pro Jahr den größten Anteil stellten. Die steigende Bedeutung von Molybdän führt zur Entstehung reiner Molybdänproduzenten, darunter die Firma Thompson Creek Metals, einer der größten ausschließlichen Molybdänproduzenten.

Molybdän kann nicht durch Reduktion mit Kohle aus oxidischen Erzen gewonnen werden, da dabei Molybdäncarbid entsteht. Stattdessen wird das Mineral Molybdänglanz, das in der Regel stark mit Ganggestein verunreinigt ist, zunächst durch Flotation angereichert. Anschließend wird das Erz durch Rösten an der Luft bei etwa 700 °C zu Molybdän(VI)-oxid oxidiert. Dieses Oxid kann dann weiter verarbeitet werden, um Molybdän in seiner reinen Form zu gewinnen.

Die Gewinnung von Molybdän: Ein Blick in die industrielle Förderung

Molybdän kommt natürlich in Form von Molybdänit (Molybdänglanz, MoS2) vor, meist mit einer Konzentration von etwa 0,3 %. Zusätzlich gibt es noch andere Molybdänminerale wie Wulfenit (Gelbbleierz, PbMoO4) und Powellit Ca(Mo,W)O4. 

Die industrielle Gewinnung von Molybdän erfolgt in mehreren Schritten:

1. Bergbau: Die erste Phase der Gewinnung beginnt mit dem Bergbau. Molybdänhaltige Erze werden aus Minen oder Tagebauen abgebaut. Die Erze enthalten Molybdän in Form von Molybdänit, das mit anderen Mineralen und Ganggestein verunreinigt sein kann.

2. Zerkleinerung: Die abgebauten Erze werden zunächst zerkleinert, um sie in kleinere Stücke zu brechen. Dies erleichtert den weiteren Verarbeitungsprozess und ermöglicht eine bessere Ausbeute des Molybdäns.

3. Aufbereitung: In diesem Schritt werden die zerkleinerten Erze durch Flotation oder andere Verfahren aufbereitet. Dabei werden die Molybdän-Mineralien von den anderen Gesteinsbestandteilen getrennt, um eine höhere Konzentration von Molybdän in dem gewonnenen Konzentrat zu erreichen.

4. Rösten: Das gewonnene Molybdänkonzentrat wird anschließend geröstet. Beim Rösten wird das Erz in einem Ofen oder einer Drehrohranlage bei hohen Temperaturen von etwa 700 °C oxidiert. Dadurch entsteht Molybdän(VI)-oxid, auch bekannt als Molybdänoxid (MoO3).

5. Reinigung: Das Molybdänoxid wird nun weiter gereinigt, um Verunreinigungen zu entfernen und eine höhere Reinheit des Molybdäns zu erreichen. Dieser Schritt ist entscheidend, da reines Molybdän für viele Anwendungen in der Industrie benötigt wird.

6. Reduktion: Schließlich erfolgt die Reduktion des Molybdänoxids zu metallischem Molybdän. Dieser Prozess wird entweder durch Erhitzen mit Wasserstoffgas oder durch andere Reduktionsmittel durchgeführt.

7. Verarbeitung: Das gewonnene metallische Molybdän kann nun weiter verarbeitet werden, je nach den Anforderungen der Endanwendung. Es wird zu Molybdänlegierungen verarbeitet oder in anderen Formen wie Pulver oder Drähte hergestellt.

Molybdän hat aufgrund seiner besonderen Eigenschaften eine breite Anwendungspalette in der Industrie. Es wird häufig als Legierungszusatz verwendet, um die Festigkeit und Härte von Stählen zu erhöhen. Molybdänlegierungen werden in der Luftfahrt- und Automobilindustrie, im Maschinenbau sowie in der Elektro- und Elektronikindustrie eingesetzt. Besonders bemerkenswert ist die Verwendung von Molybdän in hochfesten Stählen für den Bau von Gebäuden, Brücken und anderen tragenden Strukturen, da es diesen Materialien eine ausgezeichnete Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit verleiht.

Ein weiteres wichtiges Anwendungsgebiet für Molybdän ist die Katalyse. Molybdän-Katalysatoren finden in der petrochemischen Industrie, bei der Herstellung von Kunststoffen und bei der Umwandlung von Erdölprodukten Verwendung. Darüber hinaus ist Molybdän ein essenzielles Spurenelement für Pflanzen und Tiere. Es spielt eine wichtige Rolle im Stoffwechsel und ist für die Funktion bestimmter Enzyme unerlässlich.

Molybdän: Ein wertvolles Übergangsmetall mit vielfältigen Eigenschaften

Molybdän ist ein sogenanntes Übergangsmetall der 5. Periode mit einer beeindruckenden Reihe von Eigenschaften, die es zu einem äußerst wertvollen Werkstoff in verschiedenen Branchen machen. Dieses hochfeste, zähe und harte Metall besitzt einen markanten silbrigweißen Glanz und weist einige bemerkenswerte Merkmale auf.

Eines der herausragendsten Eigenschaften von Molybdän ist sein außergewöhnlich hoher Schmelzpunkt. Es ist das Element mit dem höchsten Schmelzpunkt in der 5. Periode, was es zu einem idealen Kandidaten für Anwendungen unter extremen Bedingungen macht. Darüber hinaus ist Molybdän äußerst beständig gegenüber reduzierenden Säuren, einschließlich Flusssäure, ähnlich wie sein verwandtes Metall Wolfram. Diese chemische Beständigkeit macht es zu einem bevorzugten Material für die Herstellung von säurebeständigen Edelstählen und Nickelwerkstoffen.

Allerdings zeigt Molybdän eine geringere Beständigkeit gegenüber oxidierenden Säuren wie heißer konzentrierter Schwefelsäure, Salpetersäure oder Königswasser. Auch in oxidierenden Alkalischmelzen ist es unbeständig. Dennoch hat Molybdän aufgrund seiner einzigartigen Eigenschaften eine breite Palette von Anwendungen gefunden.

In der Industrie wird Molybdän häufig als Legierungselement eingesetzt, um die Festigkeit, Korrosions- und Hitzebeständigkeit von Materialien zu verbessern. Mehr als zwei Drittel der hergestellten Molybdänmenge wird zur Erzeugung von Metalllegierungen wie Ferro-Molybdän verwendet. Diese Legierungen spielen eine wichtige Rolle bei der Herstellung hochfester Werkstoffe, die in verschiedenen Branchen eingesetzt werden, einschließlich der Luft- und Raumfahrtindustrie.

Molybdän findet auch in der Ölverarbeitung Verwendung, wo es als Katalysator zur Schwefelentfernung dient. Zudem wird Molybdän in der Elektronikindustrie eingesetzt, wo es in TFTs (Dünnschichttransistoren) als leitende Metallschicht fungiert.

Ein bemerkenswertes Merkmal von Molybdän ist sein Einsatz als Schmiermittel aufgrund seiner Schichtstruktur im Molybdändisulfid. Dieses Schmiermittel ist auch bei erhöhten Temperaturen wirksam und kann in Form von Feststoff oder suspendiert in herkömmlichen Schmierölen verwendet werden.

Darüber hinaus spielt Molybdän eine wichtige Rolle in der Röntgendiagnostik, wo es als Targetmaterial in der Anode von Röntgenröhren eingesetzt wird. Molybdänanoden erzeugen Röntgenstrahlung mit niedrigerer Energie, was sie besonders für die Mammographie, die Untersuchung der weiblichen Brust, geeignet macht.

In der Nuklearmedizin kommt Molybdän in Radionuklidgeneratoren (RNG) zum Einsatz. Dabei wird das relativ langlebige Isotop 99Mo (Technetium) durch Spaltung in 99mTc (Technetium) umgewandelt, das für medizinische Untersuchungen verwendet wird.

Die essentielle Rolle von Molybdän in Pflanzen und Lebewesen

Molybdän spielt nicht nur in der Technologie und Industrie eine bedeutende Rolle, sondern ist auch für das Leben in der Natur von essentieller Bedeutung. Insbesondere für Pflanzen ist Molybdän unverzichtbar, da es für ihre Entwicklung und das Wachstum von entscheidender Bedeutung ist. Ein Molybdänmangel im Boden kann zu Unfruchtbarkeit führen, weshalb eine gezielte Düngung mit Ammoniummolybdat den Ertrag auf solchen Böden deutlich steigern kann.

In Pflanzen und Tieren beträgt die Molybdänkonzentration einige ppm (parts per million). Als sehr wichtiges Spurenelement, vor allem für Leguminosen, ist Molybdän für den Stickstoffstoffwechsel von großer Bedeutung. Bakterien, die mit Leguminosen in Symbiose leben (sogenannte Knöllchenbakterien), verwenden ein molybdänhaltiges Enzym namens Nitrogenase, um Luftstickstoff zu binden. Dieser Prozess ist entscheidend für die Stickstofffixierung und die Reduktion von Nitraten, und Molybdän spielt eine essenzielle Rolle als Bestandteil von Enzymen, den sogenannten Molybdoproteinen.

Auch für die menschliche Ernährung ist Molybdän von großer Bedeutung. Die Deutsche Gesellschaft für Ernährung (DGE) empfiehlt eine angemessene Tageszufuhr von 50-100 µg Molybdän für Jugendliche und Erwachsene. Molybdän ist in zahlreichen Lebensmitteln enthalten und essentiell für verschiedene enzymatische Prozesse im Körper. Es wird für die Purinzersetzung und Harnsäurebildung genutzt und ist beispielsweise als Cofaktor der Xanthinoxidase an der Umwandlung von Hypoxanthin zu Xanthin und Xanthin zu Harnsäure beteiligt.

Trotz seiner wichtigen Funktionen ist eine übermäßige Aufnahme von Molybdän zu vermeiden. Hohe Aufnahmen von 10-15 mg pro Tag können zu gichtähnlichen Symptomen, Gelenkschmerzen und Lebervergrößerungen führen. Eine ausgewogene und moderate Zufuhr von Molybdän ist daher entscheidend, um von den positiven Effekten dieses Spurenelements zu profitieren, ohne negative Auswirkungen zu erfahren.

Es ist interessant zu beobachten, dass einige Tierarten durch Molybdängaben im Futter ein erhöhtes Wachstum aufweisen. Dies unterstreicht die vielfältigen Auswirkungen von Molybdän auf verschiedene biologische Prozesse und verdeutlicht die komplexe Rolle dieses Spurenelements im organischen Leben.

Abschließend sei erwähnt, dass ein Mangel an Molybdän-Cofaktor eine Erbkrankheit ist. Dies unterstreicht erneut die essenzielle Bedeutung von Molybdän für lebenswichtige biochemische Prozesse und verdeutlicht, dass eine ausreichende Zufuhr dieses Spurenelements für die Gesundheit und das Wohlbefinden von zentraler Bedeutung ist.

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