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
2 MOLIBDENO: PROPIEDADES, APLICACIONES, MERCADO
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
3 MOLIBDENO: PROPIEDADES, APLICACIONES, MERCADO
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
4 MOLIBDENO: PROPIEDADES, APLICACIONES, MERCADO
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
5 MOLIBDENO: PROPIEDADES, APLICACIONES, MERCADO
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
6 MOLIBDENO: PROPIEDADES, APLICACIONES, MERCADO
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
Densidad: 5,06 g/cm3
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
° ° °
° °
7 MOLIBDENO: PROPIEDADES, APLICACIONES, MERCADO
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
Densidad: 4,69 g/cm3
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
8 MOLIBDENO: PROPIEDADES, APLICACIONES, MERCADO
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
9 MOLIBDENO: PROPIEDADES, APLICACIONES, MERCADO
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.
10 MOLIBDENO: PROPIEDADES, APLICACIONES, MERCADO
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
11 MOLIBDENO: PROPIEDADES, APLICACIONES, MERCADO
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%
12 MOLIBDENO: PROPIEDADES, APLICACIONES, MERCADO
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.
13 MOLIBDENO: PROPIEDADES, APLICACIONES, MERCADO
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
14 MOLIBDENO: PROPIEDADES, APLICACIONES, MERCADO
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.
15 MOLIBDENO: PROPIEDADES, APLICACIONES, MERCADO
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.
16 MOLIBDENO: PROPIEDADES, APLICACIONES, MERCADO
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
17 MOLIBDENO: PROPIEDADES, APLICACIONES, MERCADO
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.
18 MOLIBDENO: PROPIEDADES, APLICACIONES, MERCADO
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
19 MOLIBDENO: PROPIEDADES, APLICACIONES, MERCADO
› 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
20 MOLIBDENO: PROPIEDADES, APLICACIONES, MERCADO
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).
21 MOLIBDENO: PROPIEDADES, APLICACIONES, MERCADO
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
22 MOLIBDENO: PROPIEDADES, APLICACIONES, 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
23 MOLIBDENO: PROPIEDADES, APLICACIONES, MERCADO
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$/lb.
Precio
Precio del
Molibdeno 2000-2010
FUENTE:
www.infomine.com
Ene 22
2000
Sep 13
2001
May 6
2003
Dic 26
2004
Ago 18
2006
Apr 9
2008
Ene 17
2010
Mo
lib
de
no
US
D/l
b 55
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
24 MOLIBDENO: PROPIEDADES, APLICACIONES, MERCADO
A febrero de 2010, el precio del Molibdeno está alrededor de los 15 US$/
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