Anda mungkin tidak pernah berpikir tentang logam yang bersembunyi di dalam mesin mobil Anda atau mesin jet yang terbang di atas kepala. Namun, pemrosesan molibdenum adalah arsitek diam-diam di balik pencapaian tersebut. Ini dimulai dengan mineral yang tampak mencurigakan seperti grafit atau bijih timah. Umat manusia membutuhkan waktu 2.000 tahun untuk menyadari bahwa itu adalah sesuatu yang sama sekali berbeda. Sekarang, ini adalah bahan rahasia dalam baja berperforma tinggi.
Logam itu sendiri adalah binatang buas. Bersinar putih seperti platinum dan tahan panas hingga 2.610 °C. Molibdenum murni itu keras. Itu membungkuk tanpa patah. Ini menghantarkan panas dengan baik. Ini tahan terhadap korosi. Jika Anda menambahkan sedikit saja—1 persen atau kurang—ke bahan lain, hasilnya akan drastis. Bahan dasarnya semakin keras. Itu berhenti rusak karena abrasi. Ia bertahan pada suhu tinggi tanpa meleleh atau melengkung.
Inilah sebabnya mengapa pengolahan molibdenum sangat penting untuk teknik modern. Pabrikan membutuhkan bahan yang tidak mudah rusak saat keadaan menjadi panas atau berat. Baja dengan molibdenum mempertahankan bentuknya di bawah tekanan. Ini menawarkan kekerasan yang seragam di seluruh struktur. Ini adalah bahan tambahan yang penting untuk baja dan superalloy yang digunakan dalam penerbangan.
Mengapa Molibdenum Mengalahkan Tungsten
Mengapa memilih molibdenum dibandingkan logam lainnya? Jawabannya terletak pada berat atom. Atom molibdenum berperilaku mirip dengan tungsten. Ia menawarkan manfaat metalurgi yang sama. Tapi beratnya sekitar setengahnya. Hal ini memungkinkan para insinyur mencapai kekuatan yang sama dengan separuh logam. Ini merupakan peningkatan efisiensi yang sangat besar.
Ilmu pengetahuan berjalan lebih dalam. Molibdenum memiliki cincin elektron terluar yang tidak lengkap. Ketidakstabilan ini adalah sebuah fitur, bukan bug. Hal ini memungkinkan logam membentuk senyawa dalam berbagai keadaan: di-, tri-, tetra-, penta-, atau heksa-valen. Fleksibilitas ini menciptakan berbagai macam produk kimia. Ini juga memberikan sifat katalitik molibdenum yang kuat. Ini membantu mendorong reaksi kimia yang tidak akan terjadi jika tidak.
Jalan Bergelombang dari Penemuan menuju Dominasi
Sejarah logam ini adalah kisah kebingungan. Kebudayaan kuno menggunakannya, tapi mereka tidak tahu apa itu. Mereka mengira itu grafit. Mereka bingung dengan galena, bijih timah. Baru pada tahun 1778 ahli kimia Swedia Carl Wilhelm Scheele melakukan hal yang benar. Dia menyerang bubuk molibdenit dengan asam nitrat. Dia menguapkan residu untuk membuat oksida molibda.
Metal sejati pertama muncul empat tahun kemudian. Peter Jacob Hjelm memanaskan oksida itu dengan minyak biji rami dalam wadah. Dia menghasilkan molibdenum logam. Ahli kimia seperti Berzelius dan Bucholtz memetakan sifat kimia kompleksnya pada abad ke-19. Tapi logam murni? Itu harus menunggu sampai tahun 1895. Henri Moissan mereduksinya dengan karbon dalam tungku listrik. Dia mencapai kemurnian 99,98 persen. Terobosan ini memungkinkan dimulainya penelitian ilmiah yang nyata.
Adopsi berjalan lambat. Pada tahun 1894, Schneider SA di Perancis mencoba menggunakannya untuk pelapisan baja. Pada tahun 1900, para insinyur Amerika memamerkan baja berkecepatan tinggi berbasis molibdenum di Paris. Marie Curie menggunakannya untuk magnet. Namun penggunaan skala besar harus menunggu hingga Perang Dunia I. Kekurangan tungsten memaksa militer mencari sumber lain. Molibdenum meningkat. Itu membuat senjata. Itu membuat baju besi.
Setelah perang, logam mulai digunakan dalam kehidupan sipil. Pada tahun 1920-an, ia memasuki manufaktur mobil. Baja tahan karat menjadi pengguna utama. Mesin jet di era pasca Perang Dunia II menuntut ketahanan terhadap panas. Rudal menyusul. Saat ini, logam tersebut terdapat dalam superalloy, bahan kimia, katalis, dan pelumas.
Dari Mana Bijih Berasal
Menemukan logam hanyalah setengah dari perjuangan. Satu-satunya sumber yang layak secara komersial adalah molibdenit. Mineral ini adalah bisulfida (MoS2). Sebagian besar berasal dari endapan porfiri. Ini adalah endapan besar dan tersebar yang ditemukan di batuan.
Ada dua jenis. Deposit primer mengandung antara 0,1 dan 0,5 persen molibdenum. Mereka sangat luas. Porfiri tembaga berukuran lebih besar tetapi mengandung lebih sedikit molibdenum—antara 0,005 dan 0,05 persen. Dalam kasus ini, molibdenum merupakan produk sampingan dari penambangan tembaga. Sekitar 40 persen pasokan global berasal dari pertambangan primer. 60 persen lainnya diperoleh bersama tembaga atau tungsten.
Geografi penting di sini. Amerika Utara memiliki 64 persen sumber daya yang dapat diperoleh kembali. Amerika Serikat menyumbang dua pertiga dari jumlah tersebut. Amerika Selatan memiliki 25 persen lainnya. Sisanya tersebar di Rusia, Kazakhstan, China, Iran, dan Filipina. Eropa, Afrika, dan Australia miskin dalam bijih ini. Tiongkok, Amerika Serikat, Chili, Peru, Meksiko, dan Kanada merupakan produsen terbesar.
Penambangan dan Konsentrasi
Proses ekstraksi dimulai dengan penggalian. Penambangan terbuka atau bawah tanah membawa bijih ke permukaan. Batuan tersebut dihancurkan dan digiling menjadi partikel halus. Pemisahan itu rumit. Anda perlu mengisolasi molibdenum dari batuan di sekitarnya, yang disebut gangue. Jika itu adalah deposit tembaga-molibdenum, Anda juga perlu memisahkan kedua logam tersebut satu sama lain.
Flotasi melakukan pekerjaan berat. Reagen ditambahkan ke bubur. Bahan kimia ini mengubah sifat permukaan mineral. Udara menggelembung melalui campuran. Molibdenum sulfida menempel pada gelembung dan mengapung ke atas. Sampahnya tenggelam.
Hasilnya adalah konsentrat. Ini mengandung 85 hingga 92 persen MoS2. Jika ini merupakan produk sampingan dari tembaga, mungkin terdapat sedikit tembaga di dalamnya—kurang dari 0,5 persen. Konsentrat ini kemudian siap untuk tahap selanjutnya. Pemurnian mengubah bubuk berbahan dasar batuan ini menjadi logam murni atau senyawa yang memberi energi pada dunia kita. Perjalanan dari batu abu-abu ke paduan tahan panas sangatlah panjang. Namun hasil akhirnya sepadan dengan usaha yang dilakukan.
Dari Sulfida ke Oksida: Pemanggang Nichols-Herreshoff
Perjalanan dari konsentrat molibdenit mentah menjadi bahan yang dapat digunakan memerlukan perubahan kimiawi yang tepat. Anda mulai dengan molibdenum disulfida (MoS2). Agar dapat berguna, sekitar 97 persen di antaranya harus menjadi oksida molibda teknis (MoO3), yang biasanya mencapai ambang batas kemurnian 85–90 persen. Sebagian besar pasokan dunia diproses dalam tungku multi-perapian tipe Nichols-Herreshoff. Anggap saja sebagai tumpukan vertikal drum yang berputar.
Materi masuk di bagian atas. Udara panas dan gas meledak dari bawah. Alirannya berlawanan dengan arus. Setiap perapian di dalam tungku memiliki empat lengan berpendingin udara. Lengan-lengan ini berputar pada sebuah poros. Bilah rakyat jelata yang menempel pada lengan menyapu material. Beberapa memindahkannya ke luar. Beberapa ke dalam. Akhirnya, barang-barang itu jatuh melalui lubang tengah menuju perapian di bawah.
Perapian pertama melakukan pekerjaan berat. Ini memanaskan konsentrat terlebih dahulu. Reagen flotasi menyala. Ini mengawali transformasi. MoS2 berubah menjadi MoO3. Ini adalah reaksi eksotermik. Panas menumpuk saat bergerak turun melalui perapian. Operator mengontrol intensitas dengan menyesuaikan kadar oksigen. Semprotan air mendinginkan tungku jika keadaan menjadi terlalu panas.
Suhu adalah musuh jika suhu menjadi terlalu tinggi. Jika MoO3 mencapai 650 °C (1.200 °F), ia akan menyublim. Ini menguap langsung dari padat menjadi gas. Anda tidak menginginkan itu. Anda ingin agar tetap padat dan turun ke lapisan berikutnya. Prosesnya berakhir ketika kandungan sulfur dalam kalsin turun di bawah 0,1 persen. Itu cukup bersih untuk langkah selanjutnya.
Pemurnian untuk Kemurnian: Sublimasi dan Prekursor Kimia
Oksida molibda teknis memiliki kegunaannya. Itu akan ditekan menjadi briket. Itu langsung masuk ke tungku untuk baja paduan dan produk pengecoran. Itu membuat ferromolibdenum. Namun jika Anda membutuhkan bahan kimia molibdenum dengan kemurnian tinggi atau molibdenum logam, kualitas teknis saja tidak cukup. Anda membutuhkan MoO3 yang murni secara kimia.
Di sinilah sublimasi berperan. Oksida teknis diubah menjadi retort listrik. Suhu melonjak hingga 1.200–1.250 °C (2.200–2.300 °F). Tungkunya terlihat seperti tabung kuarsa. Mereka dililit dengan elemen pemanas kawat molibdenum. Oksidasi dicegah dengan pasta bata tahan api dan arang kayu. Tabung dimiringkan pada 20 derajat. Mereka berputar perlahan.
Uap tersapu melalui udara. Hood mengumpulkannya. Kantong penyaring menangkap bubuk. Anda mendapatkan dua pecahan berbeda. Fraksi pertama hilang dengan cepat. Ini adalah 2–3 persen awal dari tagihan. Ini menampung sebagian besar pengotor yang mudah menguap. Pecahan terakhir adalah hal yang bagus. MoO3 murni.
Produk akhir ini harus murni 99,95 persen. Mengapa? Karena menjadi bahan awal amonium molibdat (ADM) dan natrium molibdat. Reaksikan MoO3 murni dengan larutan amonia atau natrium hidroksida. Anda mendapatkan senyawa ini. ADM muncul sebagai kristal putih. Ini menguji 81–83 persen MoO3, yang berarti 54–55 persen molibdenum. Ini mudah larut dalam air. Ini adalah pintu gerbang untuk membuat katalis, bahan kimia lainnya, dan bubuk molibdenum logam.
Pembuatan Logam: Reduksi dan Peleburan
Molibdenum logam dimulai dari MoO3 atau ADM murni. Penyiapannya melibatkan tabung yang dipanaskan dengan listrik atau tungku peredam. Gas hidrogen mengalir masuk sebagai arus berlawanan dengan umpan. Tujuannya adalah pengurangan.
Biasanya ini terjadi dalam dua tahap. Pertama, MoO3 atau ADM tereduksi menjadi dioksida. Kemudian, dioksida tersebut tereduksi menjadi bubuk logam. Beberapa pabrik menggunakan dua tungku terpisah dengan pendingin di antaranya. Lainnya menggunakan tungku dua zona. Terkadang, proses tiga tahap lebih baik. Dimulai pada 400 °C (750 °F). Awal yang rendah ini mencegah reaksi yang tidak terkendali dan sintering. Sintering adalah ketika partikel menyatu sebelum waktunya. Anda ingin bedak, bukan gumpalan.
Dalam pengaturan dua tungku, perahu baja ringan menampung 5–7 kilogram (10–15 pon) oksida. Mereka dimasukkan ke dalam tungku pertama setiap 30 menit. Suhunya berkisar antara 600–700 °C (1.100–1.300 °F). Produknya pecah. Ini dipindahkan ke tungku kedua di perahu nikel. Tingkat pemberian makan yang sama. Suhu melonjak hingga 1.000–1.100 °C (1.800–2.000 °F). Setelah itu, bedak disaring. Hasil paling murni? 99,95 persen molibdenum. Itu berasal dari pengurangan ADM, bukan oksida secara langsung.
Mencairnya adalah sakit kepala berikutnya. Molibdenum memiliki titik leleh yang sangat tinggi. Pengecoran konvensional gagal. Anda tidak bisa begitu saja menuangkannya ke dalam cetakan dan berharap yang terbaik. Pelelehan busur listrik adalah solusinya.
Parke dan Ham mengembangkan proses spesifik. Bubuk molibdenum terus menerus ditekan ke dalam batang. Hambatan listrik sebagian menyinternya. Ujungnya meleleh dalam busur listrik. Karbon ditambahkan ke bubuk. Ini mendeoksidasi logam cair. Cairan mengalir ke dalam cetakan tembaga berpendingin air. Begitulah cara Anda mendapatkan ingot.
Oksida molibda teknis adalah cara termurah untuk memasukkan molibdenum ke dalam baja dan besi standar. Namun ketika Anda membutuhkan paduan bermutu tinggi dengan lebih dari 1 persen molibdenum, sifat kimianya berubah. Menambahkan oksida murni akan memasukkan oksigen yang tidak diinginkan ke dalam lelehan. Di sinilah ferromolybdenum berperan. Ini adalah bahan yang disukai karena menambahkan logam tanpa penalti oksigen.
Membuat Paduan
Kebanyakan ferromolibdenum (FeMo) dibuat menggunakan proses metallotermik dalam tungku listrik. Anda mungkin bertanya-tanya mengapa tidak menggunakan pengurangan karbon. Jawabannya sederhana: reduksi karbon akan meninggalkan terlalu banyak karbon pada paduan akhir, sehingga merusak sifat baja. Jadi, produsen tetap berpegang pada proses termis.
Inilah cara kerjanya. Aluminium dan silikon mereduksi campuran oksida molibda teknis dan oksida besi. Reaksinya terjadi dalam sebuah cincin baja besar tanpa dasar yang dilapisi dengan batu bata. Itu terletak di atas hamparan pasir di dalam kotak cetakan. Cincin itu lebarnya sekitar 180 sentimeter dan tinggi 50 sentimeter.
Pekerja memasukkan muatan ke dalam panci. Mereka menyamakan kedudukan. Kemudian mereka memasang penutup debu di atasnya. Pengapian dimulai dengan sekring yang terbuat dari bubuk aluminium, magnesium, besi oksida, dan kalium nitrat. Seluruh reaksi berlangsung antara 2 dan 20 menit. Asap dikeluarkan melalui sistem pengumpul debu untuk menjaga udara tetap bersih.
Setelah api padam, logam dan terak berada di dalam cetakan selama 4 hingga 16 jam. Penantiannya tergantung pada ukuran batch. Setelah padat, balok dikeluarkan dan dicelupkan ke dalam air. Quenching mendinginkan logam dengan cepat. Ini juga membantu memisahkan logam dari terak. Kejutan termal menyebabkan retakan halus pada logam. Hal ini membuatnya mudah untuk pecah nantinya.
Kue FeMo yang dihasilkan dipalu menjadi potongan berukuran 20 sentimeter. Kemudian dihancurkan dan disaring. Ukuran akhirnya spesifik: 2,5, 1,9, dan 1,6 sentimeter. Standar kualitasnya ketat. Anda membutuhkan setidaknya 60 persen molibdenum. Karbon harus tetap antara 2 dan 2,5 persen. Tembaga, fosfor, silikon, dan belerang masing-masing harus 1 persen atau kurang. Sisanya adalah besi.
Kemana Perginya Logam
Ferromolibdenum menyumbang sekitar sepertiga dari seluruh konsumsi molibdenum. Logam molibdenum murni? Itu hanya 6 persen dari total. Logam murni memiliki kegunaan khusus. Filamen lampu. Pembuatan kaca. Nozel roket. Tungku vakum. Tidak banyak lagi.
Aksi nyatanya ada pada besi dan baja.
Membangun Struktur yang Lebih Kuat
Paduan besi adalah pengguna terbesar. Baja konstruksi dan baja paduan penuh biasanya mengandung antara 0,15 dan 0,4 persen molibdenum. Bahan-bahan ini menanggung beban berat. Mereka membuat peralatan mesin. Mereka membentuk perangkat keras militer. Anda akan menemukannya di pipa kilang minyak. Latihan penambangan. Mobil. Truk. Lokomotif. Kapal.
Lalu ada baja tahan karat dan tahan panas. Ini mengandung 0,4 hingga 3 persen molibdenum. Mereka juga memiliki kromium dan nikel. Kombinasi tersebut menangani panas dan korosi yang ekstrim. Penukar panas menggunakannya. Tabung turbin bergantung pada mereka. Pembangkit listrik dan pabrik kimia membutuhkannya. Proses penyulingan minyak. Pompa. Baling-baling kapal. Tangki penyimpanan asam. Pembuatan plastik.
Baja perkakas adalah kategori utama lainnya. Mereka mengemas 5 hingga 8,75 persen molibdenum. Konten yang tinggi memungkinkan pemesinan berkecepatan tinggi. Mata bor. pahat. Obeng. Meninggal. Alat-alat ini tetap tajam di bawah tekanan.
Bahkan manfaat besi cor kelabu. Menambahkan 0,15 hingga 1,25 persen molibdenum akan meningkatkan hasil coran berat. Blok silinder. Cincin piston. Pabrik penggilingan. gulungan. Latihan. Semua menjadi lebih kuat.
Lingkungan Ekstrim
Superalloy, terkadang disebut nimonic, menyumbang sekitar 3 persen dari permintaan molibdenum. Paduan nonferrous ini hidup di lingkungan yang paling keras. Mesin jet. Pembangkit nuklir. Turbin gas. Eksplorasi luar angkasa. Penerbangan umum. Saat keadaan menjadi panas dan cepat, molibdenum membantu paduan tersebut bertahan.
Penggunaan Bahan Kimia
Sekitar 11 persen molibdenum diubah menjadi bahan kimia. Molibdenum sulfida adalah pemain bintang. Konsentrat yang dimurnikan dengan 99 persen MoS2 menghasilkan pelumas. Pelumas ini bekerja pada suhu yang sangat tinggi dimana pelumas lainnya akan rusak.
Bahan kimia lainnya termasuk molibdenum oranye, yang digunakan dalam pencetakan. Ada juga katalis yang tak terhitung jumlahnya. Farmasi. Pupuk. Penghambat api. Banyak produk di rak Anda atau di mobil Anda memiliki bahan dasar molibdenum.
Logamnya ada dimana-mana. Anda hanya tidak melihatnya. Tidak sampai bajanya bengkok. Atau mesinnya mati. Atau alatnya patah. Lalu kamu ingat.
