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P RO P I E DA DE S
AP LI CA C I O N E S
MERCA DO
En el marco del proyecto
CONTACTO:
CIMAT
www.cimat.cl
(56 2) 978 48 55
DIFUSIÓN DE TECNOLOGÍAS,
APLICACIONES Y DESAFÍOS DEL MOLIBDENO
PARA LA INDUSTRIA E INVESTIGADORES
A NIVEL NACIONAL
COMOTECH S. A.
www.comotech.cl
(56 2) 361 9509
CÓDIGO 208-7374
INNOVA CHILE
Material
preparado por:
Organiza
Dr. Luis Améstica
CIMAT
Universidad de Chile
Financia
Dr. Raúl Quijada
CIMAT
Universidad de Chile
Ing. David Villaseca
Gerente General
COMOTECH S. A.
Participa
Santiago, Chile
abril de 2010
1
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 significa “parecido
al plomo”. Dentro de estas sustancias existía una que era denominada
molibdenita. En 1778, el científico 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).
Temperatura
de fusión
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.
2
MOLIBDENO: PROPIEDADES, APLICACIONES, MERCADO
PROPIEDADES
Atómicas
Estructura cristalina: Cúbica centrada
en el cuerpo
Generales
Peso atómico: 95,96
Símbolo: Mo
Número atómico: 42
Estado a temperatura ambiente: Sólido
Color: Gris metálico, duro
Configuración electrónica: [Kr] 4d5 5s1
Volumen atómico: 9,4 cm3/mol
OSHA: TWA: 15 mg/m3
NIOSH: IDLH: 5000 mg/m3
Estados de oxidación: 6, 5, 4, 3, 2, 1, -1, -2
Modelo de electrones:
Sólido
Densidad: 10,28 g/cm3
Temperatura de fusión: 2623°C
Calor de fusión: 8,95 kcal/mol
Calor específico: 5,75 cal/mol K
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 afinidad: 72 kJ/mol
Energía primera ionización: 163,4 kcal/mol
Energía segunda ionización: 372,6 kcal/mol
Energía tercera ionización: 625,3 kcal/mol
Líquido
Densidad a temperatura de fusión: 9,33 g/cm3
Temperatura de ebullición: 4639°C
Calor de evaporación: 598 kJ/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
Coeficiente de expansión térmica: 5,04 x 10-6/K
Velocidad del sonido (en barra delgada):
5400 m/s (referencia en aire = 343 m/s)
4000
W
3380
Temperatura de fusión (°C)
3000
Re
318 0
Ta
Os
2997
2727
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
Reflectividad óptica: 58%
Ir
2454
Pt
Hf
1769
2222
2000
Au
Mo
Nb
10 0 0
2 4 87
La
920
106 3
2610
Ru
2 4 27
Tc
Rh
2127
2000
196 6
Pd
Zr
1550
18 52
Y
0
Ag
1500
961
10 0 0
Cd
3 21
2000
Cr
V
Ti
1917 190 0
Fe
15 39
167 7
0
Ni
Mn
Sc
10 0 0
Co
1495 14 55
Cu
10 8 3
12 4 4
14 2 3
Zn
419
sición
e tran
Temperatura de fusión
de metales de transición
por período.
ales d
o: Met
eriod
n en P
0
ió
Ubicac
3
MOLIBDENO: PROPIEDADES, APLICACIONES, MERCADO
Si comparamos la conductividad térmica del Molibdeno con los otros
metales de transición encontramos que está en los valores medios.
Conductividad
térmica
Titanio 12
Niobio 30
Tantalio 31
Osmio 35
Vanadio 35
Cobalto 40
Hierro 42
Platino 42
Cromo 52
Niquel 52
Zinc 67
Molibdeno 81
Rodio 87
Tungsteno 96
Oro 182
Cobre 223
Plata 235
Conductividad térmica
metales de transición
en orden creciente.
Btu/(h F ft)
El Molibdeno es uno de los metales de transición con menor coeficiente
de expansión térmica: 5,04 x 10-6 (1/K). El único metal de transición con
menor coeficiente de expansión térmica que el Molibdeno es el Tungsteno,
con un valor de 4,3 x 10-6 (1/K).
Coeficiente
de expansión térmica
Tungsteno
Molibdeno
Osmio
Cromo
Tantalio
Renio
Niobio
Rodio
Vanadio
Titanio
Platino
Escandio
Paladio
Cobalto
Hierro
Niquel
Oro
Cobre
Plata
Manganeso
Zinc
Cadmio
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
Coeficiente de
expansión térmica
metales de transición
en orden creciente.
(10-6 m/mK)
El hecho de que el Molibdeno sea uno de los metales con menor
coeficiente de expansión térmica (dilatación), hace que sea muy
interesante para aplicaciones sometidas a grandes variaciones de
temperatura. Al tener muy bajo coeficiente 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, filamentos, iluminación, etc.
4
MOLIBDENO: PROPIEDADES, APLICACIONES, MERCADO
Conductividad
eléctrica
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).
Dureza
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.
Módulo de elasticidad:
Young, Bulk y Shear
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.
4 47
411
380
320
279
211
200
16 8
110
116
3 10
230
275
230
220
18 0
170
16 0
14 0
110
oung
lo de Y Pa)
(G
Módu
17 3
15 0
161
115
126
76
82
61
48
44
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ta
in
o
o
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no
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te
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Ni
Hi
Cr
Mo
Ro
n
Tu
Ru
hear
lo de S Pa)
(G
Módu
br
Ti
Co
Bulk
lo de
Módu
(GPa)
El Molibdeno tiene un Módulo de Young que lo clasifica 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.
5
MOLIBDENO: PROPIEDADES, APLICACIONES, MERCADO
Los principales compuestos de la química del Molibdeno son sus óxidos,
sulfuros y complejos.
Química
del Molibdeno
Aq NaOH, aq NH3
MoO3
Calcinación/Sublimación
Importantes
reacciones químicas
del Molibdeno.
Na2MoO4
(NH4)2Mo2O7
(NH4)6Mo7O24
H2 S
(NH4)2MoS4
RS2
Aire
caliente
MoCl5
H2
1000°C
H2 /CO
1000 °C
MoS2
Cl2
Mo2C
Mo
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
[(RS2)2MoOxYy]
NH3
1000 °C
C+H2
15OO °C
CO a 70 atm
Mo2N
NH3
11OO°C
Mo(CO)6
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 grafito,
es por ello que es ampliamente utilizado como un lubricante sólido,
ya que posee un bajo coeficiente 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.
Estructura cristalina del
disulfuro de Molibdeno.
6
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:
› 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, teflón y otros, de modo de mejorar
su resistencia y disminuir su fricción.
› Recubrimiento autolubricante para aplicaciones a altas temperaturas
› Fotocatalizador
Trióxido
de Molibdeno
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:
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)
2 MoS2 + 7 O2 > 2 MoO3 + 4 SO2
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 H2 > Mo + 3 H2O
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.
7
MOLIBDENO: PROPIEDADES, APLICACIONES, MERCADO
El carburo de Molibdeno puede obtenerse en varias formas cristalinas;
las más comunes son α-Mo2C y β-Mo2C. 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:
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
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.
CARBUROS DE METALES DE TRANSICIÓN: PROPIEDADES
Propiedades de los Carburos
Metal
Temperatura
de fusión
del metal (oC)
Temperatura
de fusión
del carburo
del metal (oC)
Módulo
de Young GPa
Microdureza
(kg/mm2)
Coeficiente
de expansión
térmica
x 10-6(1/K)
Ti
Nb
Cr
Mo
W
1677
2487
1900
2610
3380
3067
3600
1810
2600
2776
269-462
338-510
386
228
669
2900
2400
1300
1500
2100
7,4
6,6
10,3
4,9
5,0
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).
8
MOLIBDENO: PROPIEDADES, APLICACIONES, MERCADO
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
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 superficie.
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.
El Molibdeno incrementa
la resistencia a la
corrosión en aceros
inoxidables.
9
MOLIBDENO: PROPIEDADES, APLICACIONES, MERCADO
CONSUMO Y APLICACIONES
La cadena de valor de las aplicaciones de Molibdeno se divide en
usos primarios y finales. 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 finales se
consumen productos terminados que contienen Molibdeno.
Consumo
de 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%).
Usos primarios de Molibdeno
o
id
ie
nd
ra
le
ac
i
Su
6%
5%
pe
ib
ol
on
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7%
de
M
10%
10
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Ac
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10%
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27%
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FUENTE: COMOTECH
MOLIBDENO: PROPIEDADES, APLICACIONES, MERCADO
Usos finales
Se refieren 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 finales.
Segmentos de usos finales
y su participación en la demanda
de Molibdeno.
Tons./año
32.600
28.400
27.350
24.400
20.950
16.300
14.200
11.250
8.800
8.250
2.900
15%
14%
12%
12%
11%
9%
7%
6%
5%
4%
4%
1%
De
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Aplicaciones
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m
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a
o
35.250
Aceros inoxidables
Los aceros inoxidables son aquellos que tienen un contenido de Cromo
superior al 10,5%. Este elemento forma una fina 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 reflejado
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 geográficas 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
11
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 fisuramiento,
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 significativos, 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 beneficiados por
la capacidad del Molibdeno de aumentar la dureza y la tenacidad
de los aceros.
12
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 superficie. El centro es de alta
resistencia al impacto, mientras que la superficie 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 fluidos 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
13
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 afilado, 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 eficiencia de la aleación.
14
MOLIBDENO: PROPIEDADES, APLICACIONES, MERCADO
Hierro para fundición
Son aleaciones ferrosas con solidificación en eutético, con un mínimo
de carbono, que son ampliamente utilizados en distintas industrias.
En los últimos tiempos se han desarrollado aleaciones como:
› 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.
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 coeficiente 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 flujo 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 eficiencia requeridos
a lo largo de su vida útil.
15
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:
› Alto punto de fusión
› Baja presión de vapor
› Alta resistencia a elevadas
temperaturas
› Bajo coeficiente
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
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 filamentos 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 filamento interior de la bombilla. El bajo coeficiente 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
16
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 coeficiente de expansión térmica mayor al del Silicio. La mayor
expansión térmica del Cobre sirve para ajustar el coeficiente 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.
17
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:
Aplicaciones
químicas
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.
Oxidación selectiva de Metanol
catalizada por el Molibdato
de Hierro.
Fe2(MoO4)3
H
O
C
H
H
Metanol
H
CAT
+ O2
H
C
REACCIONES CATALIZADAS POR MOLIBDENO
Catalizador
Aplicación
Importancia
Co-Mo Sulfidado
sobre Alumina
Hidrotratamientos,
hidrodesulfurización
Refinación de petróleo, aceites,
y productos de la gasificación
y licuefacción de carbón
Bi-Mo Oxidado
Oxidación selectiva de
propeno, amoxidación
Síntesis de polímeros y plásticos,
acrilonitrilo
Mo-V Oxidado
Oxidación de Acroleína
Síntesis de polímeros y plásticos
Fe-Mo Oxidado
Oxidación de Metanol
Síntesis de formaldehído
Mo Oxidado sobre
Alumina
Reacciones de metanización
cuando existe Azufre
Síntesis de olefinas
Mo-Co-Fe
Conversión de gas natural
a combustibles líquidos
GTL: producción de combustibles
líquidos a partir de gas natural
Carburo de Mo
Producción de Hidrógeno
Hidrógeno a partir de Metano
y en reacción de gas de agua
O + H2O
H
Formaldehido
18
MOLIBDENO: PROPIEDADES, APLICACIONES, MERCADO
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 fin de reducir
el coeficiente 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 coeficiente de fricción) está relacionada
con la estructura cristalina hexagonal plana del disulfuro, similar a la del
grafito 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:
TIPOS DE LUBRICANTES
Producto
Grasas
Pastas
Aceites
Suspensiones
acuosas
Polvo puro
o mezclado
% de MoS2 (p/p)
1-20
20-60
0,5-5
1-20
› Bajo coeficiente de fricción (0,03-0,06)
› Una fuerte afinidad a las superficies 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
10-100
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
superficie. De esta forma, la capa de sustrato inmediatamente abajo
es pasivada.
Aplicaciones
emergentes
Materiales Cerámicos
El disilicuro de Molibdeno (MoSi2) es un compuesto intermetálico que es
clasificado 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.
19
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:
› 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 dificultad 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).
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.
20
MOLIBDENO: PROPIEDADES, APLICACIONES, MERCADO
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 cuantificadas son de 19 millones de toneladas métricas,
también concentradas en China (44%), Estados Unidos (28%) y Chile (13%).
Reservas
31%
21
6%
ro
s
13%
Ot
á
ad
le
Ca
n
38%
Ch
i
Ch
i
Es
ta
d
na
os
Un
id
os
Reservas mundiales
de Molibdeno.
12%
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.
Producción mundial
Producción de Molibdeno de
mina en 2008 según país.
17.100
6.100
12.940
M
on
go
lia
M
éx
ic
o
á
7.430
na
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Ca
Ot
ro
s
Pe
rú
Ch
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EE
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U
.
Ch
in
a
FUENTE: COCHILCO
1.900
33.313
49.550
81.230
tons.
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.
Demanda mundial
Principales consumidores
de Molibdeno.
22
45.585
37.195
Ot
ro
s
a
in
30.225
Ch
n
35.154
pó
59.684
tons.
Ja
Es
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Eu
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Un
id
Oc
ci
os
de
nt
al
FUENTE: COCHILCO
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 figura 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$/lb.
Molibdeno USD/lb
Precio
Precio del
Molibdeno 2000-2010
55
50
45
40
35
30
FUENTE:
www.infomine.com
25
20
15
10
5
0
Ene 22
2000
Sep 13
2001
23
May 6
2003
Dic 26
2004
Ago 18
2006
Apr 9
2008
MOLIBDENO: PROPIEDADES, APLICACIONES, MERCADO
Ene 17
2010
A febrero de 2010, el precio del Molibdeno está alrededor de los 15 US$/
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%.
Ce
nt
ra
l
br
es
m
i
Va
l
le
hu
as
in
2.471
M
2.578
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lla
Co
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nd
es
Pe
la
Lo
s
FUENTE: COCHILCO
Co
de
lc
o
Principales productores
nacionales de Molibdeno.
Su
Mercado chileno
20.525
tons.
7.759
353
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.
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MOLIBDENO: PROPIEDADES, APLICACIONES, MERCADO