Kobalt to lśniący, kruchy metal, który jest używany do produkcji wytrzymałych, odpornych na korozję i wysoką temperaturę stopów , magnesów trwałych i twardych metali.
Nieruchomości
- Symbol atomu: Co
- Liczba atomowa: 27
- Masa atomowa: 58,93 g / mol
- Kategoria elementu: metal przejściowy
- Gęstość: 8,86 g / cm3 w 20 ° C
- Temperatura topnienia: 2723 ° F (1495 ° C)
- Temperatura wrzenia: 5301 ° F (2927 ° C)
- Twardość Mohma: 5
Charakterystyka
Srebrzysty kobalt metal jest kruchy, ma wysoką temperaturę topnienia i jest ceniony ze względu na swoją odporność na zużycie i zdolność zachowania swojej wytrzymałości w wysokich temperaturach.
Jest to jeden z trzech występujących w przyrodzie metali magnetycznych ( żelazo i nikiel będący dwoma pozostałymi) i zachowuje swój magnetyzm w wyższej temperaturze (2012 ° F, 1100 ° C) niż jakikolwiek inny metal. Innymi słowy, kobalt ma najwyższy punkt Curie wszystkich metali. Kobalt ma również cenne właściwości katalityczne
Historia
Słowo kobalt pochodzi od szesnastowiecznego niemieckiego terminu kobold , oznaczającego goblina lub złego ducha. Kobold był używany do opisywania rud kobaltu, które podczas wytapiania ze względu na zawartość srebra wydzielały trujący tritlenek arsenu.
Najwcześniejsze zastosowanie kobaltu dotyczyło związków używanych do niebieskich barwników do wyrobu ceramiki, szkła i szkliwa. Egipska i babilońska ceramika barwiona związkami kobaltu może być datowana na 1450 rok pne
W 1735 r. Szwedzki chemik Georg Brandt jako pierwszy wyizolował pierwiastek z rudy miedzi . Wykazał, że niebieski pigment powstał z kobaltu, a nie arsenu czy bizmutu, jak pierwotnie wierzyli alchemicy.
Po jego izolacji metal kobaltowy pozostał rzadki i rzadko używany aż do XX wieku.
Krótko po roku 1900 amerykański przedsiębiorca motoryzacyjny Elwood Haynes opracował nowy, odporny na korozję stop, który określił jako stellit. Opatentowane w 1907 r. Stopy stellitowe zawierają wysokie zawartości kobaltu i chromu i są całkowicie niemagnetyczne.
Kolejnym istotnym osiągnięciem dla kobaltu było utworzenie w latach czterdziestych magnesów aluminiowo -niklowych-kobaltu (AlNiCo). Magnesy AlNiCo były pierwszym zamiennikiem elektromagnesów. W 1970 r. Przemysł dalej przekształcany był przez rozwój magnesów samaru-kobaltu, które dawały wcześniej nieosiągalne gęstości energii magnetycznej.
Przemysłowe znaczenie kobaltu spowodowało, że Londyńska Giełda Metali (LME) wprowadziła kontrakty terminowe na kobalt w 2010 roku.
Produkcja
Kobalt występuje naturalnie w nikielnych laterytach i złogach siarczku niklu i miedzi, a zatem jest najczęściej ekstrahowany jako produkt uboczny z niklu i miedzi. Według Cobalt Development Institute około 48% produkcji kobaltu pochodzi z rudy niklu, 37% z rud miedzi i 15% z pierwotnej produkcji kobaltu.
Głównymi rudami kobaltu są kobaltit, erytryt, glaukotot i skutterudyt.
Technika ekstrakcji zastosowana do produkcji rafinowanego metalu kobaltowego zależy od tego, czy materiał zasilający ma postać (1) rudy siarczku miedzi i kobaltu, (2) koncentrat siarczku kobaltu i niklu, (3) rudę arsenidu lub (4) nikiel-lateral kruszec:
- Po wytworzeniu katod miedzianych z siarczków miedzi zawierających kobalt, kobalt wraz z innymi zanieczyszczeniami zostaje na zużytym elektrolicie. Zanieczyszczenia (żelazo, nikiel, miedź, cynk ) są usuwane, a kobalt wytrąca się w postaci wodorotlenku za pomocą wapna. Metal kobaltowy można następnie poddać rafinacji za pomocą elektrolizy, przed rozdrobnieniem i odgazowaniem w celu wytworzenia czystego, dostępnego w handlu metalu.
- Rudy siarczku niklu zawierające kobalt są poddawane obróbce za pomocą procesu Sherritt, nazwanego na cześć Sherrit Gordon Mines Ltd. (obecnie Sherritt International). W tym procesie, koncentrat siarczkowy zawierający mniej niż 1% kobaltu jest ługowany ciśnieniowo w wysokich temperaturach w roztworze amoniaku. Zarówno miedź, jak i nikiel są usuwane w szeregu procesów redukcji chemicznej, pozostawiając tylko siarczki niklu i kobaltu. Ługowanie ciśnieniowe powietrzem, kwasem siarkowym i amoniakiem odzyskuje więcej niklu, zanim proszek kobaltu zostanie dodany jako materiał siewny w celu wytrącenia kobaltu w atmosferze gazowego wodoru.
- Rudy arsenidu są prażone w celu usunięcia większości tlenku arsenu. Rudy są następnie traktowane kwasem chlorowodorowym i chlorem lub kwasem siarkowym, aby wytworzyć roztwór ługujący, który jest oczyszczany. Z tego kobaltu odzyskuje się przez elektrorafinację lub wytrącanie węglanem.
- Rudy lateralowo-kobaltowe można topić i oddzielać za pomocą technik pirometalurgicznych lub technik hydrometalurgicznych, w których stosuje się roztwory kwasu siarkowego lub ługu amoniakalnego.
Według szacunków US Geological Survey (USGS), globalna produkcja kobaltu w kopalni wyniosła 88 000 ton w roku 2010. Największe kraje produkujące rudę kobaltu w tym okresie to Demokratyczna Republika Konga (45 000 ton), Zambia (11 000) i Chiny (6200 ).
Oczyszczanie kobaltu często ma miejsce poza krajem, w którym początkowo wytwarzany jest koncentrat rudy lub kobaltu. W 2010 r. Kraje produkujące największe ilości rafinowanego kobaltu to Chiny (33 000 ton), Finlandia (9300) i Zambia (5 000). Największymi producentami rafinowanego kobaltu są OM Group, Sherritt International, Xstrata Nickel i Jinchuan Group.
Aplikacje
Nadstopy, takie jak stellit, są największym konsumentem kobalt metalu, odpowiadając za około 20% popytu. W przeważającej części wykonane z żelaza, kobaltu i niklu, ale zawierające mniejsze ilości innych metali, w tym chromu , wolframu , aluminium i tytanu , te wysokowydajne stopy są odporne na wysokie temperatury, korozję i zużycie i są wykorzystywane do wytwarzania łopatek turbin dla silniki odrzutowe, twarde części maszyn, zawory wydechowe i lufy pistoletów.
Innym ważnym zastosowaniem kobaltu są stopy odporne na zużycie (np. Vitallium), które można znaleźć w implantach ortopedycznych i dentystycznych, a także w biodrach i kolanach protetycznych.
Węgle twarde, w których kobalt jest używany jako materiał wiążący, zużywają około 12% całkowitego kobaltu. Należą do nich węgliki spiekane i narzędzia diamentowe, które są używane w aplikacjach cięcia i narzędziach górniczych.
Kobalt jest również używany do produkcji magnesów trwałych, takich jak wspomniane wcześniej magnesy AlNiCo i samar-kobalt. Magnesy stanowią 7% zapotrzebowania na metal kobaltowy i są wykorzystywane w magnetycznych nośnikach zapisu, silnikach elektrycznych, a także generatorach.
Pomimo wielu zastosowań dla kobaltu, podstawowe zastosowania kobaltu znajdują się w sektorze chemicznym, który odpowiada za około połowę całkowitego światowego popytu. Chemikalia kobaltowe są stosowane w metalicznych katodach akumulatorów, a także w katalizatorach petrochemicznych, pigmentach ceramicznych i odbarwianiu szkła.
Źródła:
Young, Roland S. Cobalt . New York: Reinhold Publishing Corp. 1948.
Davis, Joseph R. ASM Specialty Handbook: Nickel, Cobalt i ich stopy . ASM International: 2000.
Darton Commodities Ltd .: Cobalt Market Review 2009 .