A kobalt fényes, törékeny fém, amely erős, korrózióálló és hőálló ötvözetek , állandó mágnesek és keményfémek előállítására szolgál.
Tulajdonságok
- Atomic Symbol: Co
- Atomszám: 27
- Atomtömeg: 58,93 g / mol
- Elem kategória: Átmeneti fém
- Sűrűség: 8,86 g / cm3 20 ° C-on
- Olvadáspont: 2723 ° F (1495 ° C)
- Forráspont: 5327 ° F (2927 ° C)
- Moh keménysége: 5
Jellemzők
Az ezüst színű kobalt fém törékeny, magas olvadásponttal rendelkezik, és kopásállóságát és magas hőmérsékleti szilárdságát megőrzi.
Ez a három természetes természetben előforduló mágneses fém (a vas és a nikkel közül a másik kettő) egyike, és mágnesességét magasabb hőmérsékleten tartja (1100 ° C-nál), mint bármely más fém. Más szavakkal, a kobaltnak a fémek legmagasabb Curie Point-ja van. A kobalt értékes katalitikus tulajdonságokkal is rendelkezik
Történelem
A kobalt szó a tizenhatodik századi német kobold kifejezésből származik, ami goblin vagy gonosz szellem. Koboldot használták olyan kobalt ércek leírására, amelyek az ezüsttartalmuk miatt olvasztották fel a mérgező arzén-trioxidot.
A kobalt legkorábbi alkalmazása kerámiákhoz, üveghez és mázhoz használt kék színezékekhez használt vegyületekben volt. A kobaltvegyületekkel festett egyiptomi és babiloni kerámiák Kr. E. 1450-ből származhatnak
1735-ben a svéd vegyész Georg Brandt volt az első, aki izolálta az elemet a rézércből. Kimutatta, hogy a kék pigment kobaltból származik, nem pedig arzénként vagy bizmutként, mint eredetileg alkimistáknak.
Elszigeteltségét követően a kobalt fém ritka és ritkán használatos a 20. századig.
Röviddel 1900 után az amerikai autóipari vállalkozó, Elwood Haynes kifejlesztett egy új korrózióálló ötvözetet, amelyet stellitet jelentett. 1907-ben szabadalmaztatva, a stelliteötvözetek magas kobalt- és krómtartalmú anyagokat tartalmaznak, és teljesen nem mágnesesek.
A kobalt egy másik jelentős fejlődése az alumínium- nikkel-kobalt (AlNiCo) mágnesek létrehozásával jött az 1940-es években. Az AlNiCo mágnesek az elektromágnesek első helyettesítését jelentették. 1970-ben az iparágat továbbfejlesztette szamárium-kobalt mágnesek fejlesztése, amelyek korábban elérhetetlen mágneses energiasűrűséget biztosítottak.
A kobalt ipari jelentősége miatt a London Metal Exchange (LME) 2010-ben kobalt határidős ügyleteket vezetett be.
Termelés
A kobalt természetesen nikkelbevezető lateitekben és nikkel-réz-szulfid-lerakódásokban fordul elő, ezért leggyakrabban nikkel és réz melléktermékként extrahálják. A Cobalt Development Institute szerint a kobalttermelés mintegy 48% -a nikkelércből, 37% rézércből és 15% primer kobalttermelésből származik.
A kobalt fő ércek a kobaltit, az eritrit, a glaukodot és a skutestudit.
A finomított kobaltfém előállításához alkalmazott extrakciós technika attól függ, hogy a betáplált anyag (1) réz-kobalt szulfid érc, (2) kobalt-nikkel-szulfid koncentrátum, (3) arzénérc vagy (4) nikkel-lateit érc:
- Miután rézkatódokat kobalttartalmú réz-szulfidokból állítottak elő, a kobalt és más szennyeződések együtt maradtak az elhasznált elektrolitban. A szennyezéseket (vas, nikkel, réz, cink ) eltávolítják, és a kobalt hidroxid formában kicsapódik lime felhasználásával. A kobaltfémeket ezután elektrolízis alkalmazásával finomíthatják, mielőtt összetörik és gázmentesítik tiszta, kereskedelmi minőségű fém előállítását.
- A kobalt tartalmú nikkel-szulfid érceket a Sherritt-eljárással kezelik, amelyet a Sherrit Gordon Mines Ltd. (jelenleg Sherritt International) néven kaptak. Ebben az eljárásban az 1% -nál kevesebb kobaltot tartalmazó szulfidkoncentrátum ammónia-oldatban magas hőmérsékleten nyomás alatt van. Mind a réz, mind a nikkel eltávolításra kerülnek a kémiai redukciós folyamatokban, így csak nikkelt és kobalt-szulfidot hagynak. A levegővel, a kénsavval és az ammóniaval történő nyomásesés több nikkelt visszaszerel, mielőtt kobaltport adnának hozzá magvaként, hogy a kobalt csapadékot hidrogéngáz atmoszférában kicsapja.
- Az arzén érceket pörkölik, hogy eltávolítsák az arzén-oxid többségét. Az érceket ezután sósavval és klórral, vagy kénsavval kezeljük, így egy tisztított oldatot nyerünk. Ebből a kobaltot elektrofinfingezéssel vagy karbonátos kicsapással nyerjük ki.
- A nikkel-kobalt laterit ércek olvadhatnak és elválaszthatók pyrometallurgiai technikákkal vagy hidrometallurgiai módszerekkel, amelyek kénsavas vagy ammóniaoldatot használnak.
Az US Geological Survey (USGS) becslései szerint 2010-ben a kobalt globális bányászati termelése 88 000 tonna volt. A legnagyobb kobalt ércelőállamok ebben az időszakban a Kongói Demokratikus Köztársaság (45 000 tonna), Zambia (11 000) és Kína (6 200 ).
A kobaltfinomítás gyakran az országon kívül történik, ahol az érc vagy a kobalt koncentrátum eredetileg keletkezik. 2010-ben a legnagyobb mennyiségű finomított kobaltot gyártó országok Kína (33 000 tonna), Finnország (9 300) és Zambia (5000). A finomított kobalt legnagyobb termelői közé tartozik az OM Group, a Sherritt International, a Xstrata Nickel és a Jinchuan Group.
Alkalmazások
A szuperötvözetek, mint például a sztellit, a kobaltfém legnagyobb fogyasztói, a kereslet mintegy 20% -át teszik ki. Főleg vasból, kobaltból és nikkelből készül, de kisebb mennyiségben tartalmaz más fémeket, beleértve a krómot , a volfrámot , az alumíniumot és a titánt . Ezek a nagy teljesítményű ötvözetek ellenállnak a magas hőmérsékletnek, a korróziónak és a kopásnak. sugárhajtású motorok, keményfelületű gépalkatrészek, kipufogószelepek és pisztolyhordók.
A kobalt egyik fontos felhasználási területe a kopásálló ötvözetek (pl. Vitallium), amelyek ortopédiai és fogászati implantátumokban, valamint protézis csípő és térdben találhatók.
A keményfémből, amelyekben kobaltot kötőanyagként használnak, a teljes kobalt körülbelül 12% -át fogyasztják. Ezek közé tartoznak a cementált karbidok és gyémántszerszámok, amelyeket alkalmazások vágására és bányászati eszközökre használnak.
A kobaltot állandó mágnesek előállítására is használják, mint például a korábban említett AlNiCo és szamárium-kobalt mágnesek. A mágnesek a kobalt fém igényének 7% -át teszik ki, és mágneses adathordozókon, elektromos motorokon és generátorokon használják.
A kobaltfémek sokféle felhasználása ellenére a kobalt primer alkalmazási területei a vegyiparban vannak, ami a globális kereslet körülbelül felét teszi ki. Kobalt vegyszereket használnak az újratölthető elemek fém katódjain, valamint a petrolkémiai katalizátorokban, kerámia pigmentekben és üvegdekorátorokban.
Forrás:
Fiatal, Roland S. Cobalt . New York: Reinhold Publishing Corp. 1948.
Davis, Joseph R. ASM szakkönyv: Nikkel, kobalt és ötvözeteik . ASM International: 2000.
Darton Commodities Ltd.: Cobalt piac felülvizsgálata 2009 .