Кобальт Металл | Свойства, производство и применение

Кобальт - блестящий хрупкий металл, который используется для производства сильных, коррозионных и жаропрочных сплавов, постоянных магнитов и твердых металлов.

Свойства

• Атомный символ: Co
• Атомный номер: 27
• Атомная масса: 58. 93 г / моль
• Элемент Категория: Переходный металл
• Плотность: 8. 86 г / см ³ при 20 ° C
• Точка плавления: 2723 ° F (1495 ° C)
• Точка кипения: 5301 ° F (2927 ° C)
• Твердость по Мо. 5

Характеристики

Металл кобальта серебристого цвета является хрупким, имеет высокую температуру плавления и ценится за его износостойкость и способность сохранять свою прочность при высоких температурах.

Это один из трех естественных магнитных металлов (железо и никель - два других) и сохраняет свой магнетизм при более высокой температуре (2012 ° F, 1100 ° C), чем любой другой металл. Другими словами, кобальт имеет самую высокую точку Кюри всех металлов. Кобальт также обладает ценными каталитическими свойствами

История

Слово кобальт восходит к немецкому термину шестнадцатого века kobold , что означает гоблин или злой дух. Kobold использовался для описания кобальтовых руд, которые, будучи плавлеными за содержание серебра, выделяли ядовитый триоксид мышьяка.

Самое раннее применение кобальта было в соединениях, используемых для синих красителей для керамики, стекла и глазурей. Египетская и вавилонская керамика, окрашенная соединениями кобальта, может быть датирована 1450 г. до н.э.

В 1735 году шведский химик Георг Брандт первым выделил элемент из медной руды. Он продемонстрировал, что синий пигмент возник из кобальта, а не мышьяка или висмута, как первоначально считали алхимики.

После его изоляции металл кобальта оставался редким и редко использовался до 20-го века.

Вскоре после 1900 года американский автомобильный предприниматель Элвуд Хейнс разработал новый коррозионно-стойкий сплав, который он назвал стеллитом. Запатентованные в 1907 году стеллитовые сплавы содержат высокое содержание кобальта и хрома и полностью немагнитны.

Еще одним важным событием для кобальта стало создание в 1940-х годах магнитов алюминий-никель-кобальт (AlNiCo). Магниты AlNiCo были первой заменой электромагнитам. В 1970 году промышленность была преобразована еще в развитие кристаллов самария-кобальта, что обеспечивало ранее недостижимые плотности энергии магнитов.

Промышленное значение кобальта привело к тому, что в 2010 году Лондонская биржа металлов (ЛМЭ) ввела кобальтовые фьючерсные контракты.

Производство

Кобальт, естественно, встречается в никелевых несущих латеритах и ​​никель-медно-сульфидных месторождениях и, таким образом, является наиболее часто экстрагируется как побочный продукт никеля и меди. По данным Института развития кобальта, около 48% производства кобальта происходит из никелевых руд, 37% из медных руд и 15% от производства первичного кобальта.

Основными рудами кобальта являются кобальтин, эритрит, глаукодот и скуттерудит.

Технология экстракции, используемая для получения очищенного кобальтового металла, зависит от того, является ли исходный материал в виде (1) медно-кобальтовой сульфидной руды, (2) сульфидного концентрата кобальт-никель, (3) арсенидной руды или (4) никель-латеритная руда:

1. После изготовления катодных катодов из кобальтосодержащих сульфидов меди кобальт вместе с другими примесями остается на отработанном электролите. Примеси (железо, никель, медь, цинк) удаляются, и кобальт осаждается в форме гидроксида с использованием извести. Металл кобальта затем может быть очищен от этого с помощью электролиза, прежде чем его измельчают и дегазируют для получения чистого коммерческого металла.
2. Кобальт, содержащий руды сульфида никеля, обрабатывают с использованием процесса Шерритта, названного в честь Sherrit Gordon Mines Ltd. (теперь Sherritt International). В этом процессе сульфидный концентрат, содержащий менее 1% кобальта, подвергается выщелачиванию под высоким давлением в растворе аммиака. Как медь, так и никель удаляются последовательно по химическим процессам восстановления, оставляя только сульфиды никеля и кобальта. Выщелачивание под давлением с помощью воздуха, серной кислоты и аммиака восстанавливает больше никеля до того, как порошок кобальта добавляют в виде семян для осаждения кобальта в атмосфере газообразного водорода.
3. Арсенидные руды обжигаются для удаления большей части оксида мышьяка. Затем руды обрабатывают хлористоводородной кислотой и хлором или серной кислотой для создания очищаемого раствора выщелачивания. Из этого кобальта извлекают путем электроочистки или карбонатного осаждения.
4. Латеритовые руды никель-кобальта могут быть либо расплавлены, либо разделены с использованием пирометаллургических методов или гидрометаллургических методов, в которых используются растворы выщелачивания серной кислоты или аммиака.

Согласно оценкам Геологической службы США (USGS), мировое производство руд кобальта в 2010 году составляло 88 000 тонн. Крупнейшими странами-производителями кобальта в этот период были Демократическая Республика Конго (45 000 тонн), Замбия (11 000) и Китая (6, 200).

Очистка кобальта часто происходит за пределами страны, где первоначально добывается руда или кобальтовый концентрат. В 2010 году странами, производящими наибольшее количество очищенного кобальта, были Китай (33 000 тонн), Финляндия (9,300) и Замбия (5 000). Крупнейшими производителями очищенного кобальта являются OM Group, Sherritt International, Xstrata Nickel и Jinchuan Group.

Приложения

Суперсплавы, такие как стеллит, являются крупнейшим потребителем металла кобальта, что составляет около 20% спроса. Эти высокоэффективные сплавы, преимущественно изготовленные из железа, кобальта и никеля, но содержащие меньшее количество других металлов, включая хром, вольфрам, алюминий и титан, устойчивы к высоким температурам, коррозии и износу и используются для изготовления лопаток турбины для реактивные двигатели, детали с жесткой облицовкой, выпускные клапаны и ружья.

Еще одно важное применение для кобальта - износостойкие сплавы (например, Vitallium), которые можно найти в ортопедических и дентальных имплантатах, а также протезы и колени.

Твердые металлы, в которых кобальт используется в качестве связующего материала, потребляют примерно 12% общего количества кобальта. К ним относятся цементированные карбиды и алмазные инструменты, которые используются для резки и горного инструмента.

Кобальт также используется для производства постоянных магнитов, таких как ранее упомянутые магниты AlNiCo и самарий-кобальт. Магниты составляют 7% от спроса на кобальтовый металл и используются в магнитных носителях записи, электродвигателях, а также генераторах.

Несмотря на многочисленные применения для кобальтового металла, основные приложения кобальта находятся в химическом секторе, на долю которого приходится около половины общего мирового спроса. Химикаты кобальта используются в металлических катодах аккумуляторных батарей, а также в нефтехимических катализаторах, керамических пигментах и ​​стеклянных обесцвечивающих устройствах.

_{Источники:}

_{Молодые, Роланд С. Кобальт . Нью-Йорк: Reinhold Publishing Corp., 1948.}

_{Davis, Joseph R. Специальное руководство ASM: никель, кобальт и их сплавы . ASM International: 2000.}

_{Darton Commodities Ltd.: Обзор рынка кобальта 2009 .}

_{Следуйте за Теренцией в Google+}