Cobalt Metal - Ιδιότητες, Παραγωγή και Εφαρμογές

Το κοβάλτιο είναι ένα λαμπερό, εύθραυστο μέταλλο που χρησιμοποιείται για την παραγωγή ανθεκτικών, ανθεκτικών στη διάβρωση και ανθεκτικών στη θερμότητα κραμάτων, μόνιμων μαγνητών και σκληρών μετάλλων.

Ιδιότητες

• Ατομικό σύμβολο: Co
• Ατομικός αριθμός: 27
• Ατομική μάζα: 58,93 g / mol
• Στοιχείο Κατηγορία: μεταβατικό μέταλλο
• Πυκνότητα: 8,86 g / cm³ στους 20 ° C
• Σημείο τήξεως: 2723 ° F (1495 ° C)
• Σημείο ζέσης: 5301 ° F (2927 ° C)
• Hardness του Moh: 5

Χαρακτηριστικά

Το μεταλλικό κοβάλτιο αργύρου χρώματος είναι εύθραυστο, έχει υψηλό σημείο τήξης και αποτιμάται για την αντίσταση στη φθορά και την ικανότητα να διατηρεί τη δύναμή του σε υψηλές θερμοκρασίες.

Είναι ένα από τα τρία φυσικώς απαντώμενα μαγνητικά μέταλλα (ο σίδηρος και το νικέλιο είναι τα άλλα δύο) και διατηρεί το μαγνητισμό του σε υψηλότερη θερμοκρασία (1150 ° C) σε σχέση με οποιοδήποτε άλλο μέταλλο. Με άλλα λόγια, το κοβάλτιο έχει το υψηλότερο σημείο Curie όλων των μετάλλων. Το κοβάλτιο έχει επίσης πολύτιμες καταλυτικές ιδιότητες

Ιστορία

Η λέξη κοβάλτιο χρονολογείται από τον γερμανικό όρο του δέκατου έκτου αιώνα kobold , που σημαίνει goblin, ή κακό πνεύμα. Kobold χρησιμοποιήθηκε στην περιγραφή των μεταλλευμάτων κοβαλτίου που, ενώ τήκεται για την περιεκτικότητά τους σε άργυρο, έδωσε το δηλητηριώδες τριοξείδιο του αρσενικού.

Η παλαιότερη εφαρμογή του κοβαλτίου ήταν σε ενώσεις που χρησιμοποιούνται για μπλε χρωστικές σε αγγεία, γυαλί και γυαλί. Η αιγυπτιακή και βαβυλωνιακή κεραμική βαμμένη με ενώσεις κοβαλτίου μπορεί να χρονολογηθεί από το 1450 π.Χ.

Το 1735, ο Σουηδός χημικός Georg Brandt ήταν ο πρώτος που απομόνωσε το στοιχείο από το χαλκό. Έδειξε ότι η μπλε χρωστική προέκυψε από το κοβάλτιο, όχι το αρσενικό ή το βισμούθιο ως αλχημιστές που αρχικά πίστευαν. Μετά την απομόνωσή του, το μέταλλο κοβαλτίου παρέμεινε σπάνιο και σπάνια χρησιμοποιήθηκε μέχρι τον 20ό αιώνα.

Λίγο μετά το 1900, ο Αμερικανός επιχειρηματίας αυτοκινήτων Elwood Haynes ανέπτυξε ένα νέο ανθεκτικό στη διάβρωση κράμα, το οποίο ανέφερε ως stellite. Πατενταρισμένο το 1907, τα κράματα stellite περιέχουν υψηλά περιεχόμενα κοβαλτίου και χρωμίου και είναι εντελώς μη μαγνητικά.

Μια άλλη σημαντική εξέλιξη για το κοβάλτιο ήρθε με τη δημιουργία μαγνητών αργιλίου-νικελίου-κοβαλτίου (AlNiCo) στη δεκαετία του 1940. Οι μαγνήτες AlNiCo ήταν η πρώτη αντικατάσταση των ηλεκτρομαγνητών. Το 1970, η βιομηχανία μετασχηματίστηκε περαιτέρω με την ανάπτυξη μαγνητών σαμαρίου-κοβαλτίου, οι οποίες παρείχαν προηγουμένως μη επιτεύξιμες πυκνότητες ενέργειας μαγνητών.

Η βιομηχανική σημασία του κοβαλτίου είχε ως αποτέλεσμα το Χρηματιστήριο Μεταλλείων του Λονδίνου (LME) να εισαγάγει συμβόλαια μελλοντικής εκπλήρωσης με κοβάλτιο το 2010.

Παραγωγή

Το κοβάλτιο απαντάται φυσικά σε λατερίτες που φέρουν νικέλιο και σε αποθέσεις θειούχου νικελίου-χαλκού και ως εκ τούτου, συχνά εκχυλίζεται ως παραπροϊόν του νικελίου και του χαλκού. Σύμφωνα με το Ινστιτούτο Ανάπτυξης Cobalt, περίπου το 48% της παραγωγής κοβαλτίου προέρχεται από μεταλλεύματα νικελίου, 37% από χαλκό και 15% από πρωτογενή παραγωγή κοβαλτίου.

Τα κύρια μεταλλεύματα κοβαλτίου είναι το κοβαλτίτη, ο ερυθρίτης, το γλαυκώδες και ο σκουτετριδίτης.

Η τεχνική εκχύλισης που χρησιμοποιείται για την παραγωγή εξευγενισμένου μετάλλου κοβαλτίου εξαρτάται από το εάν το υλικό τροφοδοσίας έχει τη μορφή (1) μεταλλεύματος θειούχου χαλκού-κοβαλτίου, (2) πυκνού σουλφιδίου κοβαλτίου-νικελίου, (3) μεταλλεύματος αρσενιδίου ή (4) μετάλλευμα:

1. Αφού οι κάθοδοι χαλκού παράγονται από σουλφίδια χαλκού που περιέχουν κοβάλτιο, το κοβάλτιο, μαζί με άλλες ακαθαρσίες, αφήνονται στον αναλωμένο ηλεκτρολύτη. Οι ακαθαρσίες (σίδηρος, νικέλιο, χαλκός, ψευδάργυρος) απομακρύνονται και το κοβάλτιο καθιζάνει στην μορφή υδροξειδίου του χρησιμοποιώντας ασβέστη. Το μεταλλικό κοβάλτιο μπορεί στη συνέχεια να εξευγενιστεί από αυτό χρησιμοποιώντας ηλεκτρόλυση, πριν συνθλίβεται και απαερωθεί για να παράγει ένα καθαρό, εμπορικό μέταλλο.
2. Τα μεταλλεύματα θειούχου νικελίου που περιέχουν κοβάλτιο υφίστανται επεξεργασία χρησιμοποιώντας τη μέθοδο Sherritt, που ονομάζεται μετά Sherritt Gordon Mines Ltd. (τώρα Sherritt International). Σε αυτή τη διαδικασία, συμπυκνωμένο σουλφίδιο που περιέχει λιγότερο από 1% κοβάλτιο, εκπλένεται υπό υψηλή πίεση σε ένα διάλυμα αμμωνίας. Τόσο ο χαλκός όσο και το νικέλιο απομακρύνονται και οι δύο σε σειρά διαδικασιών χημικής αναγωγής, αφήνοντας μόνο σουλφίδια νικελίου και κοβαλτίου. Η έκπλυση υπό πίεση με αέρα, θειικό οξύ και αμμωνία ανακτά περισσότερο νικέλιο πριν προστεθεί σκόνη κοβαλτίου ως σπόρος για να καθιζήσει το κοβάλτιο σε ατμόσφαιρα αερίου υδρογόνου.
3. Τα μεταλλεύματα αρσενιδίου ψήνονται για να απομακρύνουν την πλειονότητα του οξειδίου του αρσενικού. Τα μεταλλεύματα στη συνέχεια κατεργάζονται με υδροχλωρικό οξύ και χλώριο ή με θειικό οξύ για να δημιουργήσουν ένα διάλυμα έκπλυσης που καθαρίζεται. Από αυτό το κοβάλτιο ανακτάται με ηλεκτροκατεργασία ή καθίζηση ανθρακικού άλατος.
4. Τα μεταλλεύματα νικελίου-κοβαλτίου λατερίτη μπορούν είτε να λειωθούν και να διαχωριστούν χρησιμοποιώντας πυρομεταλλουργικές τεχνικές ή υδρομεταλλουργικές τεχνικές, οι οποίες χρησιμοποιούν διαλύματα έκπλυσης θειικού οξέος ή αμμωνίας.

Σύμφωνα με τις εκτιμήσεις των αμερικανικών γεωλογικών ερευνών (USGS), η παγκόσμια παραγωγή ορυχείων κοβαλτίου ήταν 88.000 τόνοι το 2010. Οι μεγαλύτερες χώρες παραγωγής κοβαλτίου κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου ήταν η Λαϊκή Δημοκρατία του Κονγκό (45.000 τόνοι), η Ζάμπια (11.000) και η Κίνα 6,200).

Το ραφινάρισμα κοβαλτίου εκτελείται συχνά εκτός της χώρας όπου αρχικά παράγεται το συμπύκνωμα μεταλλεύματος ή κοβαλτίου. Το 2010, οι χώρες που παράγουν τις μεγαλύτερες ποσότητες εξευγενισμένου κοβαλτίου ήταν η Κίνα (33.000 τόνοι), η Φινλανδία (9.300) και η Ζάμπια (5.000). Οι μεγαλύτεροι παραγωγοί εξευγενισμένου κοβαλτίου συμπεριλαμβάνουν την OM Group, τη Sherritt International, το νικέλιο Xstrata και τον όμιλο Jinchuan.

Εφαρμογές

Τα υπερκράματα, όπως το stellite, είναι ο μεγαλύτερος καταναλωτής μετάλλου κοβαλτίου, που αντιπροσωπεύει περίπου το 20% της ζήτησης.Κατασκευάζονται κυρίως από σίδηρο, κοβάλτιο και νικέλιο, αλλά περιέχουν μικρότερες ποσότητες άλλων μετάλλων, όπως το χρώμιο, το βολφράμιο, το αργίλιο και το τιτάνιο. Αυτά τα κράματα υψηλής απόδοσης είναι ανθεκτικά στις υψηλές θερμοκρασίες, τη διάβρωση και τη φθορά και χρησιμοποιούνται για την κατασκευή πτερυγίων στροβίλου κινητήρες αεριωθουμένων, εξαρτήματα μηχανής με σκληρό προσανατολισμό, βαλβίδες εξαγωγής και βαρέλια.

Μία άλλη σημαντική χρήση για το κοβάλτιο είναι σε ανθεκτικά στη φθορά κράματα (π.χ. Vitallium), τα οποία μπορούν να βρεθούν σε ορθοπεδικά και οδοντικά εμφυτεύματα, καθώς και προσθετικούς γοφούς και γόνατα.

Τα σκληρά μέταλλα, στα οποία το κοβάλτιο χρησιμοποιείται ως συνδετικό υλικό, καταναλώνουν περίπου το 12% του συνολικού κοβαλτίου. Αυτά περιλαμβάνουν τα τετηγμένα καρβίδια και τα εργαλεία διαμαντιών που χρησιμοποιούνται στις εφαρμογές κοπής και στα εργαλεία εξόρυξης.

Το κοβάλτιο χρησιμοποιείται επίσης για την παραγωγή μόνιμων μαγνητών, όπως οι προαναφερθέντες μαγνήτες AlNiCo και σαμαρίου-κοβαλτίου. Οι μαγνήτες αντιπροσωπεύουν το 7% της ζήτησης μεταλλικού κοβαλτίου και χρησιμοποιούνται σε μαγνητικά μέσα εγγραφής, ηλεκτρικούς κινητήρες και γεννήτριες.

Παρά τις πολλές χρήσεις για το μέταλλο του κοβαλτίου, οι κύριες εφαρμογές του κοβαλτίου είναι στον χημικό τομέα, το οποίο αντιπροσωπεύει περίπου το ήμισυ της συνολικής παγκόσμιας ζήτησης. Οι χημικές ουσίες κοβαλτίου χρησιμοποιούνται στις μεταλλικές καθόδους επαναφορτιζόμενων μπαταριών, καθώς και σε πετροχημικές καταλύτες, κεραμικές χρωστικές ουσίες και αποχρωματιστές γυαλιού.

_Πηγές:

_{Young, Roland S. Κοβάλτιο . Νέα Υόρκη: Reinhold Publishing Corp. 1948.}

_{Davis, Joseph R. Ειδικό Εγχειρίδιο ASM: Νικέλιο, Κοβάλτιο και Κράματά τους . ASM International: 2000.}

_{Darton Commodities Ltd .: Ανασκόπηση της αγοράς κοβαλτίου 2009 .}