Kobalt je lesklý, křehký kov, který se používá k výrobě silných, korozivzdorných a žáruvzdorných slitin , permanentních magnetů a tvrdých kovů.
Vlastnosti
- Atomový symbol: Co
- Atomové číslo: 27
- Atomová hmotnost: 58,93 g / mol
- Prvek Kategorie: Přechodový kov
- Hustota: 8,86 g / cm3 při 20 ° C
- Bod tání: 2723 ° F (1495 ° C)
- Bod varu: 5301 ° F (2927 ° C)
- Moh 's tvrdost: 5
Charakteristiky
Stříbrný kovový kobalt je křehký, má vysokou teplotu tání a je oceňován svou odolností proti opotřebení a schopností udržet svou pevnost při vysokých teplotách.
Jedná se o jeden ze tří přirozeně se vyskytujících magnetických kovů (další dvě jsou železo a nikl ) a zachovává svůj magnetismus při vyšší teplotě (1150 ° C) než kterýkoli jiný kov. Jinými slovy, kobalt má nejvyšší Curie bod všech kovů. Kobalt má také cenné katalytické vlastnosti
Dějiny
Slovo kobalt pochází z německého termínu kobold ze šestnáctého století, což znamená goblin nebo zlý duch. Kobold byl používán k popisu kobaltových rud, které při tavení za obsah stříbra vydaly jedovatý oxid arzenitý.
Nejstarší použití kobaltu bylo ve sloučeninách používaných pro modré barvy pro keramiku, sklo a glazury. Egyptská a babylonská keramika obarvená sloučeninami kobaltu se datuje do roku 1450 př.nl
V 1735, švédský chemik Georg Brandt byl první izolovat prvek od měděné rudy. Ukázal, že modrý pigment pochází z kobaltu, nikoliv arsenu nebo bismutu, jak původně věřili alchymisté.
Po izolaci byl kobaltový kov vzácný a zřídka se používá až do 20. století.
Krátce po roce 1900 vytvořil americký automobilový podnikatel Elwood Haynes novou slitinu odolnou proti korozi, kterou označil za stelitu. Patentované v roce 1907, stelitové slitiny obsahují vysoký obsah kobaltu a chrómu a jsou zcela nemagnetické.
Další významný vývoj kobaltu přicházel s výrobou magnetů hliníku -nikl-kobalt (AlNiCo) ve čtyřicátých letech minulého století. Magnety AlNiCo byly první náhradou elektromagnetů. V roce 1970 byl průmysl dále transformován vývojem samarium-kobaltových magnetů, které poskytovaly dříve nedosažitelné hustoty energie magnetů.
Průmyslová důležitost kobaltu vyústila v londýnské burze kovů (LME), která v roce 2010 zaváděla futures kontrakty na kobalt.
Výroba
Kobalt se přirozeně vyskytuje v lateritech nesoucích nikl a usazených sulfidů niklu a mědi, a proto je nejčastěji extrahován jako vedlejší produkt niklu a mědi. Podle institutu pro rozvoj kobaltu asi 48% produkce kobaltu pochází z niklových rud, 37% z měděných rud a 15% od primární výroby kobaltu.
Hlavní rudy kobaltu jsou kobaltit, erythrit, glaucodot a skutterudit.
Technika extrakce používaná k výrobě rafinovaného kovu z kobaltu závisí na tom, zda je vstupní materiál ve formě (1) rudy s obsahem mědi a kobaltu, (2) koncentrátu sulfidu kobaltu a niklu, (3) arsenidové rudy nebo (4) Ruda:
- Po získání měděných katod ze sulfidů mědi obsahujících kobalt se na vyčerpaném elektrolytu ponechá kobalt spolu s dalšími nečistotami. Nečistoty (železo, nikl, měď, zinek ) se odstraní a kobalt se vysráží ve formě hydroxidu vápnem. Kobaltový kov pak může být rafinován z této elektrolýzy, předtím, než je rozdrcen a odplynován, čímž vznikne čistý komerční kov.
- Surové niklové sulfidy obsahující kobalt se zpracovávají pomocí procesu Sherritt, který je pojmenován po Sherrit Gordon Mines Ltd. (nyní Sherritt International). Při tomto způsobu se sulfidový koncentrát obsahující méně než 1% kobaltu vytlazuje za vysokých teplot tlakem v roztoku amoniaku. Jak měď, tak nikl jsou odstraněny v řadě chemických redukčních procesů, přičemž zůstávají pouze sulfidy niklu a kobaltu. Tlakové vyluhování vzduchem, kyselinou sírovou a amoniakem obnovuje více niklu před přidáním prášku kobaltu jako osiva k precipitaci kobaltu v atmosféře plynného vodíku.
- Arzenidové rudy se praží, aby odstranily většinu oxidu arsenického. Rudy se potom zpracují kyselinou chlorovodíkovou a chlorem nebo kyselinou sírovou, aby se vytvořil vyluhovaný roztok, který se čistí. Z tohoto kobaltu se získává elektrorefinaci nebo srážení uhličitanu.
- Niklovo-kobaltové lateritické rudy lze buď roztavit a oddělit pomocí pyrometalurgických technik nebo hydrometalurgických technik, které používají roztoky pro vyluhování kyseliny sírové nebo amoniaku.
Podle odhadů amerického geologického průzkumu (USGS) činí celková těžba kobaltu v roce 2010 88 000 tun. Největšími zeměmi produkujícími kobalt v tomto období byly Demokratická republika Kongo (45 000 tun), Zambie (11 000) a Čína (6 200 ).
Rafinace kobaltu se často odehrává mimo zemi, kde se původně vyrábí rud nebo koncentrát kobaltu. V roce 2010 byly země produkující největší množství rafinovaného kobaltu Čína (33 000 tun), Finsko (9 300) a Zambie (5 000). Mezi největší výrobce rafinovaného kobaltu patří OM Group, Sherritt International, Xstrata Nickel a Jinchuan Group.
Aplikace
Superzliatiny, jako je stellite, jsou největším spotřebitelem kovového kobaltu, což představuje asi 20% poptávky. Převážně vyrobené ze železa, kobaltu a niklu, ale obsahující menší množství jiných kovů, včetně chromu , wolframu , hliníku a titanu , jsou tyto vysoce výkonné slitiny odolné vysokým teplotám, korozi a opotřebení a používají se k výrobě lopatek turbín tryskové motory, součásti strojů s tvrdým obráběním, výfukové ventily a hlavně.
Další důležité použití kobaltu je v slitinách odolných proti opotřebení (např. Vitallium), které lze nalézt v ortopedických a zubních implantátech, stejně jako protetické kyčle a kolena.
Tvrdé kovy, ve kterých je kobalt použit jako vazebný materiál, spotřebovávají zhruba 12% celkového kobaltu. Patří sem slinuté karbidy a diamantové nástroje, které se používají při řezacích aplikacích a důlních nástrojích.
Kobalt se také používá k výrobě permanentních magnetů, jako jsou dříve zmíněné AlNiCo a samarium-kobaltové magnety. Magnety představují 7% poptávky po kobaltovém kovu a používají se v magnetických záznamových médiích, elektromotorech a generátorech.
Přes mnoho použití pro kobaltový kov, primární aplikace kobaltu jsou v chemickém odvětví, které tvoří přibližně polovinu celkové globální poptávky. Kovové chemikálie se používají v kovových katodách dobíjecích baterií, petrochemických katalyzátorů, keramických pigmentů a skleněných odbarvovacích zařízeních.
Zdroje:
Young, Roland S. Cobalt . New York: Reinhold Publishing Corp. 1948.
Davis, Joseph R. ASM Speciální příručka: nikl, kobalt a jejich slitiny . ASM International: 2000.
Darton Commodities Ltd.: Přehled trhu s kobaltem 2009 .