Kobaltni metal - svojstva, proizvodnja i primjena

Kobalt je sjajni, lomljivi metal koji se koristi za proizvodnju čvrstih, korozivnih i otpornih na toplinu, trajnih magneta i tvrdih metala.

Nekretnine

• Atomski simbol: Co
• Atomski broj: 27
• Atomska masa: 58.93 g / mol
• Element Kategorija: Prijelazni metal
• Gustoća: 8,86 g / cm³ na 20 ° C
• Talište: 2723 ° F (1495 ° C)
• Točka vrenja: 5301 ° F (2927 ° C)
• Mohova tvrdoća: 5

Karakteristike

Soboljeni kobaltni metal je krhki, ima visoku točku tališta i cijenjen je zbog otpornosti na habanje i sposobnosti da zadrži svoju čvrstoću pri visokim temperaturama.

To je jedan od tri prirodno prisutna magnetskog metala (željezo i nikal su druga dva) i zadržava svoj magnetizam na višoj temperaturi (2012 ° F, 1100 ° C) od bilo kojeg drugog metala. Drugim riječima, kobalt ima najviše Curie Point svih metala. Kobalt također ima vrijedna katalitička svojstva

Povijest

Riječ kobalt datira iz njemačkog pojma šesnaestog stoljeća Kobold , što znači goblin, ili zli duh. Kobold upotrijebljen je za opisivanje kobaltnih ruda koje su, istodobno sazreli za njihov sadržaj srebra, otpuštali otrovni arsen trioksid.

Najranija primjena kobalta bila je u spojevima koji su korišteni za plave boje u keramici, staklu i glazurama. Egipatska i babilonska keramika obojana kobaltnim spojevima može se datira još iz 1450. godine.

Godine 1735. švedski kemičar Georg Brandt prvi je izolirao element iz bakrenih ruda. Pokazao je da je plavi pigment nastao od kobalta, a ne od arsena ili bizmuta, kako su izvorno vjerovali alkemičari. Nakon izolacije, kobaltni metal ostao je rijedak i rijetko korišten do 20. stoljeća.

Ubrzo nakon 1900. američki automobilski poduzetnik Elwood Haynes razvio je novu leguru koja je otporna na koroziju, a naziva ga stellite. Patentirane 1907. godine, stellite legure sadrže visoki sadržaj kobalta i kroma i potpuno su ne-magnetske.

Još jedan značajan razvoj kobalta dolazi s stvaranjem aluminij-nikl-kobalt (AlNiCo) magneta 1940-ih. AlNiCo magneti su bili prva zamjena elektromagneta. Godine 1970. industrija se dalje transformirala razvojem samarij-kobaltnih magneta koji su omogućili dosad nedostižnu gustoću energije magneta.

Industrijska važnost kobalta rezultirala je Londonskom metalnom burzom (LME) uvođenjem kobalt futures ugovora u 2010.

Proizvodnja

Kobalt se, naravno, pojavljuje u nikotinskim lateritima i nikal-bakrenim sulfidnim naslagama i stoga se najčešće ekstrahira kao nusprodukt nikla i bakra. Prema Institutu za razvoj kobalta, oko 48% proizvodnje kobalta potječe od rudače nikla, 37% iz bakrenih ruda i 15% od primarne proizvodnje kobalta.

Glavne kobaltne rude su kobalt, eritrit, glaukodot i skutterudit.

Tehnika ekstrakcije koja se koristi za proizvodnju rafiniranog kobaltnog metala ovisi o tome jesu li sirovine u obliku (1) bakrenokobalt sulfidne rude, (2) koncentrata kobalt-nikal sulfida, (3) arsenidne rude ili (4) nikal-laterita ruda:

1. Nakon što su bakreni katodi proizvedeni od bakarnih sulfida koji sadrže kobalt, kobalt, zajedno s drugim nečistoćama, ostaje na potrošenom elektrolitu. Nečistoće (željezo, nikal, bakar, cink) se uklanjaju, a kobalt se istaloži u obliku hidroksida pomoću vapna. Metalni kobalt se zatim može pročistiti pomoću elektrolize, prije nego što se zgnječi i degazira kako bi se dobio čist, komercijalni metal.
2. Minerima nikal sulfida koji sadrže kobalt obrađuju se koristeći Sherrittov proces, nazvan po Sherritt Gordon Mines Ltd. (sada Sherritt International). U tom procesu, sulfidni koncentrat koji sadrži manje od 1% kobalta tlak je ispran na visokim temperaturama u otopini amonijaka. I bakar i nikal su uklonjeni u nizu postupaka kemijske redukcije, ostavljajući samo nikal i kobalt sulfide. Ispuštanje tlaka zrakom, sumpornom kiselinom i amonijakom oporavlja više nikla prije nego što se kobaltni prašak doda kao sjeme kako bi se istaložio kobalt u atmosferi vodika.
3. Arsenidne rude su pečene kako bi se uklonio većina oksida arsena. Rude se potom tretiraju klorovodičnom kiselinom i klorom, ili sumpornom kiselinom, kako bi se dobila otopina za pročišćavanje koja se pročišćava. Iz tog kobalta se obnavlja elektrofinizacijom ili karbonatnim taloženjem.
4. Nikal-kobalt lateritne rude mogu se ili se rastopiti i odvojiti pomoću pirometalurških tehnika ili hidrometalurških tehnika, koje koriste otopine sumporne kiseline ili otopine amonijaka.

Prema procjenama US Geological Survey (USGS), globalna proizvodnja kobalta iznosila je 88.000 tona u 2010. godini. Najveće zemlje kobaltne rude tijekom tog razdoblja bile su Demokratska Republika Kongo (45.000 tona), Zambia (11.000) i Kina ( 6200).

Finiranje kobalta često se odvija izvan zemlje u kojoj se početno proizvodi rudna ili kobaltna koncentrata. U 2010, zemlje koje proizvode najveće količine rafiniranog kobalta su Kina (33.000 tona), Finska (9.300) i Zambia (5.000). Najveći proizvođači rafiniranog kobalta uključuju OM Group, Sherritt International, Xstrata Nickel i Jinchuan Group.

Prijave

Superlegure, poput stelita, najveći su potrošači metalnog kobalta, što čini oko 20% potražnje.Uglavnom od željeza, kobalta i nikla, ali s manjim količinama drugih metala, uključujući krom, volfram, aluminij i titan, te legure visokih performansi otporne su na visoke temperature, koroziju i habanje te se koriste za proizvodnju lopatica turbina za mlaznih motora, dijelova strojnih dijelova koji se testiraju, ispušnih ventila i pištolja.

Druga važna upotreba za kobalt je u legurama otpornim na habanje (npr. Vitallium), koja se može naći u ortopedskim i dentalnim implantatima, kao i na protetskim bokovima i koljenima.

Hardmetali, u kojima se kobalt koristi kao vezivni materijal, troše oko 12% ukupnog kobalta. To uključuje cementirane karbide i dijamantne alate koji se koriste u rezanju aplikacija i rudarskih alata.

Kobalt se također koristi za proizvodnju trajnih magneta, poput prethodno spomenutih AlNiCo i samarij-kobalt magneta. Magneti predstavljaju 7% potražnje za kobaltom i koriste se u magnetskim medijima za snimanje, električnim motorima, kao i generatorima.

Unatoč brojnim korištenjima za kobalt metal, primarni primjeri kobalta su u kemijskom sektoru, koji čini oko polovicu ukupne globalne potražnje. Kobaltne kemikalije se koriste u metalnim katodama punjivih baterija, kao iu petrokemijskim katalizatorima, keramičkim pigmentima i dekolorizatorima stakla.

_izvori:

_{Young, Roland S. Kobalt , New York: Reinhold Publishing Corp. 1948.}

_{Davis, Joseph R. Priručnik za posebne značajke ASM: nikal, kobalt i njihove legure , ASM International: 2000.}

_{Darton Commodities Ltd .: Pregled tržišta kobalta 2009 .}