Cobalt Metal - proprietăți, producție și aplicații

Cobaltul este un metal strălucitor și fragil care este utilizat pentru a produce aliați rezistente la coroziune și căldură, magneți permanenți și metale dure.

Proprietăți

• Simbol Atomic: Co
• Numărul atomic: 27
• Masa atomică: 58,93 g / mol
• Element Categorie: Metal de tranziție
• Densitate: 8,86 g / cm³ la 20 ° C
• Punct de topire: 2723 ° F (1495 ° C)
• Punct de fierbere: 5301 ° F (2927 ° C)
• Duritatea lui Moh: 5

caracteristici

Cobalt metalul de argint este fragil, are un punct de topire ridicat și este evaluat pentru rezistența la uzură și capacitatea de a-și menține rezistența la temperaturi ridicate.

Acesta este unul dintre cele trei metale magnetice care apar în mod natural (fier și nichel fiind celelalte două) și își păstrează magnetismul la o temperatură mai ridicată (1150 ° C) decât orice alt metal. Cu alte cuvinte, cobaltul are cel mai înalt punct Curie din toate metalele. Cobaltul are, de asemenea, proprietăți catalitice valoroase

Istorie

Cuvântul cobalt datează de la termenul german al secolului al XVI-lea Kobold , însemnând goblin sau duh rău. Kobold a fost folosit în descrierea minereurilor de cobalt care, în timp ce au fost topite pentru conținutul de argint, au eliberat trioxid de arsenic otrăvitor.

Prima aplicare a cobaltului a fost în compușii utilizați pentru coloranții albastri în ceramică, sticlă și glazuri. Ceramica egipteană și babiloniană vopsită cu compuși de cobalt poate fi datată din 1450 î.H.

În 1735, chimistul suedez Georg Brandt a fost primul care a izolat elementul de minereu de cupru. El a demonstrat că pigmentul albastru a apărut din cobalt, nu arsenic sau bismut, deoarece alchimistii credeau inițial. După izolarea sa, metalul de cobalt a rămas rare și rareori folosit până în secolul al XX-lea.

La scurt timp după anii 1900, antreprenorul american de automobile Elwood Haynes a dezvoltat un nou aliaj rezistent la coroziune, pe care îl numea stelită. Brevetate în 1907, aliajele de stellite conțin conținut ridicat de cobalt și crom și sunt complet nemagnetice.

O altă evoluție semnificativă a cobaltului a avut loc în anii 1940 cu crearea de magneți aluminiu-nichel-cobalt (AlNiCo). Al magneți AlNiCo au fost primul înlocuitor al electromagneților. În 1970, industria a fost transformată în continuare prin dezvoltarea de magneți samariu-cobalt, care au furnizat densități de energie magnetice nedovedite anterior.

Importanța industrială a cobaltului a dus la lansarea în 2010 a contractelor futures cu cobalt la London Metal Exchange (LME).

producere

Cobaltul apare natural în lateritele purtătoare de nichel și depozitele de sulfură de nichel-cupru și, prin urmare, este cel mai adesea extras ca un produs secundar al nichelului și cuprului. Potrivit Institutului de Dezvoltare a Cobaltului, aproximativ 48% din producția de cobalt provine din minereurile de nichel, 37% din minereurile de cupru și 15% din producția primară de cobalt.

Minerele principale de cobalt sunt cobalt, eritrit, glaucodot și skutterudit.

Tehnica de extracție folosită pentru producerea metalului cobalt rafinat depinde de faptul dacă materia primă este sub formă de minereu de sulfură de cupru-cobalt, (2) concentrat de sulfat de cobalt-nichel, (3) minereu de arsenid sau (4) nichel-laterit minereu:

1. După ce catodii de cupru sunt produși din sulfuri de cupru conținând cobalt, cobaltul, împreună cu alte impurități, este lăsat pe electrolitul uzat. Impuritățile (fier, nichel, cupru, zinc) sunt îndepărtate și cobaltul este precipitat în forma sa de hidroxid folosind var. Cobaltul metalic poate fi apoi rafinat de la acesta folosind electroliza, înainte de a fi zdrobit și degazat pentru a produce un metal pur comercial.
2. Conținutul de minereuri de sulfuri de nichel conținând cobalt este tratat folosind procesul Sherritt, numit după Sherritt Gordon Mines Ltd. (acum Sherritt International). În acest procedeu, concentratul de sulfat care conține mai puțin de 1% cobalt este presurizat la temperaturi ridicate într-o soluție de amoniac. Atât cuprul cât și nichelul sunt îndepărtate în serie de procese de reducere chimică, lăsând doar sulfuri de nichel și cobalt. Lichidarea prin presare cu aer, acid sulfuric și amoniac recuperează mai mult nichel înainte ca pulberea de cobalt să fie adăugată ca semințe pentru a precipita cobaltul într-o atmosferă de hidrogen gazos.
3. Minerele de arsenide sunt prăjite pentru a elimina majoritatea oxidului de arsen. Minerele sunt apoi tratate cu acid clorhidric și clor sau cu acid sulfuric, pentru a crea o soluție de curgere care este purificată. Din acest cobalt se recuperează prin electrorefinere sau prin precipitarea carbonatului.
4. Nichel-cobalt minereurile de laterite pot fi fie topite și separate prin tehnici de piroetalurgie sau prin tehnici hidrometalurgice, care utilizează soluții de acid sulfuric sau de amoniac.

Conform estimărilor USGS, producția mondială de cobalt a fost de 88 000 de tone în 2010. Cele mai mari țări producătoare de minereu de cobalt în această perioadă au fost Republica Democratică Congo (45 000 tone), Zambia (11 000) și China ( 6,200).

Rafinarea cobaltului are loc adesea în afara țării în care se produce inițial concentrația de minereu sau de cobalt. În 2010, țările care au produs cele mai mari cantități de cobalt rafinat au fost China (33.000 de tone), Finlanda (9.300) și Zambia (5.000). Cei mai mari producători de cobalt rafinat includ OM Group, Sherritt International, Nickel Xstrata și Grupul Jinchuan.

Aplicații

Superaliajele, cum ar fi stellite, sunt cel mai mare consumator de cobalt metal, reprezentând aproximativ 20% din cerere.Produsele sunt fabricate în principal din fier, cobalt și nichel, dar conținând cantități mai mici de alte metale, inclusiv crom, tungsten, aluminiu și titan, aceste aliaje de înaltă performanță sunt rezistente la temperaturi ridicate, coroziune și uzură și sunt utilizate pentru fabricarea lamelor de turbină motoare cu jet, piese de mașini cu care se confruntă tare, supape de evacuare și butoaie pentru arme.

O altă utilizare importantă a cobaltului constă în aliaje rezistente la uzură (de exemplu, Vitallium), care se găsesc în implanturile ortopedice și dentare, precum și în șolduri și genunchi protetic.

Articolele grele, în care cobaltul este utilizat ca material de legătură, consumă aproximativ 12% din totalul cobaltului. Acestea includ carburi cimentate și unelte cu diamant care sunt folosite în aplicațiile de tăiere și în uneltele pentru minerit.

Cobaltul este, de asemenea, utilizat pentru a produce magneți permanenți, cum ar fi AlNiCo și magneți de samariu-cobalt menționați anterior. Magneții reprezintă 7% din necesarul de cobalt și sunt utilizați în medii de înregistrare magnetică, motoare electrice și generatoare.

În ciuda numeroaselor utilizări ale cobaltului metalic, aplicațiile principale ale cobaltului sunt în sectorul chimic, care reprezintă aproximativ jumătate din cererea globală totală. Produsele chimice de cobalt se utilizează în catodii metalici ai bateriilor reîncărcabile, precum și în catalizatorii petrochimici, pigmenții ceramici și decoloratoarele de sticlă.

_surse:

_{Young, Roland S. Cobalt . New York: Editura Reinhold Corp. 1948.}

_{Davis, Joseph R. Manualul de specialitate ASM: nichel, cobalt și aliajele lor . ASM International: 2000.}

_{Darton Commodities Ltd .: Cobalt Market Review 2009 .}