Kobolt metal | Egenskaber, produktion og anvendelser

Kobolt er et skinnende, sprødt metal, som bruges til fremstilling af stærke, korrosions- og varmebestandige legeringer, permanente magneter og hårde metaller.

Egenskaber

• Atomisk Symbol: Co
• Atomisk Nummer: 27
• Atom Masse: 58. 93g / mol
• Element Kategori: Overgangsmetal
• Tetthed: 8. 86g / cm ³ ved 20 ° C
• Smeltepunkt: 2723 ° F (1495 ° C)
• Kogepunkt: 5301 ° F (2927 ° C)
• Mohs hårdhed: 5

Egenskaber

Sølvfarvet koboltmetal er skørt, har et højt smeltepunkt og er værdsat for dets slidstyrke og evne til at opretholde sin styrke ved høje temperaturer.

Det er en af ​​de tre naturligt forekommende magnetiske metaller (jern og nikkel er de to andre) og bevarer sin magnetisme ved en højere temperatur (2012 ° F, 1100 ° C) end noget andet metal. Med andre ord har kobolt det højeste Curie Point af alle metaller. Cobalt har også værdifulde katalytiske egenskaber

Historie

Ordet kobolt går tilbage til det tyvende århundrede tyske udtryk kobold , hvilket betyder goblin eller ond ånd. Kobold blev brugt til at beskrive koboltmalmer, der ved smeltning af deres sølvindhold gav af giftig arsenitrioxid.

Den tidligste anvendelse af kobolt var i forbindelser anvendt til blå farvestoffer til keramik, glas og glasurer. Egyptisk og babylonisk keramik farvet med koboltforbindelser kan dateres tilbage til 1450 B. C.

I 1735 var den svenske kemiker Georg Brandt den første til at isolere elementet fra kobbermalm. Han viste at det blå pigment opstod fra kobolt, ikke arsen eller vismut som alkymister oprindeligt troede.

Efter isoleringen forblev koboltmetal sjældent og sjældent brugt frem til det 20. århundrede.

Kort efter 1900 udviklede den amerikanske bilindustrientreprenør Elwood Haynes en ny korrosionsbestandig legering, som han omtalte som stellit. Patenteret i 1907 indeholder stellitlegeringer højt indhold af kobolt og krom og er fuldstændig ikke-magnetiske.

En anden vigtig udvikling for kobolt kom med oprettelsen af ​​aluminium-nikkel-kobolt (AlNiCo) magneter i 1940'erne. AlNiCo magneter var den første erstatning til elektromagneter. I 1970 blev industrien omdannet yderligere ved udviklingen af ​​samarium-koboltmagneter, som tilvejebragte tidligere uopnåelige magnet energi densiteter.

Koboltets industrielle betydning resulterede i London Metal Exchange (LME), der indførte kontrakter for kobolt futures i 2010.

Produktion

Kobolt forekommer naturligt i nikkelbærende lateritter og nikkel-kobbersulfidaflejringer og er således mest ekstraheres ofte som biprodukt af nikkel og kobber. Ifølge Cobalt Development Institute er ca. 48% af koboltproduktionen stammende fra nikkelmalm, 37% fra kobbermalm og 15% fra primær koboltproduktion.

Kobaltens hovedmalm er koboltit, erythrit, glaucodot og skutterudit.

Den ekstraktionsteknik, der anvendes til fremstilling af raffineret koboltmetal, afhænger af, om fodermaterialet er i form af (1) kobber-koboltsulfidmalm, (2) kobolt-nikkelsulfidkoncentrat, (3) arsenidmalm eller (4) nikkel-lateritmalm:

1. Efter kobberkatoder er fremstillet af koboltholdige kobbersulfider, forbliver cobalt sammen med andre urenheder på den brugte elektrolyt. Urenheder (jern, nikkel, kobber, zink) fjernes, og cobalt udfældes i sin hydroxidform ved anvendelse af kalk. Cobaltmetal kan derefter raffineres fra dette ved anvendelse af elektrolyse, inden den knuses og afgasses for at fremstille et rent metal af kommerciel kvalitet.
2. Koboltholdige nikkel-sulfidmalmer behandles under anvendelse af Sherritt-processen, opkaldt efter Sherrit Gordon Mines Ltd. (nu Sherritt International). I denne proces bliver sulfidkoncentrat indeholdende mindre end 1% cobalt trykket ud ved høje temperaturer i en ammoniakopløsning. Både kobber og nikkel fjernes begge i række kemiske reduktionsprocesser, idet kun nikkel og koboltsulfider forlades. Trykudvaskning med luft, svovlsyre og ammoniak, genopretter mere nikkel, før koboltpulver tilsættes som frø til udfældning af kobolt i en hydrogengasatmosfære.
3. Arsenidmalm er brændt for at fjerne størstedelen af ​​arsenoxid. Malmerne behandles derefter med saltsyre og chlor, eller med svovlsyre, for at skabe en udvaskningsopløsning, som renses. Fra denne kobolt genvindes ved elektro-raffinering eller carbonatudfældning.
4. Nickel-kobolt-lateritmalme kan enten smeltes og adskilles under anvendelse af pyrometallurgiske teknikker eller hydrometallurgiske teknikker, der anvender svovlsyre- eller ammoniakudvaskningsopløsninger. Ifølge US Geological Survey (USGS) skøn var den globale minproduktion af kobolt 88.000 tons i 2010. De største koboltmalmproducerende lande i den periode var Den Demokratiske Republik Congo (45.000 tons), Zambia (11, 000) og Kina (6, 200).

Koboltraffinering finder ofte sted uden for landet, hvor malmen eller koboltkoncentratet oprindeligt produceres. I 2010 var de lande, der producerede de største mængder raffineret kobolt, Kina (33.000 tons), Finland (9, 300) og Zambia (5.000). De største producenter af raffineret kobolt omfatter OM Group, Sherritt International, Xstrata Nickel og Jinchuan Group.

Applikationer

Superlegeringer, som stellite, er den største forbruger af koboltmetal, der tegner sig for omkring 20% ​​af efterspørgslen. Overvejende lavet af jern, kobolt og nikkel, men med mindre mængder andre metaller, herunder krom, wolfram, aluminium og titanium, er disse højtydende legeringer modstandsdygtige overfor høje temperaturer, korrosion og slid og bruges til fremstilling af turbineblad til jetmotorer, hårde modstående maskindele, udstødningsventiler og pistoltanker.

En anden vigtig anvendelse for kobolt er i slidbestandige legeringer (fx Vitallium), som findes i ortopædiske og dentalimplantater, såvel som prostetiske hofter og knæ.

Hårdmetaller, hvor kobolt anvendes som bindemateriale, forbruger omtrent 12% af den totale kobolt. Disse omfatter cementerede carbider og diamantværktøjer, der anvendes til skæreapplikationer og minedrift.

Kobolt bruges også til fremstilling af permanente magneter, såsom de tidligere nævnte AlNiCo og samarium-koboltmagneter. Magneter tegner sig for 7% af efterspørgslen efter koboltmetal og bruges i magnetiske optagemedier, elektriske motorer samt generatorer.

På trods af de mange anvendelser for koboltmetal er koboltens primære anvendelser inden for den kemiske sektor, som tegner sig for omkring halvdelen af ​​den samlede globale efterspørgsel. Koboltkemikalier anvendes i metalliske katoder af genopladelige batterier, såvel som i petrokemiske katalysatorer, keramiske pigmenter og glasfjerningsmidler.

Kilder:

_{Young, Roland S.}

_{Cobalt . New York: Reinhold Publishing Corp. 1948. Davis, Joseph R.}

_{ASM Specialhåndbog: Nikkel, Cobalt og deres Legeringer . ASM International: 2000. Darton Commodities Ltd.:}

_{Koboltmarkedsanalyse 2009 . Følg Terence på Google+}