Kobolt metall | Egenskaper, produktion och tillämpningar

Kobolt är en blank, spröd metall som används för att producera starka, korrosions- och värmebeständiga legeringar, permanenta magneter och hårda metaller.

Egenskaper

• Atomic Symbol: Co
• Atomnummer: 27
• Atommassa: 58. 93g / mol
• Element Kategori: Övergångsmetall
• Densitet: 8. 86g / cm ³ vid 20 ° C
• Smältpunkt: 2723 ° F (1495 ° C)
• Kokpunkt: 5301 ° F (2927 ° C)
• Mohs hårdhet: 5

Egenskaper

Silverfärgad koboltmetall är skört, har en hög smältpunkt och värderas för dess slitstyrka och förmåga att behålla sin hållfasthet vid höga temperaturer.

Det är en av de tre naturligt förekommande magnetiska metallerna (järn och nickel är de andra två) och behåller sin magnetism vid en högre temperatur (2012 ° F, 1100 ° C) än någon annan metall. Med andra ord har kobolt den högsta Curie Point av alla metaller. Kobolt har också värdefulla katalytiska egenskaper

Historia

Ordet kobolt går tillbaka till 1600-talets tyska termen kobold , vilket betyder goblin eller ond ande. Kobold användes för att beskriva koboltmalmer som avstod från giftigt arsenitrioxid, samtidigt som de smälte för silverinnehållet.

Den tidigaste användningen av kobolt var i föreningar som användes för blå färgämnen för keramik, glas och glasyrer. Egyptisk och babylonisk keramik färgad med koboltföreningar kan dateras tillbaka till 1450 B. C.

År 1735 var den svenska kemisten Georg Brandt den första som isolerade elementet från kopparmalm. Han visade att det blåa pigmentet uppstod från kobolt, inte arsenik eller vismut som alkemister som ursprungligen trodde.

Efter isoleringen förblev koboltmetall sällsynt och användes sällan fram till 20-talet.

Kort efter 1900 utvecklade den amerikanska fordonsindustrin Elwood Haynes en ny korrosionsbeständig legering, som han kallade stellit. Patenterad 1907 innehåller stellitlegeringar högt kobolt- och krominnehåll och är helt icke-magnetiska.

En annan viktig utveckling för kobolt kom med skapandet av magneter av aluminium-nickel-kobolt (AlNiCo) på 1940-talet. AlNiCo magneter var den första ersättningen till elektromagneter. 1970 omvandlades industrin vidare genom utvecklingen av samarium-koboltmagneter, vilket tillhandahöll tidigare oåterkallade magnet energi densiteter.

Den industriella betydelsen av kobolt resulterade i London Metal Exchange (LME) som införde kontrakt med kobolt futures 2010.

Produktion

Kobolt uppträder naturligt i nickelbärande lateriter och nickel-kopparsulfidavlagringar och är således mest extraheras ofta som biprodukt av nickel och koppar. Enligt Cobalt Development Institute kommer ca 48% av koboltproduktionen från nickelmalm, 37% från kopparmalm och 15% från primär koboltproduktion.

Kobaltens huvudsakliga malm är koboltit, erythrit, glaucodot och skutterudite.

Den extraktionsteknik som används för att framställa raffinerad koboltmetall beror på om fodermaterialet är i form av (1) koppar-koboltsulfidmalm, (2) kobolt-nickelsulfidkoncentrat, (3) arsenidmalm eller (4) nickel-lateritmalm:

1. Efter kopparkatod produceras från koboltinnehållande kopparsulfider, kvarstår kobolt tillsammans med andra föroreningar på den förbrukade elektrolyten. Föroreningar (järn, nickel, koppar, zink) avlägsnas och kobolt utfälls i sin hydroxidform med användning av kalk. Koboltmetall kan sedan raffineras från detta med elektrolys, innan den krossas och avgasas för att producera en ren metall av kommersiell kvalitet.
2. Kobalthaltiga nickelsulfidmalmer behandlas med Sherritt-processen, som kallas Sherrit Gordon Mines Ltd. (nu Sherritt International). I detta förlopp läckas sulfidkoncentrat innehållande mindre än 1% kobolt vid höga temperaturer i en ammoniaklösning. Både koppar och nickel avlägsnas båda i serie av kemiska reduktionsprocesser, varvid endast nickel och koboltsulfider lämnas. Tryckutlakning med luft, svavelsyra och ammoniak, återvinner mer nickel innan koboltpulver tillsätts som frö för att fälla kobolt i en vätegasatmosfär.
3. Arsenidmalm är rostad för att avlägsna majoriteten av arsenoxid. Malmerna behandlas sedan med saltsyra och klor, eller med svavelsyra, för att skapa en läckagelösning som renas. Från denna kobolt återvinns genom elektro-raffinering eller karbonatutfällning.
4. Nickel-kobolt-lateritmalm kan antingen smältas och separeras med hjälp av pyrometallurgiska tekniker eller hydrometallurgiska tekniker, som använder svavelsyra eller ammoniakläckagelösningar. Enligt US Geological Survey (USGS) uppskattningar var den globala minproduktionen av kobolt 88 000 ton 2010. De största koboltproducerande länderna under den perioden var Demokratiska republiken Kongo (45 000 ton), Zambia (11 000) och Kina (6, 200).

Koboltraffinering sker ofta utanför landet där malmen eller koboltkoncentratet ursprungligen produceras. Under 2010 var de länder som producerar de största mängderna raffinerad kobolt Kina (33 000 ton), Finland (9, 300) och Zambia (5 000). De största tillverkarna av raffinerad kobolt är OM-gruppen, Sherritt International, Xstrata Nickel och Jinchuan Group.

Applikationer

Superlegeringar, som stellit, är den största konsumenten av koboltmetall, som står för cirka 20% av efterfrågan. Framförallt gjorda av järn, kobolt och nickel, men innehåller mindre mängder andra metaller, inklusive krom, volfram, aluminium och titan, är dessa högpresterande legeringar resistenta mot höga temperaturer, korrosion och slitage och används för att tillverka turbinblad för jetmotorer, hårda motstående maskindelar, avgasventiler och pistolfat.

En annan viktig användning för kobolt finns i slitstarka legeringar (t.ex. Vitallium), som finns i ortopediska och dentala implantat, liksom protetiska höfter och knän.

Hårdmetaller, i vilka kobolt används som bindemedel, konsumerar ungefär 12% av total kobolt. Dessa inkluderar hårdmetaller och diamantverktyg som används vid skärning av applikationer och gruvverktyg.

Kobolt används också för att producera permanenta magneter, såsom de tidigare nämnda AlNiCo- och samarium-koboltmagneterna. Magneter står för 7% efterfrågan på koboltmetall och används i magnetiska inspelningsmedier, elmotorer och generatorer.

Trots de många användningarna för koboltmetall är koboltens primära tillämpningar inom kemisektorn, vilket står för ungefär hälften av den totala globala efterfrågan. Kobaltkemikalier används i metallkatoderna av laddningsbara batterier, såväl som i petrokemiska katalysatorer, keramiska pigment och glasavfärgningsmedel.

Källor:

_{Young, Roland S.}

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

_{ASM Specialishandbok: Nickel, kobolt och deras legeringar . ASM International: 2000. Darton Commodities Ltd.:}

_{Koboltmarknadsgranskning 2009 . Följ Terence på Google+}