Kobalt is een glanzend, bros metaal dat wordt gebruikt om sterke, corrosie- en hittebestendige legeringen , permanente magneten en harde metalen te produceren.
eigenschappen
- Atomic Symbol: Co
- Atoomnummer: 27
- Atomaire massa: 58,93 g / mol
- Element Categorie: Overgangsmetaal
- Dichtheid: 8,86 g / cm3 bij 20 ° C
- Smeltpunt: 2723 ° F (1495 ° C)
- Kookpunt: 5301 ° F (2927 ° C)
- Moh's hardheid: 5
Kenmerken
Zilverkleurig kobaltmetaal is broos, heeft een hoog smeltpunt en wordt gewaardeerd om zijn slijtvastheid en het vermogen om zijn sterkte te behouden bij hoge temperaturen.
Het is een van de drie natuurlijk voorkomende magnetische metalen ( ijzer en nikkel zijn de andere twee) en behoudt zijn magnetisme bij een hogere temperatuur (2012 ° F, 1100 ° C) dan enig ander metaal. Met andere woorden, kobalt heeft het hoogste Curie-punt van alle metalen. Kobalt heeft ook waardevolle katalytische eigenschappen
Geschiedenis
Het woord kobalt dateert uit de zestiende-eeuwse Duitse term kobold , wat 'goblin' of kwade geest betekent. Kobold werd gebruikt om kobalt-ertsen te beschrijven die, terwijl ze werden gesmolten om hun zilvergehalte, giftig arseentrioxide afgeven.
De vroegste toepassing van kobalt was in verbindingen die werden gebruikt voor blauwe kleurstoffen voor aardewerk, glas en glazuren. Egyptisch en Babylonisch aardewerk, geverfd met kobaltverbindingen, dateert uit 1450 voor Christus
In 1735 isoleerde de Zweedse chemicus Georg Brandt als eerste het element uit kopererts. Hij toonde aan dat het blauwe pigment ontstond uit kobalt, niet uit arsenicum of bismut, zoals alchemisten oorspronkelijk dachten.
Na zijn isolatie bleef kobaltmetaal zeldzaam en werd het tot de 20e eeuw zelden gebruikt.
Kort na 1900 ontwikkelde de Amerikaanse automobielondernemer Elwood Haynes een nieuwe corrosiebestendige legering, die hij stelliet noemde. Gepatenteerd in 1907 bevatten stellite-legeringen een hoog kobalt- en chroomgehalte en zijn volledig niet-magnetisch.
Een andere belangrijke ontwikkeling voor kobalt was de productie van aluminium- nikkel-kobalt (AlNiCo) magneten in de jaren veertig. AlNiCo-magneten waren de eerste vervanging voor elektromagneten. In 1970 werd de industrie verder getransformeerd door de ontwikkeling van samarium-kobaltmagneten, die voorheen onhaalbare magneetenergiedichtheden opleverden.
Het industriële belang van kobalt resulteerde in 2010 in de introductie van de London Metal Exchange (LME) in kobaltcontracten.
Productie
Kobalt komt van nature voor in nikkel-dragende laterites en nikkel-kopersulfide-afzettingen en wordt daarom het vaakst geëxtraheerd als een bijproduct van nikkel en koper. Volgens het Cobalt Development Institute is ongeveer 48% van de kobaltproductie afkomstig van nikkelerts, 37% van koperertsen en 15% van primaire kobaltproductie.
De belangrijkste ertsen van kobalt zijn kobaltiet, erythriet, glaucodot en skutterudiet.
De extractietechniek die wordt gebruikt om geraffineerd kobaltmetaal te produceren hangt af van of het voedingsmateriaal de vorm heeft van (1) koper-kobalt sulfide erts, (2) kobalt-nikkel sulfide concentraat, (3) arsenide-erts of (4) nikkel-lateriet erts:
- Nadat koperen kathoden zijn geproduceerd uit kobaltbevattende kopersulfiden, wordt kobalt, samen met andere verontreinigingen, achtergelaten op de afgewerkte elektrolyt. Onzuiverheden (ijzer, nikkel, koper, zink ) worden verwijderd en kobalt wordt in zijn hydroxidevorm met behulp van kalk neergeslagen. Kobaltmetaal kan vervolgens worden gezuiverd met behulp van elektrolyse, voordat het wordt geplet en ontgast om een puur, commercieel kwaliteitsmetaal te produceren.
- Kobalthoudende nikkelsulfide-ertsen worden behandeld met het Sherritt-proces, genoemd naar Sherrit Gordon Mines Ltd. (nu Sherritt International). Bij dit proces wordt sulfideconcentraat dat minder dan 1% kobalt bevat onder hoge druk in een ammoniakoplossing uitgeloogd. Zowel koper als nikkel worden beide in serie van chemische reductieprocessen verwijderd, waardoor alleen nikkel- en kobalt-sulfiden overblijven. Drukuitspoeling met lucht, zwavelzuur en ammoniak herstelt meer nikkel voordat kobaltpoeder wordt toegevoegd als een kiem om kobalt in een waterstofgasatmosfeer neer te slaan.
- Arsenide-ertsen worden geroosterd om het merendeel van het arseenoxide te verwijderen. De ertsen worden vervolgens behandeld met zoutzuur en chloor, of met zwavelzuur, om een uitloogoplossing te creëren die wordt gezuiverd. Uit dit kobalt wordt teruggewonnen door electroraffinage of carbonaatprecipitatie.
- Nikkel-kobalt laterieterts kan worden gesmolten en gescheiden met behulp van pyrometallurgische technieken of hydrometallurgische technieken, die zwavelzuur- of ammoniakloogoplossingen gebruiken.
Volgens ramingen van de US Geological Survey (USGS) bedroeg de wereldwijde mijnproductie van kobalt 88.000 ton in 2010. De grootste kobalt erts producerende landen in die periode waren de Democratische Republiek Congo (45.000 ton), Zambia (11.000) en China (6200 ton). ).
Het kolenraffinage vindt vaak plaats buiten het land waar het erts- of kobaltconcentraat oorspronkelijk wordt geproduceerd. In 2010 waren de landen die de grootste hoeveelheden geraffineerd kobalt produceren China (33.000 ton), Finland (9.300) en Zambia (5.000). De grootste producenten van geraffineerd kobalt zijn OM Group, Sherritt International, Xstrata Nickel en Jinchuan Group.
toepassingen
Superlegeringen, zoals stelliet, zijn de grootste verbruiker van kobaltmetaal, goed voor ongeveer 20% van de vraag. Deze hoogwaardige legeringen zijn voornamelijk gemaakt van ijzer, kobalt en nikkel, maar bevatten kleinere hoeveelheden andere metalen, waaronder chroom , wolfraam , aluminium en titanium . Ze zijn bestand tegen hoge temperaturen, corrosie en slijtage en worden gebruikt voor het maken van turbinebladen voor straalmotoren, hardwerkende machineonderdelen, uitlaatkleppen en geweerlopen.
Een ander belangrijk gebruik van kobalt is in slijtvaste legeringen (bijv. Vitallium), die te vinden zijn in orthopedische en tandheelkundige implantaten, evenals in prothetische heupen en knieën.
Hardmetalen, waarin kobalt als bindmateriaal wordt gebruikt, verbruiken ruwweg 12% van het totale kobalt. Deze omvatten gecementeerde carbiden en diamantgereedschappen die worden gebruikt in snijtoepassingen en mijnbouwgereedschappen.
Kobalt wordt ook gebruikt voor het produceren van permanente magneten, zoals de eerder genoemde AlNiCo en samarium-kobaltmagneten. Magneten zijn goed voor 7% van de vraag naar kobalt en worden gebruikt in magnetische opnamemedia, elektrische motoren en generatoren.
Ondanks de vele toepassingen voor kobaltmetaal, zijn de primaire toepassingen van kobalt in de chemische sector, die ongeveer de helft van de totale wereldwijde vraag vertegenwoordigt. Kobalt-chemicaliën worden gebruikt in de metalen kathodes van oplaadbare batterijen, maar ook in petrochemische katalysatoren, keramische pigmenten en glazen ontkleurers.
bronnen:
Young, Roland S. Cobalt . New York: Reinhold Publishing Corp. 1948.
Davis, Joseph R. ASM Specialty Handbook: nikkel, kobalt en hun legeringen . ASM International: 2000.
Darton Commodities Ltd .: Cobalt Market Review 2009 .