Для чего используют кобальт
КОБАЛЬТ — щедрый подарок горных духов
В Саксонии с давних времен добывали цветные металлы. Частенько горняки добывали казалось бы серебряную руду, но выплавить серебро не получалось. А при плавке руда выделяла газ, от которого травились рабочие. Такую «нечистую» руду шахтеры называли «кобольд». Считалось, что злые духи подземелий (кобольды) вредят шахтерам, прячут хорошую руду и подсовывают ядовитую.
Отсюда и происхождение названия — кобальт. В этом случае никель и наш герой — родные братья. Оба получили названия от языческих горных духов.
Кто нашел «вредного духа»
История открытия проста. Георг Брандт, шведский химик и минералог (по совместительству начальник Шведского королевского монетного двора) любил мышьяк. Не в смысле гастрономическом, а как ученый. Но в ходе исследований любимого элемента ученый нашел методы получения некоторых металлов, разработал способы получения основных кислот (серной, азотной, соляной). А еще определил, что за вредный дух мешает добывать серебро горнякам.
В руде имелся неизвестный раньше элемент, его Брандт назвал кобальтом. Еще химик выяснил, что соли найденного металла окрашивают стекло в восхитительный синий цвет.
Мартин Руланд, немецкий врач и алхимик, работавший при дворе императора Рудольфа II, в своем «Алхимическом лексиконе» писал:
«Кобальт (Koboltum, Kobaltum) или коллет (Colletum) … черная, немного похожая по цвету на золу материя, которую можно ковать и лить, она не обладает металлическим блеском, и представляет собой вредную взвесь, уводящую (при плавке) вместе с дымом хорошую руду». Очевидно, здесь говорится о металлическом кобальте.
Свойства металла
Кобальт — элемент периодической таблицы Менделеева под номером 27. Его относят к металлам, он имеет белый или желтоватый серебристый цвет. Имеет синеватый или розоватый отлив.
Физические свойства металла:
Кобальт ферромагнетик, как и два его соседа по таблице Менделеева — железо и никель.
Химические свойства металла обусловлены его степенями окисления — +2, +3, 0.
Холодная концентрированная азотная кислота пассивирует Co.
Щелочи реагируют с водными растворами солей, при этом образуется гидроксид Со(ОН)2.
| Свойства атома | |
|---|---|
| Название, символ, номер | Кобальт / Cobaltum (Co), 27 |
| Атомная масса (молярная масса) | 58,933194(4) а. е. м. (г/моль) |
| Электронная конфигурация | [Ar] 3d7 4s2 |
| Радиус атома | 125 пм |
| Химические свойства | |
| Ковалентный радиус | 116 пм |
| Радиус иона | (+3e) 63 (+2e) 72 пм |
| Электроотрицательность | 1,88 (шкала Полинга) |
| Электродный потенциал | E0(Co2+/Co) = −0,277 В |
| Степени окисления | 3, 2, 0, −1 |
| Энергия ионизации (первый электрон) | 758,1 (7,86) кДж/моль (эВ) |
| Термодинамические свойства простого вещества | |
| Плотность (при н. у.) | 8,9 г/см³ |
| Температура плавления | 1768 K |
| Температура кипения | 3143 K |
| Уд. теплота плавления | 15,48 кДж/моль |
| Уд. теплота испарения | 389,1 кДж/моль |
| Молярная теплоёмкость | 24,8[1] Дж/(K·моль) |
| Молярный объём | 6,7 см³/моль |
| Кристаллическая решётка простого вещества | |
| Структура решётки | гексагональная |
| Параметры решётки | a=2,505 c=4,089 Å |
| Отношение c/a | 1,632 |
| Температура Дебая | 385 K |
| Прочие характеристики | |
| Теплопроводность | (300 K) 100 Вт/(м·К) |
| Номер CAS | 7440-48-4 |
Водорастворимые соли кобальта дарят воде розовый цвет. Растворенные в ацетоне, эти соли окрашивают раствор в синий цвет.
Месторождения кобальтсодержащих руд
В природе нахождение таких руд вроде не проблема. Кобальтсодержащих минералов геологи насчитывают более 130. Вопрос в том, сколько именно металла содержит руда.
Собственно кобальтовых минералов всего около 40.
Но в большинстве кобальтсодержащие руды металла содержат до 3%.
Детский труд на богатейших шахтах
Конго — одна из беднейших и коррумпированных стран. Зато в ее недрах находятся бесценные сокровища. Страна занимает первое место в мире по добыче кобальта (около 60%). Добычу ведут в самодельных шахтах, практически руками и молотком. Треть из работающих в шахтах дети школьного возраста. За 12-ти часовой рабочий день малолетний работник получает 3-4 доллара США.
Остальные страны обделены этим ценным ресурсом:
Получение и марки кобальта
Получение нашего героя зависит от выплавки… меди и никеля. Наш герой — побочный продукт этих производств. Делается это методами пирометаллургии, выщелачиванием с последующей алюминотермией.
| Марка кобальта | Вид выпуска, содержание Co |
| К0 | не менее 99,98% Со |
| виталлиум | 62-65% Со |
| стеллита | 50% Со |
| викаллой | 52% Со |
| К2 | не менее 98,3% Со |
| ПК-1у | Порошок металлического кобальта, (Co не меньше 99,35%) |
Выпускается в виде проволоки, слитков, полос, пластин.
Чем хорош и плох кобальт
Достоинствам нашего героя позавидуют многие металлы.
Применение металла: инструменты, краски, электроника
Использование кобальта ограничено его ценой, иначе он применялся бы гораздо шире. Но в производстве инструментальных материалах металл необходим. Знаменитый советский сплав «победит» (помните, победитовые сверла) кроме кобальта содержит вольфрам.
Продукция из кобальта и его соединений — это сплавы с особыми свойствами, сердечники электромоторов и трансформаторов.
Квантовые генераторы и усилители, печатные схемы в радиоэлектронике, авиационная и космическая промышленности — везде отметился наш герой.
Такие «специальные шпионские» чернила обычному человеку не нужны. Это был повод арестовать Мату Хари.
Синий, желтый, фиолетовый…
Декорирование керамики и стекла началось еще в античные времена. Венеция с ее знаменитыми мастерами по стеклу использовала соли кобальта для окраски стеклянных изделий в глубокий синий цвет. И не только синий. Фосфорнокислая соль имеет фиолетовый цвет; соль Фишера — желтый; сульфат кобальта ярко-розового цвета, есть соль зеленая. Все эти соли применяют в производстве масляных красок и для росписи фарфоровых изделий.
Бесценные вазы, чаши, шкатулки эпохи Мин украшают крупнейшие музеи и редкие частные коллекции. Вся эта керамика украшена голубой росписью кобальтовых красок.
От кобальтовой пушки до домика в деревне
Изотоп 60Co — источник гамма-излучения. У него довольно широкий спектр применения:
Биологическая роль металла велика, но тут действует принцип «в капле лекарство, в ложке яд».
Наш герой — необходимый компонент витамина В-12, его недостаток вызывает болезни у людей и животных.
Препараты с кобальтом — необходимая составляющая комбикормов. Добавьте немного солей кобальта в любимый пруд, и получите хороший прирост рыбы.
Применение кобальта в электронике необходимо. Батарейки, аккумуляторы, некоторые детали электроники невозможно сделать без кобальта.
Металлический порошок используют как катализатор при синтезе бензина, производстве маргаринов и спредов.
Вперед, к электромобилю
Автомобили с ДВС морально устарели, опасны в плане экологии. В общем, пора переходить на электромобили. Мешает массовому переходу на электромобили …кобальт. Вернее, литий-ионные аккумуляторы, где этот металл нужен, причем в немалых количествах. Правда, производители аккумуляторов ищут пути к уменьшению в них содержания драгоценного металла.
Наши любимые кошки: зачем им наш герой?
Им-то он точно не нужен. Нужен их хозяевам. Дорогие наполнители для кошачьих лотков (туалетов) содержат «индикатор влажности» — цветные кусочки соли двухвалентного кобальта. Его особенность — менять цвет с синего на розовый при увлажнении. То бишь, справила ваша кошечка малые дела в лоток, и индикаторные кусочки изменили цвет. Меняйте наполнитель.
Сплавляем металлы
В сверхлегированных никелевых сплавах наш герой занимает почетное место.
Для промышленности характеристики сплавов просто блестящие. Они бывают жаропрочными, износостойкими, сверхтвердые.
Сверхтвердые стеллитовые сплавы содержат кобальт и хром.
Как легирующая добавка наш герой входит в состав быстрорежущих инструментальных сталей, но в них целое содружество металлов:
Дисперсионно закаленные сплавы нержавейки применяют для изготовления приводов, клапанов и в нефтяной промышленности.
Ферромагнитные свойства металла используют в сплавах с самарием. Кобальт-самариевые магниты имеют большую магнитную силу, чем ферритовые и могут работать при высоких температурах.
Цена металла на LME
Стоимость тонны кобальта на Лондонской бирже металлов составляет 29500,0 US$ (цена указана на 27.05.2020).
Мне 42 года и я специалист в области минералогии. Здесь на сайте я делюсь информацией про камни и их свойства — задавайте вопросы и пишите комментарии!
Кобальт и сферы его применения
ООО «НКМ Норд», выступая прямым представителем крупного холдинга по производству и поставке цветных металлов и сплавов, которые используются с целью легирования сталей, представляет на рынке Санкт-Петербурга и Москвы кобальтовую продукцию и ее сплавы по доступным ценам.
Оглавление
Кобальт (Co) – износостойкий и жаропрочный металл. Физико-химические характеристики элемента полностью оправдывают включение Co в состав высоколегированных сталей, а также разнообразных покрытий, демонстрирующих повышенную устойчивость к механическим воздействиям. Обладая непревзойденной способностью сопротивляться размагничиванию, кобальт широко применяется при изготовлении постоянных магнитов. Рассмотрим характеристики данного элемента более подробно.
Основные сведения о кобальте
Кобальт относится к химическим элементам восьмой группы и в периодической системе расположен под номером 27. В чистом виде – это тяжелый металл, имеющий голубовато-серый оттенок. Кобальт содержится в земной коре, в морской воде и при этом входит в состав более чем 30-ти природных минералов: сферокабальтит, каролит и т. д.
Об открытии кобальта
Название элемента, который всему миру сегодня известен как «Кобальт», имеет саксонские корни. По приданию местные рудники находились в ведении подземного гнома Кобольда. Здесь в больших количествах добывалась серебряная руда, из которой местным промышленникам далеко не всегда получалось выделить драгоценный металл. Дело происходило в начале 18-го века, когда поверьями люди руководствовались больше, чем здравым смыслом. Учитывая, что добываемая руда по всем признакам была похожа на серебряную, все неудачи объяснились происками «подземного карлика».
Сегодня мы можем с уверенностью говорить о том, что добываемая руда, из которой при всем желании не получалось выделить серебро, являлась ни чем иным, как содержащими кобальт минералами. В 1735 году из руды, за которой уже спело закрепиться название «кобольд», удалось выделить совершенно новый металл, обладающий розоватым оттенком. Произошло это благодаря химику из Швеции по имени Георг Брандт.
Физические и механические свойства кобальта
| Свойство | Значение |
|---|---|
| Атомный номер | 27 |
| Атомная масса, а.е.м | 58,93 |
| Атомный диаметр, пм | 250 |
| Плотность, г/см³ | 8,9 |
| Удельная теплоемкость, Дж/(K·моль) | 0,456 |
| Теплопроводность, Вт/(м·K) | 100 |
| Температура плавления, °С | 1493 |
| Температура кипения, °С | 2957 |
| Теплота плавления, кДж/моль | 15,48 |
| Теплота испарения, кДж/моль | 389,1 |
| Молярный объем, см³/моль | 6,7 |
| Группа металлов | Тяжелый металл |
Химические свойства кобальта
| Свойство | Значение |
|---|---|
| Ковалентный радиус: | 130 пм |
| Радиус иона: | (+6e) 62 (+4e) 70 пм |
| Электроотрицательность (по Полингу): | 2,16 |
| Электродный потенциал: | 0 |
| Степени окисления: | 6, 5, 4, 3, 2 |
Марки кобальта и сплавов
Современной промышленностью производится несколько марок кобальтовых сплавов:
Преимущества и недостатки
К преимуществам кобальтовых сплавов следует отнести:
Анализируя характеристики кобальтовых сплавов, можно выделить их ключевой недостаток. Он заключается в высокой стоимости материалов.
Область применения кобальта
Порошковый кобальт используется в сталеплавильном производстве в качестве присадок. Благодаря его применению увеличивается жаропрочность и твердость, улучшаются другие механические характеристики некоторых сортов стали (особенно заметно это при эксплуатации сплавов в условиях высоких температур).
Порошковый кобальт часто входит в состав твердых сплавов, которые предназначены для изготовления режущего инструмента. В соответствии с применяемой технологией карбиды титана и вольфрама (основополагающие компоненты твердых сплавов) спекаются вперемешку с порошковым кобальтом. В результате получаются более вязкие сплавы, обладающие сниженной восприимчивостью к интенсивным механическим воздействиям (речь идет о толчках, ударах и т. д.). Например, износоустойчивость резцов, имеющих в своем составе кобальтовые сплавы, может быть увеличена на величину до 18% (в сравнении с аналогичными изделиями, производимыми из ванадиевой стали).
Внедрение кобальтовых сплавов в состав металлических деталей, подверженных интенсивному трению, существенно увеличивает их долговечность. Срок службы таких деталей увеличивается в 4 – 8 раз.
Отдельного внимания заслуживают магнитные характеристики кобальта. После однократного намагничивания данный элемент навсегда сохраняет приобретенные характеристики. Кобальт, входящий в состав постоянных магнитов, соответствует всем характеристикам, которые предъявляются к этим изделиям:
Наглядный пример подобного соответствия – японская сталь, которая содержит в своем составе до 60% кобальта, имеет огромную сопротивляемость размагничиванию, а при сильных вибрациях ее магнитные характеристики страдают незначительно (уменьшаясь всего на 2 – 3,5%).
В этой связи кобальтовые магнитные сплавы находят достаточно широкое применение. На их основе создаются сердечники электрических двигателей, трансформаторов и прочего оборудования, используемого в системах энергоснабжения и в промышленности.
Достойное применение кобальт нашел в авиастроительной отрасли и космической промышленности. В настоящее время кобальтовые сплавы успешно соперничают с материалами на основе никеля. Они прекрасно зарекомендовали себя там, где из-за высоких температур другие материалы показывают недостаточную эффективность. Например, это касается деталей авиационных турбин, которые подвержены самым невероятным нагрузкам.
Квантовые генераторы, «печатные схемы» для радиотехнической промышленности, комплектующие литиевых аккумуляторов – вот далеко не полный перечень высокотехнологичной продукции, производство которой не обходится сегодня без современных сплавов на основе кобальта. Сфера применения данного элемента неуклонно расширяется, а спрос на него с каждым годом увеличивается.
Продукция из кобальта
Продукция из кобальта, которая поставляется на рынок, имеет вид слитков, пластин, и кобальтового порошка. Если это предусматривают технологические требования, Co может поставляться потребителю в виде соответствующей кобальтовой проволоки.
Система менеджмента качества производств сертифицирована на соответствие международному стандарту качества ISO 9001: 2015
Кобальт. Свойства кобальта. Применение кобальта
Кобольд – злой дух из скандинавской мифологии. Жители Севера верили, что демон живет в горах и строит козни их посетителям, в частности, горнякам. Кобольд не только наносил увечья, но и губил. Особенно часто помирали плавильщики серебряных руд. Позже, ученые выяснили истинную причину смертей.
Вместе с рудами серебра в скалах Норвегии хранятся кобальтосодержащие минералы. В их состав входит мышьяк. Его летучий оксид выделяется при обжиге. Вещество токсично. Вот истинный убийца. Однако, у мышьяка уже было свое имя. Поэтому в честь Кобольда назвали связанный с ним металл. О нем и поговорим.
Химические и физические свойства кобальта
По температуре плавления близок к никелю. Элемент размягчается при 1494-х градусах. Кристаллическая решетка кобальта начинает меняться при нагреве до 427-ми по шкале Цельсия. Гексагональная структура преобразуется в кубическую. До 300-от градусов металл не окисляется, будь воздух сухим или влажным.
Не вступает элемент в реакции и со щелочами, разбавленными кислотами, не взаимодействует с водой. После 300-ой отметки на шкале Цельсия кобальт начинает окисляться, покрываясь желтоватой пленкой.
От температуры зависят и ферримагнитные свойства кобальта. До 1000 градусов он способен намагничиваться произвольно. Если нагрев продолжается, металл теряет это свойство. Стоит довести температуру до 3185-ти градусов, кобальт закипит. В тонкораздробленном виде элемент способен самовоспламеняться.
Достаточно лишь контакта с воздухом. Явление называется пирофорией. В каком виде на нее способен кобальт? Цвет порошка должен быть черным. Более крупные гранулы светлее и не загораются.
Основная характеристика кобальта – тягучесть. Она превышает показатели других металлов. Тягучесть сочетается с относительной хрупкостью, уступающей, к примеру, стали. Поэтому, металл с трудом куется. Ограничивает ли это применение элемента?
Применение кобальта
В чистом виде пригождается лишь радиоактивный изотоп элемента 60 Со. Он служит источником излучения в дефектоскопах. Это приборы, просвечивающие металлические изделия на предмет трещин и иных недочетов в них.
Медики тоже используют радиоактивный кобальт. Сплав методов ультразвуковой диагностики, терапии тоже зиждется на инструментах, в которые добавлен 27-ой элемент таблицы Менделеева.
Дуэт железо-кобальт фигурирует в некоторых марках нержавеющей стали. Они – конструктивный материал для атомных реакторов. Чтобы сталь стала подходящей для их производства, достаточно всего 0,05% 27-го элемента.
Больше кобальта примешивают к железу при изготовлении постоянных магнитов. В качестве лигатуры в сплавы добавляют никель, медь, лантан и титан. Наилучшие магнитные свойства имеют кобальтоплатиновые соединения, но они дорогостоящи.
Кобальт купить металлурги стремятся и для производства сплавов, устойчивых к воздействию кислот. Они нужны, к примеру, для нерастворимых анодов. В них 75% 27-го элемента, 13% кремния, 7% хрома и 5% марганца. По стойкости к соляной и азотной кислотам этот сплав превосходит даже платину.
Оксид кобальта, так же, активно используют в лакокрасочной сфере, производстве стекла и керамики. Сплавляясь с эмалью, закись металла образует силикаты и алюмосиликаты синих тонов. Наиболее известна смальта.
Это двойной силикат калия и кобальта. Фото одного из кувшинов, найденных в гробнице Тутанхамона, интересно археологам именно, как доказательство использования солей и оксидов 27-го элемента древними египтянами. Ваза расписана узорами синего цвета. Анализ показал, что в качестве красителя использован кобальт.
Добыча кобальта
Разведанных залежей кобальта должно хватить человечеству на 100 лет. С учетом океанических ресурсов, можно не испытывать дефицит элемента 2-3 столетия. На кобальт цены устанавливает Африка. В ее недрах сосредоточены 52% мировых запасов металла.
Еще 24% сокрыты в Тихоокеанском регионе. На Америку приходятся 17, а на Азию 7%. В последние годы разведаны крупные месторождения в России и Австралии. Это несколько изменило картину поставок 27-го элемента на мировой рынок.
Цена кобальта
Лондонская биржа цветных металлов. Вот где устанавливают мировые цены на кобальт. Отзывы о торгах и официальные сводки свидетельствуют, что за фунт просят около 26 000 рублей. Фунт – английская мера веса, равная 453-ем граммам. Рост стоимости 27-го элемента непрерывен начиная с 2004-го года.
С 2010-го года на Лондонской бирже начали торговать лотами по 1-ой тонне. Металл поставляется в стальных бочках по 100-500 килограммов. Весовое отклонение партии не должно превышать 2%, а содержание кобальта требуется на уровне 99,3%.
Металл успешен не только сам по себе. В тренде и цвет 27-го элемента. Не зря выпущен, к примеру, Шевроле Кобальт. Как и самородный металл, машина окрашена в серебристо-синеватый. Благородный окрас подчеркивает европейский характер машины. В базовой комплектации за нее просят около 600 000 рублей.
В эту сумму входит подогрев передних сидений. Задние складываются. Салон тканевый, в строю стеклоподъемники. Аудиоподготовка штатная. Можно купить машину, а можно почти 27 фунтов настоящего кобальта, — кому что нужнее.