Кобальт - Cobalt


Из Википедии, свободной энциклопедии

Кобальт,   27 Co
чипы кобальта
кобальт
Произношение / K б ɒ л т / ( слушать )Об этом звуке
Внешность трудно блестящий голубовато-серый металл
Стандартный атомный вес г, станд (Со) 58,933 194 (3)
Кобальт в периодической таблице
водород гелий
литий бериллий бор углерод азот кислород Фтор неон
натрий магниевый алюминий кремний фосфор сера хлор аргон
калий кальций Скандий титан Ванадий хром марганца Железо кобальт никель медь цинк галлий германий мышьяк Селен Бром криптон
Рубидий стронций Иттрий Цирконий ниобий молибден технеций Рутений Родий палладий Серебряный Кадмий Индий Банка сурьма Теллур йод ксенон
цезий барий Лантан церий празеодимий неодим Прометий Самарий европий гадолиний тербий диспрозий Holmium эрбий Тулий Иттербий Лютеций Гафний тантал вольфрам рений Осмий Иридий платиновый Золото Ртуть (элемент) таллий вести висмут Полоний Астат радон
Франций радий актиний торий протактиний Уран нептуний Плутоний Америций кюрий беркелий калифорний эйнштейний Fermium менделевий Нобелий Лоуренсий резерфордия Дубний сиборгия борий гания мейтнерий Darmstadtium рентгения Коперниций Nihonium Флеровий Moscovium Ливерморий Tennessine Oganesson
-

Co

Rh
железокобальтникель
Атомный номер ( Z ) 27
группа группа 9
период период 4
блок d-блок
категория Элемент   переходный металл
Электронная конфигурация [ Ar ] 3d 7 4s 2
Электроны в оболочке
2, 8, 15, 2
Физические свойства
Фаза на  STP твердый
Температура плавления 1768  К (1 495 ° С, 2723 ° F)
Точка кипения 3200 К (2927 ° С, 5301 ° F)
Плотность (около  к.т. ) 8,90 г / см 3
когда жидкость (при  тре ) 8,86 г / см 3
Теплота плавления 16,06  кДж / моль
Теплота парообразования 377 кДж / моль
Молярная теплоемкость 24,81 Дж / (моль · К)
Давление газа
Р  (Па) 1 10 100 1 к 10 к 100 к
при  Т  (К) 1790 1960 2165 2423 2755 3198
Атомные свойства
Окислительные состояния -3, -1, +1, +2 , +3 , +4, +5 (ые  амфотерный оксид)
Электроотрицательность Полинг шкала: 1,88
энергия ионизации
  • 1-й: 760,4 кДж / моль
  • 2-й: 1648 кДж / моль
  • Третий: 3232 кДж / моль
  • ( Более )
Радиус атома эмпирические: 125  м
радиус Ковалентного Низкая спина: 126 ± 3 вечера
Высокая спина: 150 ± 7 вечера
Цвет линии в спектральном диапазоне
Спектральные линии кобальта
Другие свойства
Естественное явление исконный
Кристальная структура гексагональной плотной упаковкой (ГЦК)
Шестигранная плотноупакованная кристаллическая структура кобальта
Скорость звука тонкого стержня 4720 м / с (при 20 ° C)
Тепловое расширение 13,0 мкм / (м · К) (при 25 ° C)
Теплопроводность 100 Вт / (м · К)
Электрическое сопротивление 62,4 nΩ · м (при 20 ° C)
Магнитное упорядочение ферромагнитный
Модуль для младших 209 ГПа
Модуль сдвига 75 ГПа
объемный модуль 180 ГПа
коэффициент Пуассона 0,31
твердость по Моосу 5.0
твердость по Виккерсу 1043 МПа
твердость по Бринеллю 470-3000 МПа
Количество CAS 7440-48-4
история
Открытие и первый изоляции Георг Брандт (1735)
Основные изотопы кобальта
Изотоп изобилие Период полураспада ( т 1/2 ) режим Decay Товар
56 Co син 77,27 г ε 56 Fe
57 Co син 271,79 г ε 57 Fe
58 Co син 70,86 г ε 58 Fe
59 Co 100% стабильный
60 Co син 5,2714 г β - , γ 60 Ni
| Рекомендации

Кобальт является химическим элементом с символом Co и атомный номер 27. Как никель, кобальт содержится в земной коре только в химически связанную форме, за исключением небольших месторождений , обнаруженных в сплавах природного метеоритного железа . Свободный элемент, произведенный путем восстановительных плавками , является жестким, блестящим, серебристо-серым металлом .

Cobalt на основе синих пигментов ( кобальт синий ) использовались с древних времен для ювелирных изделий и красок, а также для придания отличительный синий оттенок стекла, но цвет был позже подумал алхимиками , чтобы быть из - за известного металлического висмута . Шахтеры уже давно использовали название кобольды руды (немецкий для гоблинского руды ) для некоторых из голубого пигмента производства полезных ископаемых ; они были так названы , потому что они были бедны в известных металлах, и дали ядовитый мышьяк отработанного пары при выплавляют. В 1735 году были найдены такие руды приводимой к новому металлу (первый открытый с древних времен), и это в конечном счете , назван в честь кобольда .

Сегодня некоторые кобальта получают конкретно от одного из нескольких металлических руд-lustered, такие как, например , кобальтит (Co As S ). Элемент , однако , более обычно получают в качестве побочного продукта из меди и никеля добычи. Медный пояс в Демократической Республике Конго (ДРК) и Замбии дает большую часть мирового производства кобальта. Одна ДРК приходится более 50% мирового производства в 2016 году (123,000 тонн), в соответствии с природных ресурсов Канады .

Кобальт в основном используется в производстве магнитной , износостойких и высокопрочных сплавов . Силиката соединения кобальта и кобальта (II) , алюминат (уголь 2 O 4 , синий кобальт) дает характерный глубокий синий цвет для стекла , керамики , красок , красок и лаков . Кобальт происходит естественным образом, как только один стабильные изотопы , кобальт-59. Кобальт-60 является коммерчески важным радиоизотопных, используется в качестве радиоактивного индикатора и для производства высокой энергии гамма - лучей .

Кобальт является активным центром группы коферментов называется кобаламины . витамин B 12 , наиболее известный пример такого типа, является одним из важнейших витаминов для всех видов животных. Кобальт в неорганической форме также микроэлементы для бактерий , водорослей и грибов .

Характеристики

образец чистого Cobolt
Блок электролитически рафинированного кобальта (99,9% чистоты) вырезать из большой пластины

Кобальт является ферромагнитным металлом с удельным весом 8,9. Температура Кюри является +1115 ° С (2039 ° F) , и магнитный момент равен 1,6-1,7 магнетонов Бора на атом . Кобальт имеет относительную проницаемость две трети от железа . Металлический кобальт происходит в виде двух кристаллических структур : ГПУ и ГЦК . Идеальная температура перехода между ГПУ и ГЦК структур составляет 450 ° С (842 ° F), но на практике разность энергий между ними настолько мало , что случайное срастание двух является общим.

Кобальт является слабо восстанавливающим металлом , который защищен от окисления с помощью пассивирующих оксидной пленки. Он подвергается нападению галогенами и серой . Нагрев в кислороде производит Co 3 O 4 , который теряет кислород при 900 ° C (1650 ° F) с получением указанного в монооксиде Его. Металл реагирует с фтором ( F 2 ) при 520 К , чтобы дать CoF 3 ; с хлором ( Cl 2 ), бром ( Br 2 ) и йодом ( I 2 ), производя эквивалентные двоичные галогениды . Это не реагирует с газообразным водородом ( Н 2 ) или газообразного азота ( N 2 ) , даже при нагревании, но он вступает в реакцию с бором , углеродом , фосфора , мышьяка и серы. При обычных температурах, он медленно реагирует с минеральными кислотами , и очень медленно , с влажным, но не с сухим воздухом,.

соединений

Общие состояния окисления кобальта включают в себя +2 и +3, хотя соединения с состояниями окисления в диапазоне от -3 до +5 также известны. Общее состояние окисления для простых соединений +2 (кобальта (II)). Эти соли образуют розовый цвет металла aquo комплекса [Co (H 2 O) 6 ] 2+ в воде. Добавление хлорида дает интенсивно синий [CoCl
4
] 2-
, В буры шарик испытания пламени , кобальт показывает темно - синим в обоих окислителей и восстановителей пламени.

Кислород и халькоген соединение

Некоторые оксиды кобальта известны. Зеленый кобальт (II) , оксид (Ий) имеет каменную соль структуры. Это легко окисляется с водой и кислородом до коричневого гидроксида кобальта (III) (Со (ОН) 3 ). При температурах 600-700 ° С, СоО окисляется до синего кобальта (II, III) оксид (Co 3 O 4 ), который имеет шпинели структуру. Черный оксид кобальта (III) (Со 2 О 3 ) также известен. Оксиды кобальта антиферромагнитного при низкой температуре : CoO ( температура Нееля 291 К) и Co 3 O 4 (температура Нееля: 40 К), которое аналогично магнетита (Fe 3 O 4 ), со смесью +2 и +3 окисления состояния.

Основные халькогениды кобальта включают в себя черный кобальт (II) сульфиды , CoS 2 , который принимает пирит -подобной структуру и кобальт (III) , сульфид (Со 2 S 3 ).

Галогениды

фиолетовая груда силы Cobalt (II) хлорид-Гексагидрад
Кобальт (II), гексагидрат хлорида

Четыре дигалогениды кобальта (II) , известны: кобальт (II) фторид (COF 2 , розовый), кобальта (II) хлорид (CoCl 2 , синий), кобальта (II) бромид (COBR 2 , зеленый), кобальта (II) , йодида (ИСП 2 , сине-черный цвет). Эти галогениды существуют в безводных и гидратированных формах. В то время как безводный дихлорид синего цвета, гидрат имеет красный цвет.

Восстановительный потенциал для реакции Co 3+
+ Е -Co 2+
это 1,92 В, кроме того для хлора к хлориду, 1,36 В. Следовательно, кобальт (III) и хлорид приведет к кобальта (III) сводится к кобальта (II). Поскольку восстановительный потенциал для фтора фторида к настолько высок, 2,87 В, кобальт (III) , фторид является одним из нескольких простых стабилен кобальта (III) соединений. Кобальт (III) , фторид, который используется в некоторых реакциях фторирования, энергично реагирует с водой.

Координационные соединения

Что же касается всех металлов, молекулярные соединения и многоатомные ионы кобальта, классифицируются как координационных комплексов , то есть, молекулы или ионы , которые содержат кобальт , связанный с несколькими лигандами . Принципы электроотрицательности и твердость-мягкость ряда лигандов могут быть использованы для объяснения обычного состояния окисления кобальта. Например, Co +3 комплексы имеют тенденцию к аммиакату лиганды. Поскольку фосфор является более мягким , чем азот, фосфиновые лиганды , как правило, имеют в мягкий Со 2+ и Co + , примером чего является трис (трифенилфосфин) кобальта (I) , хлорид ((Р (С 6 Н 5 ) 3 ) 3 CoCl). Более электроотрицательный (и труднее) оксид и фторид могут стабилизировать Co 4+ и Co 5+ производные, например , цезий hexafluorocobaltate (Cs 2 COF 6 ) и калий percobaltate (K 3 Их 4 ).

Альфред Вернер , нобелевская-призовой пионер в области координационной химии , работал с соединениями эмпирической формулы [Со (NH 3 ) 6 ] 3+ . Один из изомеров , определенных был кобальт (III) , хлорид гексаммина . Этот координационный комплекс, типичный Werner типа комплекс, состоит из центрального атома кобальта координирован шесть аммиакатных ортогональных лигандов и три хлорида противоионов. Использование хелатирующий этилендиамина лигандов вместо аммиака дает трис (этилендиамин) кобальта (III) ([Со (ен) 3 ] 3+ ), который был одним из первых координационных комплексов , которые будут разделены на оптические изомеры . Комплекс существует в правой и левой рукой форм «три пропеллером». Этот комплекс был впервые выделен в виде желтого Werner-золотых игольчатых кристаллов.

металлоорганические соединения

Структура тетракис (1-норборнил) кобальта (IV),

Кобальтоцена является структурным аналогом к ферроцену , кобальт вместо железа. Кобальтоцен гораздо более чувствителен к окислению , чем ферроцен. Кобальт карбонил ( Co 2 (CO) 8 ) представляет собой катализатор , в карбонилирования и гидросилилирование реакций. Витамин B 12 (см ниже ) представляет собой металлоорганическое соединение в природе и является единственным витамином , который содержит атом металла. Пример alkylcobalt комплекса в противном случае необычного состояния окисления +4 кобальта является гомолептическими комплекс тетракис (1-норборнил) кобальт (IV)  [ де ] (Со (1-Норб) 4 ), переходный металл-алкил комплекс, отличаются своей устойчивостью к бета-водород ликвидации . Кобальта (III) и кобальта (V) комплексов [Li (ТГФ) 4 ] + [Со (1-Норб) 4 ] - и [Со (1-Норб) 4 ] + [BF 4 ] - также известны.

Изотопы

59 Co является единственным стабильным кобальтом изотопом и единственным изотопом , который существует естественно на Земле. Двадцать два радиоизотопов были охарактеризованы; наиболее стабильной, 60 Co имеет период полураспада от 5.2714 лет, и 57 Co имеет период полураспада 271,8 дней, 56 Со полураспада от 77.27 дней, и 58 Со полураспада от 70,86 дней. Все остальные радиоактивные изотопы кобальта имеют периоды полураспада меньше 18 часов, и в большинстве случаев короче , чем на 1 секунду. Этот элемент также имеет 4 мета - состояния , все из которых имеют период полураспада короче , чем 15 минут.

Изотопы кобальта в диапазоне атомным весом от 50 U ( 50 Со) 73 и ( 73 Co). Первичный режим распада изотопов с атомной единицей массы значения меньше , чем у наиболее распространенного стабильного изотопа, 59 Co, является захват электронов и основной режим распада в изотопах с атомной массой более 59 атомных единицами массы является бета - распадом . Первичные продукты распада ниже 59 Co являются элементом 26 ( железо ) изотопов; выше , что продукты распада имеют элемент 28 (никель) изотопы.

история

кобальт синий китайский фарфор
Ранний китайский синий и белый фарфор, изготовленный с. 1335

Кобальтовые соединения были использованы на протяжении веков , чтобы придать богатый синий цвет стекла , глазури и керамику . Кобальт был обнаружен в египетской скульптуре, персидской украшений из третьего тысячелетия до нашей эры, в развалинах Помпеи , разрушенный в 79 г. н.э., и в Китае, начиная с династии Тан (618-907 н.э.) и династии Мин (1368-1644 ОБЪЯВЛЕНИЕ).

Кобальт используется для окраски стекла с бронзового века . Раскопки кораблекрушения Uluburun дали слиток синего стекла, литые в течение 14 века до нашей эры. Синий стекла из Египта был либо окрашенное меди, железа, или кобальта. Старейшей кобальта цвета стекла с восемнадцатой династии Египта (1550-1292 до н.э.). Источник кобальта используются Египтяне не известен.

Слово кобальт происходят от немецкого Кобальта , от кобольдов означает «гоблин», суеверный термин , используемый для руды кобальта шахтеров. Первые попытки плавить эти руды для меди или никеля не удались, получая порошок просто (кобальт (II) оксид) вместо. Поскольку первичные руды кобальт всегда содержат мышьяк, выплавки руд окисляют мышьяк в высокотоксичный и летучий оксид мышьяка , добавляя к известности руды.

Шведский химик Георг Брандт (1694-1768) приписывают открытие кобальта около 1735, показывая , что это ранее неизвестный элемент, отличный от висмута и других традиционных металлов. Брандт назвал его новым «полу-металл». Он показал , что соединения металлического кобальта были источником синего цвета в стекле, которые ранее были отнесены к висмуту найденного с кобальтом. Cobalt стал первым металлом , чтобы быть обнаруженным с доисторического периода. Все другие известные металлы (железо, медь, серебро, золото, цинк, ртуть, олово, свинец и висмут) не были записанных открывателей.

В течение 19 - го века, значительная часть мирового производства из синего кобальта (красителя сделаны с соединениями кобальта и оксида алюминия) и смальты ( кобальт стекла порошкообразных для использования в целях пигмента в керамике и живописи) была проведена в норвежской Blaafarveværket . Первые шахты для производства смальты в 16 - м веке были расположены в Норвегии, Швеции, Саксонии и Венгрии. С открытием кобальтовых руд в Новой Каледонии в 1864 году, добыча кобальта в Европе снизилась. С открытием рудных месторождений в Онтарио , Канада в 1904 году и открытие более крупных месторождений в провинции Катанга в Конго в 1914 году, горнодобывающие снова сдвинуты. Когда Шаба конфликт начался в 1978 году, медные рудники провинции Катанга почти прекратили производство. Влияние на экономику мира кобальта из этого конфликта было меньше , чем ожидалось: кобальт является редким металлом, пигмент обладает высокой токсичностью, а промышленность уже созданы эффективные способы утилизации кобальтовых материалов. В некоторых случаях, промышленность была в состоянии изменить альтернативы кобальта бесплатно.

В 1938 году Джон Livingood и Сиборг открыл радиоизотопный кобальт-60 . Этот изотоп был классно использован в Колумбийском университете в 1950 - е годы для установления контроля четности нарушения в радиоактивном бета - распаде .

После Второй мировой войны, США хотели , чтобы гарантировать поставку кобальтовой руды для использования в военных целях (как немцы делали) и разведанный кобальт в пределах границ США. Достаточный запас руды был найден в Айдахо возле Blackbird каньона в сторону горы. Фирма Калера Mining Company начала производство на месте.

Вхождение

Стабильная форма кобальта производятся в сверхновых через г-процесс . Она включает в себя 0,0029% земной коры . Свободный кобальт ( самородок ) не найден на Земле из - за кислорода в атмосфере и хлора в океане. Оба достаточно распространены в верхних слоях земной коры , чтобы предотвратить самородный металл кобальт от формирования. За исключение случаев , недавно доставленные в метеоритном железе, чистый кобальт в нативной форме металла неизвестен на Земле. Элемент имеет среднее изобилие , но природные соединения кобальта многочисленны и небольшие количества соединений кобальта найдены в большинстве пород, почвах, растениях и животных.

В природе, кобальт часто ассоциируется с никелем . Оба являются характерными компонентами метеоритного железа , кобальта , хотя гораздо менее распространены в железных метеоритах , чем никель. Как и в случае никеля, кобальта в метеоритного железа сплавов , возможно, были достаточно хорошо защищены от кислорода и влаги , чтобы оставаться в виде свободного (но легированной) металла, хотя ни один элемент виден в той форме , в древней земной коры.

Кобальт в форме соединений происходит в медно-никелевых минералах. Это главный металлический компонент , который соединяется с серой и мышьяком в сульфидного кобальтите (CoAsS), саффлорит (COAS 2 ), глаукодот ((Со, Fe) AsS) и скуттерудит (COAS 3 ) минералы. Минерал cattierite похож на пирит и происходит вместе с vaesite в медных месторождениях провинции Катанга . Когда он достигает атмосферы, выветривание происходит; сульфидные минералы окисляются и образуют розовый эритрит ( "кобальтовый взгляд": Co 3 (ASO 4 ) 2 · 8Н 2 O ) и сферокобальтит (Coco 3 ).

Кобальт также является составной частью табачного дыма . Растение табака легко поглощает и накапливает тяжелые металлы , как кобальт из окружающей почвы в листах. Они впоследствии вдыхается во время курения табака .

производство

Cobolt руды образца
Кобальт руды
производство Cobolt в 1000 тонн по годам
тенденция Мировое производство
Производство Cobalt шахты (2017) , а также запасы в тоннах в соответствии с USGS
Страна производство резервы
 ДР Конго 64000 3500000
 Россия +5600 250000
 Австралия 5000 1200000
 Канада +4300 250000
 Куба +4200 500000
 Филиппины 4000 280000
 Мадагаскар +3800 150000
 Папуа - Новая Гвинея +3200 51000
 Замбия +2900 270000
 Новая Каледония +2800 -
 Южная Африка 2500 29000
 Соединенные Штаты 650 23000
Другие страны 5900 560000
Всего в мире 110000 7100000

Основные руды кобальта кобальтин , эритрит, глаукодот и скуттерудит (смотри выше), но большинство кобальта получают восстановлением кобальта побочные продукты никеля и меди добычи и плавки .

Так как кобальт обычно получают в качестве побочного продукта, подачу кобальта зависит в значительной степени от экономической целесообразности меди и никеля добычи на данном рынке. Спрос на кобальт, согласно прогнозам, вырастет на 6% в 2017 году.

Существуют несколько способов , чтобы отделить кобальт из меди и никеля, в зависимости от концентрации кобальта и точного состава используемой руды . Один метод пенной флотации , в которой поверхностно -активные вещества связываются с различными компонентами руды, что приводит к обогащению руд кобальта. После обжарки преобразует руды в сульфат кобальта , а также медь и железо окисляются до оксида. Выщелачивание с водой извлекает сульфат вместе с арсенатами . Остатки дополнительно выщелачивают серной кислоты , с получением раствора сульфата меди. Кобальт также может быть вымываются из шлака из выплавки меди.

Продукты вышеуказанных процессов преобразуются в оксид кобальта (Co 3 O 4 ). Этот оксид восстанавливает до металла с помощью алюминотермии или восстановления с углеродом в доменной печи .

извлечение кобальта

Геологическая служба США оценивает мировые запасы кобальта на 7,100,000 метрических тонн. Демократическая Республика Конго (ДРК) в настоящее время производит 63% мирового кобальта. Эта доля рынка может достичь 73% к 2025 году , если запланированные расширения по производителям горно как Glencore Plc имеют место , как и ожидалось. Но к 2030 году мировой спрос может быть в 47 раз больше , чем это было в 2017 году, Bloomberg New Energy Finance оценила.

Изменения, внесенные в Конго горного законодательства в 2002 году привлекли новые инвестиции в конголезских меди и кобальта проектов. Mutanda шахты Glencore в погружено 24500 тонн кобальта в прошлом году, 40% продукции Конго ДРК и почти четверть мирового производства. Горный проект Катанга Glencore является возобновление, а также и должен производить 300000 тонн меди и 20000 тонн кобальта к 2019 году, в соответствии с Glencore.

Демократическая Республика Конго

В 2005 году крупнейший производитель кобальта были месторождения меди в Демократической Республике Конго «s провинции Катанга . Ранее Шаба область, площадь была почти 40% мировых запасов, сообщает Геологическая служба Великобритании в 2009 году К 2015 году , Демократическая Республика Конго (ДРК) поставляется 60% мирового производства кобальта, 32000 тонн на $ 20000 до $ 26000 за тонну. Недавний рост производства может , по крайней мере , частично это связано , как низко добыча производства упал в очень жестоких гражданских войн ДСБ Конго в начале 2000 - х годов, или к изменениям в стране , внесенных в его добычного в 2002 году с целью поощрения иностранных и многонациональных инвестиций и которые сделали принести в число инвесторов, в том числе Glencore .

Кустарные поставляется 10% до 25% от производства ДРК. Некоторые 100000 кобальта шахтеры в Конго ДРК использовать ручные инструменты , чтобы вырыть сотни футов, с небольшим планированием и меньшим количеством мер безопасности, говорят работники и правительства и НПО должностных лиц, а также Вашингтон Пост наблюдения Отчетные на посещение отдельных шахт. Отсутствие мер безопасности часто приводит к травмам или смерти. Горные загрязняют окрестности и предоставляет местную фауну и коренные общины токсичных металлов считаются, вызывают врожденные дефекты и проблемы с дыханием, по мнению органов здравоохранения.

Правозащитники утверждают, и журналистские расследования сообщило подтверждение, что детский труд используется в добыче кобальта из африканских кустарных шахт . Это открытие побудило сотовый телефон производитель Apple Inc. , 3 марта 2017 года, чтобы прекратить покупать руду от таких поставщиков, как Чжэцзян Huayou Cobalt , которые источник из кустарных шахт в ДРК, и начать использовать только поставщик, которые проверяются , чтобы удовлетворить свои стандарты на рабочее место.

Политическая и этническая динамика региона имеет в прошлом вызвало ужасные вспышки насилия и года вооруженных конфликтов и перемещенных лиц. Эта нестабильность повлияла на цену кобальта, а также создали порочные стимулы для комбатантов в Первой и Второй Конго войны продлить борьбу, так как доступ к алмазным рудникам и другие ценные ресурсы помогли финансировать свои военные цели-которые часто составили геноциду-и обогащен сами бойцы. В то время как ДР Конго в 2010s недавно не была захвачена соседними вооруженными силами, некоторые из самых богатых месторождений полезных ископаемых, примыкают районы, где тутси и хуту по-прежнему часто вступают в противоречие, брожение продолжается, хотя и в меньших масштабах, и беженцы по-прежнему бегут вспышки насилия.

Кобальт извлекается из небольших конголезских артизанальных усилий в 2007 году поставил единственную китайскую компанию, Конго DONGFANG International Mining. Дочерняя Чжэцзян Huayou Кобальт , один из крупнейших в мире производителей кобальта, Конго DONGFANG поставляется кобальт некоторые из крупнейших в мире производителей аккумуляторных батарей, которые производятся батареи для вездесущих продуктов , как Apple , айфонов . Корпоративные благочестию о этической цепи поставок , таким образом встречены с некоторым скептицизмом. Ряд наблюдателей призвали технологические корпорации и другие производитель , чтобы избежать поиска конфликтных металлов в Центральной Африке на всех , а не риск позволяет финансовую эксплуатацию, права человека злоупотребление , как похищения людей для несвободного труда , разрушения окружающей среды и человеческих жертв насилия, нищета и токсические условия.

Mukondo Горный проект, которым управляет Центрально - Африканская горно-геологическая компания (CAMEC) в провинции Катанга , может быть самым богатым запас кобальта в мире. Это произвело примерно треть от общего мирового COVAL производства в 2008 г. В июле 2009 года CAMEC объявила долгосрочное соглашение на поставку всей годовой добычи кобальта концентрата из Mukondo горы в Чжэцзян Galico кобальтовых и никелевых материалов Китая.

В феврале 2018 года, глобальное управление активами фирма AllianceBernstein определил ДРК экономически « Саудовская Аравия электрического возраста транспортного средства,» из - за его кобальтовые ресурсы, важное значение для литий-ионных батарей , которые управляют электрическими транспортными средствами .

9 марта 2018 года, президент Джозеф Кабила обновил код 2002 добычи, увеличение сборов роялтих и декларирование кобальта и колтаны «стратегические металлы».

Канада

В 2017 году, некоторые геологоразведочные компании планируют обследовать старые серебряные и кобальтовые рудники в районе Кобальт, Онтарио , где значительные месторождения , как полагают, лежат. Мэр Cobalt заявил , что люди Cobalt приветствовали новые добывающие усилия и отметили, что местная рабочая сила является мирной и говорящим по -английски, и хорошей инфраструктура позволит значительно легче сорсинг запасных частей для оборудования или других материалов , чем должны были быть находится в конфликтных зонах.

Приложения

Кобальт был использован в производстве сплавов высокой производительности. Он также может быть использован для аккумуляторных батарей, а также появление электрических транспортных средств, и их успеха у потребителей, вероятно, имеет много общего с парящим производством ДРК. Другими важными факторами были 2002 Mining Кодекс, поощряются инвестиции иностранных и транснациональных корпораций, таких как Glencore, и к концу Первой и Второй Конго войны.

сплавы

Cobalt на основе жаропрочные исторически потребляли большую часть кобальта , полученного. Температурная стабильность этих сплавов делает их пригодными для турбинных лопаток газовых турбин авиационных и реактивных двигателей , хотя на основе никеля монокристаллические сплавы превосходят их по производительности. Кобальтовые сплавы на основе также коррозии - и износостойкий, что делает их, как титан , полезные для изготовления ортопедических имплантатов , которые не изнашиваются с течением времени. Развитие износостойких сплавов кобальта началось в первом десятилетии 20 - го века с стеллитом сплавами, содержащим хром с переменным количеством вольфрама и углерода. Сплавы с хрома и вольфрама , карбидов , очень трудно и износостойкие. Специальные кобальт-хром молибдена сплавы , такие как Vitallium используются для протезных частей (бедра и коленного суставов). Кобальтовые сплавы также используется для зубных протезов в качестве полезного заменителя никеля, который может быть аллергенным. Некоторые быстрорежущие стали также содержит кобальт для увеличения тепла и износостойкость. Специальные сплавы алюминия, никеля, кобальта и железа, известный как алнико и самария и кобальта ( самарий-кобальт магнит ) используются в постоянных магнитов . Он также сплавляют с 95% платины для ювелирных изделий, с получением сплава , пригодного для тонкой отливки, который также немного магнитными свойствами .

батареи

Оксид лития - кобальта (LiCoO 2 ) широко используется в литий-ионных батарей катодов. Материал состоит из слоев оксида кобальта с литием интеркалированным . Во время разрядки литий высвобождается в виде ионов лития. Никель-кадмиевые (NiCd) и никель - металлгидридные (NiMH) батареи также включают кобальт для улучшения окисления никеля в батарее. Прозрачность рынок оценивает глобальный литий-ионный аккумулятор рынка на $ 30 млрд в 2015 году и прогнозируется рост до более US $ 75 млрд к 2024 году.

Хотя в 2018 году большинство кобальта в батареях используются в мобильном устройстве, более свежее приложение для кобальта аккумуляторы для электромобилей. Эта отрасль увеличилась в пять раз его спрос на кобальт, что делает его срочно найти новое сырье в более стабильных районах мира. Ожидается , что спрос продолжит или увеличение как распространенность электрических транспортных средств увеличивается. Исследование в 2016-2017 год включало в себя область вокруг Кобальта, Онтарио , в районе , где много серебряных рудников упразднены несколько десятилетий назад.

Так как ребенок и рабский труд неоднократно сообщались в добыче кобальта, в основном в кустарных шахтах ДР Конго, технологические компании, стремящиеся этические цепи поставок столкнулись с нехваткой этого сырья и цена металлического кобальта достигла максимум в девяти лет в октябре 2017, более чем $ 30 за фунт, по сравнению с $ 10 долларов США в конце 2015 года.

Катализаторы

Несколько соединений кобальта являются катализаторами окисления. Кобальт ацетат используется для преобразования ксилола в терефталевую кислоту , предшественник объемного полимера полиэтилентерефталата . Типичные катализаторы являются кобальт карбоксилаты (известный как мыла кобальта). Они также используются в красках, лаках, и чернила , как «сушка» через агентов окисления высыхающих масел . Те же карбоксилаты используются для улучшения адгезии между сталью и резиной в стальной подпоясанный радиальных шин. Кроме того , они используются в качестве ускорителей в полиэфирных смол систем.

Катализаторы на основе кобальта используются в реакциях с участием монооксида углерода . Кобальт также является катализатором в процессе Фишера-Тропша для гидрирования монооксида углерода в жидком топливе. Гидроформилирование из алкенов часто использует кобальт октакарбонил в качестве катализатора, хотя оно часто заменяется более эффективным иридием и катализаторами на основе родия, например , в процессе Cativa .

Гидродесульфуризации из нефти используют катализатор , полученный из кобальта и молибдена. Этот процесс помогает очистить нефти от примесей серы , которые мешают при переработке жидких топлив.

Пигменты и красители

полка с голубыми стеклянными сосудами
Кобальт синий стекло
синяя стеклянная бутылка с шеей
Кобальт-цветное стекло

До 19 - го века, кобальт был в основном используется в качестве пигмента. Он был использован со времен средневековья , чтобы сделать смальту , синий цвета стекла. Смальта получают путем плавления смеси жареного минерального smaltite , кварца и карбоната калия , что дает темно - синий силикатное стекло, которое тонко измельчают после производства. Смальта была широко используется для цветного стекла , а в качестве пигмента для картин. В 1780 году Свен Ринман обнаружен кобальт зеленый , а в 1802 году Тенар обнаружил синий кобальт. Кобальтовые пигменты , такие как синий кобальт (алюминат кобальта), небесно - синий (кобальт (II) станнат), различные оттенки кобальта зеленого цвета (смесь кобальт (II) оксид и оксид цинка ) и кобальт фиолетовых ( кобальт фосфат ) используются в качестве пигменты художника из - за их превосходной хроматической стабильности. Aureolin (кобальт желтый) в настоящее время в значительной степени заменены на более светостойких желтых пигментов.

радиоизотопы

Кобальт-60 (Со-60 или 60 Co) , является полезным в качестве источника гамма-излучения , так как они могут быть произведены в предсказуемом количестве и высокой активности при бомбардировке кобальта с нейтронами . Он производит гамма - излучение с энергией 1,17 и 1,33  МэВ .

Кобальт используются в наружной лучевой терапии , стерилизации медицинских принадлежностей и медицинских отходов, радиационной обработка пищевых продуктов для стерилизации (холодная пастеризация ), промышленной радиографии (например , сварные рентгенограммы целостности), измерение плотности (например , измерение плотности бетона), а высота переключателей наполнения бака , Металл имеет неудачное свойство производить мелкую пыль, вызывая проблемы с радиационной защитой . Кобальт от радиотерапии машин была серьезная опасность , если не отбрасываются должным образом, и один из самых страшных аварий радиационного загрязнения в Северной Америке произошло в 1984 году, когда отбрасываются блок радиотерапии , содержащий кобальт-60 был ошибочно разобранного в свалке в Хуарес, Мексика.

Кобальт-60 имеет радиоактивный период полураспада 5,27 года. Потеря потенции требует периодической замены источника в лучевой терапии и является одной из причин , почему кобальт машина была в основном заменена линейными ускорителями в современной лучевой терапии. Кобальт-57 (Со-57 или 57 Co) , представляет собой радиоактивный изотоп кобальта наиболее часто используется в медицинских тестах, в качестве радиоактивной метки для витамина В 12 поглощения, и для теста Шиллинга . Кобальт-57 используется в качестве источника в мессбауэровской спектроскопии и является одним из нескольких возможных источников в рентгеновских флуоресцентных приборах.

Конструкции ядерного оружия может намеренно включать 59 Co, некоторые из которых будут активированы в ядерном взрыве , чтобы произвести 60 Ко 60 Co, диспергируется в виде радиоактивных осадков , иногда называют кобальт бомба .

Другие области применения

Биологическая роль

два кобальта-дефицитная овца отвернувшись от камеры
Кобальт-дефицитная овца

Кобальт необходим для метаболизма всех животных . Это является ключевым компонентом кобаламина , также известным как витамин B 12 , первичным биологическим резервуар кобальта в качестве элемента ultratrace . Бактерии в желудках жвачных животных преобразовать соли кобальта в витамине B 12 , соединение , которое может быть произведено только бактериями или архебактерий . Минимальное присутствие кобальта в почвах , следовательно , значительно улучшает здоровье выпаса животных, и поглощение 0,20 мг / кг в день рекомендуется , потому что они не имеют никакого другого источника витамина B 12 .

В начале 20 - го века, во время развития сельского хозяйства на Северном острове вулканическом плато Новой Зеландии, крупный рогатый скот страдал от того, что было названо «куст болезни». Было обнаружено , что вулканические почвы не хватало соли кобальта , необходимых для крупного рогатого скота пищевой цепи.

«Болезнь побережья» овец в Девяносто Mile пустыне на юго - востоке от Южной Австралии был обнаружен в 1930 - е годы берут свое начало в питательных дефицитов микроэлементов кобальта и меди. Дефицит кобальта был преодолен развитием «кобальтовых пуль», плотных гранулы оксида кобальта , смешанный с глиной пероральна для проживания в животном рубца .

Белки на основе кобаламином использовать коррин провести кобальт. Кофермент B 12 имеет реактивный C-Co - связь , которая участвует в реакции. У человека, В 12 имеют два типа алкильного лиганда : метил и аденозил. МИБ 12 способствует метиловые (-CH 3 ) групповые трансферы. Версия аденозила из B 12 катализирует перестановки , в которых атом водорода передается непосредственно между двумя соседними атомами с сопутствующим обменом второго заместителя, X, который может представлять собой атом углерода с заместителями, атом кислорода , спирта или амин. Метилмалонил кофермент А мутазы (MUT) преобразует MML-КоА в Су-КоА , является важным шагом в извлечении энергии из белков и жиров.

Несмотря на то, гораздо реже , чем другие металлопротеинов (например , те , цинка и железа), другие cobaltoproteins известны , кроме B 12 . Эти белки включают метионинаминопептидазы 2 , фермент , который происходит в организме человека и других млекопитающих , которые не используют Корриновое кольцо B 12 , но связывает кобальт непосредственно. Другой не-коррин кобальт фермент представляет собой нитрилгидратаз , фермент в бактерий , которые усваивают нитрилы .

Меры предосторожности

кобальт
опасности
СГС пиктограммы Пиктограмма опасности для здоровья в глобальном уровне системы классификации и маркировки химических веществ (СГС)
сигнальное слово СГС Опасность
H317 , H334 , H413
Р261 , Р280 , Р342 + 311
NFPA 704
Flammability code 0: Will not burn. E.g., water Health code 2: Intense or continued but not chronic exposure could cause temporary incapacitation or possible residual injury. E.g., chloroform Reactivity code 0: Normally stable, even under fire exposure conditions, and is not reactive with water. E.g., liquid nitrogen Special hazards (white): no codeNFPA 704 четыре цвета алмаза
0
2
0

Кобальт является важным элементом для жизни в небольших количествах. LD 50 значение растворимых солей кобальта, по оценкам, составляет от 150 до 500 мг / кг. В США, Управление по охране труда и здоровья (OSHA) назначил предел допустимого воздействия (PEL) на рабочем месте , как взвешенная по времени среднего (TWA) 0,1 мг / м 3 . Национальный институт профессиональной безопасности и здоровья (NIOSH) установила предел рекомендуется экспозиции (REL) 0,05 мг / м 3 , взвешенная по времени среднего. IDLH (сразу опасен для жизни и здоровья) значения составляет 20 мг / м 3 .

Однако, хронический прием пища кобальта вызвала серьезные проблемы со здоровьем в дозах , значительно меньше , чем смертельная доза. В 1966 году добавление соединений кобальта для стабилизации пива пены в Канаде привело к своеобразной форме токсин-индуцированной кардиомиопатии , которая стала известна как кардиомиопатии пивной пьющего .

Это вызывает проблемы с дыханием при вдыхании. Это также вызывает проблемы кожи при прикосновении; после того, как никель и хром, кобальт является основной причиной контактного дерматита . Эти риски , с которыми сталкиваются шахтеры кобальта.

Кобальт может быть эффективно поглощаются костей обугленных свиней; Однако, этот процесс ингибируется медью и цинком, которые имеют большее сродство к крупке.


Смотрите также

дальнейшее чтение

  • Харпер, ЕМ; Кавлак, G .; Graedel, TE (2012). «Отслеживание металла гоблинов: цикл Cobalt по использованию». Environmental Science & Technology . 46 (2): 1079-86. DOI : 10.1021 / es201874e . PMID  22142288 .
  • Narendrula, R .; Nkongolo, KK; Беккет, P. (2012). «Сравнительный анализ металла почвы в Садбери (Онтарио, Канада) и Лубумбаши (Катанга, DR-Конго)». Бюллетень загрязнения окружающей среды и токсикологии . 88 (2): 187-92. DOI : 10.1007 / s00128-011-0485-7 . PMID  22139330 .
  • Пауэлс, Н .; Pettenati, М .; Greffié, C. (2010). «Совокупный эффект заброшенных шахт и сельское хозяйство по химии подземных вод». Журнал загрязнитель гидрологии . 115 (1-4): 64-78. DOI : 10.1016 / j.jconhyd.2010.04.003 . PMID  20466452 .
  • Bulut, G. (2006). «Восстановление меди и кобальта из древнего шлака». Управление отходов и исследование: Журнал Международных твердых отходов и ассоциации общественных очищающие, ISWA . 24 (2): 118-24. DOI : 10,1177 / 0734242X06063350 . PMID  16634226 .
  • Джефферсон, JA; Эскудеро, Е .; Уртадо, ME; Pando, J .; Тапиа, R .; Свенсон, ER; Prchal, J .; Шрайнер, ГФ; Schoene, РБ; Хуртадо, A .; Джонсон, RJ (2002). «Чрезмерная эритроцитоз, хроническая горная болезнь и сывороточные уровни кобальта». Lancet . 359 (+9304): 407-8. PMID  11844517 .
  • Løvold, TV; Haugsbø, Л. (1999). «Кобальт горно - обогатительный комбинат - диагнозы 1822-32». Tidsskrift для Den Norske Laegeforening: Tidsskrift для Praktisk Medicin, NY Raekke . 119 (30): 4544-6. PMID  10827501 .
  • Птица, GA; Hesslein, RH; Миллс, KH; Шварц, WJ; Тернер, MA (1998). «Биоаккумуляции радионуклидов в оплодотворенных Канадский щит озерных котловин». Наука Общей среды . 218 (1): 67-83. PMID  9718743 .
  • Nemery, В. (1990). «Токсичность металлов и дыхательные пути». Европейский журнал респираторных заболеваний . 3 (2): 202-19. PMID  2178966 .
  • Kazantzis, G. (1981). «Роль кобальта, железа, свинца, марганца, ртути, платины, селена и титана в канцерогенезе» . Экологические перспективы здоровья . 40 : 143-61. DOI : 10,1289 / ehp.8140143 . PMC  1568837 . PMID  7023929 .
  • Керфут, EJ; Фредрик РГ; Domeier, Е. (1975). «Исследования металлов ингаляционных Cobalt на миниатюрной свиньи». Американский журнал промышленной гигиены Ассоциация . 36 (1): 17-25. DOI : 10,1080 / 0002889758507202 . PMID  1111264 .

Рекомендации

внешняя ссылка