Đặc điểm, tính chất lý hóa học của kim loại Coban

Cobalt là một kim loại sáng bóng, dễ vỡ, được sử dụng để sản xuất các hợp kim mạnh, ăn mòn và chịu nhiệt, nam châm vĩnh cửu và kim loại cứng.

Tính chất

Ký hiệu nguyên tử: Co
Số nguyên tử: 27
Khối lượng nguyên tử: 58,93g / mol
Loại nguyên tố: Kim loại chuyển tiếp
Mật độ: 8,86g / cm3 ở 20 ° C
Điểm nóng chảy: 2723 ° F (1495 ° C)
Điểm sôi: 5301 ° F (2927 ° C)
Độ cứng của Moh: 5

Đặc điểm của Coban

Kim loại coban màu bạc giòn, có độ nóng chảy cao và được đánh giá cao về khả năng chống mòn và khả năng giữ độ bền của nó ở nhiệt độ cao.

Nó là một trong ba kim loại từ tính tự nhiên (sắt và niken là hai loại còn lại) và giữ được từ tính ở nhiệt độ cao hơn (2012 ° F, 1100 ° C) so với bất kỳ kim loại nào khác. Nói cách khác, coban có Điểm Curie cao nhất trong tất cả các kim loại. Cobalt cũng có đặc tính xúc tác có giá trị

Lịch sử của Cobalt

Từ coban bắt nguồn từ thuật ngữ kobold của Đức thế kỷ XVI, có nghĩa là yêu tinh, hay linh hồn quỷ dữ. Kobold đã được sử dụng để mô tả quặng coban, trong khi được nấu chảy vì hàm lượng bạc của chúng, đã tạo ra trioxide asen độc.

Ứng dụng sớm nhất của coban là trong các hợp chất được sử dụng cho thuốc nhuộm màu xanh trong gốm, thủy tinh và men. Đồ gốm Ai Cập và Babylon được nhuộm bằng các hợp chất coban có thể có từ năm 1450 B.C.

Năm 1735, nhà hóa học người Thụy Điển Georg Brandt là người đầu tiên cô lập nguyên tố này khỏi quặng đồng. Ông đã chứng minh rằng sắc tố màu xanh phát sinh từ coban, không phải asen hay bismuth như các nhà giả kim ban đầu tin tưởng. Sau khi bị cô lập, kim loại coban vẫn hiếm và hiếm khi được sử dụng cho đến thế kỷ 20.

Không lâu sau năm 1900, doanh nhân ô tô người Mỹ Elwood Haynes đã phát triển một hợp kim mới, chống ăn mòn, mà ông gọi là stocate. Được cấp bằng sáng chế vào năm 1907, hợp kim steef chứa hàm lượng coban và crôm cao và hoàn toàn không có từ tính.

Một sự phát triển đáng kể khác cho coban đi kèm với việc tạo ra nam châm nhôm-niken-coban (AlNiCo) vào những năm 1940. Nam châm AlNiCo là sự thay thế đầu tiên cho nam châm điện. Năm 1970, ngành công nghiệp đã được thay đổi hơn nữa bởi sự phát triển của nam châm samarium-coban, cung cấp mật độ năng lượng nam châm không thể tin được trước đây.

Tầm quan trọng công nghiệp của coban dẫn đến Sàn giao dịch kim loại Luân Đôn (LME) giới thiệu các hợp đồng tương lai coban trong năm 2010.

Sản xuất Coban

Cobalt xuất hiện tự nhiên trong đá ong mang niken và cặn sunfua đồng-niken và, do đó, thường được chiết xuất dưới dạng sản phẩm phụ của niken và đồng. Theo Viện phát triển Cobalt, khoảng 48% sản lượng coban có nguồn gốc từ quặng niken, 37% từ quặng đồng và 15% từ sản xuất coban chính.

Quặng chính của coban là cobanite, erythrite, glaucodot và skutterudite.

Kỹ thuật chiết xuất được sử dụng để sản xuất kim loại coban tinh chế phụ thuộc vào việc nguyên liệu thô có ở dạng (1) quặng sunfua đồng-coban, (2) cô đặc sunfua coban-niken, (3) quặng arsenide hoặc (4) niken-đá ong quặng:

Sau khi catốt đồng được sản xuất từ ​​đồng sunfua có chứa coban, coban, cùng với các tạp chất khác, được để lại trên chất điện phân đã qua sử dụng. Các tạp chất (sắt, niken, đồng, kẽm) được loại bỏ và coban được kết tủa ở dạng hydroxit bằng vôi. Kim loại coban sau đó có thể được tinh chế từ điều này bằng cách sử dụng điện phân, trước khi được nghiền và khử khí để tạo ra một kim loại nguyên chất, thương mại.
Quặng niken sunfua có chứa coban được xử lý bằng quy trình Sherritt, được đặt theo tên của Sherritt Gordon Mines Ltd. (nay là Sherritt International). Trong quá trình này, tinh quặng sunfua chứa ít hơn 1% coban là áp suất được lọc ở nhiệt độ cao trong dung dịch amoniac. Cả đồng và niken đều bị loại bỏ trong một loạt các quá trình khử hóa học, chỉ còn lại sunfua niken và coban. Sự lọc áp suất với không khí, axit sunfuric và amoniac thu hồi nhiều niken hơn trước khi bột coban được thêm vào như một hạt giống để kết tủa coban trong môi trường khí hydro.
Quặng asen được rang để loại bỏ phần lớn oxit asen. Quặng sau đó được xử lý bằng axit hydrochloric và clo, hoặc bằng axit sulfuric, để tạo ra dung dịch lọc được tinh chế. Từ coban này được thu hồi bằng cách kết tủa điện hoặc cacbonat.
Quặng đá ong niken-coban có thể được nấu chảy và tách bằng các kỹ thuật nhiệt luyện hoặc kỹ thuật thủy luyện, sử dụng dung dịch axit sunfuric hoặc amoniac.

Theo ước tính của Cơ quan Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ (USGS), sản lượng khai thác coban toàn cầu là 88.000 tấn trong năm 2010. Các quốc gia sản xuất quặng coban lớn nhất trong thời kỳ đó là Cộng hòa Dân chủ Congo (45.000 tấn), Zambia (11.000) và Trung Quốc ( 6.200).

Quá trình tinh luyện coban thường diễn ra bên ngoài quốc gia nơi sản xuất quặng hoặc coban ban đầu. Năm 2010, các quốc gia sản xuất lượng coban tinh chế lớn nhất là Trung Quốc (33.000 tấn), Phần Lan (9.300) và Zambia (5.000). Các nhà sản xuất lớn nhất của coban tinh chế bao gồm OM Group, Sherritt International, Xstrata Niken và Jinchuan Group.

Các ứng dụng

Superalloys, chẳng hạn như steef, là người tiêu thụ kim loại coban lớn nhất, chiếm khoảng 20% ​​nhu cầu. Các hợp kim hiệu suất cao này bao gồm sắt, coban và niken, nhưng chứa một lượng nhỏ kim loại khác, bao gồm crôm, vonfram, nhôm và titan, các hợp kim hiệu suất cao này chịu được nhiệt độ cao, ăn mòn và mài mòn, và được sử dụng để sản xuất lưỡi tuabin cho động cơ phản lực, các bộ phận máy cứng, van xả và nòng súng.

Một ứng dụng quan trọng khác đối với coban là trong các hợp kim chống mài mòn (ví dụ, Vitallium), có thể được tìm thấy trong cấy ghép chỉnh hình và nha khoa, cũng như hông và đầu gối giả.

Hardmetals, trong đó coban được sử dụng làm vật liệu liên kết, tiêu thụ khoảng 12% tổng lượng coban. Chúng bao gồm các cacbua xi măng và các công cụ kim cương được sử dụng trong các ứng dụng cắt và các công cụ khai thác.

Cobalt cũng được sử dụng để sản xuất nam châm vĩnh cửu, chẳng hạn như nam châm AlNiCo và samarium-cobalt đã đề cập trước đó. Nam châm chiếm 7% nhu cầu kim loại coban và được sử dụng trong phương tiện ghi từ tính, động cơ điện, cũng như máy phát điện.

Mặc dù sử dụng nhiều kim loại coban, các ứng dụng chính của coban thuộc lĩnh vực hóa học, chiếm khoảng một nửa tổng nhu cầu toàn cầu. Hóa chất coban được sử dụng trong catốt kim loại của pin sạc, cũng như trong các chất xúc tác hóa dầu, chất màu gốm và chất khử màu thủy tinh.