Kobalt ist ein glänzendes, sprödes Metall, aus dem starke, korrosions- und hitzebeständige Legierungen , Permanentmagnete und Hartmetalle hergestellt werden.
Eigenschaften
- Atomsymbol: Co
- Atomzahl: 27
- Atommasse: 58,93 g / mol
- Element Kategorie: Übergangsmetall
- Dichte: 8,86 g / cm 3 bei 20 ° C
- Schmelzpunkt: 2723 ° F (1495 ° C)
- Siedepunkt: 5301 ° F (2927 ° C)
- Mohs Härte: 5
Eigenschaften
Silberfarbenes Kobaltmetall ist spröde, hat einen hohen Schmelzpunkt und wird wegen seiner Verschleißfestigkeit und seiner Fähigkeit, seine Festigkeit bei hohen Temperaturen zu behalten, geschätzt.
Es ist eines der drei natürlich vorkommenden magnetischen Metalle ( Eisen und Nickel sind die beiden anderen) und behält seinen Magnetismus bei einer höheren Temperatur (2012 ° F, 1100 ° C) als jedes andere Metall. Mit anderen Worten, Kobalt hat den höchsten Curie-Punkt aller Metalle. Kobalt hat auch wertvolle katalytische Eigenschaften
Geschichte
Das Wort Kobalt stammt aus dem deutschen Begriff Kobold des 16. Jahrhunderts, was Kobold oder bösen Geist bedeutet. Kobold wurde verwendet, um Kobalterze zu beschreiben, die, während sie für ihren Silbergehalt geschmolzen wurden, giftiges Arsentrioxid abgaben.
Die früheste Anwendung von Kobalt erfolgte in Verbindungen, die für blaue Farbstoffe für Keramik, Glas und Glasuren verwendet wurden. Ägyptische und babylonische Keramik, die mit Kobaltverbindungen gefärbt wurden, lassen sich auf 1450 v. Chr. Datieren
Im Jahr 1735 war der schwedische Chemiker Georg Brandt der erste, der das Element aus Kupfererz isolierte. Er zeigte, dass das blaue Pigment aus Kobalt und nicht aus Arsen oder Wismut entstanden ist, wie Alchemisten ursprünglich glaubten.
Nach seiner Isolierung blieb Kobaltmetall selten und wurde erst im 20. Jahrhundert verwendet.
Kurz nach 1900 entwickelte der amerikanische Automobilunternehmer Elwood Haynes eine neue korrosionsbeständige Legierung, die er Stellite nannte. Die im Jahr 1907 patentierten Stellitlegierungen enthalten hohe Gehalte an Kobalt und Chrom und sind völlig unmagnetisch.
Eine weitere bedeutende Entwicklung für Kobalt kam mit der Schaffung von Aluminium- Nickel-Kobalt (AlNiCo) -Magneten in den 1940er Jahren. AlNiCo-Magnete waren der erste Ersatz für Elektromagnete. Im Jahr 1970 wurde die Industrie durch die Entwicklung von Samarium-Kobalt-Magneten, die zuvor unerreichbare Magnet-Energiedichten zur Verfügung gestellt hat, weiter transformiert.
Die industrielle Bedeutung von Kobalt führte dazu, dass die London Metal Exchange (LME) 2010 Kobalt-Futures-Kontrakte einführte.
Produktion
Kobalt kommt natürlicherweise in nickelhaltigen Laterit- und Nickel-Kupfersulfid-Ablagerungen vor und wird daher am häufigsten als Nebenprodukt von Nickel und Kupfer extrahiert. Nach Angaben des Cobalt Development Institute stammen etwa 48% der Kobaltproduktion aus Nickelerzen, 37% aus Kupfererzen und 15% aus der primären Kobaltproduktion.
Die Haupterze von Kobalt sind Kobaltit, Erythrit, Glaucodot und Skutterudit.
Die zur Herstellung von raffiniertem Kobaltmetall verwendete Extraktionstechnik hängt davon ab, ob das Einsatzmaterial in Form von (1) Kupfer-Kobaltsulfid-Erz, (2) Kobalt-Nickelsulfid-Konzentrat, (3) Arseniderz oder (4) Nickel-Laterit vorliegt Erz:
- Nachdem Kupferkathoden aus kobalthaltigen Kupfersulfiden hergestellt worden sind, verbleibt Kobalt zusammen mit anderen Verunreinigungen auf dem verbrauchten Elektrolyten. Verunreinigungen (Eisen, Nickel, Kupfer, Zink ) werden entfernt und Kobalt wird in seiner Hydroxidform mit Kalk ausgefällt. Kobaltmetall kann dann daraus durch Elektrolyse gereinigt werden, bevor es zerkleinert und entgast wird, um ein reines Metall von Handelsqualität herzustellen.
- Cobalthaltige Nickelsulfid-Erze werden nach dem Sherritt-Verfahren, benannt nach Sherrit Gordon Mines Ltd. (heute Sherritt International), behandelt. Bei diesem Verfahren wird Sulfidkonzentrat, das weniger als 1% Cobalt enthält, bei hohen Temperaturen in einer Ammoniaklösung druckausgelaugt. Sowohl Kupfer als auch Nickel werden beide in einer Reihe von chemischen Reduktionsprozessen entfernt, wobei nur Nickel- und Kobaltsulfide zurückbleiben. Die Drucklaugung mit Luft, Schwefelsäure und Ammoniak gewinnt mehr Nickel zurück, bevor Kobaltpulver als Keim zur Fällung von Kobalt in einer Wasserstoffgasatmosphäre zugegeben wird.
- Arsenid-Erze werden geröstet, um die Mehrheit von Arsenoxid zu entfernen. Die Erze werden dann mit Salzsäure und Chlor oder mit Schwefelsäure behandelt, um eine Laugungslösung zu erzeugen, die gereinigt wird. Aus diesem wird Kobalt durch Elektroraffination oder Carbonatfällung gewonnen.
- Nickel-Kobalt-Laterit-Erze können entweder geschmolzen oder durch pyrometallurgische Techniken oder hydrometallurgische Techniken getrennt werden, die Schwefelsäure- oder Ammoniaklaugenlösungen verwenden.
Nach Schätzungen des US Geological Survey (USGS) belief sich die weltweite Kobaltminenproduktion im Jahr 2010 auf 88.000 Tonnen. Die größten Kobaltproduzenten in diesem Zeitraum waren die Demokratische Republik Kongo (45.000 Tonnen), Sambia (11.000) und China (6.200 ).
Die Cobaltveredelung findet oft außerhalb des Landes statt, wo das Erz- oder Kobaltkonzentrat anfänglich produziert wird. Die Länder, die 2010 die größten Mengen an raffiniertem Kobalt produzierten, waren China (33.000 Tonnen), Finnland (9.300) und Sambia (5.000). Zu den größten Herstellern von raffiniertem Kobalt gehören die OM Group, Sherritt International, Xstrata Nickel und die Jinchuan Group.
Anwendungen
Superlegierungen wie Stellit sind der größte Abnehmer von Kobaltmetall und machen etwa 20% der Nachfrage aus. Diese Hochleistungslegierungen bestehen hauptsächlich aus Eisen, Kobalt und Nickel, enthalten aber geringere Mengen anderer Metalle wie Chrom , Wolfram , Aluminium und Titan. Sie sind beständig gegen hohe Temperaturen, Korrosion und Verschleiß und werden zur Herstellung von Turbinenschaufeln für Düsentriebwerke, Maschinenpanzerungen, Auslassventile und Gewehrläufe.
Eine weitere wichtige Verwendung für Kobalt sind verschleißfeste Legierungen (z. B. Vitallium), die in orthopädischen und dentalen Implantaten sowie prothetischen Hüften und Knien zu finden sind.
Hartmetalle, in denen Kobalt als Bindemittel verwendet wird, verbrauchen etwa 12% des gesamten Kobalts. Dazu gehören Hartmetall- und Diamantwerkzeuge, die in Schneidanwendungen und Bergbauwerkzeugen verwendet werden.
Kobalt wird auch zur Herstellung von Permanentmagneten wie den zuvor erwähnten AlNiCo- und Samarium-Kobalt-Magneten verwendet. Magnete machen 7% des Kobaltmetallbedarfs aus und werden in magnetischen Aufzeichnungsmedien, Elektromotoren sowie Generatoren verwendet.
Cobalt wird trotz seiner vielfältigen Einsatzmöglichkeiten hauptsächlich im Chemiesektor eingesetzt, auf den etwa die Hälfte der weltweiten Nachfrage entfällt. Kobaltchemikalien werden in den metallischen Kathoden von wiederaufladbaren Batterien sowie in petrochemischen Katalysatoren, keramischen Pigmenten und Glasentfärbemitteln verwendet.
Quellen:
Junge, Roland S. Cobalt . New York: Reinhold Publishing Corp. 1948.
Davis, Joseph R. ASM Spezialhandbuch: Nickel, Cobalt und ihre Legierungen . ASM International: 2000.
Darton Commodities Ltd .: Cobalt Marktbericht 2009 .