Кобальт для чего используется

Кобальт — металл, востребованный в промышленности и необходимый организму

Кобальт, Co — металл, простой элемент таблицы Менделеева. Как и никель, назван в честь злобных духов немецких горняков кобольдов (гномов), из-за проделок которых, по мнению суеверных рудокопов, руды при обработке выделяли удушающий дым.

Впервые кобальт был получен в 1735-м году, но с самим веществом человечество имело дело с давних пор. В Древнем Египте, Китае, Вавилоне, Ассирии умели выплавлять стекло и эмаль ярко-синего «кобальтового» цвета, используя секретные ингредиенты из руд, как теперь известно, содержавших этот металл.

Кобальт встречается почти в тридцати различных минералах как сопутствующий элемент никеля, железа, меди, хрома, марганца. Месторождений, богатых Co, мало, и они почти все уже выработаны, поэтому добывают металл, чаще всего, из никелевых руд, в которых он присутствует как примесь.

Свойства

Тяжелый твердый металл серебристого цвета с оттенками розового, желтого, голубого цветов. Тверже железа, тягучий, но хрупкий. Существует в двух вариантах кристаллической решетки. Ферромагнетик. В виде мелкодисперсионного порошка самовоспламеняется на воздухе.

В химических соединениях проявляет различную валентность, наиболее распространены соединения Co (II) и Co (III). В нормальных условиях устойчив к кислороду, воде, щелочам, слабым кислотам. Концентрированная азотная кислота образует на поверхности металла стойкую оксидную пленку и дальше реакция не идет.

При нагревании кобальт вступает в реакции с водой, кислородом, галогенами, серой, мышьяком, фосфором, углеродом, азотом, кремнием, водородом, селеном.

Взаимодействие с неконцентрированными кислотами приводит к образованию водорастворимых солей: хлорида, нитрата, сульфата кобальта. Кобальт (III) образует устойчивые комплексные соединения, содержащие молекулы аммиака и некоторых других органических аминов.

Воздействие на организм

Относится к веществам, необходимым для нормального функционирования человеческого организма. Участвует в кроветворении, в работе печени, поджелудочной железы, нервной и иммунной системы, обменных процессов; входит в состав молекулы витамина В12; необходим для существования микрофлоры кишечника. Растениям он нужен для фиксации азота, добываемого из воздуха.

Человеку, животным и растениям кобальт требуется в микродозах. Обычно суточную норму человек получает с пищей. Недостаток и избыток кобальта вызывают заболевания.

Пары и пыль соединений кобальта, попавшие в органы дыхания человека, способны вызвать отравление. Его симптомами являются кровотечение, отек легких, повышенное давление, сбои в работе сердца и щитовидной железы. В этом случае требуется врачебная помощь. Для предотвращения отравлений на производствах следует следовать технике безопасности, применять средства защиты органов дыхания и кожи.

Применение

— В металлургии для получения термостойких, тугоплавких, особо твердых, износостойких, устойчивых к коррозии и воздействию кислот сталей и сплавов. Такие стали и сплавы используются для производства режущих скоростных инструментов, анодов, покрытий в машиностроении, конструкционных элементов атомных реакторов.
— Сплавы с магнитными свойствами идут на изготовление различных электротехнических и электронных приборов, головок для магнитной записи, постоянных магнитов.
— В химической промышленности хлорид кобальта используется как катализатор в органическом синтезе бензола, в производстве соды, азотной кислоты, сульфата аммония. В качестве катализатора применяют и порошковый реактив.
— В аналитической химии как индикатор некоторых соединений.
— Оксид и другие соединения Co востребованы в изготовлении стекол и керамики, эмалей, пигментов, красителей, лакокрасочной продукции.
— В сельском хозяйстве, ветеринарии и фармацевтике — элемент микроудобрений, кормовых добавок для скота, животных, пчел, некоторых лекарств для людей.
— Изотоп 60Со очень важен как источник гамма-излучения. Он применяется в дефектоскопах; в установках для лечения злокачественных опухолей; для стерилизации лекарств, продуктов питания, инструментов; для уничтожения вредителей в зерно- и овощехранилищах; как топливо в радиоизотопных батареях (например, для космических аппаратов). Короткоживущие изотопы 56Co, 57Со, 58Со применяются в медицинских исследованиях как изотопные метки.

Источник

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!

Источник

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.

Источник

Кобальт

КОБАЛЬТ, Со (от нем. Kobold — домовой, гном * а. соbalt; н. Kobalt; ф. соbalt; и. соbalto), — химический элемент VIII группы периодической системы Менделеева, атомный номер 27, атомная масса 58,9332. Природный кобальт состоит из 2 стабильных изотопов 59 Со (99,83%) и 57 Со (0,17%). Важнейший из искусственных радиоактивных изотопов 60 Со. Получен в 1735 шведским химиком Г. Брандтом.

Характеристики кобальта

Химические свойства

Содержание кобальта в земной коре 0,0018%. Известно около 50 минералов кобальта, из них около 1/2 — сернистые, мышьяковистые и им подобные соединения карролит CuСо₂S₄, линнеит Со₃S₄, кобальтин СоAsS, саффлорит (Со, Fe) As₂, скуттерудит СоAs₃, шмальтин (Со, Ni) As₃ и др.; рудные минералы-носители — пирит, пирротин, пентландит, халькопирит, арсенопирит. Геохимически наиболее сходен с Fe и Ni, типичный элемент ультраосновных, отчасти основные горные породы и халькогенидных рудных ассоциаций, связанных с глубинными источниками, в которых ассоциируются Fe, Ni, Cu, Ag, U, а также некоторых осадочно-метаморфических образований (Fe, Mn, Ni и др.).

Реклама

Кобальт в природе

Кобальт в микроколичествах обнаружен в морской воде, минеральных источниках, почве, растительных и живых организмах. Об основных генетических типах месторождений и методах обогащения см. в ст. Кобальтовые руды. Попутное извлечение кобальта возможно при переработке кобальтсодержащих руд железорудных магнетитовых месторождений, обогащённых сульфидной составляющей; железо-марганцевых океанических конкреций. Металлический кобальт получают восстановительной плавкой с углём, электролизом растворов сульфата или хлорида кобальта, восстановлением водородом под давлением из аммиачных растворов гидроксиды и аммиачные растворы — продукты гидрометаллургической или комбинированной (пиро- и гидрометаллургической) переработки руд. Отделяется кобальт от сопутствующих металлов путём фракционного окисления и гидролитического осаждения, а также экстракцией.

Применение и использование

Кобальт применяется главным образом в производстве жаропрочных, магнитных, сверхтвёрдых, коррозийно-стойких и других сплавов и покрытий. На основе кобальта изготовляют катализаторы для органического синтеза. Радиоактивный изотоп 60 Со (ТЅ, 5,24 года) — источник g-излучений в технике и медицине («кобальтовая пушка»). Соединения кобальта используются при получении стойких эмалей и красок, керамики и стекла, в производстве химикалий.

Источник