Кобальт что это такое

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

Кобальт – металл, внешне схож с железом, но темнее. Цвет элемента серебристо-белый, с розовыми или синеватыми отблесками. Разнится с железом и твердость по шкале Мооса . Показатель кобальта – 5,5 баллов. Это чуть выше среднего. У железа твердость, напротив, немногим меньше 5-ти баллов.

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.

Нужен кобальт и металлургам. Они добавляют элемент в сплавы , чтобы сделать их жаропрочными, твердыми, подходящими для инструментальной сферы. Так, составами с кобальтом покрывают детали машин.

Повышается их сопротивляемость износу и, что важно, не требуется термической обработки. Сплавы для автостроения зовут стеллитами. Кроме кобальта в них содержится 30% хрома, а так же, кремний , вольфрам и углерод.

Сочетание никель-кобальт делает сплавы тугоплавкими и жаропрочными. Смеси применяют для связки металлических элементов при температуре до 1100 градусов Цельсия. Кроме никеля и кобальта в составы примешивают бориды и карбиды вольфрама , титана, циркония .

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.

Хлорид кобальта и оксид металла нашли место в химической промышленности. Вещества служат катализаторами в процессе гидоогенизации жиров. Так называют присоединение к ненасыщенным соединениям водорода. В итоге, становятся возможными синтез бензола, производство азотной кислоты, сульфата аммония и соды .

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

От общей массы земной коры на кобальт приходятся 0,002%. Запасы не маленькие – около 7 500 тонн, но они рассеяны. Поэтому, металл добывают, как побочный продукт переработки руд никеля , меди и серебра . Вкупе с последним элементом, как сказано в предисловии, обычно, идет мышьяк.

На непосредственно кобальтовое производство приходится всего 6%. 37% металла добывают параллельно переплавке медных руд. 57% элемента – следствие переработки никельсодержащих пород и залежей серебра .

Чтобы выделить из них 27-ой элемент, проводят восстановление оксидов, солей и комплексных соединений кобальта. На них воздействуют углеродом, водородом. При нагревании используют метан.

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.

Кобальт

Со, химический элемент первой триады VIII группы периодической системы Менделеева; атомный номер 27, атомная масса 58,9332; тяжёлый металл серебристого цвета с розоватым отливом. В природе элемент представлен одним устойчивым изотопом 59 Со; из полученных искусственно радиоактивных изотопов важнейший 60 Со.

Историческая справка. Окись К. применялась в Древнем Египте, Вавилоне, Китае для окрашивания стекол и эмалей в синий цвет. Для той же цели в 16 в. в Западной Европе стали пользоваться цафрой, или сафлором, — серой землистой массой, которая получалась при обжиге некоторых руд, носивших название «кобольд». Эти руды выделяли при обжиге обильный ядовитый дым, а из продукта их обжига выплавить металл не удавалось. Средневековые рудокопы и металлурги считали это проделками мифических существ — кобольдов (от нем. Kobold — домовой, гном). В 1735 шведский химик Г. Брандт, нагревая в горне с дутьём смесь цафры с углем и флюсом, получил металл, который назвал «корольком кобольда». Вскоре это название было изменено на «кобольт», а затем на «кобальт».

Распространение в природе. Содержание К. в литосфере 1,8·10 -3 % по массе. В земной коре он мигрирует в магмах, горячих и холодных водах. При магматической дифференциации К. накапливается главным образом в верхней мантии: его среднее содержание в ультраосновных породах 2·10 -2 %. С магматическими процессами связано образование так называемых ликвационных месторождений кобальтовых руд. Концентрируясь из горячих подземных вод, К. образует гидротермальные месторождения; в них Со связан с Ni, As, S, Cu. Известно около 30 минералов К. (см. Кобальтовые руды).

В биосфере К. преимущественно рассеивается, однако на участках, где есть растения — концентраторы К., образуются кобальтовые месторождения. В верхней части земной коры наблюдается резкая дифференциация К. — в глинах и сланцах в среднем содержится 2·10 -3 % К., в песчаниках 3·10 -5 , в известняках 1·10 -5 . Наиболее бедны К. песчаные почвы лесных районов. В поверхностных водах К. мало, в Мировом океане его лишь 5·10 -8 %. Будучи слабым водным мигрантом, К. легко переходит в осадки, адсорбируясь гидроокисями марганца, глинами и др. высокодисперсными минералами.

Физические и химические свойства. При обычной температуре и до 417°С кристаллическая решётка К. гексагональная плотноупакованная (с периодами а = 2,5017 Å, с = 4,614 Å), выше этой температуры решётка К. кубическая гранецентрированная (а = 3,5370 Å). Атомный радиус 1,25 Å, ионные радиусы Co 2+ 0,78 Å и Co 3+ 0,64 Å. Плотность 8,9 г/см 3 (при 20°С): t_nл 1493° С о , t_кип 3100°С. Теплоёмкость 0,44 кдж/(кг·К), или 0,1056 кал/(г·°С); теплопроводность 69,08 вт/(м·К), или 165 кал/(см·сек·°С) при 0—100 °С. Удельное электросопротивление 5,68·10 -8 ом·м, или 5,68·10 -6 ом·см (при 0°С). К. ферромагнитен, причём сохраняет ферромагнетизм от низких температур до точки Кюри, Θ= 1121 °С (см. Ферромагнетизм). Механические свойства К. зависят от способа механической и термической обработки. Предел прочности при растяжении 500 Мн/м 2 (или 50 кгс/мм 2 ) для кованого и отожжённого К.; 242— 260 Мн/м 2 для литого; 700 Мн/м 2 для проволоки. Твёрдость по Бринеллю 2,8 Гн/м 2 (или 280 кгс/мм 2 ) для наклёпанного металла, 3,0 Гн/м 2 для осажденного электролизом; 1,2—1,3 Гн/м 2 для отожжённого.

Конфигурация внешних электронных оболочек атома К. 3d 7 4s 2 . В соединениях К. проявляет переменную валентность. В простых соединениях наиболее устойчив Со (II), в комплексных — Со (III). Для Со (I) и Co (IV) получены только немногочисленные Комплексные соединения. При обыкновенной температуре компактный К. стоек против действия воды и воздуха. Мелко раздробленный К., полученный восстановлением его окиси водородом при 250 °С (пирофорный К.), на воздухе самовоспламеняется, превращаясь в СоО. Компактный К. начинает окисляться на воздухе выше 300 °С; при красном калении он разлагает водяной пар: Со + H₂O = CoO + H₂. С галогенами К. легко соединяется при нагревании, образуя галогениды СоХ₂. При нагревании К. взаимодействует с S, Se, Р, As, Sb, С, Si, В, причём состав получающихся соединений иногда не удовлетворяет указанным выше валентным состояниям (например, Со₂Р, Co₂As, CoSb₂, Со₃С, CoSi₃). В разбавленных соляной и серной кислотах К. медленно растворяется с выделением водорода и образованием соответственно хлорида CoCl₂ и сульфата CoSO₄. Разбавленная азотная кислота растворяет К. с выделением окислов азота и образованием нитрата Co (NO₃)₂. Концентрированная HNO₃ пассивирует К. (см. Пассивирование металлов). Названные соли Со (II) хорошо растворимы в воде [при 25 °С 100 г воды растворяют 52,4 г CoCl₂, 39,3 г CoSO₄, 136,4 г. Со (NO₃)₂]. Едкие щёлочи осаждают из растворов солей Со 2+ синюю гидроокись Со (ОН)₂, которая постепенно буреет вследствие окисления кислородом воздуха до Со (ОН)₃. Нагревание в кислороде при 400—500 °С переводит CoO в чёрную закись-окись Co₃O₄, или CoO·Co₂O₃ — соединение типа Шпинели. Соединение того же типа CoAl₂O₄ или CoAl₂O₃ синего цвета (тенарова синь, открытая в 1804 Л. Ж. Тенаром) получается при прокаливании смеси CoO и Al₂O₃ при температуре около 1000 °С.

Из простых соединений Со (III) известны лишь немногие. При действии фтора на порошок Со или CoCl₂ при 300—400 °С образуется коричневый фторид CoF₃. Комплексные соединения Со (III) весьма устойчивы и получаются легко. Например, KNO₂ осаждает из растворов солей Со (II), содержащих CH₃COOH, жёлтый труднорастворимый гексанитрокобальтат (III) калия K₃[Co (NO₂)₆]. Весьма многочисленны кобальтаммины (прежнее название кобальтиаки) — комплексные соединения Со (III), содержащие аммиак или некоторые органические амины.

Получение и применение. Минералы К. редки и не образуют значительных рудных скоплений. Главным источником промышленного получения К. служат руды никеля (См. Никель), содержащие К. как примесь. Переработка этих руд весьма сложна, и её способ зависит от состава руды. В конечном итоге получают раствор хлоридов К. и никеля, содержащий примеси Cu 2+ , Pb 2+ , Bi 3+ . Действием H₂S осаждают сульфиды Cu, Pb, Bi, после чего пропусканием хлора переводят Fe (II) в Fe (lll) и добавлением СаСО₃ осаждают Fe (OH)₃ и CaHAsO₄. От никеля К. отделяют по реакции: 2CoCl₂+NaCIO+4NaOH+H₂O = 2Co (OH)₃↓+5NaCI. Почти весь никель остаётся в растворе. Чёрный осадок Со (ОН)₃ прокаливают для удаления воды; полученный окисел Co₃O₄ восстанавливают водородом или углеродом. Металлический К., содержащий до 2—3% примесей (Ni, Fе, Cu и др.), может быть очищен электролизом.

К. применяется главным образом в виде сплавов; таковы Кобальтовые сплавы, а также сплавы на основе др. металлов, где К. служит легирующим элементом. Сплавы К. используют в качестве жаропрочных и жаростойких материалов, при изготовлении постоянных магнитов, режущего инструмента и др. Порошкообразный К., а также Co₃O₄ служат катализаторами. Фторид CoF₃ применяется как сильный фторирующий агент, тенарова синь и особенно силикат К. и калия (см. Смальта) — как краски в керамической и стекольной промышленности. Соли К. применяют в сельском хозяйстве как Микроудобрения, а также для подкормки животных.

Из искусственно радиоактивных изотопов К. наибольшее значение имеет 60 Со с периодом полураспада T 1 /₂ = 5,27 года, широко используемый как гамма-излучатель. В технике его применяют для гамма-дефектоскопии. В медицине — главным образом при лучевой терапии опухолей (см. Гамма-установка) и для стерилизации медикаментов. Он служит также для уничтожения насекомых в зерне и овощах и для консервирования пищевых продуктов. Др. радиоактивные изотопы — 56 Co (T 1 /₂ = 77 сут), 57 Со (270 сут) и 58 Со (72 сут) как менее опасные (небольшой период полураспада) используют в качестве изотопных индикаторов (См. Изотопные индикаторы) при исследовании обмена веществ, в частности для изучения распределения К. в организме животных (с помощью радиоактивного К. исследовали проницаемость плаценты и т.п.).

К. в организме. Постоянно присутствуя в тканях животных и растений, К. участвует в обменных процессах. В животном организме содержание К. зависит от его уровня в кормовых растениях и почвах. Концентрация К. в растениях пастбищ и лугов в среднем составляет 2,2·10 -5 —4,5·10 -5 % на сухое вещество. Способность к накоплению К. у бобовых выше, чем у злаковых и овощных растений. В связи с высокой способностью к концентрации К. морские водоросли по его содержанию мало отличаются от наземных растений, хотя в морской воде К. значительно меньше, чем в почвах. Суточная потребность человека в К. равна примерно 7—15 мкг и удовлетворяется за счёт его поступления с пищей. Потребность животных в К. зависит от их вида, возраста и продуктивности. Наиболее нуждаются в К. жвачные, которым он необходим для развития симбиотической микрофлоры в желудке (главным образом в рубце). Суточная потребность в К. у дойных коров составляет 7—20 мг, у овец — около 1 мг. При недостатке К. в рационе снижается продуктивность животных, нарушаются обмен веществ и кроветворение, у жвачных возникают эндемичные заболевания — акобальтозы. Биологическая активность К. определяется его участием в построении молекулы витамина B₁₂ и его коферментных форм, фермента транскарбоксилазы. К. необходим для проявления активности ряда ферментов. Он влияет на обмен белка и синтез нуклеиновых кислот, на обмен углеводов и жиров, окислительно-восстановительные реакции в животном организме. К. — мощный активатор кроветворения (См. Кроветворение) и синтеза Эритропоэтинов. К. участвует в ферментных системах клубеньковых бактерий, осуществляющих фиксацию атмосферного азота; стимулирует рост, развитие и продуктивность бобовых и растений ряда др. семейств.

Лит.: Перельман Ф. М., Кобальт, в кн.: Краткая химическая энциклопедия, т. 2, М., 1963; Некрасов Б. В., Основы общей химии, т. 3, М., 1970; Гудима Н. В., Металлургия кобальта, в кн.: Справочник металлурга по цветным металлам, т. 2, М., 1947; Ястребов А. П., Действие кобальта на образование эритроцитов, в кн.: Патофизиология эритропоэза (Тр. 7 конференции Уральского Межобластного общества патофизиологов), Свердловск, 1965; Ягодин Б. А., Кобальт в жизни растений, М., 1970; Trace element metabolism in animals. Proceedings of International symposium Aberdeen, Scotland, July 1969, Edin. — L., 1970; Northrop D. B., Transcarboxylase, «Journal of Biological Chemistry», 1969, v. 244, № 21, p. 5808—27.

Routes to finance

Получение кобальта (Апрель 2020).

Table of Contents:

Кобальт – блестящий хрупкий металл, который используется для производства сильных, коррозионных и жаропрочных сплавов, постоянных магнитов и твердых металлов.

Свойства

• Атомный символ: Co
• Атомный номер: 27
• Атомная масса: 58. 93 г / моль
• Элемент Категория: Переходный металл
• Плотность: 8. 86 г / см 3 при 20 ° C
• Точка плавления: 2723 ° F (1495 ° C)
• Точка кипения: 5301 ° F (2927 ° C)
• Твердость по Мо. 5

Характеристики

Металл кобальта серебристого цвета является хрупким, имеет высокую температуру плавления и ценится за его износостойкость и способность сохранять свою прочность при высоких температурах.

Это один из трех естественных магнитных металлов (железо и никель – два других) и сохраняет свой магнетизм при более высокой температуре (2012 ° F, 1100 ° C), чем любой другой металл. Другими словами, кобальт имеет самую высокую точку Кюри всех металлов. Кобальт также обладает ценными каталитическими свойствами

История

Слово кобальт восходит к немецкому термину шестнадцатого века kobold , что означает гоблин или злой дух. Kobold использовался для описания кобальтовых руд, которые, будучи плавлеными за содержание серебра, выделяли ядовитый триоксид мышьяка.

Самое раннее применение кобальта было в соединениях, используемых для синих красителей для керамики, стекла и глазурей. Египетская и вавилонская керамика, окрашенная соединениями кобальта, может быть датирована 1450 г. до н.э.

В 1735 году шведский химик Георг Брандт первым выделил элемент из медной руды. Он продемонстрировал, что синий пигмент возник из кобальта, а не мышьяка или висмута, как первоначально считали алхимики.

После его изоляции металл кобальта оставался редким и редко использовался до 20-го века.

Вскоре после 1900 года американский автомобильный предприниматель Элвуд Хейнс разработал новый коррозионно-стойкий сплав, который он назвал стеллитом. Запатентованные в 1907 году стеллитовые сплавы содержат высокое содержание кобальта и хрома и полностью немагнитны.

Еще одним важным событием для кобальта стало создание в 1940-х годах магнитов алюминий-никель-кобальт (AlNiCo). Магниты AlNiCo были первой заменой электромагнитам. В 1970 году промышленность была преобразована еще в развитие кристаллов самария-кобальта, что обеспечивало ранее недостижимые плотности энергии магнитов.

Промышленное значение кобальта привело к тому, что в 2010 году Лондонская биржа металлов (ЛМЭ) ввела кобальтовые фьючерсные контракты.

Производство

Кобальт, естественно, встречается в никелевых несущих латеритах и ​​никель-медно-сульфидных месторождениях и, таким образом, является наиболее часто экстрагируется как побочный продукт никеля и меди. По данным Института развития кобальта, около 48% производства кобальта происходит из никелевых руд, 37% из медных руд и 15% от производства первичного кобальта.

Основными рудами кобальта являются кобальтин, эритрит, глаукодот и скуттерудит.

Технология экстракции, используемая для получения очищенного кобальтового металла, зависит от того, является ли исходный материал в виде (1) медно-кобальтовой сульфидной руды, (2) сульфидного концентрата кобальт-никель, (3) арсенидной руды или (4) никель-латеритная руда:

1. После изготовления катодных катодов из кобальтосодержащих сульфидов меди кобальт вместе с другими примесями остается на отработанном электролите. Примеси (железо, никель, медь, цинк) удаляются, и кобальт осаждается в форме гидроксида с использованием извести. Металл кобальта затем может быть очищен от этого с помощью электролиза, прежде чем его измельчают и дегазируют для получения чистого коммерческого металла.
2. Кобальт, содержащий руды сульфида никеля, обрабатывают с использованием процесса Шерритта, названного в честь Sherrit Gordon Mines Ltd. (теперь Sherritt International). В этом процессе сульфидный концентрат, содержащий менее 1% кобальта, подвергается выщелачиванию под высоким давлением в растворе аммиака. Как медь, так и никель удаляются последовательно по химическим процессам восстановления, оставляя только сульфиды никеля и кобальта. Выщелачивание под давлением с помощью воздуха, серной кислоты и аммиака восстанавливает больше никеля до того, как порошок кобальта добавляют в виде семян для осаждения кобальта в атмосфере газообразного водорода.
3. Арсенидные руды обжигаются для удаления большей части оксида мышьяка. Затем руды обрабатывают хлористоводородной кислотой и хлором или серной кислотой для создания очищаемого раствора выщелачивания. Из этого кобальта извлекают путем электроочистки или карбонатного осаждения.
4. Латеритовые руды никель-кобальта могут быть либо расплавлены, либо разделены с использованием пирометаллургических методов или гидрометаллургических методов, в которых используются растворы выщелачивания серной кислоты или аммиака.

Согласно оценкам Геологической службы США (USGS), мировое производство руд кобальта в 2010 году составляло 88 000 тонн. Крупнейшими странами-производителями кобальта в этот период были Демократическая Республика Конго (45 000 тонн), Замбия (11 000) и Китая (6, 200).

Очистка кобальта часто происходит за пределами страны, где первоначально добывается руда или кобальтовый концентрат. В 2010 году странами, производящими наибольшее количество очищенного кобальта, были Китай (33 000 тонн), Финляндия (9,300) и Замбия (5 000). Крупнейшими производителями очищенного кобальта являются OM Group, Sherritt International, Xstrata Nickel и Jinchuan Group.

Приложения

Суперсплавы, такие как стеллит, являются крупнейшим потребителем металла кобальта, что составляет около 20% спроса. Эти высокоэффективные сплавы, преимущественно изготовленные из железа, кобальта и никеля, но содержащие меньшее количество других металлов, включая хром, вольфрам, алюминий и титан, устойчивы к высоким температурам, коррозии и износу и используются для изготовления лопаток турбины для реактивные двигатели, детали с жесткой облицовкой, выпускные клапаны и ружья.

Еще одно важное применение для кобальта – износостойкие сплавы (например, Vitallium), которые можно найти в ортопедических и дентальных имплантатах, а также протезы и колени.

Твердые металлы, в которых кобальт используется в качестве связующего материала, потребляют примерно 12% общего количества кобальта. К ним относятся цементированные карбиды и алмазные инструменты, которые используются для резки и горного инструмента.

Кобальт также используется для производства постоянных магнитов, таких как ранее упомянутые магниты AlNiCo и самарий-кобальт. Магниты составляют 7% от спроса на кобальтовый металл и используются в магнитных носителях записи, электродвигателях, а также генераторах.

Несмотря на многочисленные применения для кобальтового металла, основные приложения кобальта находятся в химическом секторе, на долю которого приходится около половины общего мирового спроса. Химикаты кобальта используются в металлических катодах аккумуляторных батарей, а также в нефтехимических катализаторах, керамических пигментах и ​​стеклянных обесцвечивающих устройствах.

_{Молодые, Роланд С. Кобальт . Нью-Йорк: Reinhold Publishing Corp., 1948.}

_{Davis, Joseph R. Специальное руководство ASM: никель, кобальт и их сплавы . ASM International: 2000.}

_{Darton Commodities Ltd.: Обзор рынка кобальта 2009 .}

_{Следуйте за Теренцией в Google+}

Кобальт

Кобальт — серебристо-белый, с некоторым желтоватым оттенком, металл. В таблице Менделеева кобальт обозначается символом Co.

История кобальта

Искусные стекольные и гончарные мастера древности при выделке своих художественных изделий пользовались синей краской. В витринах Британского национального музея в Лондоне хранятся уникальные коллекции синих стекол, найденные археологами при раскопках памятников древней культуры в Египте и Ассиро-Вавилонии.

Ученых уже давно интересовал вопрос о природе этой любопытной синей краски, которая не утратила своих сильнокрасящих свойств в течение тысячелетий. Ряд специальных исследований, произведенных химиками, показал, что синие стекла, происходящие из Египта и Ассиро-Вавилонии, содержат соединения редкого элемента кобальта. Однако ученым так и не удалось окончательно разгадать, была ли известна древним мастерам способность окиси кобальта давать глубокое синее окрашивание, или они пользовались этим красящим материалом случайно, как и многими другими стойкими красками.

Неоднократно делались также попытки раскрыть тайну античных мастеров путем самого тщательного изучения синих стекол более позднего происхождения — александрийских, византийских и римских — в надежде найти в них присутствие кобальта. Но каково было удивление исследователей, когда они установили, что синяя краска этих стекол обусловлена наличием в них не кобальта, а меди. Не найдено было также кобальта в роскошных стеклянных и глиняных художественных изделиях, окрашенных в синий цвет, доставленных прославленным путешественником Марко Поло в Европу из стран азиатского материка.

Ремесленники средневековья совсем не применяли кобальта для окраски в синий цвет разнообразных изделий из стекла. В то время слово кобальт было ругательным именем для различных минералов, сопровождающих серебряные руды старинных месторождений в районе Саксонско-Богемского кряжа. Ненависть горняков и плавильщиков к кобальтy историки горного дела и металлурги объясняют тем, что его присутствие в шихте значительно затрудняло и удорожало проплавку серебряных руд.

Окраска стеклянной посуды с помощью кобальта

Передовые ученые своей эпохи Агрикола, Парацельс и Василий Валентин упоминают, что «Cobold» — имя злого духа, который якобы обитает в недрах земли, расстраивает труд горняков и причиняет им всевозможные бедствия.

«Дух» ненавистного кобальта много столетий веял над рудниками Германии, и именем злого духа называли даже минералы, не содержащие кобальта, например, мышьяковистые руды, неблагоприятные свойства которых усугублялись, выделением ядовитых газов при их добыче и металлургической обработке.

Только в XVI столетии, когда добыча серебра из месторождений Саксонско-Богемского кряжа получила значительное развитие, были обнаружены сильные красящие свойства окиси кобальта. Но это новое интересное открытие около двух столетий держали в строжайшем секрете. Лишь узкий круг избранных владел секретом полезного использования красящих свойств кобальта.

Сохранились указания, что в 1533 году стекольный мастер Шюрер, проживавший в Богемии, успешно приготовлял кобальтовую синюю краску для окраски керамических изделий. Скоро голландские купцы заинтересовались новой красивой краской и с помощью Шюрера организовали ее производство у себя на родине. Первая саксонская мельница для размола кобальтовой краски была построена близ Аннаберга в 1649 году.

Теперь, когда кобальту была открыта широкая дорога в промышленность, его соединения начали быстро внедряться в качестве ценных красок для стекол, глазури, фарфора, эмалей и ряда других продуктов керамики.

Химические свойства кобальта

Но какова же природа кобальта, и не является ли он смесью некоторых «земель», к которым пионеры теоретической химии относили большинство известных им минеральных видов?

Над научной расшифровкой этой задачи много потрудился швед Брандт, который в своей диссертации (написанной в 1735 г.) «О полуметаллах» впервые сообщил, что висмут, полученный из кобальто-висмутовых руд, не чист, а содержит кобальт, который может быть отделен механическим путем. Эта первая попытка разгадать природу кобальтовых руд была подхвачена учеными в различных странах.

На рубеже XIX в. продукция соединений кобальта исчислялась уже сотнями тонн в год. В науку вошли исследования Бергмана, составившего в 1787 году довольно полное описание химических свойств кобальта, отличающих его от никеля.

Из таблицы периодической системы элементов можно узнать, что порядковое число кобальта равно 27, а его атомный вес 58,94. В этой таблице кобальт стоит между железом и никелем, что соответствует непрерывному закономерному изменению свойств элементов в периодической системе Д. И. Менделеева. Постепенно ученым удалось установить, что по своим физическим и химическим свойствам кобальт больше приближается к никелю, чем к железу.

Кобальт

Некоторые характерные химические свойства кобальта как бы заранее предопределили его практическое использование в технике.

Кобальт — металл, который достаточно устойчив против разрушительного действия атмосферных агентов. При обыкновенной температуре он мало поддается действию воды и воздуха. Значительно легче окисляется мелкораздробленный кобальт, но и в этом случае образующаяся на поверхности металла пленка окислов предохраняет его от дальнейшего окисления. Однако с повышением температуры этот процесс заметно активизируется. Единственной кислотой, быстро растворяющей кобальт при комнатной температуре, является азотная.

В своей автобиографии Генри Бессемер пространно рассказывает, что он переплавил не одну сотню мешков русских медных монет. Это было еще тогда, когда все помыслы молодого и инициативного Генри были сосредоточены на том, чтобы получить тончайший пылевидный материал (так называемый «китайский порошок») для позолоты различных предметов. Бессемер установил, что лучшее сырье для получения «золотой» пыли, дающей сверкающие золотистые оттенки и искристые переливы — русская медная монета. В русских копейках, привлекших внимание предприимчивого Бессемера присутствовал кобальт.

Применение кобальта

Многочисленны по составу и оттенкам технические сорта, изготовляемых в наши дни, красок из кобальта. Широким распространением пользуются красивые и очень прочные краски под названием смальта и окислы кобальта. Это незаменимый материал для окраски некоторых стекол, эмалей и изделий из керамики. Особенность синих кобальтовых стекол заключается в том, что они прозрачны для красного света. Именно на этом свойстве и основано их применение в химическом анализе в качестве световых фильтров для определения окраски пламени. Получила широкое распространение турецкая зелень, которую применяют для окраски фарфора.

Турецкая зелень

В малярном деле и в производстве керамике применяется небесно-голубая краска, единственная краска, обладающая хорошей кроющей способностью. Для акварельных и малярных красок в керамике применяется желтая краска, или соль Фишера. Окислы кобальта приобрели большое значение в технике эмалирования жести и в производстве лаков.

Выдающаяся роль принадлежит кобальту в новейших сверхтвердых и магнитных сплавах. Кобальтовые твердые сплавы (сюда относятся кобальтовые легированные стали) завоевали важные области применения в металлообрабатывающей промышленности. Ценные свойства обеспечивают им распространение в разных отраслях индустрии. Вот далеко не полный арсенал изделий, содержащих кобальт: фрезы, сверла, измерительные приборы, штампы, части молотов, шестеренки, зубчатки, валы, подшипники и т. д.

Кобальт

К о бальт (лат. Cobaltum), Со, химический элемент первой триады VIII группы периодической системы Менделеева; атомный номер 27, атомная масса 58,9332; тяжёлый металл серебристого цвета с розоватым отливом. В природе элемент представлен одним устойчивым изотопом 59 Со; из полученных искусственно радиоактивных изотопов важнейший 60 Со.

Историческая справка. Окись кобальта применялась в Древнем Египте, Вавилоне, Китае для окрашивания стекол и эмалей в синий цвет. Для той же цели в 16 в. в Западной Европе стали пользоваться цафрой, или сафлором, — серой землистой массой, которая получалась при обжиге некоторых руд, носивших название «кобольд». Эти руды выделяли при обжиге обильный ядовитый дым, а из продукта их обжига выплавить металл не удавалось. Средневековые рудокопы и металлурги считали это проделками мифических существ — кобольдов (от нем. Kobold — домовой, гном). В 1735 шведский химик Г. Брандт, нагревая в горне с дутьём смесь цафры с углем и флюсом, получил металл, который назвал «корольком кобольда». Вскоре это название было изменено на «кобольт», а затем на «кобальт».

Распространение в природе. Содержание кобальта в литосфере 1,8·10 -3 % по массе. В земной коре он мигрирует в магмах, горячих и холодных водах. При магматической дифференциации кобальт накапливается главным образом в верхней мантии: его среднее содержание в ультраосновных породах 2·10 -2 %. С магматическими процессами связано образование так называемых ликвационных месторождений кобальтовых руд. Концентрируясь из горячих подземных вод, кобальт образует гидротермальные месторождения; в них Со связан с Ni, As, S, Cu. Известно около 30 минералов кобальта (см. Кобальтовые руды).

В биосфере кобальт преимущественно рассеивается, однако на участках, где есть растения — концентраторы кобальта, образуются кобальтовые месторождения. В верхней части земной коры наблюдается резкая дифференциация кобальта — в глинах и сланцах в среднем содержится 2·10 -3 % кобальта, в песчаниках 3·10 -5 , в известняках 1·10 -5 . Наиболее бедны кобальтом песчаные почвы лесных районов. В поверхностных водах кобальта мало, в Мировом океане его лишь 5·10 -8 %. Будучи слабым водным мигрантом, кобальт легко переходит в осадки, адсорбируясь гидроокисями марганца, глинами и др. высокодисперсными минералами.

Физические и химические свойства. При обычной температуре и до 417°С кристаллическая решётка кобальта гексагональная плотноупакованная (с периодами а = 2,5017 , с = 4,614 ), выше этой температуры решётка кобальта кубическая гранецентрированная (а = 3,5370 ). Атомный радиус 1,25 , ионные радиусы Co 2+ 0,78 и Co 3+ 0,64 . Плотность 8,9 г/см 3 (при 20°С): t_nл 1493° С о , t_кип 3100°С. Теплоёмкость 0,44 кдж/(кг·К), или 0,1056 кал/(г·°С); теплопроводность 69,08 вт/(м·К), или 165 кал/(см·сек·°С) при 0—100 °С. Удельное электросопротивление 5,68·10 -8 ом·м, или 5,68·10 -6 ом·см (при 0°С). Кобальт ферромагнитен, причём сохраняет ферромагнетизм от низких температур до точки Кюри, Q = 1121 °С (см. Ферромагнетизм). Механические свойства кобальта зависят от способа механической и термической обработки. Предел прочности при растяжении 500 Мн/м 2 (или 50 кгс/мм 2 ) для кованого и отожжённого кобальта; 242— 260 Мн/м 2 для литого; 700 Мн/м 2 для проволоки. Твёрдость по Бринеллю 2,8 Гн/м 2 (или 280 кгс/мм 2 ) для наклёпанного металла, 3,0 Гн/м 2 для осажденного электролизом; 1,2—1,3 Гн/м 2 для отожжённого.

Конфигурация внешних электронных оболочек атома кобальта 3d 7 4s 2 . В соединениях кобальт проявляет переменную валентность. В простых соединениях наиболее устойчив Со (II), в комплексных — Со (III). Для Со (I) и Co (IV) получены только немногочисленные комплексные соединения. При обыкновенной температуре компактный кобальт стоек против действия воды и воздуха. Мелко раздробленный кобальт, полученный восстановлением его окиси водородом при 250 °С (пирофорный кобальт), на воздухе самовоспламеняется, превращаясь в СоО. Компактный кобальт начинает окисляться на воздухе выше 300 °С; при красном калении он разлагает водяной пар: Со + H₂O = CoO + H₂. С галогенами кобальт легко соединяется при нагревании, образуя галогениды СоХ₂. При нагревании кобальт взаимодействует с S, Se, Р, As, Sb, С, Si, В, причём состав получающихся соединений иногда не удовлетворяет указанным выше валентным состояниям (например, Со₂Р, Co₂As, CoSb₂, Со₃С, CoSi₃). В разбавленных соляной и серной кислотах кобальт медленно растворяется с выделением водорода и образованием соответственно хлорида CoCl₂ и сульфата CoSO₄. Разбавленная азотная кислота растворяет кобальт с выделением окислов азота и образованием нитрата Co (NO₃)₂. Концентрированная HNO₃ пассивирует кобальт (см. Пассивирование металлов). Названные соли Со (II) хорошо растворимы в воде [при 25 °С 100 г воды растворяют 52,4 г CoCl₂, 39,3 г CoSO₄, 136,4 г. Со (NO₃)₂]. Едкие щёлочи осаждают из растворов солей Со 2+ синюю гидроокись Со (ОН)₂, которая постепенно буреет вследствие окисления кислородом воздуха до Со (ОН)₃. Нагревание в кислороде при 400—500 °С переводит CoO в чёрную закись-окись Co₃O₄, или CoO·Co₂O₃ — соединение типа шпинели. Соединение того же типа CoAl₂O₄ или CoAl₂O₃ синего цвета (тенарова синь, открытая в 1804 Л. Ж. Тенаром) получается при прокаливании смеси CoO и Al₂O₃ при температуре около 1000 °С.

Из простых соединений Со (III) известны лишь немногие. При действии фтора на порошок Со или CoCl₂ при 300—400 °С образуется коричневый фторид CoF₃. Комплексные соединения Со (III) весьма устойчивы и получаются легко. Например, KNO₂ осаждает из растворов солей Со (II), содержащих CH₃COOH, жёлтый труднорастворимый гексанитрокобальтат (III) калия K₃[Co (NO₂)₆]. Весьма многочисленны кобальтаммины (прежнее название кобальтиаки) — комплексные соединения Со (III), содержащие аммиак или некоторые органические амины.

Получение и применение. Минералы кобальта редки и не образуют значительных рудных скоплений. Главным источником промышленного получения кобальта служат руды никеля, содержащие кобальт как примесь. Переработка этих руд весьма сложна, и её способ зависит от состава руды. В конечном итоге получают раствор хлоридов кобальта и никеля, содержащий примеси Cu 2+ , Pb 2+ , Bi 3+ . Действием H₂S осаждают сульфиды Cu, Pb, Bi, после чего пропусканием хлора переводят Fe (II) в Fe (lll) и добавлением СаСО₃ осаждают Fe (OH)₃ и CaHAsO₄. От никеля кобальт отделяют по реакции: 2CoCl₂+NaCIO+4NaOH+H₂O = 2Co (OH)₃ ¯ +5NaCI. Почти весь никель остаётся в растворе. Чёрный осадок Со (ОН)₃ прокаливают для удаления воды; полученный окисел Co₃O₄ восстанавливают водородом или углеродом. Металлический кобальт, содержащий до 2—3% примесей (Ni, Fе, Cu и др.), может быть очищен электролизом.

Кобальт применяется главным образом в виде сплавов; таковы кобальтовые сплавы, а также сплавы на основе др. металлов, где кобальт служит легирующим элементом. Сплавы кобальта используют в качестве жаропрочных и жаростойких материалов, при изготовлении постоянных магнитов, режущего инструмента и др. Порошкообразный кобальт, а также Co₃O₄ служат катализаторами. Фторид CoF₃ применяется как сильный фторирующий агент, тенарова синь и особенно силикат кобальта и калия (см. Смальта) — как краски в керамической и стекольной промышленности. Соли кобальта применяют в сельском хозяйстве как микроудобрения, а также для подкормки животных.

Из искусственно радиоактивных изотопов кобальта наибольшее значение имеет 60 Со с периодом полураспада T 1 /₂ = 5,27 года, широко используемый как гамма-излучатель. В технике его применяют для гамма-дефектоскопии. В медицине — главным образом при лучевой терапии опухолей (см. Гамма-установка) и для стерилизации медикаментов. Он служит также для уничтожения насекомых в зерне и овощах и для консервирования пищевых продуктов. Др. радиоактивные изотопы — 56 Co (T 1 /₂ = 77 сут), 57 Со (270 сут) и 58 Со (72 сут) как менее опасные (небольшой период полураспада) используют в качестве изотопных индикаторов при исследовании обмена веществ, в частности для изучения распределения кобальта в организме животных (с помощью радиоактивного кобальта исследовали проницаемость плаценты и т.п.).

Кобальт в организме. Постоянно присутствуя в тканях животных и растений, кобальт участвует в обменных процессах. В животном организме содержание кобальта зависит от его уровня в кормовых растениях и почвах. Концентрация кобальта в растениях пастбищ и лугов в среднем составляет 2,2·10 -5 —4,5·10 -5 % на сухое вещество. Способность к накоплению кобальта у бобовых выше, чем у злаковых и овощных растений. В связи с высокой способностью к концентрации кобальта морские водоросли по его содержанию мало отличаются от наземных растений, хотя в морской воде кобальта значительно меньше, чем в почвах. Суточная потребность человека в кобальте равна примерно 7—15 мкг и удовлетворяется за счёт его поступления с пищей. Потребность животных в кобальте зависит от их вида, возраста и продуктивности. Наиболее нуждаются в кобальте жвачные, которым он необходим для развития симбиотической микрофлоры в желудке (главным образом в рубце). Суточная потребность в кобальте у дойных коров составляет 7—20 мг, у овец — около 1 мг. При недостатке кобальте в рационе снижается продуктивность животных, нарушаются обмен веществ и кроветворение, у жвачных возникают эндемичные заболевания — акобальтозы. Биологическая активность кобальта определяется его участием в построении молекулы витамина B₁₂ и его коферментных форм, фермента транскарбоксилазы. Кобальт необходим для проявления активности ряда ферментов. Он влияет на обмен белка и синтез нуклеиновых кислот, на обмен углеводов и жиров, окислительно-восстановительные реакции в животном организме. Кобальт — мощный активатор кроветворения и синтеза эритропоэтинов. Кобальт участвует в ферментных системах клубеньковых бактерий, осуществляющих фиксацию атмосферного азота; стимулирует рост, развитие и продуктивность бобовых и растений ряда др. семейств.

Лит.: Перельман Ф. М., Кобальт, в кн.: Краткая химическая энциклопедия, т. 2, М., 1963; Некрасов Б. В., Основы общей химии, т. 3, М., 1970; Гудима Н. В., Металлургия кобальта, в кн.: Справочник металлурга по цветным металлам, т. 2, М., 1947; Ястребов А. П., Действие кобальта на образование эритроцитов, в кн.: Патофизиология эритропоэза (Тр. 7 конференции Уральского Межобластного общества патофизиологов), Свердловск, 1965; Ягодин Б. А., Кобальт в жизни растений, М., 1970; Trace element metabolism in animals. Proceedings of International symposium Aberdeen, Scotland, July 1969, Edin. — L., 1970; Northrop D. B., Transcarboxylase, «Journal of Biological Chemistry», 1969, v. 244, № 21, p. 5808—27.