Routes to finance

Routes to finance

Получение кобальта (Январь 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.

Читать еще:  Сера полезные свойства для человека

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 и его характеристики

Общая характеристика кобальта

В природе кобальт мало распространен: содержание в земной коре составляет около 0,004% (масс.). Чаще всего кобальт встречается в соединении с мышьяком в виде минералов кобальтовый шпейс CoAs2 и кобальтовый блеск CoAs.

Кобальт – твердый, тягучий, похожий на железо блестящий металл (рис. 1). Как и железо, он обладает магнитными свойствами. Вода и воздух на него не действуют. В разбавленных кислотах растворяется значительно труднее, чем железо.

Рис. 1. Кобальт. Внешний вид.

Атомная и молекулярная масса кобальта

Относительной молекулярная масса вещества (Mr) – это число, показывающее, во сколько раз масса данной молекулы больше 1/12 массы атома углерода, а относительная атомная масса элемента (Ar) — во сколько раз средняя масса атомов химического элемента больше 1/12 массы атома углерода.

Поскольку в свободном состоянии кобальт существует в виде одноатомных молекул Co, значения его атомной и молекулярной масс совпадают. Они равны 58,9332.

Аллотропия и аллотропные модификации кобальта

Кобальт имеет две модификации. До 430 o С устойчив α-кобальт (гексагональная плотноупакованная решетка); выше 430 o С — b-кобальт (гранецентрированная кубическая решетка).

Изотопы кобальта

Известно, что в природе кобальт может находиться в виде единственного стабильного изотопа 59 Co. Массовое число равно 59, ядро атома содержит двадцать семь протонов и тридцать два нейтрона.

Существуют искусственные нестабильные изотопы кобальта с массовыми числами от 45-ти до 75-ти и одиннадцати мета стабильных состояний, среди которых наиболее долгоживущим является 60 Co с периодом полураспада равным 5,2714 лет.

Ионы кобальта

Электронная формула, демонстрирующая распределение по орбиталям электронов кобальта выглядит следующим образом:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 7 4s 2 .

В результате химического взаимодействия кобальт отдает свои валентные электроны, т.е. является их донором, и превращается в положительно заряженный ион:

Молекула и атом кобальта

В свободном состоянии кобальт существует в виде одноатомных молекул Cо. Приведем некоторые свойства, характеризующие атом и молекулу кобальта:

Энергия ионизации атома, эВ

Радиус атома, нм

Сплавы кобальта

Кобальт применяется главным образом в сплавах, которые используются в качестве жаропрочных и жаростойких материалов. Жаропрочный и жаростойкий сплав виталлиум содержит 65% кобальта, 28% хрома, 3% вольфрама и 4% молибдена. Этот сплав сохраняет высокую прочность и не подается коррозии при температурах до 800-850 o С.

Твердые сплавы стеллиты, содержащие 40-60% кобальта, 20-35% хрома, 5-20: вольфрама и 1-2% углерода, применяются для изготовления режущего инструмента. Кобальт входит также в состав керамикометаллических твердых сплавов – керметов.

Примеры решения задач

Задание Кобальт массой 2,95 г растворили в соляной кислоте, при этом образовалась соль кобальта (II), через полученный раствор пропустили сероводород. Определите массу образовавшегося осадка.
Решение Запишем уравнения реакций, о которых говорится в условии задачи:

Найдем количество вещества кобальта, вступившего в реакцию (молярная масса – 59 г/моль):

n (Co) = m (Co) / M (Co);

n (Co) = 2,95 / 59 = 0,044 моль.

Согласно уравнению (1) n (Co) : n (CoCl2) = 1:1, следовательно, n (Co) = n (CoCl2) = 0,044 моль. Тогда, количество моль сульфида кобальта (II) (осадок) также будет равно 0,044 моль, поскольку n (CoCl2) : n (CoS) = 1:1. Масса сульфида кобальта (II) равна (молярная масса – 91 г/моль):

m (CoS)= n (CoS)×M (CoS);

m (CoS)= 0,044 × 91 = 4,004 г.

Ответ Масса сульфида кобальта (II) равна 4,004 г
Задание Стандартный электродный потенциал никеля больше, чем кобальта (E o Co 2+ /Co 0 = -0,27 В, E o Ni 2+ /Ni 0 = -0,25 В). Изменится ли это соотношение, если измерить потенциал никеля в растворе его ионов с концентрацией 0,001 моль/дм 3 , а потенциал кобальта – в растворе с концентрацией 0,1 моль/дм 3 ?
Решение Определим электродные потенциалы кобальта и никеля в заданных условиях используя уравнение Нернста:

E ’ Ni 2+ / Ni 0 = -0,25 + (0,059/2) × lg10 -3 ;

E ’ Co 2+ /Co o = -0,27 + (0,059/2) × lg10 -1 ;

Ответ В заданных условиях потенциал кобальта больше, чем потенциал никеля.

Копирование материалов с сайта возможно только с разрешения
администрации портала и при наличие активной ссылки на источник.

Кобальт

Название «кобальт» было дано этому элементу в честь злого духа-убийцы Коболда. Иногда люди, работавшие на серебряных рудниках, неожиданно погибали от странных симптомов. Суеверные думали, что разгневанный дух мстил так за кражу своих подземных богатств.

Однако на самом деле причиной смерти несчастных было нечто иное: соединения кобальта с серой, которые также присутствовали в серебряной руде. При их нагревании во время выплавки металла в воздух выделялись токсичные соединения серы, ядовитые для людей.

Что же касается самого кобальта, то в микродозировках он не только не вреден, но и полезен, и даже незаменим для организма.

Содержание кобальта в продуктах (на 100г):

Кальмары 95 мкг
Тунец 40 мкг
Сардины 30 мкг
Манная крупа 25 мкг
Щука 20 мкг
Скумбрия 20 мкг

Что собой представляет кобальт?

Кобальт – это металл, визуально похожий на серебро. В организме человека он находится в количестве 1-2 мг, большей частью присутствует в крови, печени, щитовидной железе, надпочечниках, лимфоузлах, почках.

Есть мнение, что в теплое время года организм накапливает больше кобальта.

Продукты питания, богатые кобальтом

Кобальт входит в состав многих пищевых продуктов. Больше всего кобальта содержится в морепродуктах: кальмарах, рыбе.

Также он есть в мясе, молоке, но в них он присутствует в несоизмеримо меньших количествах. Немного кобальта имеется в растительной пище.

Его конкретное содержание зависит от того, в какой географической зоне произрастает та или иная культура. В разных регионах России разное содержание кобальта в почве и воде, по причине чего и в растениях он накапливается в неодинаковой степени.

Суточная потребность в кобальте

Оптимальное поступление кобальта в организм точно не определено. По разным источникам необходимые дозировки кобальта составляют от 0,1 до 1,2 мг.

Увеличение потребности в кобальте

Болезни крови и печени, острые и значительные кровопотери, заболевания поджелудочной железы приводят к повышению потребности в этом минерале.

Усвоение кобальта из пищи

Из пищевых продуктов усваивается приблизительно 20% содержащегося в них кобальта.

Биологическая роль кобальта

• Ведущее значение кобальта заключается в том, что он участвует в процессе кроветворения. Он входит в состав витамина В12, а тот отвечает за образование гемоглобина.
• Кобальт принимает участие в процессах расщепления и усвоения основных питательных веществ – белков, углеводов и жиров.
• Кобальт влияет на образование ДНК.
• Улучшает работоспособность нервной системы.
• Повышает стойкость иммунитета.
• Улучшает образование белков мышц.
• Благотворно влияет на работу надпочечников и выделение ими гормонов.
• Повышает функцию поджелудочной железы, улучшает выработку инсулина.
• Увеличивает всасывание железа в кишечнике.

Признаки нехватки кобальта

Специфических признаков нехватки минерала нет. Однако, когда поступающие дозировки кобальта очень малы, у человека повышается вероятность появления заболеваний крови (в первую очередь анемии) и эндокринных расстройств. Критический недостаток кобальта формируется в том случае, если с пищей его поступает 10 мкг и менее.

Интересно, но человек менее чувствителен к уменьшению поступления кобальта, нежели многие сельскохозяйственные животные.

Признаки избытка кобальта

Доза 250-500 мг является токсичной. При однократном применении кобальта в высокой дозировке вероятно отравление. Длительная передозировка элементом может вызвать серьезное заболевание сердца – кардиомиопатию.

Избыток кобальта при его значительном поступлении с пищей невозможен. Чаще всего он формируется у людей, которые контактируют с соединениями кобальта по роду деятельности. Токсические свойства металла заметны у работающих на производстве жидкого топлива, керамики и т.д. При соблюдении техники безопасности вероятность отравления невелика.

Факторы, влияющие на содержание в продуктах кобальта

Кулинарная обработка на содержание элемента в пище практически не влияет.

Почему возникает дефицит кобальта

К нему приводят недостаток кобальта в составе пищи, а также заболевания органов пищеварения, печени, крови.

Кобальт: цена и продажа

Если Вам необходимо дополнительное поступление кобальта, рекомендуем начать применение кобальтсодержащих минеральных добавок.

Купить кобальт можно на нашем сайте. У нас представлен широкий ассортимент БАДов, витаминов и минералов от ведущих мировых производителей.

О каждом из представленных средств приведена подробная информация, касающаяся его свойств и особенностей приема, а также обозначена точная цена.

При необходимости Вы можете позвонить нашим менеджерам по телефону магазина, чтобы получить развернутую консультацию по поводу заинтересовавшего Вас средства.

Чтобы оформить покупку, добавьте выбранный препарат в корзину или сделайте заказ по телефону.

Для регионов действует бесплатный номер 8 800 550-52-96.

Кобальт – это химический элемент. Кобальт в организме человека

Обычный человек, не связанный с химией и медициной, как правило, смутно представляет значение кобальта для своей жизнедеятельности и здоровья. Еще одна причина, по которой мы затрудняемся объяснить, что такое кобальт, – это его скудное распространение в природе. Всего 0,004% – таково содержание его в земной коре. Однако металл и его соединения активно применяют в металлургии, сельском хозяйстве и медицине. В нашей статье мы расширим представления о роли кобальта в промышленности, а также остановимся на его функциях в организме человека.

Место элемента в периодической системе

Какое же место в периодической системе занимает кобальт? Свойства химических элементов, в том числе и рассматриваемого нами металла, зависят от их положения в таблице Д. И. Менделеева. Он расположен в VIII б группе (в короткой форме таблицы – в триаде железа VIII группы). Как у железа и никеля, в его атоме на последнем энергетическом уровне находятся два электрона, что свидетельствует о принадлежности металла к d-элементам и обуславливает его основные характеристики. Металл имеет две валентности – II и III. Для него также характерно явление аллотропии, модификации металла могут иметь кубическую или гексагональную структуру.

Что такое кобальт?

Каковы же физические свойства элемента? По внешнему виду это металл, обладающий высокой твердостью и магнитными свойствами. Серебристый блеск, тягучесть и термическая устойчивость – вот еще некоторые физические признаки элемента, присущие также и двум другим его соседям по периодической системе – никелю и железу. Ни кислород, ни вода не действуют на кобальт при обычной температуре. Его соединения, например, смальта, известны с давних времен, как вещества, применяемые для получения синего витражного стекла и окрашивания керамических изделий.

Кобальт – это типичный металл, похожий своими химическими свойствами на железо. Каковы же особенности его оксидов, оснований и солей?

Соединения двухвалентного и трехвалентного кобальта

Способность образовывать комплексные соли – главный отличительный признак атомов Со (III). Эти вещества малоустойчивы, координационное число кобальта в них всегда равно шести. Они имеют высокую окислительную способность. Средние соли, например, CoCL3 или Co2(SO4)3 легко переходят в соли, в которых кобальт – это уже двухвалентный металл. Безводные его соединения имеют синюю окраску, а кристаллогидраты и растворы – розовую. В отличие от других оснований, гидроксид трехвалентного кобальта при взаимодействии с хлоридной кислотой образует не соль и воду, а выделяет из нее свободный хлор. Основание двухвалентного металла в виде синего осадка получают прямой реакцией соответствующей соли со щелочью. Приведем характеристику свойств кобальта, входящего в состав твердых растворов металлов друг в друге – сплавов.

Он придает материалу исключительные технические параметры устойчивости к высоким температурам, твердости, стойкости к истиранию и коррозии. Сплавы, содержащие кобальт, применяются в оборонной промышленности, ракетостроении и в химических технологиях замкнутого цикла. В производстве инструментальных сортов стали, материалов с магнитными свойствами, как легирующую добавку, также используют кобальт. Характеристика свойств таких сплавов железа сильно отличается от обычных сортов нержавеющей стали, содержащих только хром или никель.

Применение кобальта в технике

Около трети всего получаемого в мире металла идет на производство керметов – искусственных композиционных материалов. Твердой основой в них служит карбид вольфрама, а связующим и закрепляющим компонентом выступает кобальт. Он также является стратегическим сырьем для производства турбин двигателей в самолетостроении.

В чистом виде металл практически не используется, зато применение кобальта в смеси с другими элементами (железом, медью, вольфрамом и хромом) широко распространено в различных отраслях. Сплав стеллит, содержащий до 60% кобальта, отличается повышенной жаропрочностью и твердостью, он является незаменимым материалом для изготовления резцов и сверл в инструментальном производстве. Такие легирующие элементы, как вольфрам и молибден, усиливают его характеристики. Сплав виталиум, обладающий высоким сопротивлением к пластической деформации, также содержит кобальт. Характеристика свойств соединения такова: жаропрочное и кислотоустойчивое, применяется в изготовлении химического оборудования: колонн синтеза, ректификационных аппаратов. Велика роль сплавов в противодействии различным видам коррозии, например детали и механизмы, сделанные из стеллита, противостоят разрушению при колебательных и трущихся движениях механических поверхностей в двигателях внутреннего сгорания.

Способы получения кобальта

Различные отрасли экономики требуют применения материалов, содержащих кобальт. Это способствует увеличению добычи руд и минералов, а именно: кобальтового шпейса и блеска. В состав этих горных пород входит еще и мышьяк, это вынуждает применять повышенные меры безопасности в процессах выплавки металла. Основной метод получения кобальта – пирометаллургия, используется также способ обработки руды сульфатной кислотой. Наиболее перспективными считаются залежи силикатно-оксидных руд , пирита и пентландита в Китае, России (на Кольском полуострове, в республике Тува и Красноярском крае), а также в Канаде.

Применение металла в сельском хозяйстве и медицине

Определенные важные свойства, которыми обладает микроэлемент кобальт, способствуют его применению, например, в растениеводстве для повышения вегетативной массы растений. У люцерны, люпина, клевера и других ценных кормовых трав семейства Бобовые, он включается в ферментативные реакции азотофиксации, происходящие с помощью клубеньковых бактерий. Недостаток микроэлемента проявляется такими симптомами, как обесцвечивание листовых пластинок и потеря ними способности к фотосинтезу, замедлением ростовых процессов и нарушением всего цикла развития растения. Избыточное содержание кобальта возможно вследствие нарушения норм внесения микроудобрений. Так как его соединения хорошо растворимы в воде, они сразу же поступают в ксилему и по проводящим элементам (сосудисто-волокнистым пучкам) попадают в мезофилл листа, вызывая их обесцвечивание и увядание. Наиболее чувствительны к избытку микроэлемента злаковые культуры: овес, ячмень, рис.

Биохимия о роли соединений кобальта

Отрасль биологии, изучающая живую материю на молекулярном и клеточном уровне, установила важную функцию данного химического элемента. Он входит в состав небелковой части биологически активных веществ – ферментов и гормонов. Например, кобальт в организме человека находится молекулах тироксина, вырабатываемых щитовидной железой и контролирующих процессы метаболизма. Еще один жизненно важный гормон, регулирующий уровень глюкозы в плазме крови, – инсулин. Он выделяется β-клетками островков Лангерганса поджелудочной железы и также содержит соединения кобальта. Недостаточное поступление элемента в клетки и органы человека наблюдается во время перехода от смешанного питания к вегетарианству, при глистных инвазиях и заболеваниях пищеварительной системы. Как видим, кобальт – это микроэлемент, серьезно влияющий на уровень гомеостаза в человеческом организме.

Значение химического элемента в обмене веществ

Кроветворение, осуществляемое красным костным мозгом, происходит при участии кобальтсодержащих веществ – активаторов соответствующих ферментов. Один из главных витаминов группы В – цианкоболамин (В12), участвуя в образовании эритроцитов в кроветворных органах, предохраняет организм от анемии. Правильное и сбалансированное питание, содержащее печень, говядину, морепродукты, курагу, свеклу, обеспечит необходимый уровень кобальта в организме человека (около 40 мг в сутки) и убережет его от заболеваний иммунной, сердечно-сосудистой и эндокринной систем.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector
Понравился сайт? Расскажи друзьям!