Кобальт тяжелый или легкий металл

Обновлено: 05.07.2024

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.

Познавательно: в незапамятные времена в центрах цивилизаций (Египте, Вавилоне) делали стекло и смальту синего цвета.

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:

плотность 8,9 г/см³;
температура плавления 1495°С;
кипит при 2870 градусах Цельсия;

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.

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.

Скуттерит. Содержание Cо до 30%.
Саффлорит-лёллингит. Кобальта в руде до 29%.
Арсенопирит-аллоклазит. В ней искомого металла до 35%
Кобальтин-герсдорфит с содержанием Cо до 35%.

Но в большинстве кобальтсодержащие руды металла содержат до 3%.

Кобальт добывают из сернистых медно-никелевых, окисленных кобальто-медных, силикатно-оксидных никелевых месторождений.

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:

Канада — 6% мировой добычи кобальта.
Австралия 4 %.
Филиппины 4%.
Куба 3%.
Замбия 3%.
Россия 3%.

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.

Отличная жаропрочность.
Высокие твердость и устойчивость к износу (даже при высоких температурах).
Устойчив к размагничиванию.

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.

Не доказано: есть версия, что при аресте у Маты Хари (знаменитой куртизанки, танцовщицы и по совместительству шпионки) нашли пузырек с чернилами, содержащими соли кобальта. Эти чернила проявляют надпись на бумаге только при ее нагревании. Кстати, таким же свойством обладает молоко…

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.

Познавательно: сохранился синий египетский кувшин (стекло окрашено солями кобальта). Кувшинчик сделали в ХV в. до нашей эры. Существуют и стекловидные голубые кирпичи, содержащие соли нашего героя.

От кобальтовой пушки до домика в деревне

Изотоп 60Co — источник гамма-излучения. У него довольно широкий спектр применения:

В медицине «кобальтовая пушка» для лучевой терапии опухолей.
В дефектоскопах.
Для уничтожения насекомых в зерне.
Для стерилизации инструментов.

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.

Познавательно: в России велика площадь земель с пониженным содержанием металла кобальта. Если на такой земле стоит ваш домик в деревне, пасутся коровы и козы — не избежать проблем со здоровьем животных (и потребителей продуктов животноводства).

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.

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:

вольфрам 15-19%;
кобальт 5-13%;
хром 4%; 1%.

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!

Металл кобальт

Кобальт (Co) (Cobaltum) - химический элемент VIII группы в периодической системе химических элементов с атомным номером 27, твердый вязкий блестящий голубовато-серый металл, относится к тяжелым металлам. Плотность равна 8,9 г/см 3 , t_пл.=1493 °C, t_кип.=2957 °C. В земной коре содержание Co равно 4·10 -3 % по массе. Данный металл входит в состав более 30 минералов. К ним относятся каролит CuCo₂S₄, линнеит Co₃S₄, кобальтин CoAsS, сферокобальтит CoCO₃, смальтит СоAs₂ и другие. В морской воде приблизительно (1-7)·10 -10 % Co.

История открытия

Название металла "Кобальт" тесно связано с саксонскими рудниками, а точнее с подземным гномом Кобольдом, который там обитал по мнению саксонцев. Дело в том, что не всегда руда, принимаемая тогда за серебряную, давала при выплавке непосредственно драгоценный металл. Данное явление, как раз, и приписывали к злым деяниям маленького гнома Кобольда. Руда, которая не давала серебра, но была по внешним признакам очень похожа на серебряную, получила название "кобольд". Скорее всего, это были содержащие мышьяк кобальтовые минералы — кобальтин CoAsS, или сульфиды кобальта скуттерудит, сафлорит или смальтин. В 1735 году шведский химик Георг Брандт выделил из данной руды серый со слабым розоватым оттенком неизвестный металл, который получил название "кобольд" или "Кобальт". Брандт выяснил также, что соединения именно этого элемента окрашивают стекло в синий цвет.

Свойства кобальта

Физические и механические свойства

Свойство	Значение
Атомный номер	27
Атомная масса, а.е.м	58,93
Атомный диаметр, пм	250
Плотность, г/см³	8,9
Удельная теплоемкость, Дж/(K·моль)	0,456
Теплопроводность, Вт/(м·K)	100
Температура плавления, °С	1493
Температура кипения, °С	2957
Теплота плавления, кДж/моль	15,48
Теплота испарения, кДж/моль	389,1
Молярный объем, см³/моль	6,7
Группа металлов	Тяжелый металл

Химические свойства

Свойство	Значение
Ковалентный радиус:	130 пм
Радиус иона:	(+6e) 62 (+4e) 70 пм
Электроотрицательность (по Полингу):	2,16
Электродный потенциал:	0
Степени окисления:	6, 5, 4, 3, 2

Марки кобальта и сплавов

К0, К1Ау, К1А, К1, К2 - металлический кобальт, содержание Co составляет не менее 99,98% для марки К0 и не менее 98,3% для К2. Указанные марки выпускаются в виде слитков, катодных листов, полос и пластин. В качестве способа производства применяется электролиз или рафинирование.
ПК-1у - металлический кобальт с содержанием указанного химического элемента Co не менее 99,35%. Данная марка выпускается в виде порошка, полученного с помощью электролиза.

Достоинства / недостатки

Достоинства

обладает хорошей жаропрочностью;
имеет высокую износостойкость и твердость в том числе и при высоких температурах;
обладает высокой стойкостью к размагничиванию даже при повышенных температурах и механических нагрузках.

Недостатки

имеет высокую стоимость.

Применение кобальта

Кобальт в виде порошка используют в основном в качестве добавки к сталям. При этом повышается жаропрочность стали, улучшаются ее механические свойства (твердость и износоустойчивость при повышенных температурах). Данный металл входит в состав твердых сплавов, из которых изготовляется быстрорежущий инструмент. Один из основных компонентов твердого сплава - карбид вольфрама или титана - спекается в смеси с порошком металлического кобальта. Именно Co улучшает вязкость сплава и уменьшает его чувствительность к толчкам и ударам. Так, например, резец из суперкобальтовой стали (18% Co) оказался самым износоустойчивым и с лучшими режущими свойствами по сравнению с резцами из ванадиевой стали (0% Co) и кобальтовой стали (6% Co). Также кобальтовый сплав может использоваться для защиты от износа поверхностей деталей, подверженных большим нагрузкам. Твердый сплав способен увеличить срок службы стальной детали в 4-8 раз.

Также стоит отметить магнитные свойства кобальта. Данный металл способен сохранять эти свойства после однократного намагничивания. Магниты должны иметь высокое сопротивление к размагничиванию, быть устойчивыми по отношению к температуре и вибрациям, легко поддаваться механической обработке. Добавление кобальта в стали позволяет им сохранять магнитные свойства при высоких температурах и вибрациях, а также увеличивает сопротивление размагничиванию. Так, например, японская сталь, содержащая до 60% Co, имеет большую коэрцитивную силу (сопротивление размагничиванию) и всего лишь на 2-3,5% теряет магнитные свойства при вибрациях. Магнитные сплавы на основе кобальта применяют при производстве сердечников электромоторов, трансформаторов и в других электротехнических устройствах.

Стоит отметить, что кобальт также нашел применение в авиационной и космической промышленности. Кобальтовые сплавы постепенно начинают конкурировать с никелевыми, которые хорошо зарекомендовали себя и давно используются в данной отрасли промышленности. Сплавы, содержащие Co, используются в двигателях, где достигается достаточно высокая температура, в конструкциях авиационных турбин. Никелевые сплавы при высоких температурах теряют свою прочность (при температурах от 1038°С) и тем самым проигрывают кобальтовым.

В последнее время кобальт и его сплавы стали применяться при изготовлении ферритов, в производстве «печатных схем» в радиотехнической промышленности, при изготовлении квантовых генераторов и усилителей. Кобальтат лития применяется в качестве высокоэффективного положительного электрода для производства литиевых аккумуляторов. Силицид кобальта отличный термоэлектрический материал и позволяет производить термоэлектрогенераторы с высоким КПД. Соединения Co, введенные в стекла при их варке, обеспечивают красивый синий (кобальтовый) цвет стеклянных изделий.

Продукция из кобальта

Современная промышленность выпускает разнообразную продукцию из кобальта. Наиболее распространены кобальтовый порошок, слитки и пластины. Для специальных целей также производится кобальтовая проволока.

Указанная продукция применяется в случаях, когда необходим материал, имеющий высокие показатели износостойкости и жаропрочности или высокое сопротивление размагничиванию.

телефоны:
8 (800) 200-52-75
(495) 366-00-24
(495) 504-95-54
(495) 642-41-95

Тяжелые металлы – перечень, свойства и риски элементов

Официально такой группы химических элементов не существует. Однако металлурги, аграрии, особенно экологи, оперируют понятием «тяжелые металлы». Этот сегмент привлекает повышенное внимание.

Что представляют собой

Термин «тяжелые металлы» еще двести лет назад пытался ввести в научный оборот немецкий химик Лео Гмелин.

Однако в номенклатуре Международного союза, курирующего вопросы теории и практики химии (IUPAC), такое подразделение отсутствует.

Промышленность

В академических и промышленных кругах циркулирует четыре десятка критериев, по которым металл признается тяжелым.

Самые популярные основания:

Атомный номер выше 50.
Плотность 5+ г/см3.

На практике чаще востребован второй критерий.

То есть к тяжелым металлам относятся элементы с плотностью, превышающей 5 г/см3.

В соответствии с ним таковыми считаются:

Традиционные: железо, медь, хром, марганец, кобальт, олово, свинец, никель, цинк.
Менее известные: кадмий, молибден, вольфрам, сурьма. Плюс экзотика – галлий, теллур.
И самые коварные – ртуть, таллий, висмут.

На бытовом уровне они считаются токсичными элементами. Подобное отождествление некорректно.

Не каждый тяжелый металл токсичен, но таким способно стать при благоприятных условиях безобидное вещество.

Экология, медицина

У экологов и врачей свои подходы. Для них тяжелыми металлами являются особо значимые (полезные либо опасные) для биологических организмов элементы.

Суровее критерии Организации Объединенных наций (ООН). В соответствии с ее экологической доктриной, тяжелыми считаются стабильные металлы либо металлоиды, их соединения (особенно соли тяжелых металлов) с плотностью более 4,5 г/см3.

Критерий действует с 1998 года.

Классификация

Кроме плотности, маркером принадлежности к группе служат температура плавления, степень использования, другие свойства.

На основании этого выделяют следующие виды тяжелых металлов:

Редкие – галлий, висмут, таллий, кадмий. – молибден, вольфрам, хром. – кадмий, кобальт, свинец, ртуть, олово, галлий, таллий, висмут.

Самый тяжелый металл планеты – иридий. Кубик с ребром в 1 см весит 22,6 грамма. Но вещество попадает на Землю только с метеоритами.

Иридий

В сегменте обычных земных «тяжеловесов» лидирует вольфрам – он на три грамма легче. Это восьмая позиция среди металлов.

Откуда берутся

Естественных поставщиков тяжелых металлов четыре:

Горное сырье. Чаще это магматические либо осадочные породы.
Породообразующие минералы. У меди, например, это малахит и другие минералы.
Вулканы. Частицы вещества извергаются попутно с вулканическими продуктами (газами, гейзерами).

Еще один источник – Вселенная. Вещество заносится в стратосферу метеоритами либо облаками космической пыли.

Получение продукта

На большинстве металлургических комбинатах сырье плавят в доменных и мартеновских печах. Это оборудование из позапрошлого века делает процесс тяжелым, опасным для экологии и человека.

Внедрение « зеленых » технологий продвигается медленно, поскольку требует инвестиций.

Результат недостаточной очистки отходов производства – высокое содержание вредных компонентов. Следствие – загрязнение почвы, воды, воздуха.

Влияние на экологию

Особо опасные загрязнители биосферы – именно тяжелые металлы. Самая вредная форма соединений – соли.

Пути поступления

Загрязнение биосферы происходит следующими способами:

Металлургия. Выбросы в процессе плавки, обжига. Вымывание тяжелых веществ из отвалов месторождений либо меткомбинатов водой, выветривание.
Агросектор. Полив плантаций, удобрение полей илом бытовых стоков либо пестицидами.
Быт. Использование как топлива торфа, угля, другого сырья.
Автобаны. Свинцом, цинком, кадмием насыщены обочины автострад.

Свинец пропитывает почву минимум на 100 м по обе стороны дороги.

Свинец

Способы очищения

Почва очищается от такого груза десятилетиями, иногда столетиями.

Концентрация цинка уменьшается наполовину спустя столетие, кадмию требуется вдвое меньше.

Медь исчезает через три столетия, свинец – через десять:

Токсичные соединения растворяются в воде.
В почве процесс активируют влажность и растительность.

Флора вытягивает «свои» металлы. Так, лишайники «кушают» цинк, никель, медь.

Самородная медь

Токсичность тяжелых металлов возрастает с увеличением атомного номера.

Воздействие на человека

Влияние большинства таких веществ двояко:

Микродозы цинка, железа, меди задействованы в биологических процессах. Например, поддержании уровня гемоглобина в крови.
Превышение микродоз опасно: тормозится работа нервной системы, сердца, почек, других органов. Разрушается скелет, идет разбалансировка жизненных процессов.
Токсичны бесполезные свинец, ртуть.

Отравление организма внешне проявляется как тошнота, рвота, головная боль, нарушение координации движений. Плюс более тяжелые последствия, до летального исхода.

В зоне риска следующие категории:

Работники меткомбинатов.
Жители мегаполисов, окрестностей автострад.
Потребители продуктов со стихийных рынков (не прошедших санитарный контроль).

Уровень загрязненности территории экологи определяют благодаря местным животным.

Чуткие «индикаторы» загрязненности на европейской части – лоси, мышь-полевка, кроты, бурый мишка.

Кобальт – ключ к энергопереходу или тормоз прогресса Как синяя краска стала важнее нефти?

Кобальт – химический элемент, в который уперлись надежды человечества на энергопереход. Почему вокруг него разгорелись геополитические баталии?

К обальт относится к химическим элементам восьмой группы, и в периодической системе расположен под номером 27. В чистом виде это тяжелый металл, имеющий голубовато-серый оттенок. Кобальт содержится в земной коре, в морской воде и при этом входит в состав более чем тридцати природных минералов: сферокобальтит, каролит и т. д.

Человечество использует кобальт с древних времен. Еще египтяне получали с его помощью стойкий синий цвет для своих красителей. Прогресс расширил применение кобальта из сферы искусства в промышленность – в первую очередь, для легирования сталей и в качестве нефтехимического катализатора, – однако значительного мирового спроса на него не создал. Просто еще один редкозем, используемый в незначительных количествах для добавок в жаростойкие твердые сплавы.

Все изменила концепция «энергоперехода».

Энергопереход к металлам

Кобальт никого особо не интересовал до открытия Коити Мидзусимой литий-кобальтового оксида. Оксид лития-кобальта (кобальтит лития, кобальтат лития) – неорганическое соединение, двойной оксид лития и кобальта с формулой LiCoO2 (Li2O•Co2O3). Темно-серые кристаллы не растворяются в воде, но главное – этот оксид входит в состав положительного электрода литий-ионных аккумуляторов.

Первую волну спроса на кобальт дали смартфоны. В 2000 году спрос на металл составлял примерно 2700 тонн в год. К 2010-му, когда у каждого в кармане поселился iPhone или Android-смарт, спрос подскочил до 25 000 тонн, почти в десять раз! Но это было только начало. «Металлом века» кобальт сделала идея энергоперехода.

Тренд на переход от углеродной энергетики к возобновляемой, недавно охвативший человечество, резко сместил сырьевой приоритет мировой промышленности и экономики от углеводородов к металлам. Как пишут аналитики EY: «В стремлении уйти от ископаемых энергоносителей мировое сообщество вовлекается в новую зависимость от других видов сырья».

Недавно мы писали о «литиевом феномене»:

Белая нефть Почему миру так важен литий

Литий – легкий белый металл, который критически важен для нескольких ключевых современных отраслей. Откуда он берется, кому принадлежит, и хватит ли его всем желающим?

Но литий - всего лишь один из многих.

Электричество вместо углеводородов – идея хорошая, и в самом энергопереходе есть здравая рациональность. Но невротизированное ужасами «глобального потепления» человечество побежало по этому переходу сломя голову, ничуть не задумываясь, как за ним должны успевать промышленность и экономика. Солнечная энергетика затребовала медь, алюминий и хром, ветроэнергетика – медь и цинк, геотермальная – никель и хром, водородная – никель и платиноиды. Добычу некоторых металлов можно нарастить быстро, и их дефицита не ожидается, но с другими возникла проблема.

В том числе, с кобальтом.

Дефицитная энергетика кобальта

Более половины добываемого в мире кобальта идет на производство батарей. Пока они помещались в смартфоны – проблем не было. Он составляет до 19% массы мобильного телефона, что примерно в 100 раз больше, чем содержание кобальта в руде, но сама батарея небольшая, кобальта там около 30 граммов. Другое дело – электромобиль. Средняя батарея EV требует около 9 килограммов кобальта. Производство электромобилей получило массовую поддержку от правительств всего мира. Европа поставила в план полный отказ от ДВС в ближайшие годы, и за один только 2021 год цена этого элемента выросла на 118%. Сейчас это самый дорогой компонент аккумуляторов – цена за тонну составляет от $30 000 до $35 000.

Нынешняя мировая потребность в кобальте оценивается в 100 тыс. тонн в год. По данным геологической службы США (UGS) в 2021 году было произведено 170 тыс. метрических тонн кобальта. Однако эксперты ожидают, что промышленный спрос на кобальт превысит его производство к 2025 году, поскольку прогнозируется рост спроса на 9% ежегодно. Энергопереход требует батарей, батареи требуют кобальта. Оценка его экономической значимости в прошлом году стала «крайне высокой» из-за использования в литий-ионных батареях, аэрокосмической промышленности и других критических отраслях.

Индекс риска критических материалов 2022 года ставит кобальт в качестве «наиболее подверженного риску критического материала во всем мире». Дело в том, что значительная часть поставок поступает от небольшого числа консолидированных производителей, а добыча и рафинированное производство сконцентрированы буквально в двух странах.

Где накопать кобальта?

Около половины всех разведанных на сегодняшний день запасов кобальта находится в так называемом «медном поясе» на территории Демократической Республики Конго. Запасы кобальта в стране оцениваются примерно в 3,4 млн тонн, а ежегодная добыча в провинциях Верхняя Катанга и Луалаба достигает 90 тыс. тонн.

Без кобальта из Конго с энергопереходом возникли бы серьезные проблемы. Дело в том, что хотя кобальта на Земле много, только в Конго его удается добывать относительно дешево. Правда, в основном за счет того, что это нищая, разоренная войнами страна с околонулевой стоимостью рабочей силы. Немалая часть конголезского кобальта добывается в небольших «копанках», вручную, кирками и зубилами. Работники не имеют специальной одежды и защитных средств, широко используется детский труд. Кобальтовые руды очень токсичны, вдыхание кобальтовой пыли, которая в значительных количествах образуется при такой работе, вызывает смертельные легочные заболевания.

Добыча в Конго считается вопиющим образцом «неэтичной эксплуатации», приводя к массовым тяжелым болезням среди населения страны, почти не имеющей развитой медицины. Но это самый дешевый источник кобальта, поэтому, несмотря на протесты активистов, ситуация не меняется десятилетиями.

Население и экономика Конго от этой добычи не получает практически ничего, потому что почти всю добытую руду забирает по концессии Китай. Китайские специалисты очищают сырье до гидроксида кобальта, который везут в порты Дар-эс-Салама (Танзания) и Дурбана (ЮАР), а далее в Китай. Там кобальт проходит дополнительную очистку и поступает на рынок.

Совокупная выручка китайских компаний составляет триллионы долларов, поэтому они способствуют дальнейшей разведке кобальта. Ежегодно фиксируются десятки новых раскопов, в кустарной добыче кобальта в Конго занято более 250 000 человек, из них не менее 35 000 человек – дети.

Сам Китай тоже добывает кобальт. Крупнейшее месторождение расположено в провинции Цинхай. Запасы оцениваются в 80 млн тонн, ежегодная добыча достигает 3100 тонн. Но главное, Китай является мировым лидером в области металлургической обработки кобальтовых руд, выпуская половину всех объемов кобальтосодержащих химических продуктов в мире.

Ситуация нравится далеко не всем. США озабочены тем, что на фоне американо-китайского торгового противостояния и развивающегося в мире политического кризиса, КНР может использовать кобальт в качестве одного из рычагов экономического шантажа. На днях Конгресс США наложил запрет на продажу редкоземельных металлов и минералов, и США срочно скупают металлы. Представители оборонного ведомства запросили дополнительные $250 млн на закупки, среди которых существенную долю занимает именно кобальт.

В мире развернулась борьба за контроль над цепочками поставок кобальта, спрос на который быстро растет. В течение многих десятилетий промышленной добычи кобальта в США не было, но сейчас добывающие компании оспаривают право на добычу на месторождениях в Айдахо, Монтане и на Аляске. По оценке CRU Group около 300 компаний по всему миру проявляют активный интерес к разработке месторождений кобальта. По словам исполнительного директора First Cobalt Трента Мелля инвесторы заинтересованы в разработке месторождений кобальта уже больше, чем, к примеру, в разработке новых месторождений меди.

Русский кобальт

По данным Минприроды у России 3,5% мировых запасов кобальта. Доля нашей страны в мировом производстве кобальта по данным за 2020 год составляла 7%. Основная добывающая активность сосредоточена в Республике Алтай. Ежегодная добыча составляет 5900 тонн, лидирующей компанией по добыче является «Норникель».

К сожалению, в отличие от Конго, ресурсы на территории России не позволяют добывать кобальт отдельно, он содержится в сложных рудах, в частности, никелевых, и добывается как побочный продукт.

Впрочем, поскольку производство собственных литиевых аккумуляторов в России невелико, а с главным мировым поставщиком – Китаем – отношения неплохие, вопрос импортозамещения у нас пока не стоит.

А вот все остальные заместить не прочь.

Кобальтозамещение

На фоне постоянных опасений по поводу поставок кобальта производители электромобилей и аккумуляторов добиваются прогресса в разработке новых, бескобальтовых литий-ионных аккумуляторов.

Кобальт является элементом, который делает работу аккумулятора безопаснее (препятствует чрезмерному нагреванию) и повышает плотность энергии. Это особенно критично для электромобилей – для менее энергоемких применений уже существуют другие химические соединения, такие, как литий-железо-фосфат.

Поиск путей уменьшения количества этого металла в батарее продолжается. Пример – европейский кобальтовый проект под названием ECO COM'BAT, возглавляемый немецким исследовательским органом Fraunhofer ISC, который сосредоточен на батареях типа NMC 622 и смог сократить потребности в кобальте на 20%, используя специальное покрытие электродов и высоковольтный электролит. Компания Panasonic также несколько лет работает над новым видом аккумуляторов, который бы содержал минимум кобальта.

Тесла с некоторых пор использует аккумулятор из никель-кобальт-оксида алюминия, который содержит меньше кобальта, чем стандартные аккумуляторы, основанные на химии оксида никеля-марганца-кобальта.

Однако сегодня эксперты скептически относятся к полному отказу от кобальта в электромобилях, это может произойти только при радикальном переходе на совершенно другую химическую структуру. Пока промышленных решений такого уровня не видно, так что детишки в Конго продолжают дышать кобальтовой пылью, а китайские компании зарабатывать на них миллиарды.

Как бы парадоксально это ни звучало, сейчас добыча металлов, необходимых для энергоперехода, является более затратным и неэкологичным вариантом, нежели использование традиционных систем на углеводородном топливе.

Кобальт – чем интересен и где используется металл

Название этого элемента восходит к немецким сказкам. Его свойства оценили производители особо прочных сталей и декораторы.

Что представляет собой

Кобальт – это сверкающий сизовато-серый металл. Покрывается оксидной пленкой на воздухе, становясь желтоватым. Плотный, твердый, вязкий.

По классификации его относят к металлам «тяжелой» группы.

Международное обозначение – Co.

Как был открыт

У химического элемента и термина «кобальт» интересная, даже мистическая, аура.

Элементарный кобальт

Наука

Официальная история открытия начинается со Швеции первой трети 18 века. Ученый Георг Брандт вычленил из руды серый с розоватостью металл, окрестив его кобольдом (кобальтом).

Заодно убедился, что синий цвет стекломассы – заслуга именно этого элемента.

Древний мир

Хотя о таком свойстве металла кобальт знали еще жители Древнего Египта, Месопотамии и Вавилона. Они наловчились окрашивать минералы: изготовление «бирюзы», «сапфиров» процветало.

Кобальтовое стекло найдено в гробницах египетских фараонов и ассирийской знати.

Почти промышленного уровня достигла эта технология в Китае. С 7 века здесь совершенствуется декорирование фарфора такими красками.

Европейский фольклор

Происхождение названия металла имеет немецкие корни. Кобольдами называют персонажей немецкого фольклора – жителей подземелий, коварных карликов-гномов. Они якобы постоянно строили козни саксонским рудокопам.

Руда, принимаемая за серебряную, не всегда оказывалась таковой после выплавки. К тому же процесс получения сопровождался выбросом ядовитых паров, которыми травились люди. Всю вину перекладывали на гномов.

Такую руду, «серебряную обманку», именовали кобольдом.

Минералоги предполагают, что в виду имелись кобальтовые минералы с мышьяком в составе либо сульфиды металла.

Первые в Европе кобальтовые красители изготовили в 1800 году.

Нахождение в природе

Самородный металл кобальт на планете не встречается. Форма нахождения в природе – руда либо минералы.

Их три десятка: каролит, кобальтин, смальтит, сферокобальтит, другие.

Массовое содержание металла кобальт в земной коре – 4х10-3%. Морская вода беднее на семь порядков (в 10 миллионов раз).

Физико-химические характеристики

Важные для человека физические свойства металла – высокая температура плавления, кипения, плотность, твердость, препятствование размагничиванию.

Благодаря им изделия из металлического кобальта отличают достоинства:

жаропрочность;
износостойкость;
стабильность магнетизма.

Такие характеристики сохраняются в условиях повышенных температур и перегрузок.

При обычной температуре на воздухе химические свойства металла не проявляются.

Для окисления требуется более 300°C, для разложения до оксида – значение втрое больше. При высоких температурах взаимодействует почти со всеми группами химических элементов.

Месторождения, добыча

Количество месторождений руд на планете исчисляется единицами.

Три пятых мировых запасов сырья (6 млн. тонн) приходится на одну страну мира – Конго. Государство располагается в Центральной Африке.

Другие страны с богатыми резервами (тыс. тонн):

Австралия – 1000;
Куба – 500;
Филиппины – 290;
Замбия, Канада – по 270;
Россия – 250.

Беднее залежи у Франции, Казахстана, США.

Добыча ведется карьерным способом.

Технология получения

Металл извлекают из руды, преимущественно никелевой. На нее воздействуют растворенным аммиаком либо серной кислотой.

Применяется электролиз и дополнительное рафинирование (для получения более чистого продукта).

Номенклатура марок металла

Металлургическая промышленность выпускает два вида продуктов из сырья – катодный металлический кобальт и порошок. Из них получают разные марки кобальта (стали).

Кобальт металлический

Идет на марки стали К0, К1, К1А, К1Ау. Из сырья выплавляют слитки, прокатывают листы для нужд химической, электротехнической промышленности.

Слитки и чушки кобальтовые К1АУ

Содержание Co колеблется от 99,98% (для К0) до 98,3% для К2.

Кобальт порошковый

Исходник для стали марки ПК-1у. Металлический продукт содержит как минимум 99,35% Co. Это порошковая масса, сформированная методом электролиза. Из нее делают аккумуляторы, гальванопокрытия, катализаторы, присадки.

Кобальт порошковый

Основные производители продукции из кобальта в России – «Норильский никель» и «Кольская ГМК».

Как используется

Применение кобальта незаменимо в суровых условиях: запредельные механические нагрузки, аномально высокие температуры, угроза размагничивания.

Почти весь продукт забирает промышленный комплекс. Слитки, пластины, проволока, порошок выпускаются из чистого металла, сплавов и соединений.

Сплавы

Металл добавляют к сплавам, чтобы сделать тверже. Для этого металлический порошок кобальта спекают с карбидами титана либо вольфрама.

Ассортимент из сплавов широк:

Режущий инструментарий (резцы, сверла). Деталь сохраняет кондиции, служит в 5-8 раз дольше.
Сердечники электротехнических механизмов (моторов, трансформаторов, других).
Сочетания «кобальт + самарий (либо эрбий)», «кобальт + железо + алюминий» – основа жаростойких постоянных магнитов высокой мощности.
Кобальтом как элементом жаропрочных сплавов вытесняется традиционный никель. Это новый материал турбин, авиационных, ракетных двигателей.
На особом счету сплав металла кобальт с хромом (стеллит). Его отличает биологическая нейтральность плюс коррозионная стойкость. Используется для протезирования.

Новейшие направления использования кобальта – электроника и радиотехника. Из металла и сплавов получают компоненты печатных плат для квантовых генераторов и усилителей.

Металл

Металлический порошок кобальта добавляют к сталям для повышения жаропрочности, твердости, других кондиций.

Соединения

Соединения металла обеспечивают премиальные характеристики продукции из них:

Кобальтат лития – положительный электрод аккумуляторов.
Силицид кобальта – основа электрических термогенераторов с высоким КПД.

Самое красивое применение Co-соединений – бытовой стеклянный ассортимент. Мелкая пластика, вазы, конфетницы, фужеры, фруктовницы великолепны.

Синий цвет, создаваемый добавкой порошка металла к расплавленной стекломассе, так и назвали – кобальтовым.

Другие формы

Изотоп металла искусственного происхождения кобальт-60 востребован как источник γ-излучения (гамма-нож, гамма-дефектоскопия, стерилизация).

Значение для человека

Металл кобальт – один из критически важных для человека микроэлементов.

Жизненные процессы

Он задействован в ряде процессов организма:

Синтез аминокислот, ДНК.
Расщепление белков, жиров, углеводов.
Стимуляция, рост количества и развитие компонентов крови эритроцитов.
Поддержание работы поджелудочной железы.

Им регулируется уровень адреналина.

Кобальт поддерживает метаболизм, процесс кроветворения.

Питание

Источник поступления микроэлемента в организм – продукты питания.

Печень: говяжья, баранья, тресковая.
Манная крупа.
Молоко.
Сыры твердых сортов.
Жирная рыба, морепродукты.
Бобовые (фасоль, горошек), свекла, капуста, земляника.

Симптомы дефицита

Человеку средней комплекции необходимо 0,39 – 0,76 мг вещества ежесуточно.

О дефиците сигнализируют следующие факторы:

Сбои в работе эндокринной системы.
Болезни органов кровообращения.

Усваивать кобальт мешают хронические заболевания ЖКТ (гастрит, язва двенадцатиперстной кишки).

Предостережение

О том, что кобальт и его соединения токсичны, рудокопы Саксонии знали еще пятьсот лет назад.

Наука это подтвердила, уточнив список. Канцерогенами и мутагенами признаны сульфаты металла.

Тем не менее, полвека назад некоторые пивовары использовали соли металла, чтобы плотная пена подольше «украшала» поверхность напитка в кружке. Фанаты пива получали проблемы с сердцем, иногда умирали. Подобные случаи фиксировались в Бельгии, США, Канаде. С тех пор применение таких ингредиентов официально запрещено. Другой вопрос – выполняется ли запрет.

Предельно допустимое содержание кобальта в питьевой воде – 0,01 мг на литр, пыли в воздухе – 0,51 мг на кубометр.

Смертельная доза, проверенная на крысах, – 50 мг.

Особо токсичны пары октакарбонила.

Единственный недостаток металла – дороговизна. Цену определяет ситуация на мировых рынках плюс обстановка в центре Африканского континента.

В 2021 году на Лондонской бирже металлов тонну кобальта торговали по $37 600. Всего на треть меньше, чем три года назад.

В 1970-х годах, когда в Африке было неспокойно, стоимость металла за пару лет взлетала в 20 раз.

Читайте также: