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Kobaltmetalleigenschaften

Kobalt ist ein glänzendes, sprödes Metall, aus dem starke, korrosions- und hitzebeständige Legierungen. Permanentmagnete und Hartmetalle hergestellt werden.

 

Eigenschaften

  • Atomsymbol: Co.
  • Ordnungszahl: 27
  • Atommasse: 58,93 g / mol
  • Elementkategorie: Übergangsmetall
  • Dichte: 8,86 g / cm 3 bei 20 ° C.
  • Schmelzpunkt: 2723 ° F (1495 ° C)
  • Siedepunkt: 2927 ° C (5301 ° F)
  • Mohs Härte: 5

 

Eigenschaften von Kobalt

Silberfarbenes Kobaltmetall ist spröde, hat einen hohen Schmelzpunkt und wird wegen seiner Verschleißfestigkeit und seiner Fähigkeit, seine Festigkeit bei hohen Temperaturen beizubehalten, geschätzt .

Es ist eines der drei natürlich vorkommenden magnetischen Metalle ( Eisen und Nickel sind die beiden anderen) und behält seinen Magnetismus bei einer höheren Temperatur (2012 ° F, 1100 ° C) als jedes andere Metall. Mit anderen Worten, Kobalt hat den höchsten Curie-Punkt aller Metalle. Kobalt hat auch wertvolle katalytische Eigenschaften

 

Kobalts giftige Geschichte

Das Wort Kobalt stammt aus dem deutschen Begriff Kobold aus dem 16. Jahrhundert und bedeutet Kobold oder böser Geist. Kobold wurde zur Beschreibung von Kobalterzen verwendet, die, obwohl sie wegen ihres Silbergehalts geschmolzen wurden, giftiges Arsentrioxid abgaben.

Die früheste Anwendung von Kobalt erfolgte in Verbindungen, die für blaue Farbstoffe in Keramik, Glas und Glasuren verwendet wurden. Mit Kobaltverbindungen gefärbte ägyptische und babylonische Keramik können bis ins Jahr 1450 v. Chr. Datiert werden

Der schwedische Chemiker Georg Brandt war 1735 der erste, der das Element aus Kupfererz isolierte . Er zeigte, dass das blaue Pigment aus Kobalt entstand, nicht aus Arsen oder Wismut, wie Alchemisten ursprünglich glaubten. Nach seiner Isolierung blieb Kobaltmetall selten und wurde bis zum 20. Jahrhundert selten verwendet.

Kurz nach 1900 entwickelte der amerikanische Automobilunternehmer Elwood Haynes eine neue, korrosionsbeständige Legierung, die er als Stellit bezeichnete. Stellitlegierungen, die 1907 patentiert wurden, enthalten einen hohen Kobalt- und Chromgehalt und sind vollständig nicht magnetisch.

Eine weitere bedeutende Entwicklung für Kobalt war die Entwicklung von Aluminium-Nickel-Kobalt-Magneten (AlNiCo) in den 1940er Jahren. AlNiCo-Magnete waren der erste Ersatz für Elektromagnete. 1970 wurde die Industrie durch die Entwicklung von Samarium-Kobalt-Magneten weiter transformiert, die bisher unerreichte Magnetenergiedichten lieferten.

Die industrielle Bedeutung von Kobalt führte dazu, dass die London Metal Exchange (LME) 2010 Kobalt-Futures-Kontrakte einführte.

 

Herstellung von Kobalt

Kobalt kommt natürlicherweise in nickelhaltigen Lateriten und Nickel-Kupfersulfid-Ablagerungen vor und wird daher am häufigsten als Nebenprodukt von Nickel und Kupfer extrahiert. Nach Angaben des Cobalt Development Institute stammen etwa 48% der Kobaltproduktion aus Nickelerzen, 37% aus Kupfererzen und 15% aus der primären Kobaltproduktion.

Die Haupterze von Kobalt sind Kobaltit, Erythrit, Glaucodot und Skutterudit.

Die zur Herstellung von raffiniertem Kobaltmetall verwendete Extraktionstechnik hängt davon ab, ob das Ausgangsmaterial in Form von (1) Kupfer-Kobalt-Sulfid-Erz, (2) Kobalt-Nickel-Sulfid-Konzentrat, (3) Arsenid-Erz oder (4) Nickel-Laterit vorliegt Erz:

    1. Nachdem Kupferkathoden aus kobalthaltigen Kupfersulfiden hergestellt wurden, verbleibt Kobalt zusammen mit anderen Verunreinigungen auf dem verbrauchten Elektrolyten. Verunreinigungen (Eisen, Nickel, Kupfer, Zink. werden entfernt und Kobalt wird in seiner Hydroxidform unter Verwendung von Kalk ausgefällt. Kobaltmetall kann dann durch Elektrolyse daraus raffiniert werden, bevor es zerkleinert und entgast wird, um ein reines Metall von handelsüblicher Qualität herzustellen.
    2. Kobalthaltige Nickelsulfiderze werden nach dem Sherritt-Verfahren behandelt, das nach Sherritt Gordon Mines Ltd. (jetzt Sherritt International) benannt ist. Bei diesem Verfahren wird Sulfidkonzentrat, das weniger als 1% Kobalt enthält, bei hohen Temperaturen in einer Ammoniaklösung unter Druck ausgelaugt. Sowohl Kupfer als auch Nickel werden in einer Reihe chemischer Reduktionsprozesse entfernt, wobei nur Nickel und Kobaltsulfide zurückbleiben. Durch Druckauslaugung mit Luft, Schwefelsäure und Ammoniak wird mehr Nickel gewonnen, bevor Kobaltpulver als Keim zugesetzt wird, um Kobalt in einer Wasserstoffgasatmosphäre auszufällen.
    3. Arseniderze werden geröstet, um den größten Teil des Arsenoxids zu entfernen. Die Erze werden dann mit Salzsäure und Chlor oder mit Schwefelsäure behandelt, um eine Laugungslösung zu erzeugen, die gereinigt wird. Aus diesem Kobalt wird durch Elektroraffinierung oder Carbonatfällung gewonnen.

 

  1. Nickel-Kobalt-Lateriterze können entweder geschmolzen und unter Verwendung von pyrometallurgischen Techniken oder hydrometallurgischen Techniken, die Schwefelsäure- oder Ammoniaklaugungslösungen verwenden, getrennt werden.

Nach Schätzungen des US Geological Survey (USGS) belief sich die weltweite Kobaltminenproduktion im Jahr 2010 auf 88.000 Tonnen. Die größten Kobalterzproduktionsländer in diesem Zeitraum waren die Demokratische Republik Kongo (45.000 Tonnen), Sambia (11.000 Tonnen) und China ( 6.200).

Die Kobaltraffinierung findet häufig außerhalb des Landes statt, in dem das Erz oder Kobaltkonzentrat ursprünglich hergestellt wird. Im Jahr 2010 produzierten China (33.000 Tonnen), Finnland (9.300) und Sambia (5.000) die größten Mengen an raffiniertem Kobalt. Zu den größten Herstellern von raffiniertem Kobalt gehören die OM Group, Sherritt International, Xstrata Nickel und die Jinchuan Group.

 

Anwendungen

Superlegierungen wie Stellit sind der größte Verbraucher von Kobaltmetall und machen etwa 20% der Nachfrage aus. Diese Hochleistungslegierungen bestehen überwiegend aus Eisen, Kobalt und Nickel, enthalten jedoch geringere Mengen anderer Metalle, einschließlich Chrom. Wolfram, Aluminium und Titan. Sie sind beständig gegen hohe Temperaturen, Korrosion und Verschleiß und werden zur Herstellung von Turbinenschaufeln für verwendet Düsentriebwerke, hartgesichtige Maschinenteile, Auslassventile und Kanonenrohre.

Eine weitere wichtige Verwendung für Kobalt sind verschleißfeste Legierungen (z. B. Vitallium), die in orthopädischen und Zahnimplantaten sowie in Hüft- und Knieprothesen enthalten sind.

Hartmetalle, in denen Kobalt als Bindematerial verwendet wird, verbrauchen ungefähr 12% des gesamten Kobalt. Dazu gehören Hartmetalle und Diamantwerkzeuge, die in Schneidanwendungen und Bergbauwerkzeugen verwendet werden.

Kobalt wird auch zur Herstellung von Permanentmagneten verwendet, wie beispielsweise den zuvor erwähnten AlNiCo- und Samarium-Kobalt-Magneten. Magnete machen 7% des Kobaltmetallbedarfs aus und werden in magnetischen Aufzeichnungsmedien, Elektromotoren sowie Generatoren verwendet.

Trotz der vielfältigen Verwendungsmöglichkeiten von Kobaltmetall liegt die Hauptanwendung von Kobalt im chemischen Sektor, der etwa die Hälfte des weltweiten Gesamtbedarfs ausmacht. Kobaltchemikalien werden in Metallkathoden von wiederaufladbaren Batterien sowie in petrochemischen Katalysatoren, Keramikpigmenten und Glasentfärbungsmitteln verwendet.

Quellen:

Jung, Roland S. Cobalt . New York: Reinhold Publishing Corp. 1948.

Davis, Joseph R. ASM-Fachhandbuch: Nickel, Kobalt und ihre Legierungen . ASM International: 2000.

Darton Commodities Ltd.: Cobalt Market Review 2009 .

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