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基本释义
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  ● 钴

  (钴)

  gǔㄍㄨˇ

  ◎ 一种金属元素。的放射性同位素钴60在机械、化工、冶金等方面都有广泛的应用,在医疗上可以代替治疗癌症。

化学元素
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  在常温下不和水作用,在潮湿的空气中也很稳定。在空气中加热至300℃以上时氧化生成CoO,在白热时燃烧成Co3O4。氢还原法制成的细金属钴粉在空气中能自燃生成氧化钴。1735年瑞典化学家布兰特(G.Brandt)制出金属钴。1780年瑞典化学家伯格曼(T. Bergman)确定钴为元素。长期以来钴的矿物或钴的化合物一直用作陶瓷、玻璃、珐琅的釉料。到20世纪,钴及其合金在电机、机械、化工、航空和航天等工业部门得到广泛的应用,并成为一种重要的战略金属,消费量逐年增加。中国于50年代开始从钴土矿、镍矿和含钴黄铁矿中提钴。

  ■概述元素名称:钴

  元素符号:Co

  元素原子量:58.93

  原子体积:(立方厘米/摩尔) 6.7

  元素类型:金属元素

  元素在太阳中的含量:(ppm) 4

  元素在海水中的含量:(ppm) 太平洋表面 0.0000钴069

  地壳中含量:(ppm)10

  质子数:27

  中子数:32

  原子序数:27

  所属周期:4

  所属族数:VIII

  电子层分布:2-8-15-2

  氧化态:

  Main Co+2

  Other Co-1, Co0, Co+1, Co+3, Co+4, Co+5

  莫氏硬度:5

  

晶胞参数:

  a = 250.71 pm

  b = 250.71 pm

  c = 406.95 pm

  α = 90°

  β = 90°

  γ = 120°

  电离能 (kJ /mol)

  M - M+ 760

  M+ - M2+ 1646

  M2+ - M3+ 3232

  M3+ - M4+ 4950

  M4+ - M5+ 7670

  M5+ - M6+ 9840

  M6+ - M7+ 12400

  M7+ - M8+ 15100

  M8+ - M9+ 17900

  M9+ - M10+ 26600

  晶体结构:417℃以下为密排六方结构,417℃以上为面心立方结构。 

  声音在其中的传播速率:(m/S)4720

  发现人:布朗特

  发现年代:1735年

钴的化合物
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  1、钴(Ⅱ)的化合物

  (1)氧化钴

  通常可用草酸钴或碳酸钴为原料经500-600℃煅烧抽制得氧化钴,主要反应如下:

  CoC2O4==CoO+CO+CO2

  CoCO3==CoO+CO2

  (2)氢氧化钴

  通常可在氯化钴溶液或硫酸钴溶液中用氢氧化钠溶液中和制得,主要反应如下:

Co2++2OH-==Co(OH)2 Co(OH)2+O2+2H2O==4Co(OH)3

  (3)氯化钴:

  通常可用金属钴粉用稀盐酸分解成氯化钴溶液,再经蒸发结晶制得氯化钴晶体,主要反应如下:

  Co+HCl---COCl2

  Co+H2SO4---COSO4

  (4)硫酸钴:

  通常可氧化钴为原料,用硫酸溶解后经蒸发结晶制得粉经色的硫酸钴晶体,主要反应如下:

  CoO+H2SO4==CoSO4+H2O

  (5) 碳酸钴:

  通常可在氯化钴溶液或硫酸钴溶液中用碳酸钠钠溶液沉淀制得,主要反应如下:

  CoCl2 +Na2CO3==CoCO3+2NaCl

  (6) 草酸钴:

  通常可在氯化钴溶液或硫酸钴溶液中用草酸铵溶液沉淀制得,主要反应如下:

  (NH4)2C2O4+CoCl2==CoC2O4+2NH4Cl

  2、钴(Ⅲ )的化合物

  (1)氧化高钴

  通常可将碳酸钴或草酸钴在氧气中加热,进一步氧化得到,主要反应如下:

  3CoCO3+O2====Co2O3++CO2

  CoC2O4+O2====Co2O3+CO2+CO

  (2)氢氧化高钴

  4Co(OH)2+O2+2H2O===4Co(OH)3

  2Co(OH)2+NaClO+H2O==2Co(OH)3+NaCl

  2Co(OH)3+6HCl==2CoCl2+Cl2+6H2O

钴的配合物
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  (1)氨配合物; [Co(NH3)6]3+

  (2)氰配合物; [Co(CN)6]4-

  (3)硫氰配合物; [Co(SCN)4]2-

  (4)羰基配合物; [Co(CO)4]-

  (5)硝基或亚硝基配合物 [Co(NO3)4]2- 、 [Co(NO2)6]3-

  (6)钴配合物的异构现象

  (a)键合异构

  (b)配位异构

  (c) 几何异构

  (d)光学异构

发现小史
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  的拉丁文原意就是“地下恶魔”。数百年前,德国萨克森州有一个规模很大的银铜多金属矿床开采中心,矿工们发现一种外表似银的矿石,并试验炼出有价金属,结果十分糟糕,不但未能提炼出值钱的金属,而且使工人二氧化硫等毒气中毒。人们把这件事说成是“地下恶魔”作祟。在教堂里诵读祈祷文,为工人解脱“地下恶魔”迫害。这个“地下恶魔”其实是辉钴矿。 1753年,瑞典化学家格·波朗特(G.Brandt)从辉钴矿中分离出浅玫色的灰色金属,制出金属钴。1780年瑞典化学家伯格曼(T.Bergman)确定钴为元素。

钴的性质
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  钴是具有光泽的钢灰色金属,熔点1493℃、比重8.9,比较硬而脆,钴是铁磁性的,在硬度、抗拉强度、机械加工性能、热力学性质、的电化学行为方面与铁和镍相类似。加热到1150℃时磁性消失。钴的化合价为2价和3价。在常温下不和水作用,在潮湿的空气中也很稳定。在空气中加热至300℃以上时氧化生成CoO,在白热时燃烧成Co3O4。氢还原法制成的细金属钴粉在空气中能自燃生成氧化钴。

钴的资源
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  钴在地壳中的平均含量为0.001%(质量),海洋中钴总量约23亿吨,自然界已知含钴矿物近百种,但没有单独的钴矿物,大多伴生于镍、铜、铁、铅、锌、银、锰、等硫化物矿床中,且含钴量较低。 全世界已探明钴金属储量148万吨,中国已探明钴金属储量仅47万吨。分布于全国24个省(区),其中主要有甘肃、青海、山东、云南、湖北、青海、河北和山西。这七个省的合计储量占全国总保有储量的71%,其中以甘肃储量最多,占全国的28%。此外,安徽、四川、新疆等省(区)也有一定的储量。 世界钴产量1986年达到顶峰3万吨,以后不断下降,到1989年只有2.5万吨左右。扎伊尔和赞比亚是最大的钴生产国,其产量约占世界总产量的70%。

钴的提取冶炼
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简介

  钴矿物的赋存状态复杂,矿石品位低,所以提取方法很多而且工艺复杂,回收率较低。钴矿的选矿对一般是将钴矿石通过手选、重选、泡沫浮选可提取到含钴15-25%的钴精矿。钴的冶炼一般先用火法将钴精矿、砷钴精矿、含钴硫化镍精矿、铜钴矿、钴硫精矿中的钴富集或转化为可溶性状态,然后再用湿法冶炼方法制成氯化钴溶液或硫酸钴溶液,再用化学沉淀和萃取等方法进一步使钴富集和提纯,最后得到钴化合物或金属钴。

硫化镍矿提钴

  硫化镍精矿一般含镍4~5%,含钴0.1~0.3%。镍的火法熔炼过程中,由于钴对氧和硫的亲合力介于铁镍之间(见氧势图),在转炉吹炼高冰镍时,可控制冰镍中铁的氧化程度,使钴富集于高冰镍或富集于转炉渣,分别用下述方法提取:

  ①富集于高冰镍中的钴,在镍电解精炼过程中,钴和镍一起进入阳极液。在净液除钴过程中,钴以高价氢氧化钴的形态进入钴渣,钴渣含钴6~7%,含镍25~30%。从此种钴渣提钴的一种方法是:将钴渣加入硫酸溶液中,通二氧化硫使之溶解,制得含硫酸镍、硫酸钴和少量铜、铁、砷、锑等杂质的溶液;再用活性

  

钴冶炼

镍粉置换除去铜;通空气,氧化水解除去铁,通氯气氧化,加苏打中和沉淀钴,若所得氢氧化钴含镍较高,可再次溶解、沉淀分离钴镍,使其含镍小于1%;经煅烧制得氧化钴出售,也可将氧化钴制成粗金属钴,经电解精炼得电解钴。加拿大和苏联的镍厂都用此法回收钴。中国的工厂也有类似作法。从钴渣提钴的另一种方法是以亚硫酸钠作还原剂,将钴渣溶解于硫酸溶液中,得到含硫酸镍、硫酸钴和少量铜、铁、锰、锌等杂质的溶液,而后用黄钠铁矾法除去溶液中的铁(见锌),用烷基磷酸类如:二-2-乙基己基磷酸(D-2-EHPA)或其他烷基磷酸酯类萃取剂萃取其中的铜、铁、锰、锌等,并分离钴镍。萃取过程中获得的氯化钴溶液,用氟化铵除钙、镁后,再用草酸铵沉淀钴。所得草酸钴在450℃下煅烧,得到的氧化钴粉,可作为最终产品,也可用氢还原法制取金属钴粉。

  ②富集于炼镍转炉渣中的钴,在还原硫化熔炼过程中,与镍一起转入钴冰铜(见锍)。转炉渣成分一般为:钴0.25~0.35%,镍1~1.5%;钴冰铜成分一般为:钴1~1.5%,镍5~13%。钴冰铜可以直接浸取(常压或加压酸浸),也可以将钴冰铜焙烧成可溶性化合物后再酸浸。浸出液可按钴渣提钴工艺流程处理。

  加拿大舍利特高尔顿公司(Sherritt Gordon MinesLtd.)用高压氨浸法处理硫化镍精矿和高冰镍时,钴留于镍的氢还原尾液中,通硫化氢于尾液,得硫化钴和硫化镍的混合沉淀物。此混合物用硫酸高压浸出、净化除杂质后,通氧、加氨、加压,使二价钴氧化成可溶性的【Co(NH3)5·H2O】2(SO4)3,而镍则以镍铵硫酸盐形态沉淀出来,实现镍钴分离,溶液用高压氢还原产出钴粉,也可用萃取法净液、分离出镍后电积得电钴。含钴黄铁矿提钴 世界上从含钴黄铁矿中提钴较有代表性的工厂是芬兰科科拉钴厂( Kok-kola Cobalt Plant),精矿焙烧脱硫后,再配以部分精矿在流态化炉内进行硫酸化焙烧,再经浸出、浓密、洗涤,浸出液通硫化氢使钴呈硫化钴沉淀。再利用上述舍利特高尔顿的高压浸出法和高压氢还原法生产钴粉。

  中国含钴黄铁矿的钴品位较低,仅为0.02~0.09%。浮选产出的钴硫精矿含钴0.3~0.5%,硫30~35%,铁35~40%。钴硫精矿在流态化焙烧炉内于580~620℃下进行硫酸化焙烧,使钴、镍、铜等金属转化为可溶性的盐类。焙砂用水或稀硫酸浸出,用氯酸钠将浸出液中的铁氧化成高价铁后,用脂肪酸钠依次萃取铁和铜。然后,通入氯气使钴氧化,加碱水解生成高价氢氧化钴沉淀,而与镍分离。在反射炉内使氢氧化钴脱水、烧结,烧结块配以石油焦和石灰石在三相电弧炉内还原熔炼成粗金属钴。粗钴浇铸成阳极,进行隔膜电解,得到纯度较高的金属钴。钴硫精矿也可先经900~950℃氧化焙烧,再配以氯化钠或氯化钙以及少量的钴硫精矿于 680℃下进行硫酸化氯化焙烧。焙砂按上述流程提钴。

砷钴矿提钴

  砷钴矿经选矿得到含钴10~20%的精矿,其中含砷20~50%。处理砷钴矿的方法主要有两种,一种是先用火法熔炼产出砷冰钴,再用湿法提钴。另一种是用加压浸出法制得含钴溶液,再从中提取钴。中国采用前者:将精矿配以焦炭和熔剂在反射炉或电炉内熔炼,使部分砷呈三氧化二砷挥发,产出砷冰钴(旧称黄渣)。如原料含硫高,还产出部分钴冰铜。砷冰钴和钴冰铜磨细后焙烧,进一步脱砷和硫;焙砂用稀硫酸浸出,用次氯酸钠氧化浸出液中的铁,再用苏打调整pH为3~3.5,使铁成为氧化铁和砷酸铁沉淀。滤液用铁屑置换除铜后,用次氯酸钠使钴氧化,加碱水解生成高价氢氧化钴沉淀而与镍分离。所得氢氧化钴在反射炉内于1000~1200℃下煅烧,获得氧化钴,并使其中的碱式硫酸盐分解,将硫除去。然后配入木炭,在回转窑内于1000℃左右还原成金属钴粉。也可将氢氧化钴熔炼成粗金属钴,再进行电解得电钴。焙砂的浸出液也可和前述硫化镍矿提钴一样,采用萃取法净液分离提钴。

  加压酸浸法处理砷钴精矿是将精矿用稀硫酸浆化,用高压釜浸出,操作压力35公斤力/厘米2,温度190℃,浸出时间3~4小时,钴的浸出率95~97%。浸出液除砷、铁、铜、钙等杂质后,加入液氨,使钴形成钴氨络合物,在高压釜内,用氢还原得到钴粉,操作压力50~55公斤力/厘米2,温度190℃。此法流程简单,回收率高,劳动条件好。铜钴矿提钴 扎伊尔的卢伊卢厂 ( Luilu CobaltPlant)是世界上处理铜钴矿最大的钴厂。铜钴矿经选矿获得氧化精矿和硫化精矿。氧化精矿品位为:铜25%,钴1.5%;硫化精矿品位为:铜45%,钴2.5%。首先将硫化精矿在流态化焙烧炉内进行硫酸化焙烧,然后将焙砂和氧化精矿一起用铜电解废液浸出。氧化精矿中的钴主要呈三价氧化物形态,在硫酸中溶解度很小,但在铜电解废液中可由其中的亚铁离子将钴还原,溶于电解废液中,Co3 (不溶性) Fe2 ─→Co2 (可溶性) Fe3 。 钴的浸出率可达95~96%。含钴和铜的浸出液用电解法析出铜,而钴和其他金属杂质留在溶液中。除杂质后,将溶液中的钴用石灰乳沉淀为氢氧化钴,再溶于硫酸中,得到高浓度的硫酸钴溶液,最后用不溶阳极电积金属钴。

钴的用途
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  金属钴主要用于制取合金。钴基合金是钴和铬、钨、铁、镍组中的一种或几种制成的合金的总称。含有一定量钴的刀具钢可以显著地提高钢的耐磨性和切削性能。含钴50%以上的司太立特硬质合金即使加热到1000℃也不会失去其原有的硬度,如今这种硬质合金已成为含金切削工具和铝间用的最重要材料。在这种材料中,钴将合金组成中其它金属碳化物晶粒结合在一起,使合金具更高的韧性,并减少对冲击的敏感性能,这种合金熔焊在零件表面,可使零件的寿命提高3-7倍。航空航天技术中应用最广泛的合金是镍基合金,也可以使用钴基合金,但两种合金的“强度机制”不同。含钛和铝的镍基合金强度高是因为形成组成为NiAl(Ti)的相强化剂,当运行温度高时,相强化剂颗粒就转入固溶体,这时合金很快失去强度。钴基合金的耐热性是因为形成了难熔的碳化物,这些碳化物不易转为固体溶体,扩散活动性小,在温度在1038℃以上时,钴基合金的优越性就显示无遗。这对于制造 高效率的高温发动机,钴基合金就恰到好处。 在航空涡轮机的结构材料使用含20%-27%铬的钴基合金,可以不要保护覆层就能使材料达高抗氧化性。核反应堆供热汞作使热介质的涡轮发电机可以不检修而连续运转一年以上。据报道美国试验用的发电机的锅炉就是用钴合金制造的。 钴是磁化一次就能保持磁性的少数金属之一。在热作用下,失去磁性的温度叫居里点,铁的居里点为769℃,镍为358℃,钴可达1150℃。含有60%钴的磁性钢比一般磁性钢的矫顽磁力提高2.5倍。在振动下,一般磁性钢失去差不多1/3的磁性,而钴钢仅失去2%-3.5%的磁性。因而钴在磁性材料上的优势就很明显。 钴金属在电镀、玻璃、染色、医药医疗等方面也有广泛应用。用碳酸锂与氧化钴制成的钴酸锂是现代应用最普遍的高能电池正极材料。钴还可能用来制造核武器,一种理论上的原子弹或氢弹,装于钴壳内,爆炸后可使钴变成致命的放射性尘埃。

矿物
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  已知的含钴矿物约100种。主要的钴矿物为:硫钴矿(Co3S4)、纤维柱石(CuCo2S4)、辉砷钴矿(CoAsS)、砷钴矿(CoAs2)、钴华(3CoO·As2O5·8H2O)等。世界上的主要钴矿有四种类型:①、铜钴矿,以扎伊尔、赞比亚储量为最大,扎伊尔的产钴量占全世界产量的一半以上:②、镍钴矿,包括硫化矿和氧化矿:③、砷钴矿;④、含钴黄铁矿。这些钴矿含钴均较低。海底锰结核是钴的重要远景资源。从含钴废料中回收钴也日益受到人们的重视。1979年世界(中国除外)矿山产钴量和钴储量见表。 中国已探明的钴储量最大的是甘肃金川硫化镍矿中伴生的钴。云南的硅酸镍矿以及四川、山东、湖北、山西、广东等地的黄铁矿中也含有钴。

元素辅助资料
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  发现过程:1735年,瑞典的布朗特在煅烧钴矿时得到钴。

  元素描述:金属钴呈银白色,密度8.9克/厘米3。熔点1495℃,沸点2870℃。化合价2和3。电离能为7.86电子伏特。性硬,具有延展性,其硬度和延展性都比铁强,但磁性较差。与钐、镍、铝等共熔可得良好得磁性钢。同水和空气不发生作用,但能迅速地为盐酸、硫酸和硝酸所侵蚀,还会缓慢地被氢氟酸、氨水和氢氧化钠所侵蚀,同所有过度元素一样表现变价,并生成络离子和有色地化合物。用来制造超硬耐热合金、磁性合金、碳化钨的基体或粘合剂。钴的合金在高温下仍能保持其原有的强度和其他有价值的性质。

  元素来源:砷钴矿和辉砷钴矿是自然界中的主要钴矿。把辉砷钴矿或砷钴灼烧成氧化物后用铝还原制得。钴-60通常以中子轰击金属钴制取。

  元素用途:几个世纪以来,蓝色的钴盐一直赋予瓷器以及珐琅精美的色彩。钴的合金可以用来制造喷气飞机的推进器和其他在高温下运转的装置。它的放射性同位素则可用来治疗癌症。

  其他化合物可用作催化剂。60Co是一种放射源,可以代替X射线和镭用以检查物体内部的结构,探测物体内部存在的裂缝和异物。

  元素辅助资料:钴在地壳中含量不小,大于常见金属铅、锡等,但明显比铁少得多,而且钴和铁的熔点不相上下,因此注定它比铁发现得晚。可以被磁石吸引。

  关于钴,古代希腊人和罗马人曾利用它的化合物制造有色玻璃,生成美丽的深蓝色。我国唐朝彩色瓷器上的蓝色也是由于有钴的化合物存在。这些都说明古代劳动人民也早已利用钴的化合物了。

  含钴的蓝色矿石辉钴矿CoAsS,中世纪在欧洲被称为kobalt,首先出现在16世纪居住在捷克的德国矿物学家阿格里科拉的著作里。这一词在德文中原意是“妖魔”。这可能是当时认为这种矿石是无用的,而且由于其中含砷,妨害工人的身体健康才使用的。今天钴的拉丁名称cobaltum和元素符号Co正是德文中“妖魔”一词而来。

  1742年瑞典化学教授布兰特研究辉钴矿时,发现了一种不知名的金属(也就是钴),他把这种金属列为半金属。1780年柏格曼制得纯钴。钴被确立为一种元素,1789年拉瓦锡首次把它列入元素周期表中。

  进行钾元素的焰色反应时需要使用蓝色的钴玻璃,以滤去钠元素的黄色火焰。

钴过量表现
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  经常注射钴或暴露于过量的钴环境中,可引起钴中毒。儿童对钴的毒性敏感,应避免使用每千克体重超过1mg的剂量。在缺乏维生素B12和蛋白质以及摄入酒精时,毒性会增加,这在酗酒者中常见。

钴的简介

  钴是中等活泼的金属元素,有二价和三价二种化合价。钴可经消化道和呼吸道进入人体,一般成年人体内含钴量为1.1-1.5mg。在血浆中无机钴附着在白蛋白上,它最初贮存于肝和肾,然后贮存于骨、脾、胰、小肠以及其它组织。体内钴14%分布于骨骼,43%分布于肌肉组织,43%分布于其它软组织中。

食物来源

  食物中钴含量较高者有甜菜、卷心菜、洋葱、萝卜、菠菜、西红柿、无花果、荞麦和谷类等,蘑菇含量可达61ug/100g。

代谢吸收

  经口摄入的钴在小肠上部被吸收,并部分地与铁共用一个运载通道,在血浆中是附着在白蛋白上。吸收率可达到63%-93%,铁缺乏时可促进钴的吸收。钴主要通过尿液排出,少部分由肠、汗、头发等途径排出,一般不在体内蓄积。

生理功能

  钴是维生素B12组成部分,反刍动物可以在肠道内将摄入的钴合成为维生素B12,而人类与单胃动物不能将钴在体内合成B12。现在还不能确定钴的其它的功能,但体内的钴仅有约10%是维生素的形式。已观察到无机钴对刺激红细胞生成有重要的作用。有种贫血用叶酸、铁、B12治疗皆无效,有人用大剂量的二氯化钴可治疗这类贫血。然而,这么大剂量钴反复应用可引起中毒。钴对红细胞生成作用的机制是影响肾释放促红细胞生成素,或者通过刺激胍循环。还观察到供给钴后可使血管扩张和脸色发红,这是由于肾释放舒缓肌肽,钴对甲状腺的功能可能有作用,动物实验结果显示,甲状腺素的合成可能需要钴,钴能拮抗碘缺乏产生的影响。

钴元素与女性美容
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   钴元素能刺激人体骨髓的造血系统,促使血红蛋白的合成及红细胞数目的增加。大多以组成维生素B12的形式参加体内的生理作用。钴刺激造血的机制为:①通过产生红细胞生成素刺激造血。钴元素可抑制细胞内呼吸酶,使组织细胞缺氧,反馈刺激红细胞生成素产生,进而促进骨髓造血。②对铁代谢的作用。钴元素可促进肠粘膜对铁的吸收,加速贮存铁进入骨髓。③通过维生素B12参与核糖核酸及造血物质的代谢,作用于造血过程。④钴元素可促进脾脏释放红细胞(血红蛋白含量增多,网状细胞、红细胞增生活跃,周围血中红细胞增多),从而促进造血功能。

  女性要美容养颜仅仅靠物理美容从脸上涂抹一些化妆品是远远不够的,尤为重要的是从机体内部入手,从根本上解决气血不足问题,同时补充细胞所需的各种营养物质,改善血红细胞的新陈代谢,通过补充富含钴元素的多维元素胶囊(16),实现由内而外对皮肤的滋养,在补血的同时达到养颜的功效。才能实现由内而外的美丽。

钴矿
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  钴是具有钢灰色和金属光泽的硬质金属,钴(Co)原子序数为27,位于元素周期表第八族,原子量为58.93,它的主要物理、化学参数与铁、镍接近,属铁族元素。钴是一种高熔点和稳定性良好的磁性硬金属。它的居里点(失去磁性的临界温度点)为1150℃,具永磁性,熔点为1495℃,沸点为2900℃,具耐高温性。它是制造耐热合金、硬质合金、防腐合金、磁性合金和各种钴盐的重要原料,广泛用于航空、航天、电器、机械制造、化学和陶瓷工业。因此,它是一种重要的战略物资。

  中国钴金属资源量约为140万t,绝大多数为伴生资源,单独的钴矿床极少。中国钴矿品位较低,均作为矿山副产品回收,生产过程中由于品位低、生产工艺复杂,因此金属回收率低、生产成本高。1996年中国钴金属产量(钴含量)229t,钴硫精矿产量(钴含量)192t,氧化钴638t。近几年中国钴的年消费量稳定在1200t左右,国内钴产量包括氧化钴折算为钴每年总计约600~700t,国内钴产量尚不能满足国内需求,每年约有半数需进口。

矿石矿物原料特点

  目前,自然界中已发现的钴矿物和含钴矿物共百余种,分属于单质、碳化物、氮化物、磷化物和硅磷化物、砷化物和硫砷化物、锑化物和硫锑化物、碲化物和硒碲化物、硫化物、硒化物、氧化物、氢氧化物和含水氧化物氢氧化物、砷酸盐、碳酸盐以及硅酸盐等14大类。其中以硫化物、砷化物和硫砷化物最多。自然界中钴的存在形式有三种:①独立钴矿物,②呈类质同象或包裹体存在于某一矿物中,③呈吸附形式存在于某些矿物表面,其中以第二种存在形式最为普遍。以类质同象或显微包裹体存在于辉石、橄榄石、磁铁矿和铬铁矿中的钴不能利用,而赋存于黄铁矿和磁黄铁矿中者则可以利用。铁矿石中以类质同象或显微包裹体存在于硫化物和硫砷化物矿物中的钴,需加设浮选流程才能加以回收,而在铜镍矿中则无需为它们加设另外的选矿流程,它们是和镍一同选出来并从冶炼镍的炉渣中回收的,所以从炉渣中提取钴的生产成本较低。呈吸附形式存在的钴,目前不能为工业所利用。世界大洋底锰结核中含钴比较丰富,或许成为下个世纪生产钴的主要矿物原料。

用途与技术经济指标

  钴的物理、化学性质决定了它是生产耐热合金、硬质合金、防腐合金、磁性合金和各种钴盐的重要原料。钴基合金或含钴合金钢用作燃汽轮机的叶片、叶轮、导管、喷气发动机、火箭发动机、导弹的部件和化工设备中各种高负荷的耐热部件以及原子能工业的重要金属材料。钴作为粉末冶金中的粘结剂能保证硬质合金有一定的韧性。磁性合金是现代化电子和机电工业中不可缺少的材料,用来制造声、光、电和磁等器材的各种元件。钴也是永久磁性合金的重要组成部分。在化学工业中,钴除用于高温合金和防腐合金外,还用于有色玻璃、颜料、珐琅及催化剂、干燥剂等。据英国《金属导报》报道,近期来自硬质金属部门和超合金方面对钴的需求较为强劲。另外,钴在电池部门消费量增长率最高。国内有关报道讲,钴在蓄电池行业、金刚石工具行业和催化剂行业的应用也将进一步扩大,从而对金属钴的需求呈上升趋势。单独钴矿床一般分为砷化钴矿床、硫化钴矿床和钴土矿矿床三类。钴除单独矿床外,大量分散在夕卡岩型铁矿、钒钛磁铁矿、热液多金属矿、各种类型铜矿、沉积钴锰矿、硫化铜镍矿、硅酸镍矿等矿床中,其品位虽低,但规模往往较大,是提取钴的主要来源。综合矿床伴生钴的评价指标尚无统一规定,一般选冶性能好的矿石,含钴品位大于0.01%。钴精矿的品位0.2%便有价值,如果金属矿床规模大、矿石综合回收效

  

醋酸钴

果好,钴有多少算多少。钴硫精矿按化学成分,精矿分为六个等级,均按干矿品位计算。

矿业简史

  钴矿物的应用有着悠久的历史,纪元前埃及人就曾使用钴蓝作为陶瓷制品的着色剂,中国从唐朝起也在陶瓷生产中广泛应用钴的化合物作为着色剂。1735年,瑞典化学家布兰特(Brandt)首次分离出钴,1780年伯格曼(Bergman)将钴确定为一种元素。德国和挪威最早生产了少量的钴,1874年开发了新喀里多尼亚的氧化钴矿。1903年加拿大安大略北部的银钴矿和砷钴矿(方钴矿)开始生产,使钴的世界产量由1904年的16t猛增至1909年的1553t。1920年扎伊尔加丹加省的铜钴矿带开发后,钴产量一直居世界首位,摩洛哥用砷钴矿生产钴,这段时期以火法生产钴为主。此后,第二次世界大战前夕,芬兰从含钴黄铁矿烧渣中提钴,战后送至西德氯化焙烧处理,直到1968年才建立起科科拉钴厂。日本、法国、比利时有规模较大的钴精炼厂,分别处理菲律宾、澳大利亚、摩洛哥、赞比亚的富钴中间产物。这种钴资源国的粗炼和用钴的发达工业国的精炼的钴冶金格局至今仍占主要地位。近年来,钴资源丰富国家也相应建立了规模较大的完整的钴冶金工厂。现在各种湿法冶金已成为提取钴的主要方法。与世界相比,中国的钴工业起步较晚。1952年,江西省南昌市五金矿业公司用简易鼓风炉熔炼钴土矿产出钴铁。1956年按此工艺建设了江西冶炼厂,产出的钴铁送至上海三英电冶厂(上海冶炼厂前身)处理。广东梅县也用同样工艺从钴土矿熔炼出钴铁送潮州冶炼厂处理生产工业氧化钴。

  1954年,沈阳冶炼厂以湿法炼锌钴渣为原料产出首批电钴,拉开了中国电钴生产的序幕,沈阳冶炼厂锌系统采用黄药法除钴产出黄原酸钴渣,该厂以此钴渣为原料,通过还原溶解、氧化沉钴产出含Co 30%~40%的氢氧化钴,然后再经干燥、焙烧、电炉还原熔炼成粗金属钴,最后用电解精炼法得到电钴。1958年,赣州钴冶炼厂从当地的钴土矿中生产出氧化钴。由于当地钴土矿资源分散,无法大规模开采,在冶金工业部安排下,赣州钴冶炼厂于1960年开始处理从摩洛哥进口的砷钴矿,这是中国用进口钴原料生产钴的开始。1966年,葫芦岛锌厂首家建成了从钴硫精矿中回收钴的车间,以后又陆续建成了南京钢铁厂钴车间,淄博钴冶炼厂,湖北光化磷肥厂的钴车间。

  甘肃金川、四川会理、吉林磐石铜镍矿开发后,硫化铜镍矿又成为回收钴的重要资源。金川有色金属公司的钴回收包括从镍电解系统净化钴渣中生产电解钴和氧化钴,从转炉渣提钴流程产出的富钴冰铜中生产氧化钴两部分。目前,金川有色金属公司的钴产量已占全国总产量的70%以上,成为中国钴生产的重要基地。

钴颜料
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  钴不仅是制造合金钢的重要金属,而且是各种高级颜料的重要原料。据17世纪保存下来的文件记载,沙俄为了购买昂贵的钴颜料曾花费了巨额资金,这种钴颜料叫“戈卢贝茨”,是“蓝色”的意思。克里姆林宫的大厅和安眠大教堂等许多宏伟大厦的墙壁上涂的蓝色颜料,就是这种“戈卢贝茨”。

  中世纪时,威尼斯的玻璃工匠用钴颜料制造出各种精致的蓝色玻璃杯,不久就风靡世界各国。威尼斯的工匠们为了使自己的玻璃杯在市场保有无可争辩的竞争力,对玻璃杯的制造工艺和钴颜料的配方严守秘密。为了杜绝泄漏技术情报,威尼斯政府把所有的玻璃厂都搬迁到一个小岛上,不经允许,谁也不准参观这个地方。但是,有一个叫乔吉奥•贝莱赖诺的学徒因不愿意忍受岛上的枯燥生活,还是从岛上逃跑了,后来逃到德国,在那里他自己开了一个玻璃杯生产工厂,但他并没能逃脱灾难。一天,有人放火把他的工厂烧个精光,还把他这个从岛上逃出来的工厂主“放了血”,差点丢了性命。可见,威尼斯人把钴颜料的秘密看得何等重要。

  500多年前,中国大量生产的景泰蓝也是用蓝色的钴颜料烧制的。明代景泰年间生产的这种金属艺术品至今还享誉世界。据说现在还有不少国外的情报人员千方百计想得到景泰蓝的配方和烧制工艺。

  钴的一些化合物,在不同状态和温度时,具有变化莫测的颜色。据记载,16世纪著名的化学家兼医生帕拉塞尔萨斯常爱表演他的拿手戏法,每次都博得看客的热烈掌声。他先把一幅上面画有覆盖着积雪的树木和小山的冬季风景的油画拿给观众看,待他们欣赏够了之后,他就在众目睽暌之下把油画中的冬天“变”成了夏天:树上的积雪一下不见了,变成了成簇的绿叶;白色积雪的山丘则变成了长满绿草的山坡。观众无不赞叹,可就是不知其中的奥秘。其实,这是帕拉塞尔萨斯利用氯化钴这种钴的化合物变的一个魔术。原来在室温下,氯化钴可以制成一种白色的溶液(溶液中含有一定数量的镍和铁),帕拉塞尔萨斯就用这种溶液作画,在画干了后,只要稍微加热,氯化钴就会变成非常漂亮的绿色。帕拉塞尔萨斯表演时,先把氯化钴溶液涂在他的魔画上,然后趁观众欣赏画面而没有注意他的瞬间,麻利地将一支蜡烛悄悄地放在油画背后加热它,于是,氯化钴受热后就变成绿色,使人目瞪口呆的季节变化也就发生了。

钴合金
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  以钴为基加入其他合金元素形成的合金。常见的有钴基高温合金和稀土钴硬磁合金。

  

镍钴合金

钴基高温合金有变形合金如HA-188[Co-22Ni-22Cr-14(Mo-W)-1Fe-0.1C-0.08La],S816[Co-20Ni-20Cr-8(Mo-W)-4(Ta-Nb)-4Fe-0.4C];铸造合金有HA-31[Co-10Ni-25Cr-7.5(Mo-W)-2Fe-0.5C],WI-52[Co-21Cr-11(Mo-W)-2(Ta-Nb)-2Fe-0.45C],Mar-M322[Co-21.5Cr-9(Mo-W)-4.5(Ta-Nb)-2.2Zr-1.0C)。这类合金在900~1100℃范围内具有较高的强度和良好的抗热疲劳性能,适用于制作喷气发动机、燃气轮机等高负荷的耐热部件。

  稀土钴硬磁合金有1-5型合金[Sm-Co5]、2-17型合金[Sm2(Co,Cu,Pe,Zr)17]。其中2-17型合金的成分为50%Co 26%Sm 其他,合金的磁能积为224~248kJ/m3。稀土钴硬磁合金适用于要求磁体体积小、磁场强度大的场合,如精密直流电机、家用电器、磁轴承、电子计算机中的打印机和医疗器械等。

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