Logam Kobalt: Properti, Penggunaan, dan Kepentingan Industri

1. Perkenalan

Cobalt berakar pada awal abad ke-18, dinamai dari bahasa Jerman kobold atau “goblin,” mengacu pada rasa frustrasi para penambang ketika bijih menolak menghasilkan tembaga tetapi melepaskan uap beracun.

Hari ini, kobalt sangat diperlukan dalam teknologi modern: ini menstabilkan baterai lithium-ion, memberikan superalloy ketahanan terhadap suhu ekstrem, menggerakkan katalis kimia utama, dan memberikan warna biru tua yang ikonik pada keramik dan pigmen.

2. Apa itu Kobalt?

Cobalt adalah unsur kimia dengan simbol Co dan nomor atom 27.

Terletak di Grup 9 dari tabel periodik, itu sulit, abu-abu keperakan, logam transisi feromagnetik.

Sebagai logam transisi, kobalt menunjukkan berbagai bilangan oksidasi dan membentuk banyak senyawa, yang berkontribusi pada berbagai aplikasinya.

Di alam, kobalt tidak ditemukan dalam bentuk murni tetapi terutama berasosiasi dengan bijih nikel dan tembaga.

Asosiasi ini berarti bahwa sebagian besar produksi kobalt merupakan produk sampingan dari operasi penambangan nikel dan tembaga.

Republik Demokratik Kongo (Republik Demokratik Kongo) adalah produsen kobalt terbesar di dunia, terhitung sekitar 70% produksi global dalam beberapa tahun terakhir.

Negara-negara penghasil kobalt besar lainnya termasuk Rusia, yang memiliki cadangan kobalt yang signifikan terkait dengan deposit logam kelompok nikel-tembaga-platinum, dan Australia, terkenal dengan bijihnya yang mengandung kobalt berkualitas tinggi.

3. Fisik & Sifat Kimia Cobalt

Cobalt itu keras, berkilau, logam transisi abu-abu perak dengan serangkaian karakteristik fisik dan kimia yang mendukung beragam penggunaan industri:

4. Produksi dan Pemurnian Kobalt

Kobalt terutama diekstraksi sebagai produk sampingan dari bijih tembaga-kobalt dan nikel-kobalt.

Dua teknik penambangan utama yang digunakan untuk bijih yang mengandung kobalt adalah penambangan bawah tanah Dan penambangan terbuka.

Penambangan bawah tanah biasanya digunakan untuk badan bijih yang lebih dalam, menawarkan konsentrasi bijih yang lebih baik tetapi biaya operasional lebih tinggi.

Sebaliknya, penambangan terbuka lebih cocok untuk endapan dekat permukaan dan umumnya lebih hemat biaya untuk produksi skala besar.

Setelah bijih diekstraksi, itu mengalami serangkaian proses metalurgi untuk memisahkan dan memurnikan kandungan kobalt:

Pirometalurgi

Teknik suhu tinggi ini melibatkan:

• Peleburan: Bijih dipanaskan dengan zat pereduksi untuk memisahkan logam dari bahan di sekitarnya. Proses ini biasanya digunakan untuk bijih sulfida.
• Memanggang: Mengubah sulfida logam menjadi oksida dengan pemanasan dengan adanya oksigen, memungkinkan pemulihan lebih mudah pada langkah selanjutnya.

Hidrometalurgi

Metode yang lebih selektif dan diadopsi secara luas untuk ekstraksi kobalt, terutama dari bijih laterit dan teroksidasi. Langkah-langkah kuncinya meliputi:

• Pencucian Sulfat: Bijih tersebut diolah dengan asam sulfat untuk melarutkan kobalt, bersama dengan logam berharga lainnya seperti nikel dan tembaga.
• Pengendapan: Reagen kimia digunakan untuk memisahkan kobalt secara selektif dari larutan pelindian, sering menghasilkan kobalt hidroksida atau sulfat sebagai zat antara.

Pengilangan

Pemurnian sangat penting untuk mendapatkan kobalt dengan kemurnian tinggi yang cocok untuk aplikasi industri dan teknologi:

• Ekstraksi Pelarut: Pelarut organik digunakan untuk mengekstraksi ion kobalt secara selektif dari fase air, efektif menghilangkan kotoran seperti besi, Mangan, dan tembaga.
• Pemenangan listrik: Langkah pemurnian terakhir, dimana arus listrik searah dialirkan melalui larutan yang mengandung kobalt untuk mengendapkan logam kobalt murni (99.8%–99,99%) ke katoda.

5. Nilai dan Bentuk Cobalt

Cobalt tersedia dalam berbagai tingkatan dan bentuk komersial, masing-masing disesuaikan untuk keperluan industri tertentu tergantung pada kemurnian yang dibutuhkan, struktur fisik, dan komposisi kimia.

Varian ini mendukung aplikasi dalam pembuatan baterai, paduan suhu tinggi, elektronik, katalis, dan bahan magnetik.

Di bawah ini adalah rincian kadar dan bentuk kobalt yang paling umum:

6. Paduan Kobalt Utama

Sifat unik Cobalt—seperti kekuatan suhu tinggi, resistensi korosi, kinerja magnetik, dan ketahanan aus—menjadikannya elemen penting dalam banyak paduan canggih.

Superalloy Berbasis Kobalt

• Keterangan: Paduan ini dirancang untuk tahan terhadap suhu ekstrim dan lingkungan oksidatif, menjadikannya ideal untuk mesin turbin dan komponen ruang angkasa.
• Komposisi Khas: Rekan-kr-w, Co-Ni-cr, dan paduan Co–Mo–Ni.
• Properti:

• • Kekuatan suhu tinggi (> 1000° C.)
  • Ketahanan oksidasi dan korosi yang sangat baik
  • Kinerja kelelahan termal yang baik

• Aplikasi:

• • Bilah dan baling-baling turbin mesin jet
  • Turbin gas industri
  • Lapisan pembakaran dan pelindung panas

• Contoh Paduan: Haynes 188, Stellite 21, MAR-M509

Baja Berkecepatan Tinggi yang Mengandung Kobalt (HSS)

• Keterangan: Cobalt ditambahkan ke HSS untuk meningkatkan kekerasan merah—memungkinkan perkakas mempertahankan kekerasan pada suhu tinggi selama pemotongan.
• Kelas Khas: M42 (8% Bersama)
• Properti:

• • Peningkatan kekerasan panas dan ketahanan aus
  • Peningkatan retensi ujung tombak di bawah beban tinggi

• Aplikasi:

• • Alat pemotong, latihan, pabrik akhir, bros
  • Alat pembentuk untuk logam dan plastik

• Catatan: M42 HSS telah menjadi standar dalam pemesinan presisi karena kandungan kobaltnya.

Magnet Permanen Berbasis Kobalt

• Tipe:

• • Alnico (Aluminium–Nikel–Kobalt): Kekuatan magnet tinggi dan tahan suhu
  • Samarium Kobalt (SmCo): Magnet kobalt tanah jarang dengan stabilitas dan ketahanan korosi yang sangat baik

• Properti:

• • Koersivitas tinggi dan produk energi
  • Stabilitas termal yang sangat baik (hingga 350–550°C untuk SmCo)

• Aplikasi:

• • Motor dan generator
  • Sensor luar angkasa
  • Pencitraan medis (MRI)

• Pertunjukan: Magnet SmCo biasanya memiliki produk energi 20–32 MGOe (Mega Gauss Oersteds)

Paduan Cobalt-Chromium (Rekan)

• Keterangan: Paduan biokompatibel dengan ketahanan aus dan korosi yang tinggi; sering digunakan dalam aplikasi medis dan gigi.
• Properti:

• • Non-magnetik, kekuatan tinggi
  • Biokompatibilitas yang sangat baik

• Aplikasi:

• • Implan ortopedi (panggul, lutut)
  • Prostetik gigi
  • Komponen katup jantung

• Contoh Paduan: ASTM F75 (pemeran Co-Cr-Mo), ASTM F799 (tempa Co-Cr-Mo)

Paduan Permukaan Keras (MISALNYA., Stellite)

• Keterangan: Paduan kobalt tahan aus yang digunakan sebagai pelapis permukaan untuk memperpanjang umur perkakas atau komponen.
• Properti:

• • Ketahanan luar biasa terhadap abrasi, erosi, dan menyakitkan
  • Mempertahankan kekerasan hingga 900°C

• Aplikasi:

• • Katup kursi, pisau pemotong, alat pertambangan
  • Komponen mesin di lingkungan dengan tingkat keausan tinggi

Meja: nilai paduan kobalt umum

7. Aplikasi Industri Cobalt

Cobalt memainkan peran penting di berbagai sektor industri karena sifat fisiknya yang unik, kimia, dan sifat magnetik.

Kemampuannya menahan suhu tinggi, tahan terhadap korosi, dan meningkatkan kinerja material lain menjadikan kobalt sangat diperlukan baik dalam industri teknologi tinggi maupun tradisional.

Penyimpanan Energi dan Baterai

• Penggunaan Utama: Baterai litium-ion
• Fungsi: Cobalt digunakan dalam katoda baterai lithium-ion—terutama di Nikel Mangan Kobalt (NMC) Dan Aluminium Nikel Kobalt (NCA) kimia.
• Manfaat:

• • Meningkatkan kepadatan energi dan masa pakai baterai
  • Meningkatkan stabilitas termal dan struktural

• Wawasan Pasar:

• • Lebih 60% permintaan kobalt didorong oleh sektor baterai.
  • Penggunaan kobalt per kendaraan listrik (EV) baterai berkisar dari 4 ke 14 kg, tergantung pada kimia.

Mesin Dirgantara dan Turbin

• Penggunaan Utama: Superalloy berbasis kobalt
• Fungsi: Superalloy yang mengandung kobalt digunakan dalam komponen mesin jet, turbin gas, dan motor roket.
• Manfaat:

• • Mempertahankan kekuatan dan ketahanan korosi pada suhu tinggi (di atas 1000°C)
  • Tahan terhadap kelelahan oksidatif dan termal

• Komponen Utama:

• • Bilah turbin, baling-baling, ruang bakar

Alat Pemotong dan Bahan Tahan Aus

• Penggunaan Utama: Karbida yang disemen dan baja berkecepatan tinggi
• Fungsi: Cobalt berfungsi sebagai pengikat pada karbida yang disemen dan meningkatkan kekerasan pada baja berkecepatan tinggi.
• Manfaat:

• • Meningkatkan ketangguhan alat dan ketahanan terhadap deformasi akibat panas
  • Memperpanjang masa pakai alat pada kondisi pemotongan kecepatan tinggi atau tekanan tinggi

• Contoh:

• • Mata bor, pabrik akhir, stempel mati, alat pertambangan

Katalis di Industri Kimia dan Minyak Bumi

• Penggunaan Utama: Katalis untuk sintesis dan pemurnian
• Jenis Aplikasi Katalitik:

• • Sintesis Fischer-Tropsch: Menghasilkan hidrokarbon cair dari syngas (BERSAMA + H₂)
  • Hidrodesulfurisasi (HDS): Menghilangkan sulfur dari minyak mentah untuk menghasilkan bahan bakar bersih

• Manfaat:

• • Efisiensi dan daya tahan katalitik yang tinggi di bawah lingkungan kimia yang keras

Alat Kesehatan dan Biomedis

• Penggunaan Utama: Paduan kobalt-kromium
• Fungsi: Digunakan untuk implan, Prosthetics, dan instrumen bedah karena biokompatibilitasnya yang sangat baik.
• Contoh:

• • Pinggul dan lutut tiruan
  • Stent, implan gigi

• Kasus Khusus:

• • Kobalt-60 (Co-60): Isotop radioaktif yang digunakan dalam radioterapi kanker dan sterilisasi peralatan medis

Magnet Permanen dan Elektronika

• Tipe:

• • Magnet Alnico: Digunakan pada motor listrik, sensor, dan gitar listrik
  • Samarium Kobalt (SmCo): Magnet tanah jarang dengan koersivitas dan stabilitas tinggi

• Manfaat:

• • Kinerja magnetik yang stabil pada suhu tinggi
  • Ketahanan korosi di lingkungan yang keras

• Aplikasi:

• • Instrumen luar angkasa, mesin MRI, robotika, perlengkapan audio

Pigmen, Kaca, dan Keramik

• Senyawa Cobalt Digunakan:

• • Kobalt oksida (Co₃O₄) Dan kobalt aluminat (Batubara₂O₄)

• Fungsi:

• • Digunakan untuk memproduksi biru kobalt, sebuah kandang, pigmen yang cerah

• Aplikasi:

• • Keramik artistik, kaca otomotif, ubin arsitektur
  • Aplikasi kaca berteknologi tinggi karena sifat menyerap UV

8. Keamanan, Penanganan, dan Toksikologi Cobalt

Meskipun kobalt sangat diperlukan dalam banyak teknologi modern, itu menimbulkan beberapa kesehatan, keamanan, dan risiko lingkungan jika tidak dikelola dengan baik.

Memahami profil toksikologinya, batas paparan, dan praktik penanganan yang aman sangat penting bagi industri yang menggunakan kobalt dalam pertambangan, manufaktur, dan pemrosesan.

Batas Paparan Kerja

Badan pengatur seperti OSHA, NIOSH, dan ACGIH telah menetapkan batas paparan untuk memastikan kondisi kerja yang aman:

Efek Kesehatan dari Paparan Kobalt

Cobalt dapat masuk ke dalam tubuh melalui inhalasi, proses menelan, atau kontak kulit.

Tingkat keparahan dampak kesehatan tergantung pada bentuk kobalt (metalik, garam yang larut, atau isotop radioaktif) dan durasi paparan.

Jangka pendek (Akut) Efek:

• Iritasi pernafasan: batuk, mengi
• Ruam kulit atau dermatitis akibat kontak
• Iritasi mata

Jangka panjang (Kronis) Efek:

• Paru-paru kobalt: penyakit paru-paru interstitial akibat menghirup debu/asap kobalt
• Kardiomiopati (kerusakan otot jantung) dengan paparan sistemik yang tinggi
• Respon alergi dan asma
• Kemungkinan efek neurotoksik dengan paparan dosis tinggi yang berkepanjangan

Karsinogenisitas:

• Badan Internasional untuk Penelitian Kanker (IARC) mengklasifikasikan senyawa kobalt dan kobalt sebagai Grup 2B: “mungkin bersifat karsinogenik bagi manusia” berdasarkan bukti terbatas pada manusia dan penelitian pada hewan yang memadai.

Kobalt Radioaktif (Kobalt-60)

Kobalt-60 (⁶⁰Co) adalah isotop radioaktif sintetik yang digunakan dalam:

• Terapi radiasi (pengobatan kanker)
• Sterilisasi peralatan medis
• Radiografi industri

Bahaya:

• Memancarkan sinar gamma berenergi tinggi
• Dapat menyebabkan luka bakar radiasi, Kerusakan DNA, dan peningkatan risiko kanker jika salah penanganan
• Harus disimpan dan diangkut berdasarkan pedoman peraturan yang ketat (MISALNYA., pelindung timah, wadah yang aman)

Praktik Terbaik untuk Keamanan Kobalt

9. Perbandingan dengan Elemen Terkait

Cobalt memiliki beberapa karakteristik yang sama dengan unsur-unsur tetangganya dalam tabel periodik, khususnya besi (Fe), nikel (Di dalam), dan mangan (M N).

Membandingkan kobalt dengan unsur-unsur ini membantu menyoroti sifat unik dan keunggulannya dalam berbagai aplikasi industri.

10. Kesimpulan

Cobalt adalah logam penting yang dikenal karena titik lelehnya yang tinggi, resistensi korosi, dan sifat magnetik.

Ini memainkan peran penting dalam superalloy, magnet permanen, dan baterai litium-ion, menjadikannya penting untuk ruang angkasa, energi bersih, dan industri elektronik.