코발트 금속: 속성, 용도, 산업적 중요성

1. 소개

코발트는 18 세기 초까지 뿌리를 추적합니다, 독일어에서 지명되었습니다 코드 또는“고블린,”광석이 구리를 생산하기를 거부했지만 독성 증기를 방출했을 때 광부의 좌절감에 대한 끄덕임.

오늘, 코발트는 현대 기술에 없어서는 안됩니다: 리튬 이온 배터리를 안정화시킵니다, 극도의 온도 탄력성으로 초대형을 부여합니다, 주요 화학 촉매를 구동합니다, 세라믹과 안료의 상징적 인 짙은 푸른 색을 부여합니다..

2. 코발트는 무엇입니까??

코발트 27.

그룹에 위치합니다 9 주기율표의, 어렵습니다, 은빛 회색, 강자성 전이 금속.

전이 금속으로, 코발트는 다양한 산화 상태를 나타내며 수많은 화합물을 형성합니다., 광범위한 응용 프로그램에 기여합니다.

본질적으로, 코발트는 순수한 형태로 발견되지 않지만 주로 니켈 및 구리 광석과 관련이 있습니다..

이 협회는 코발트 생산의 대부분이 니켈 및 구리 광업 작업의 부산물임을 의미합니다..

콩고 민주 공화국 (DRC) 세계 최대의 코발트 생산 업체입니다, 대략 설명 70% 최근 몇 년간 글로벌 생산.

다른 주요 코발트 생산국으로는 러시아가 있습니다, 니켈 코퍼 플라티넘 그룹 금속 퇴적물과 관련된 상당한 코발트 매장량이 있습니다., 그리고 호주, 고품질 코발트가 함유 된 광석으로 유명합니다.

3. 물리적 & 코발트의 화학적 특성

코발트는 어렵다, 윤기나는, 다양한 산업 용도를 뒷받침하는 물리적 및 화학적 특성 제품군이있는 은색 전이 금속:

4. 코발트 생산 및 정제

코발트는 주로 구리 코발트 및 니켈 코발트 광석으로부터 부산물로 추출됩니다..

코발트가 함유 된 광석에 사용되는 두 가지 주요 채굴 기술은 다음과 같습니다. 지하 채굴 그리고 오픈 핏 마이닝.

지하 채굴은 일반적으로 더 깊은 광석 신체에 사용됩니다, 더 나은 광석 농도를 제공하지만 더 높은 운영 비용을 제공합니다.

대조적으로, 오픈 피트 마이닝.

광석이 추출되면, 그것은 일련의 일을 겪습니다 야금 과정 코발트 함량을 분리하고 정화합니다:

pyrometallurgy

이 고온 기술에는 포함됩니다:

• 제련: 광석은 환원제로 가열되어 주변 물질에서 금속을 분리합니다.. 이 과정은 일반적으로 황화물 광석에 사용됩니다.
• 굽는 데 알맞은: 산소의 존재하에 가열하여 금속 황화물을 산화물로 전환합니다., 후속 단계에서 더 쉽게 복구 할 수 있습니다.

수경 금속성

코발트 추출을위한보다 선택적이고 널리 채택 된 방법, 특히 라테 라이트 및 산화 광석에서. 주요 단계에는 포함됩니다:

• 황산염 침출: 광석은 황산으로 처리되어 코발트를 용해시킵니다., 니켈과 구리와 같은 다른 귀중한 금속과 함께.
• 강수량: 화학적 시약은 코발트에서 코발트를 선택적으로 분리하는 데 사용됩니다., 종종 중간체로 수산화 코발드 또는 황산염을 생성합니다.

정제

산업 및 기술 응용에 적합한 고순도 코발트를 얻는 데 정유가 필수적입니다.:

• 용매 추출: 유기 용매는 수성 상에서 코발트 이온을 선택적으로 추출하는 데 사용됩니다., 철과 같은 불순물을 효과적으로 제거합니다, 망간, 그리고 구리.
• 전기화: 최종 정제 단계, 직접 전류가 코발트 함유 솔루션을 통과하여 순수 코발트 금속을 퇴적하는 경우 (99.8%–99.99%) 음극에.

5. 코발트 등급 및 형태

코발트는 다양한 상업 등급 및 양식으로 제공됩니다., 필요한 순도에 따라 특정 산업 용도로 맞춤화 된 각, 물리적 구조, 및 화학 성분.

이 변형은 배터리 제조의 응용 프로그램을 지원합니다, 고온 합금, 전자 제품, 촉매, 그리고 자기 재료.

아래는 코발트의 가장 일반적인 성적과 형태의 고장입니다.:

6. 주요 코발트 합금

코발트의 독특한 특성-고온 강도, 내식성, 자기 성능, 내마모성 - 수많은 고급 합금에서 필수 요소가 되십시오..

코발트 기반 슈퍼 합금

• 설명: 이 합금은 극심한 온도와 산화 환경을 견딜 수 있도록 설계되었습니다., 터빈 엔진 및 항공 우주 구성 요소에 이상적입니다.
• 전형적인 구성: co-cr-w, Co-NI-CR, 및 CO- MO -NI 합금.
• 속성:

• • 고온 강도 (> 1000℃)
  • 우수한 산화 및 부식 저항
  • 좋은 열 피로 성능

• 응용:

• • 제트 엔진 터빈 블레이드 및 베네
  • 산업 가스 터빈
  • 연소 라이너 및 열 방패

• 예제 합금: 헤인즈 188, 스텔라이트 21, mar-M509

코발트 함유 고속 강 (HSS)

• 설명: 코발트는 적색 경도를 향상시키기 위해 HSS에 추가됩니다. 절단 중에 온도가 높을 때 경도를 유지하는 도구.
• 전형적인 학년: M42 (8% 공동)
• 속성:

• • 뜨거운 경도와 내마모성 향상
  • 높은 하중 하에서 절단 가장자리 보유 개선

• 응용:

• • 절단 도구, 훈련, 엔드밀, 브로치
  • 금속 및 플라스틱을위한 도구 형성

• 메모: M42 HSS는 코발트 함량으로 인해 정밀 가공의 표준이되었습니다..

코발트 기반 영구 자석

• 유형:

• • Alnico (알루미늄 –Nickel – Cobalt): 높은 자기 강도 및 온도 저항
  • 사마륨 코발트 (SMCO): 우수한 안정성과 부식성을 가진 희귀 한 코발트 자석

• 속성:

• • 높은 강압 및 에너지 제품
  • 우수한 열 안정성 (SMCO의 경우 최대 350–550 ° C)

• 응용:

• • 모터 및 발전기
  • 항공 우주 센서
  • 의료 영상 (MRI)

• 성능: SMCO 자석은 일반적으로 20-32 MGOE의 에너지 제품을 가지고 있습니다. (메가 가우스 해외)

코발트-크로 미움 합금 (co-cr)

• 설명: 마모 및 부식성이 높은 생체 적합성 합금; 의료 및 치과 응용 프로그램에 자주 사용됩니다.
• 속성:

• • 비자성, 고강도
  • 우수한 생체적합성

• 응용:

• • 정형외과 임플란트 (엉덩이, 무릎)
  • 치과 보철물
  • 하트 밸브 구성 요소

• 예제 합금: ASTM F75 (COR-CR-MO 캐스트), ASTM F799 (단조 공동 CR-MO)

하드 페이싱 합금 (예를 들어, 스텔라이트)

• 설명: 도구 또는 부품 수명을 연장하기 위해 표면 코팅으로 사용되는 내마모성 코발트 합금.
• 속성:

• • 마모에 대한 예외적 인 저항, 부식, 그리고 짜증나
  • 최대 900 ° C의 경도를 유지합니다

• 응용:

• • 판막 좌석, 절단 블레이드, 채굴 도구
  • 고기류 환경의 엔진 구성 요소

테이블: 일반적인 코발트 합금 등급

7. 코발트의 산업 응용

코발트는 고유 한 물리적으로 인해 광범위한 산업 부문에서 중요한 역할을합니다., 화학적인, 및 자기 특성.

고온을 견딜 수있는 능력, 부식에 저항하십시오, 다른 재료의 성능을 향상 시키면 첨단 기술 및 전통 산업 모두에서 코발트가 없어서는 안됩니다..

에너지 저장 및 배터리

• 1 차 사용: 리튬 이온 배터리
• 기능: 코발트는 리튬 이온 배터리의 음극에 사용됩니다. 니켈 망간 코발트 (NMC) 그리고 니켈 코발트 알루미늄 (NCA) 화학.
• 이익:

• • 에너지 밀도와 배터리 수명을 향상시킵니다
  • 열 및 구조적 안정성을 향상시킵니다

• 시장 통찰력:

• • 위에 60% 코발트 수요는 배터리 부문에 의해 주도됩니다.
  • 전기 자동차 당 코발트 사용 (EV) 배터리 범위 4 에게 14 kg, 화학에 따라.

항공 우주 및 터빈 엔진

• 1 차 사용: 코발트 기반 슈퍼 합금
• 기능: 코발트를 함유 한 슈퍼 합금은 제트 엔진 구성 요소에 사용됩니다, 가스 터빈, 그리고 로켓 모터.
• 이익:

• • 고온에서 강도와 부식 저항을 유지합니다 (1000 ° C 이상)
  • 산화 및 열 피로를 견딜 수 있습니다

• 주요 구성 요소:

• • 터빈 블레이드, VANES, 연소실

절단 도구 및 내마모성 재료

• 1 차 사용: 시멘트 카바이드 및 고속 강
• 기능: 코발트는 시멘트 탄화물의 바인더 역할을하며 고속 스틸의 경도를 향상시킵니다..
• 이익:

• • 도구 강인성과 열에서 변형에 대한 저항성을 향상시킵니다
  • 고속 또는 고압 절단 조건에서 공구 수명을 연장합니다

• 예:

• • 드릴 비트, 엔드밀, 스탬핑 다이, 채굴 도구

화학 및 석유 산업의 촉매

• 1 차 사용: 합성 및 정제를위한 촉매
• 촉매 적용의 유형:

• • 피셔-트 롭치 합성: Syngas에서 액체 탄화수소를 생성합니다 (공동 + h₂)
  • 수화화 (HDS): 원유에서 황을 제거하여 깨끗한 연료를 생산합니다

• 이익:

• • 가혹한 화학 환경에서 높은 촉매 효율 및 내구성

의료 및 생물 의학 장치

• 1 차 사용: 코발트-크로 미움 합금
• 기능: 임플란트에 사용됩니다, 보철물, 그리고 우수한 생체 적합성으로 인한 수술기구.
• 예:

• • 인공 엉덩이와 무릎
  • 스텐트, 치과 임플란트

• 특별한 경우:

• • 코발트 -60 (CO-60): 암 방사선 요법 및 의료 장비 멸균에 사용되는 방사성 동위 원소

영구 자석 및 전자 제품

• 유형:

• • Alnico 자석: 전기 모터에 사용됩니다, 센서, 그리고 일렉트릭 기타
  • 사마륨 코발트 (SMCO): 강압과 안정성이 높은 희토류 자석

• 이익:

• • 고온에서 안정적인 자기 성능
  • 가혹한 환경에서의 부식 저항

• 응용:

• • 항공 우주 기기, MRI 기계, 로봇공학, 오디오 장비

안료, 유리, 그리고 세라믹

• 사용 된 코발트 화합물:

• • 코발트 산화물 (Co₃o₃) 그리고 코발트 알루미 네이트 (석탄 오₂)

• 기능:

• • 생산하는 데 사용됩니다 코발트 블루, 안정, 생생한 안료

• 응용:

• • 예술적 세라믹, 자동차 유리, 건축 타일
  • UV- 흡수 특성으로 인한 첨단 유리 애플리케이션

8. 안전, 손질, 그리고 코발트의 독성학

코발트는 많은 현대 기술에서 필수 불가결합니다, 그것은 여러 가지 건강을 제기합니다, 안전, 제대로 관리되지 않으면 환경 위험.

독성 학적 프로파일을 이해합니다, 노출 한도, 그리고 채굴에서 코발트를 사용하는 산업에 안전한 취급 관행이 필수적입니다., 조작, 및 처리.

직업 노출 한도

OSHA와 같은 규제 기관, Niosh, 그리고 ACGIH는 안전한 근무 조건을 보장하기 위해 노출 한도를 설정했습니다.:

코발트 노출의 건강 영향

코발트는 흡입을 통해 몸에 들어갈 수 있습니다, 음식물 섭취, 또는 피부 접촉.

건강 영향의 심각성은 코발트의 형태에 달려 있습니다. (금속성, 가용성 소금, 또는 방사성 동위 원소) 그리고 노출 기간.

단기 (심각한) 효과:

• 호흡기 자극: 기침, 천명
• 접촉으로 인한 피부 발진 또는 피부염
• 눈 자극

장기 (만성병 환자) 효과:

• 코발트 폐: 코발트 먼지/연기 흡입으로 인한 간질 폐 질환
• 심근 병증 (심장 근육 손상) 전신 노출이 높습니다
• 알레르기 반응 및 천식
• 장기간 고용량 노출로 가능한 신경 독성 효과

발암 성:

• 국제 암 연구 기관 (IARC) 코발트 및 코발트 화합물을 AS로 분류합니다 그룹 2B: 제한된 인간의 증거와 충분한 동물 연구에 근거한 "인간에게 발암 성".

방사성 코발트 (코발트 -60)

코발트 -60 (⁶⁰co) 합성 방사성 동위 원소입니다:

• 방사선 요법 (암 치료)
• 의료 장비의 멸균
• 산업 방사선 촬영

위험:

• 고 에너지 감마선을 방출합니다
• 방사선 화상을 유발할 수 있습니다, DNA 손상, 그리고 잘못 처리되면 암 위험이 증가합니다
• 엄격한 규제 지침에 따라 저장 및 운송해야합니다 (예를 들어, 리드 차폐, 보안 컨테이너)

코발트 안전을위한 모범 사례

9. 관련 요소와 비교

코발트는 주기율표에서 인접 요소와 몇 가지 특성을 공유합니다., 특히 철 (철), 니켈 (~ 안에), 및 망간 (망).

코발트를 이러한 요소와 비교하면 다양한 산업 응용 분야에서 고유 한 특성과 장점을 강조하는 데 도움이됩니다..

10. 결론

코발트는 높은 용융점으로 유명한 중요한 금속입니다., 내식성, 및 자기 특성.

그것은 슈퍼 합금에서 중요한 역할을합니다, 영구 자석, 리튬 이온 배터리, 항공 우주에 필수적입니다, 청정 에너지, 전자 산업.