Kobalt metal: Özellikler, Kullanım Alanları, ve endüstriyel önem

1. giriiş

Kobalt köklerini 18. yüzyılın başlarına kadar izler, Almandan adlandırıldı Kobold veya "goblin,"Ores bakır vermeyi reddettiğinde, ancak toksik buharları serbest bıraktığında madencilerin hayal kırıklıklarına bir baş sallama.

Bugün, Kobalt modern teknolojide vazgeçilmezdir: lityum pilleri stabilize eder, Aşırı sıcaklık esnekliğine sahip süper alaşımlar, Temel kimyasal katalizörleri kullanır, ve seramik ve pigmentlerin ikonik derin mavisini verir.

2. Kobalt nedir?

Kobalt, CO ve atom sayısı sembolü ile kimyasal bir elementtir. 27.

Grupta bulunur 9 periyodik tablonun, Zor, gümüş gri, ferromanyetik geçiş metali.

Geçiş metali olarak, Kobalt çeşitli oksidasyon durumları sergiler ve çok sayıda bileşik oluşturur, çok çeşitli uygulamalarına katkıda bulunuyor.

Doğada, Kobalt saf formunda bulunmaz, ancak esas olarak nikel ve bakır cevherleri ile ilişkilidir.

Bu ilişki, kobalt üretiminin çoğunun nikel ve bakır madenciliği operasyonlarının bir yan ürünü olduğu anlamına gelir..

Demokratik Kongo Cumhuriyeti (DRC) dünyanın en büyük kobalt üreticisi, yaklaşık olarak muhasebe 70% son yıllarda küresel üretimin.

Diğer büyük kobalt üreten ülkeler arasında Rusya, nikel-bakır-platin grup metal yatakları ile ilişkili önemli kobalt rezervlerine sahip, ve Avustralya, Yüksek kaliteli kobalt taşıyan cevherleri ile bilinir.

3. Fiziksel & Kobaltın kimyasal özellikleri

Kobalt zor, parlak, Farklı endüstriyel kullanımlarını destekleyen bir dizi fiziksel ve kimyasal özellik ile gümüş gri geçiş metali:

4. Kobalt üretimi ve rafinasyonu

Kobalt esas olarak bakır-cobalt ve nikel-kobalt cevherlerinden bir yan ürün olarak çıkarılır.

Kobalt taşıyan cevherler için kullanılan iki ana madencilik tekniği Yeraltı madenciliği Ve açık çukur madenciliği.

Yeraltı madenciliği genellikle daha derin cevher gövdeleri için kullanılır, Daha iyi cevher konsantrasyonu ancak daha yüksek operasyonel maliyetler sunmak.

Tersine, Açık çukur madenciliği, yüzeye yakın yataklar için daha uygundur ve büyük ölçekli üretim için genellikle daha uygun maliyetlidir.

Cevher çıkarıldıktan sonra, Bir diziden geçiyor metalurjik süreçler Kobalt içeriğini ayırmak ve saflaştırmak için:

Pirometalurji

Bu yüksek sıcaklık tekniği:

• Eritme: Cevher, metali çevreleyen malzemeden ayırmak için indirgeyici bir maddeyle ısıtılır. Bu işlem sülfür cevherleri için yaygın olarak kullanılır.
• Kavurma: Oksijen varlığında ısıtılarak metal sülfitleri oksitlere dönüştürür, sonraki adımlarda daha kolay iyileşme.

Hidrometalurji

Kobalt ekstraksiyonu için daha seçici ve yaygın olarak benimsenen bir yöntem, özellikle laterit ve oksitlenmiş cevherlerden. Anahtar adımlar içerir:

• Sülfat Sızması: Cevher, kobalt çözmek için sülfürik asit ile muamele edilir, nikel ve bakır gibi diğer değerli metallerle birlikte.
• Yağış: Kimyasal reaktifler, kobalt'ı sızıntı çözeltisinden seçici olarak ayırmak için kullanılır, genellikle ara maddeler olarak kobalt hidroksit veya sülfat üreten.

Rafine etme

Endüstriyel ve teknolojik uygulamalar için uygun yüksek saflıkta kobalt elde etmek için rafine etme esastır.:

• Çözücü ekstraksiyonu: Organik çözücüler, sulu fazdan kobalt iyonlarını seçici olarak ekstrakte etmek için kullanılır, Demir gibi safsızlıkları etkili bir şekilde ortadan kaldırmak, manganez, ve bakır.
• Elektrowinning: Son saflaştırma adımı, saf kobalt metali biriktirmek için kobalt içeren bir çözeltiden doğrudan elektrik akımı geçirilir (99.8%–99.99) katotlara.

5. Kobalt notları ve formları

Kobalt çeşitli ticari notlarda ve formlarda mevcuttur, Her biri gerekli saflığa bağlı olarak belirli endüstriyel kullanımlar için tasarlandı, fiziksel yapı, ve kimyasal bileşim.

Bu varyantlar pil üretiminde uygulamaları destekleyin, yüksek sıcaklık alaşımları, elektronik, katalizörler, ve manyetik malzemeler.

Aşağıda en yaygın notların ve kobalt formlarının bir dökümü bulunmaktadır.:

6. Anahtar kobalt alaşımları

Kobalt’ın benzersiz özellikleri-yüksek sıcaklık gücü gibi, korozyon direnci, manyetik performans, ve aşınma direnci - çok sayıda gelişmiş alaşımda önemli bir unsur yapın.

Kobalt tabanlı süper alaşımlar

• Tanım: Bu alaşımlar aşırı sıcaklıklara ve oksidatif ortamlara dayanacak şekilde tasarlanmıştır., onları türbin motorları ve havacılık bileşenleri için ideal hale getirmek.
• Tipik kompozisyonlar: Ortak-cr-w, Ortak, ve CO - Mo - Ni Alaşımları.
• Özellikler:

• • Yüksek sıcaklık dayanımı (> 1000°C)
  • Mükemmel oksidasyon ve korozyon direnci
  • İyi termal yorgunluk performansı

• Uygulamalar:

• • Jet motoru türbin bıçakları ve kanatları
  • Endüstriyel gaz türbinleri
  • Yanma astarları ve ısı kalkanları

• Örnek alaşımlar: Haynes 188, Stellitler 21, Mar-M509

Kobalt içeren yüksek hızlı çelikler (HSS)

• Tanım: Kırmızı sertliği iyileştirmek için HSS'ye kobalt eklenir - kesim sırasında artışların yüksek sıcaklıklarda sertliği korumasına izin vermek.
• Tipik sınıf: M42 (8% ortak)
• Özellikler:

• • Geliştirilmiş sıcak sertlik ve aşınma direnci
  • Yüksek yükler altında gelişmiş son teknoloji korunma

• Uygulamalar:

• • Kesme aletleri, matkaplar, frezeler, broşlar
  • Metal ve plastik için araçlar oluşturma

• Not: M42 HSS, kobalt içeriği nedeniyle hassas işlemede bir standart haline geldi.

Kobalt bazlı kalıcı mıknatıslar

• Türler:

• • Alnico (Alüminyum - Nickel - Kobalt): Yüksek manyetik mukavemet ve sıcaklık direnci
  • Samaryum Kobalt (Smco): Mükemmel stabilite ve korozyon direncine sahip nadir toprak kobalt mıknatıs

• Özellikler:

• • Yüksek zorluk ve enerji ürünü
  • Mükemmel termal stabilite (SMCO için 350-550 ° C'ye kadar)

• Uygulamalar:

• • Motorlar ve jeneratörler
  • Havacılık sensörleri
  • Tıbbi görüntüleme (MR)

• Performans: SMCO mıknatısları tipik olarak 20-32 mgoe enerji ürününe sahiptir (Mega Gauss Yurtdışı)

Kobalt-krom alaşımları (Ortak)

• Tanım: Yüksek aşınma ve korozyon direncine sahip biyouyumlu alaşımlar; Genellikle tıbbi ve diş uygulamalarında kullanılır.
• Özellikler:

• • Manyetik olmayan, yüksek mukavemet
  • Mükemmel biyouyumluluk

• Uygulamalar:

• • Ortopedik implantlar (kalçalar, dizler)
  • Diş
  • Kalp Valf Bileşenleri

• Örnek alaşımlar: ASTM F75 (Cast Co-Cr-Mo), ASTM F799 (Worreed Co-Cr-Mo)

Zorlayıcı alaşımlar (örneğin, Stellitler)

• Tanım: Aracı veya parça ömrünü uzatmak için yüzey kaplamaları olarak kullanılan aşınmaya dayanıklı kobalt alaşımları.
• Özellikler:

• • Aşınmaya karşı olağanüstü direnç, erozyon, ve sinir bozucu
  • 900 ° C'ye kadar sertliği korur

• Uygulamalar:

• • Valf koltuklar, kesme bıçakları, madencilik araçları
  • Yüksek giyim ortamlarında motor bileşenleri

Masa: Ortak kobalt alaşım notları

7. Kobaltın Endüstriyel Uygulamaları

Kobalt, benzersiz fiziksel nedeniyle çok çeşitli endüstriyel sektörlerde hayati bir rol oynamaktadır., kimyasal, ve manyetik özellikler.

Yüksek sıcaklıklara dayanma yeteneği, Korozyona diren, ve diğer malzemelerin performansını artırmak, hem yüksek teknoloji hem de geleneksel endüstrilerde kobalt vazgeçilmez kılmaktadır.

Enerji depolama ve piller

• Birincil kullanım: Lityum iyon piller
• İşlev: Kobalt lityum iyon pillerin katotlarında kullanılır-özellikle de Nikel manganez kobalt (NMC) Ve Nikel kobalt alüminyum (NCA) kimyalar.
• Faydalar:

• • Enerji yoğunluğunu ve pil ömrünü geliştirir
  • Termal ve yapısal stabiliteyi arttırır

• Pazar içgörü:

• • Üzerinde 60% kobalt talebi pil sektörü tarafından yönlendirilir.
  • Elektrikli araç başına kobalt kullanımı (Ev) Pil değişir 4 ile 14 kilogram, Kimyaya bağlı olarak.

Havacılık ve türbin motorları

• Birincil kullanım: Kobalt tabanlı süper alaşımlar
• İşlev: Kobalt içeren süper alaşımlar jet motoru bileşenlerinde kullanılır, gaz türbinleri, ve roket motorları.
• Faydalar:

• • Yüksek sıcaklıklarda mukavemet ve korozyon direncini korur (1000 ° C'nin üzerinde)
  • Oksidatif ve termal yorgunluğa dayanır

• Anahtar Bileşenler:

• • Türbin kanatları, kanat, yanma odaları

Kesme aletleri ve aşınmaya dayanıklı malzemeler

• Birincil kullanım: Çimentolu karbürler ve yüksek hızlı çelikler
• İşlev: Kobalt çimentolu karbürlerde bağlayıcı görevi görür ve yüksek hızlı çelikte sertliği artırır.
• Faydalar:

• • Alet tokluğunu ve ısı altında deformasyona karşı direnci geliştirir
  • Araç ömrünü yüksek hızlı veya yüksek basınçlı kesme koşulları altında genişletir

• Örnekler:

• • Matkap bitleri, frezeler, Damgalama Ölümleri, madencilik araçları

Kimyasal ve petrol endüstrilerinde katalizörler

• Birincil kullanım: Sentez ve rafinaj için katalizörler
• Katalitik Uygulama Türleri:

• • Fischer-Tropsch sentezi: Syngas'tan sıvı hidrokarbonlar üretir (Ortak + H₂)
  • Hidrodesülfürizasyon (HDS): Temiz yakıt üretmek için kükürt ham petrolden çıkarır

• Faydalar:

• • Sert kimyasal ortamlar altında yüksek katalitik verimlilik ve dayanıklılık

Tıbbi ve Biyomedikal Cihazlar

• Birincil kullanım: Kobalt-krom alaşımları
• İşlev: İmplantlar için kullanılır, protez, ve mükemmel biyouyumlulukları nedeniyle cerrahi aletler.
• Örnekler:

• • Yapay kalçalar ve dizler
  • Stent, diş implantları

• Özel durum:

• • Kobalt-60 (Co-60): Kanser radyoterapisinde kullanılan bir radyoaktif izotop ve tıbbi ekipman sterilizasyonu

Kalıcı mıknatıslar ve elektronik

• Türler:

• • Alnico mıknatısları: Elektrik motorlarında kullanılır, sensörler, ve elektro gitarlar
  • Samaryum Kobalt (Smco): Yüksek zorluk ve stabilite ile nadir toprak mıknatısları

• Faydalar:

• • Yüksek sıcaklıklarda kararlı manyetik performans
  • Zorlu ortamlarda korozyon direnci

• Uygulamalar:

• • Havacılık enstrümanları, MRI makineleri, robotik, ses ekipmanı

Pigmentler, Bardak, ve seramik

• Kullanılan kobalt bileşikleri:

• • Kobalt oksit (Co₃o₄) Ve kobalt alüminat (Kömür)

• İşlev:

• • Üretmek için kullanılır kobalt mavisi, ahır, canlı pigment

• Uygulamalar:

• • Sanatsal seramik, otomotiv camı, mimari fayans
  • UV emici özelliklere bağlı yüksek teknoloji cam uygulamaları

8. Emniyet, İşleme, ve kobalt toksikolojisi

Birçok modern teknolojide kobalt vazgeçilmez olsa da, Birkaç sağlık oluşturuyor, emniyet, ve uygun şekilde yönetilmezse çevresel riskler.

Toksikolojik profilini anlamak, maruz kalma sınırları, ve madencilikte kobalt kullanan endüstriler için güvenli kullanım uygulamaları gereklidir., üretme, ve işleme.

Mesleki maruz kalma sınırları

OSHA gibi düzenleyici organlar, Niosh, ve ACGIH güvenli çalışma koşullarını sağlamak için maruz kalma sınırları oluşturdu:

Kobalt maruziyetinin sağlık etkileri

Kobalt inhalasyon yoluyla vücuda girebilir, yutma, veya cilt teması.

Sağlık etkilerinin şiddeti kobalt biçimine bağlıdır (metalik, çözünür tuzlar, veya radyoaktif izotoplar) ve maruz kalma süresi.

Kısa vadeli (Akut) Etkiler:

• Solunum tahrişi: öksürme, hırıltı
• İletişimden deri döküntüleri veya dermatit
• Göz tahrişi

Uzun vadeli (Kronik) Etkiler:

• Kobalt akciğer: Kobalt tozunu/dumanları solumaktan interstisyel akciğer hastalığı
• Kardiyomiyopati (kalp kas hasarı) yüksek sistemik maruziyetle
• Alerjik yanıtlar ve astım
• Uzun süreli yüksek doz maruziyeti ile olası nörotoksik etkiler

Kanserojenlik:

• Uluslararası Kanser Araştırma Ajansı (IARC) kobalt ve kobalt bileşiklerini Grup 2B: Sınırlı insan kanıtlarına ve yeterli hayvan çalışmalarına dayanan “muhtemelen insanlara kanserojen”.

Radyoaktif kobalt (Kobalt-60)

Kobalt-60 (⁶⁰co) içinde kullanılan sentetik bir radyoaktif izotop:

• Radyasyon tedavisi (kanser tedavisi)
• Tıbbi ekipmanların sterilizasyonu
• Endüstriyel radyografi

Tehlikeler:

• Yüksek enerjili gama ışınları yayar
• Radyasyon yanıklarına neden olabilir, DNA hasarı, ve yanlış kullanılırsa artan kanser riski
• Sıkı düzenleyici yönergeler altında saklanmalı ve taşınmalıdır (örneğin, kurşun koruma, Güvenli kaplar)

Kobalt güvenliği için en iyi uygulamalar

9. İlgili öğelerle karşılaştırma

Cobalt, periyodik tablodaki komşu unsurlarla çeşitli özellikleri paylaşıyor, özellikle demir (Fe), nikel (İçinde), ve manganez (Mn).

Kobalt'ın bu unsurlarla karşılaştırılması, çeşitli endüstriyel uygulamalardaki benzersiz özelliklerini ve avantajlarını vurgulamaya yardımcı olur.

10. Çözüm

Kobalt, yüksek erime noktası ile bilinen önemli bir metaldir., korozyon direnci, ve manyetik özellikler.

Süper alaşımlarda önemli bir rol oynar, kalıcı mıknatıslar, ve lityum iyon piller, Havacılık ve uzay için hayati önem, Temiz Enerji, ve elektronik endüstrileri.