Опубликовано Оставить комментарий

Кобальт как химический элемент таблицы Менделеева

К Кобальт является химическим элементом таблицы Менделеева с атомным номером 27 и условным обозначением Co.  Кобальт представляет собой жесткий, блестящий серебристо-серый металл.

Как был открыт Кобальт

Окрашивание кобальтом фарфора

Такой химический элемент как кобальт был известен человечеству очень давно. В древности он использовался для придания насыщенного синего цвета стеклу и керамике. Следы кобальта были обнаружены в египетских скульптурах и персидских ювелирных изделиях третьего тысячелетия до Нашей эры. В средние века кобальтовую руду часто принимали за ценную серебряную или медную руду. Первые попытки выплавить эту руду потерпели неудачу, потому что первичная руда кобальта всегда содержит мышьяк, который является очень токсичным и скверно пахнет.

В 1735 году шведский ученый и химик Георг Брандт обнаружил неизвестный ранее элемент при изучении кобальтовой руды. Он описал его свойства и придумал название, которое закрепилось за ним по сей день. При этом Брандт доказал, что именно соединения кобальта придают стеклу оттенок синего цвета, а не висмут как предполагалось ранее. Первые шахты по добыче кобальтовой руды были освоены еще до открытия элемента. Первые освоенные шахты появились в начале XVI века. После открытия кобальта как химического элемента освоение месторождений значительно увеличилось. Самые известные месторождения того времени были расположены в Новегии, Канаде и Конго. В начале XX века освоение кобальта начало набирать обширные обороты.

Где и как добывают Кобальт

Кобальт в разных видах

Американская геологическая служба оценивает мировые запасы кобальта в 7 миллионов метрических тонн. Главным поставщиком кобальта, на сегодняшний день, является Демократическая Республика Конго. Его производство составляет около 70% от всего мирового производства. Кобальт является побочным продуктом при добыче медных или никелевых руд. Сам метод очистки и получения кобальта является очень трудоемким и дорогостоящим процессом. Поскольку кобальт является побочным продуктом, предложения кобальта зависит от объема спроса на медь и никель.

Существует несколько методов получения чистого кобальта. В общем варианте процесс выглядит приблизительно так. В начале часть имеющихся сульфидов железа преобразуются в оксиды путем обжига и зашлаковываются диоксидом кремния. Затем создается так называемый «грубый камень», который состоит из таких химических элементов и соединений как никель, медь, сульфид железа и кобальт.

Следующим шагом является обжиг с карбонатом натрия. При этом образуется нитрат натрия, который удаляет из смеси серу. Часть оставшейся серы образует сульфаты и арсенаты, которые выщелачиваются водой. Там остаются соответствующие оксиды металлов, которые обрабатываются серной и соляной кислотой. В ходе реакций никель, кобальт и железо превращаются в общий раствор, а медь при этом не растворяется. Затем с помощью хлорной извести осаждается кобальт в виде его гидроксида, а после этого с помощью кокса или алюминия кобальт преобразуется в металлический порошок. По состоянию на 2017 год лидерами в производстве кобальта явлляются Конго, Россия и Китай. РФ занимает вторую позицию с производством 5600 тонн в год.

Распространенность Кобальта

Хлорид кобальта

Распространенность кобальта является довольно неопределенным вопросом. С условием того, что сегодня известно науке, по распространенности кобальт занимает 30 строчку по частоте распространенности среди всех элементов на Земле. Его процентное соотношение оценивается как 0,004% от общей массы. В свободном виде на нашей планете он не был обнаружен из-за связей с кислородом. Части кобальта обнаруживаются во многих минералах и горных породах, но в малых количествах. Его атомы встречаются во всех видах почв в качестве микроэлеиентов. Самыми важными кобальтосодержащими минералами являются кобальтин и скуттерудит. Известная часть кобальта

Что же касается Вселенной, то тут не все так однозначно. Известно, что стабильная форма кобальта производится в сверхновых с помощью r-процесса. На остальных планетах (даже на близлежащих) содержание кобальта неизвестно. В метеоритах падающих на землю было обнаружен металлический кобальт в чистом виде. Это означает, что на других планетах он так же присутствует. Ученые выдвигают предположения, что кобальт может вырабатываться в ходе термических реакций нашей и других планет. Так же существует предположение, что большие залежи кобальта находятся под водами миоового океана.

Применение Кобальта

Стекло окрашенное кобальтом

Применение кобальта не очень широкое, но довольно крупномасштабное. В 2016 году было освоено около 115 000 тонн этого химического элемента. Его применение охватывает такие области как пищевая промышленность, медицина, военная, сталелитейная и энергетическая промышленность.

В сталелитейной промышленность этот элемент используется в качестве присадки, которая придает сплавам жаропрочность, коррозийную устойчивость и износостойкость. Это позволяет сплавам с добавлением кобальта найти применение в технике. В пример можно поставить газовые турбины. Военная промышленность же использует сплавы из кобальта для производства турбореактивных двигателей самолетов из-за его жаропрочности. Так же используется для производства лопастей подводных лодок и торпед из-за прочности и коррозийной устойчивости. Радиоактивный изотоп кобальт-59 использовался в так называемых «кобальтовых бомбах», который является начинкой этой бомбы и при взрыве превращается в радиоактивный кобальт-60.

Если продолжать тему сплавов, то стоит отметить что из-за их износостойкости они находят применение в медицине. Из кобальтовых сплавов изготавливаются протезы костей, так же как и из титана. Кобальт является главным элементом для воздействия при внешней лучевой терапии. По этой методике лечат пациентов от некоторых видов рака. Так же его используют для стерилизации медицинских предметов и обработке отходов. Еще одним применением является пигментная составляющая для производства красок синего и жетого цветов.

Самой главной областью в которой кобальт принимает непосредственное участие является энергетическая промышленность. Этот элемент является компонентом литий-ионных аккумуляторов. Именно из оксида кобальта и лития (LiCoO2) производятся катоды этих аккумуляторов. Около 70% от общего количества кобальта уходит на производство этих батарей. Еще в 2012 году литий-ионные батареи использовались исключительно в мобильной электронике, но в 2017 году начала набирать обороты мода на электроавтомобили. Главным источником энергии в которых так же является литий-ионный аккумулятор. Аналитики предполагают, что к 2024 году годовой спрос на кобальт может из-за этого вырасти почти в 7 раз

Интересные факты

Кобальт

Интересных фактов связанных с кобальтом достаточно много. Стоит начать с того, что мировая цена за 1 кг кобальта в 2019 году составила около 31 американского доллара, что на порядок выше многих металлов. Если взять по отношению к железу(50 евро за тонну), то кобальт дороже более чем в 500 раз. Еще одним интересным моментом является то, что некоторые кампании ограничивают закупку кобальта у ДР Конго из-за того, что на кобальтодобывающих шахтах в этой стране нелегально используется труд несовершеннолетних детей. Из-за чего у последних возникают непоправимые проблемы со здоровьем.

Кобальт является важным элементом в организмах всех животных. Он является компонентом витамина B12, который регулирует обмен веществ в организме. Суточная норма потребления животными кобальта составляет 0.2 мг/кг в день. Учеными было отмечено, что присутствие этого элемента в небольших количествах в почве положительно влияет на здоровье пасущихся жиаотных. С другой стороны в больших количествах кобальт может быть опасным. Опасной для жизни человека (при продолжительном нахождении) считается доза в 20 мг/м3. Хотя ухудшение здоровья наблюдалось и при меньших концентрациях этого элемента. Медики предполагают, что именно кобальт оказывает влияние на мышцы сердца. При этом вытекает факт того, что кобальт может быть одной из главных причин сердечной недостаточности.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *