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科普知识 ——钴

发布时间:2016-09-09

发现小史

·钴的拉丁文原意就是“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。

金属性质

·钴是具有光泽的钢灰色金属,比较硬而脆,有铁磁性,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。

资  源

·钴在地壳中含量0.35%(质量),海洋中钴总量约23亿吨,自然界已知含钴矿物近百种,大多伴生于镍、铜、铁、铅、锌等矿床中,含钴量较低。 我国已探明钴金属估有储量近数十万吨。分布于全国24个省(区),其中主要有甘肃、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%。

制  取

·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,回收率低。一般先用火法将砷钴精矿、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,然后再用湿法使钴进一步富集和提纯,最后得到钴化合物或金属钴。

发现小史

·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。含钴的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。


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