康熙字典

化學(xué)元素解釋：

概述

在常溫下不和水作用，在潮濕的空氣中也很穩(wěn)定。在空氣中加熱至300℃以上時(shí)氧化生成CoO，在白熱時(shí)燃燒成Co3O4。氫還原法制成的細(xì)金屬鈷粉在空氣中能自燃生成氧化鈷。1735年瑞典化學(xué)家布蘭特(G.Brandt)制出金屬鈷。1780年瑞典化學(xué)家伯格曼(T. Bergman)確定鈷為元素。長(zhǎng)期以來鈷的礦物或鈷的化合物一直用作陶瓷、玻璃、琺瑯的釉料。到20世紀(jì)，鈷及其合金在電機(jī)、機(jī)械、化工、航空和航天等工業(yè)部門得到廣泛的應(yīng)用，并成為一種重要的戰(zhàn)略金屬，消費(fèi)量逐年增加。中國(guó)于50年代開始從鈷土礦、鎳礦和含鈷黃鐵礦中提鈷。

綜合性質(zhì)

元素名稱：鈷

元素符號(hào)：Co

元素原子量：58.93

原子體積:(立方厘米/摩爾) 6.7

元素類型：金屬元素

元素在太陽中的含量:(ppm) 4

元素在海水中的含量:(ppm) 太平洋表面 0.0000069

地殼中含量：(ppm)20

質(zhì)子數(shù)：27

中子數(shù)：32

原子序數(shù)：27

所屬周期：3

所屬族數(shù)：VIII

電子層分布：2-8-15-2

氧化態(tài)：Main Co 2

Other Co-1, Co0, Co 1, Co 3, Co 4, Co 5

莫氏硬度：5

晶胞參數(shù)：

a = 250.71 pm

b = 250.71 pm

c = 406.95 pm

α = 90°

β = 90°

γ = 120°

電離能 (kJ /mol)

M - M 760

M - M2 1646

M2 - M3 3232

M3 - M4 4950

M4 - M5 7670

M5 - M6 9840

M6 - M7 12400

M7 - M8 15100

M8 - M9 17900

M9 - M10 26600

晶體結(jié)構(gòu)：晶胞為面心立方晶胞，每個(gè)晶胞含有4個(gè)金屬原子。

聲音在其中的傳播速率：(m/S)4720

發(fā)現(xiàn)小史

發(fā)現(xiàn)人：布朗特

發(fā)現(xiàn)年代：1735年

鈷的拉丁文原意就是“地下惡魔”。數(shù)百年前，德國(guó)薩克森州有一個(gè)規(guī)模很大的銀銅多金屬礦床開采中心，礦工們發(fā)現(xiàn)一種外表似銀的礦石，并試驗(yàn)煉出有價(jià)金屬，結(jié)果十分糟糕，不但未能提煉出值錢的金屬，而且使工人二氧化硫等毒氣中毒。人們把這件事說成是“地下惡魔”作祟。在教堂里誦讀祈禱文，為工人解脫“地下惡魔”迫害。這個(gè)“地下惡魔”其實(shí)是輝鈷礦。 1753年瑞典化學(xué)家格•波朗特(G.Brandt)從輝鈷礦中分離出淺玫色的灰色金屬，制出金屬鈷。1780年瑞典化學(xué)家伯格曼(T.Bergman)確定鈷為元素。

資源分布

鈷在地殼中含量0.35%(質(zhì)量)，海洋中鈷總量約23億噸，自然界已知含鈷礦物近百種，大多伴生于鎳、銅、鐵、鉛、鋅等礦床中，含鈷量較低。 中國(guó)已探明鈷金屬估有儲(chǔ)量近數(shù)十萬噸。分布于全國(guó)24個(gè)省(區(qū))，其中主要有甘肅、山東、云南、湖北、青海、河北和山西。這七個(gè)省的合計(jì)儲(chǔ)量占全國(guó)總保有儲(chǔ)量的71%，其中以甘肅儲(chǔ)量最多，占全國(guó)的28%。此外，安徽、四川、新疆等省(區(qū))也有一定的儲(chǔ)量。 世界鈷產(chǎn)量1986年達(dá)到頂峰3萬噸，以后不斷下降，到1989年只有2.5萬噸左右。扎伊爾和贊比亞是最大的鈷生產(chǎn)國(guó)，其產(chǎn)量約占世界總產(chǎn)量的70%。

礦物

已知的含鈷礦物約100種。主要的鈷礦物為：硫鈷礦(Co3S4)、纖維柱石(CuCo2S4)、輝砷鈷礦(CoAsS)、砷鈷礦(CoAs2)、鈷華(3CoO·As2O5·8H2O)等。世界上的主要鈷礦有四種類型：①、銅鈷礦,以扎伊爾、贊比亞儲(chǔ)量為最大,扎伊爾的產(chǎn)鈷量占全世界產(chǎn)量的一半以上：②、鎳鈷礦,包括硫化礦和氧化礦：③、砷鈷礦;④、含鈷黃鐵礦。這些鈷礦含鈷均較低。海底錳結(jié)核是鈷的重要遠(yuǎn)景資源。從含鈷廢料中回收鈷也日益受到人們的重視。1979年世界(中國(guó)除外)礦山產(chǎn)鈷量和鈷儲(chǔ)量見表。 中國(guó)已探明的鈷儲(chǔ)量最大的是甘肅金川硫化鎳礦中伴生的鈷。云南的硅酸鎳礦以及四川、山東、湖北、山西、廣東等地的黃鐵礦中也含有鈷。

制取

鈷礦物的賦存狀態(tài)復(fù)雜，礦石品位低，所以提取方法很多而且工藝復(fù)雜，回收率低。一般先用火法將砷鈷精礦、含鈷硫化鎳精礦、銅鈷礦、鈷硫精礦中的鈷富集或轉(zhuǎn)化為可溶性狀態(tài)，然后再用濕法使鈷進(jìn)一步富集和提純，最后得到鈷化合物或金屬鈷。

主要用途

金屬鈷主要用于制取合金。鈷基合金是鈷和鉻、鎢、鐵、鎳組中的一種或幾種制成的合金的總稱。含鈷的一定量鈷的刀具鋼可以顯著地提高鋼的耐磨性和切削性能。含鈷50%以上的司太立特硬質(zhì)合金即使加熱到1000℃也不會(huì)失去其原有的硬度，如今這種硬質(zhì)合金已成為含金切削工具和鋁間用的最重要材料。在這種材料中，鈷將合金組成中其它金屬碳化物晶粒結(jié)合在一起，使合金具更高的韌性，并減少對(duì)沖擊的敏感性能，這種合金熔焊在零件表面，可使零件的壽命提高3-7倍。

航空航天技術(shù)中應(yīng)用最廣泛的合金是鎳基合金，也可以使用鈷基合金，但兩種合金的“強(qiáng)度機(jī)制”不同。含鈦和鋁的鎳基合金強(qiáng)度高是因?yàn)樾纬山M成為NiAl(Ti)的相強(qiáng)化劑，當(dāng)運(yùn)行溫度高時(shí)，相強(qiáng)化劑顆粒就轉(zhuǎn)入固溶體，這時(shí)合金很快失去強(qiáng)度。鈷基合金的耐熱性是因?yàn)樾纬闪穗y熔的碳化物，這些碳化物不易轉(zhuǎn)為固體溶體，擴(kuò)散活動(dòng)性小，在溫度在1038℃以上時(shí)，鈷基合金的優(yōu)越性就顯示無遺。這對(duì)于制造 高效率的高溫發(fā)電機(jī)，鈷基合金就恰到好處。

在航空渦輪機(jī)的結(jié)構(gòu)材料使用含20%-27%鉻的鈷基合金，可以不要保護(hù)覆層就能使材料達(dá)高抗氧化性。核反應(yīng)堆供熱汞作使熱介質(zhì)的渦輪發(fā)電機(jī)可以不檢修而連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)一年以上。據(jù)報(bào)道美國(guó)試驗(yàn)用的發(fā)電機(jī)的鍋爐就是用鈷合金制造的。 鈷是磁化一次就能保持磁性的少數(shù)金屬之一。在熱作用下，失去磁性的溫度叫居里點(diǎn)，鐵的居里點(diǎn)為769℃，鎳為358℃，鈷可達(dá)1150℃。含有60%鈷的磁性鋼比一般磁性鋼的矯頑磁力提高2.5倍。在振動(dòng)下一般磁性鋼失去差不多1/3的磁性，而鈷鋼僅失去2%-3.5%的磁性。因而鈷在磁性材料上的優(yōu)勢(shì)就很明顯。 鈷金屬在電鍍、玻璃、染色、醫(yī)藥醫(yī)療等方面也有廣泛應(yīng)用。

性質(zhì)

在常溫下，致密金屬鈷在空氣和水中穩(wěn)定,高于300℃時(shí)，鈷在空氣中開始氧化。赤熱的鈷能分解水放出氫。氫還原法制備的細(xì)金屬鈷粉在空氣中能自燃生成氧化鈷。含鈷高溫合金在 900～1000℃下仍有很高的強(qiáng)度和抗蠕變性能，多用于制作噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的耐高溫部件。鈷能提高鐵基、鋁鎳基和稀土金屬合金的磁飽和強(qiáng)度和居里點(diǎn)，使其具有高矯頑力，是電氣工業(yè)中的優(yōu)良磁性材料。鈷是硬質(zhì)合金的粘合劑。金屬部件用鈷合金涂層和表面硬化后，其機(jī)械性能顯著提高。鈷的氧化物是陶瓷制品的脫色劑和顏料;搪瓷中的含鈷釉料可使搪瓷同鋼更好地粘結(jié)在一起。鈷的有機(jī)化合物在油漆中作催干劑。鈷還在化工生產(chǎn)中用于碳?xì)浠衔锏乃稀⒚摿颉⒀趸⑦€原等方面。60Co是γ射線源,用于物理、化學(xué)、生物研究和醫(yī)療部門。

冶煉

鈷礦物的賦存狀態(tài)復(fù)雜，礦石品位低，所以提取方法很多而且工藝復(fù)雜，回收率低。一般先用火法將鈷富集或轉(zhuǎn)化為可溶性狀態(tài)，然后再用濕法使鈷進(jìn)一步富集和提純，最后得到鈷化合物或金屬鈷。硫化鎳礦提鈷 硫化鎳精礦一般含鎳4～5%，含鈷0.1～0.3%。鎳的火法熔煉過程中，由于鈷對(duì)氧和硫的親合力介于鐵鎳之間(見氧勢(shì)圖)，在轉(zhuǎn)爐吹煉高冰鎳時(shí)，可控制冰鎳中鐵的氧化程度，使鈷富集于高冰鎳或富集于轉(zhuǎn)爐渣，分別用下述方法提取：

①富集于高冰鎳中的鈷，在鎳電解精煉過程中，鈷和鎳一起進(jìn)入陽極液。在凈液除鈷過程中，鈷以高價(jià)氫氧化鈷的形態(tài)進(jìn)入鈷渣，鈷渣含鈷6～7%，含鎳25～30%。從此種鈷渣提鈷的一種方法是：將鈷渣加入硫酸溶液中，通二氧化硫使之溶解，制得含硫酸鎳、硫酸鈷和少量銅、鐵、砷、銻等雜質(zhì)的溶液;再用活性鎳粉置換除去銅;通空氣，氧化水解除去鐵，通氯氣氧化，加蘇打中和沉淀鈷，若所得氫氧化鈷含鎳較高,可再次溶解、沉淀分離鈷鎳,使其含鎳小于1%;經(jīng)煅燒制得氧化鈷出售,也可將氧化鈷制成粗金屬鈷，經(jīng)電解精煉得電解鈷。加拿大和蘇聯(lián)的鎳廠都用此法回收鈷。中國(guó)的工廠也有類似作法。從鈷渣提鈷的另一種方法是以亞硫酸鈉作還原劑，將鈷渣溶解于硫酸溶液中,得到含硫酸鎳、硫酸鈷和少量銅、鐵、錳、鋅等雜質(zhì)的溶液，而后用黃鈉鐵礬法除去溶液中的鐵(見鋅),用烷基磷酸類如：二-2-乙基己基磷酸(D-2-EHPA)或其他烷基磷酸酯類萃取劑萃取其中的銅、鐵、錳、鋅等,并分離鈷鎳。萃取過程中獲得的氯化鈷溶液,用氟化銨除鈣、鎂后,再用草酸銨沉淀鈷。所得草酸鈷在450℃下煅燒，得到的氧化鈷粉，可作為最終產(chǎn)品，也可用氫還原法制取金屬鈷粉。

②富集于煉鎳轉(zhuǎn)爐渣中的鈷，在還原硫化熔煉過程中，與鎳一起轉(zhuǎn)入鈷冰銅(見锍)。轉(zhuǎn)爐渣成分一般為：鈷0.25～0.35%，鎳1～1.5%;鈷冰銅成分一般為：鈷1～1.5%,鎳5～13%。鈷冰銅可以直接浸取(常壓或加壓酸浸)，也可以將鈷冰銅焙燒成可溶性化合物后再酸浸。浸出液可按鈷渣提鈷工藝流程處理。

加拿大舍利特高爾頓公司(Sherritt Gordon MinesLtd.)用高壓氨浸法處理硫化鎳精礦和高冰鎳時(shí),鈷留于鎳的氫還原尾液中，通硫化氫于尾液，得硫化鈷和硫化鎳的混合沉淀物。此混合物用硫酸高壓浸出、凈化除雜質(zhì)后，通氧、加氨、加壓,使二價(jià)鈷氧化成可溶性的【Co(NH3)5·H2O】2(SO4)3，而鎳則以鎳銨硫酸鹽形態(tài)沉淀出來，實(shí)現(xiàn)鎳鈷分離，溶液用高壓氫還原產(chǎn)出鈷粉，也可用萃取法凈液、分離出鎳后電積得電鈷。含鈷黃鐵礦提鈷 世界上從含鈷黃鐵礦中提鈷較有代表性的工廠是芬蘭科科拉鈷廠( Kok-kola Cobalt Plant),精礦焙燒脫硫后，再配以部分精礦在流態(tài)化爐內(nèi)進(jìn)行硫酸化焙燒，再經(jīng)浸出、濃密、洗滌，浸出液通硫化氫使鈷呈硫化鈷沉淀。再利用上述舍利特高爾頓的高壓浸出法和高壓氫還原法生產(chǎn)鈷粉。

中國(guó)含鈷黃鐵礦的鈷品位較低，僅為0.02～0.09%。浮選產(chǎn)出的鈷硫精礦含鈷0.3～0.5%,硫30～35%,鐵35～40%。鈷硫精礦在流態(tài)化焙燒爐內(nèi)于580～620℃下進(jìn)行硫酸化焙燒，使鈷、鎳、銅等金屬轉(zhuǎn)化為可溶性的鹽類。焙砂用水或稀硫酸浸出,用氯酸鈉將浸出液中的鐵氧化成高價(jià)鐵后,用脂肪酸鈉依次萃取鐵和銅。然后,通入氯氣使鈷氧化,加堿水解生成高價(jià)氫氧化鈷沉淀，而與鎳分離。在反射爐內(nèi)使氫氧化鈷脫水、燒結(jié)，燒結(jié)塊配以石油焦和石灰石在三相電弧爐內(nèi)還原熔煉成粗金屬鈷。粗鈷澆鑄成陽極，進(jìn)行隔膜電解，得到純度較高的金屬鈷。鈷硫精礦也可先經(jīng)900～950℃氧化焙燒，再配以氯化鈉或氯化鈣以及少量的鈷硫精礦于 680℃下進(jìn)行硫酸化氯化焙燒。焙砂按上述流程提鈷。

砷鈷礦提鈷 砷鈷礦經(jīng)選礦得到含鈷10～20%的精礦，其中含砷20～50%。處理砷鈷礦的方法主要有兩種，一種是先用火法熔煉產(chǎn)出砷冰鈷，再用濕法提鈷。另一種是用加壓浸出法制得含鈷溶液，再?gòu)闹刑崛♀挕Ｖ袊?guó)采用前者：將精礦配以焦炭和熔劑在反射爐或電爐內(nèi)熔煉,使部分砷呈三氧化二砷揮發(fā),產(chǎn)出砷冰鈷(舊稱黃渣)。如原料含硫高，還產(chǎn)出部分鈷冰銅。砷冰鈷和鈷冰銅磨細(xì)后焙燒，進(jìn)一步脫砷和硫;焙砂用稀硫酸浸出,用次氯酸鈉氧化浸出液中的鐵,再用蘇打調(diào)整pH為3～3.5,使鐵成為氧化鐵和砷酸鐵沉淀。濾液用鐵屑置換除銅后，用次氯酸鈉使鈷氧化，加堿水解生成高價(jià)氫氧化鈷沉淀而與鎳分離。所得氫氧化鈷在反射爐內(nèi)于1000～1200℃下煅燒，獲得氧化鈷，并使其中的堿式硫酸鹽分解，將硫除去。然后配入木炭，在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)于1000℃左右還原成金屬鈷粉。也可將氫氧化鈷熔煉成粗金屬鈷，再進(jìn)行電解得電鈷。焙砂的浸出液也可和前述硫化鎳礦提鈷一樣，采用萃取法凈液分離提鈷。

加壓酸浸法處理砷鈷精礦是將精礦用稀硫酸漿化，用高壓釜浸出，操作壓力35公斤力/厘米2，溫度190℃，浸出時(shí)間3～4小時(shí)，鈷的浸出率95～97%。浸出液除砷、鐵、銅、鈣等雜質(zhì)后，加入液氨，使鈷形成鈷氨絡(luò)合物，在高壓釜內(nèi)，用氫還原得到鈷粉，操作壓力50～55公斤力/厘米2，溫度190℃。此法流程簡(jiǎn)單，回收率高,勞動(dòng)條件好。銅鈷礦提鈷 扎伊爾的盧伊盧廠 ( Luilu CobaltPlant)是世界上處理銅鈷礦最大的鈷廠。銅鈷礦經(jīng)選礦獲得氧化精礦和硫化精礦。氧化精礦品位為:銅25%,鈷1.5%;硫化精礦品位為：銅45%，鈷2.5%。首先將硫化精礦在流態(tài)化焙燒爐內(nèi)進(jìn)行硫酸化焙燒，然后將焙砂和氧化精礦一起用銅電解廢液浸出。氧化精礦中的鈷主要呈三價(jià)氧化物形態(tài)，在硫酸中溶解度很小，但在銅電解廢液中可由其中的亞鐵離子將鈷還原，溶于電解廢液中，Co3 (不溶性) Fe2 ─→Co2 (可溶性) Fe3 。 鈷的浸出率可達(dá)95～96%。含鈷和銅的浸出液用電解法析出銅，而鈷和其他金屬雜質(zhì)留在溶液中。除雜質(zhì)后，將溶液中的鈷用石灰乳沉淀為氫氧化鈷，再溶于硫酸中，得到高濃度的硫酸鈷溶液，最后用不溶陽極電積金屬鈷。

鈷礦

鈷是具有鋼灰色和金屬光澤的硬質(zhì)金屬，鈷(Co)原子序數(shù)為27，位于元素周期表第八族，原子量為58.93，它的主要物理、化學(xué)參數(shù)與鐵、鎳接近，屬鐵族元素。鈷是一種高熔點(diǎn)和穩(wěn)定性良好的磁性硬金屬。它的居里點(diǎn)(失去磁性的臨界溫度點(diǎn))為1150℃，具永磁性，熔點(diǎn)為1495℃，沸點(diǎn)為2900℃，具耐高溫性。它是制造耐熱合金、硬質(zhì)合金、防腐合金、磁性合金和各種鈷鹽的重要原料，廣泛用于航空、航天、電器、機(jī)械制造、化學(xué)和陶瓷工業(yè)。因此，它是一種重要的戰(zhàn)略物資。

中國(guó)鈷金屬資源量約為140萬t，絕大多數(shù)為伴生資源，單獨(dú)的鈷礦床極少。中國(guó)鈷礦品位較低，均作為礦山副產(chǎn)品回收，生產(chǎn)過程中由于品位低、生產(chǎn)工藝復(fù)雜，因此金屬回收率低、生產(chǎn)成本高。1996年中國(guó)鈷金屬產(chǎn)量(鈷含量)229t，鈷硫精礦產(chǎn)量(鈷含量)192t，氧化鈷638t。近幾年中國(guó)鈷的年消費(fèi)量穩(wěn)定在1200t左右，國(guó)內(nèi)鈷產(chǎn)量包括氧化鈷折算為鈷每年總計(jì)約600～700t，國(guó)內(nèi)鈷產(chǎn)量尚不能滿足國(guó)內(nèi)需求，每年約有半數(shù)需進(jìn)口。

一、礦石礦物原料特點(diǎn)：

目前，自然界中已發(fā)現(xiàn)的鈷礦物和含鈷礦物共百余種，分屬于單質(zhì)、碳化物、氮化物、磷化物和硅磷化物、砷化物和硫砷化物、銻化物和硫銻化物、碲化物和硒碲化物、硫化物、硒化物、氧化物、氫氧化物和含水氧化物氫氧化物、砷酸鹽、碳酸鹽以及硅酸鹽等14大類。其中以硫化物、砷化物和硫砷化物最多。

自然界中鈷的存在形式有三種：①獨(dú)立鈷礦物，②呈類質(zhì)同象或包裹體存在于某一礦物中，③呈吸附形式存在于某些礦物表面，其中以第二種存在形式最為普遍。以類質(zhì)同象或顯微包裹體存在于輝石、橄欖石、磁鐵礦和鉻鐵礦中的鈷不能利用，而賦存于黃鐵礦和磁黃鐵礦中者則可以利用。鐵礦石中以類質(zhì)同象或顯微包裹體存在于硫化物和硫砷化物礦物中的鈷，需加設(shè)浮選流程才能加以回收，而在銅鎳礦中則無需為它們加設(shè)另外的選礦流程，它們是和鎳一同選出來并從冶煉鎳的爐渣中回收的，所以從爐渣中提取鈷的生產(chǎn)成本較低。呈吸附形式存在的鈷，目前不能為工業(yè)所利用。世界大洋底錳結(jié)核中含鈷比較豐富，或許成為下個(gè)世紀(jì)生產(chǎn)鈷的主要礦物原料。

二、用途與技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：

鈷的物理、化學(xué)性質(zhì)決定了它是生產(chǎn)耐熱合金、硬質(zhì)合金、防腐合金、磁性合金和各種鈷鹽的重要原料。鈷基合金或含鈷合金鋼用作燃汽輪機(jī)的葉片、葉輪、導(dǎo)管、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、導(dǎo)彈的部件和化工設(shè)備中各種高負(fù)荷的耐熱部件以及原子能工業(yè)的重要金屬材料。鈷作為粉末冶金中的粘結(jié)劑能保證硬質(zhì)合金有一定的韌性。磁性合金是現(xiàn)代化電子和機(jī)電工業(yè)中不可缺少的材料，用來制造聲、光、電和磁等器材的各種元件。鈷也是永久磁性合金的重要組成部分。在化學(xué)工業(yè)中，鈷除用于高溫合金和防腐合金外，還用于有色玻璃、顏料、琺瑯及催化劑、干燥劑等。據(jù)英國(guó)《金屬導(dǎo)報(bào)》報(bào)道，近期來自硬質(zhì)金屬部門和超合金方面對(duì)鈷的需求較為強(qiáng)勁。另外，鈷在電池部門消費(fèi)量增長(zhǎng)率最高。國(guó)內(nèi)有關(guān)報(bào)道講，鈷在蓄電池行業(yè)、金剛石工具行業(yè)和催化劑行業(yè)的應(yīng)用也將進(jìn)一步擴(kuò)大，從而對(duì)金屬鈷的需求呈上升趨勢(shì)。

單獨(dú)鈷礦床一般分為砷化鈷礦床、硫化鈷礦床和鈷土礦礦床三類。鈷除單獨(dú)礦床外，大量分散在夕卡巖型鐵礦、釩鈦磁鐵礦、熱液多金屬礦、各種類型銅礦、沉積鈷錳礦、硫化銅鎳礦、硅酸鎳礦等礦床中，其品位雖低，但規(guī)模往往較大，是提取鈷的主要來源。綜合礦床伴生鈷的評(píng)價(jià)指標(biāo)尚無統(tǒng)一規(guī)定，一般選冶性能好的礦石，含鈷品位大于0.01%。鈷精礦的品位0.2%便有價(jià)值，如果金屬礦床規(guī)模大、礦石綜合回收效果好，鈷有多少算多少。鈷硫精礦按化學(xué)成分，精礦分為六個(gè)等級(jí)，均按干礦品位計(jì)算。

三、礦業(yè)簡(jiǎn)史

鈷礦物的應(yīng)用有著悠久的歷史，紀(jì)元前埃及人就曾使用鈷藍(lán)作為陶瓷制品的著色劑，中國(guó)從唐朝起也在陶瓷生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用鈷的化合物作為著色劑。1735年，瑞典化學(xué)家布蘭特(Brandt)首次分離出鈷，1780年伯格曼(Bergman)將鈷確定為一種元素。德國(guó)和挪威最早生產(chǎn)了少量的鈷，1874年開發(fā)了新喀里多尼亞的氧化鈷礦。1903年加拿大安大略北部的銀鈷礦和砷鈷礦(方鈷礦)開始生產(chǎn)，使鈷的世界產(chǎn)量由1904年的16t猛增至1909年的1553t。1920年扎伊爾加丹加省的銅鈷礦帶開發(fā)后，鈷產(chǎn)量一直居世界首位，摩洛哥用砷鈷礦生產(chǎn)鈷，這段時(shí)期以火法生產(chǎn)鈷為主。此后，第二次世界大戰(zhàn)前夕，芬蘭從含鈷黃鐵礦燒渣中提鈷，戰(zhàn)后送至西德氯化焙燒處理，直到1968年才建立起科科拉鈷廠。日本、法國(guó)、比利時(shí)有規(guī)模較大的鈷精煉廠，分別處理菲律賓、澳大利亞、摩洛哥、贊比亞的富鈷中間產(chǎn)物。這種鈷資源國(guó)的粗煉和用鈷的發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)的精煉的鈷冶金格局至今仍占主要地位。近年來，鈷資源豐富國(guó)家也相應(yīng)建立了規(guī)模較大的完整的鈷冶金工廠。現(xiàn)在各種濕法冶金已成為提取鈷的主要方法。

與世界相比，中國(guó)的鈷工業(yè)起步較晚。1952年，江西省南昌市五金礦業(yè)公司用簡(jiǎn)易鼓風(fēng)爐熔煉鈷土礦產(chǎn)出鈷鐵。1956年按此工藝建設(shè)了江西冶煉廠，產(chǎn)出的鈷鐵送至上海三英電冶廠(上海冶煉廠前身)處理。廣東梅縣也用同樣工藝從鈷土礦熔煉出鈷鐵送潮州冶煉廠處理生產(chǎn)工業(yè)氧化鈷。

1954年，沈陽冶煉廠以濕法煉鋅鈷渣為原料產(chǎn)出首批電鈷，拉開了中國(guó)電鈷生產(chǎn)的序幕，沈陽冶煉廠鋅系統(tǒng)采用黃藥法除鈷產(chǎn)出黃原酸鈷渣，該廠以此鈷渣為原料，通過還原溶解、氧化沉鈷產(chǎn)出含Co 30%～40%的氫氧化鈷，然后再經(jīng)干燥、焙燒、電爐還原熔煉成粗金屬鈷，最后用電解精煉法得到電鈷。1958年，贛州鈷冶煉廠從當(dāng)?shù)氐拟捦恋V中生產(chǎn)出氧化鈷。由于當(dāng)?shù)剽捦恋V資源分散，無法大規(guī)模開采，在冶金工業(yè)部安排下，贛州鈷冶煉廠于1960年開始處理從摩洛哥進(jìn)口的砷鈷礦，這是中國(guó)用進(jìn)口鈷原料生產(chǎn)鈷的開始。1966年，葫蘆島鋅廠首家建成了從鈷硫精礦中回收鈷的車間,以后又陸續(xù)建成了南京鋼鐵廠鈷車間，淄博鈷冶煉廠，湖北光化磷肥廠的鈷車間。

甘肅金川、四川會(huì)理、吉林磐石銅鎳礦開發(fā)后，硫化銅鎳礦又成為回收鈷的重要資源。金川有色金屬公司的鈷回收包括從鎳電解系統(tǒng)凈化鈷渣中生產(chǎn)電解鈷和氧化鈷，從轉(zhuǎn)爐渣提鈷流程產(chǎn)出的富鈷冰銅中生產(chǎn)氧化鈷兩部分。目前，金川有色金屬公司的鈷產(chǎn)量已占全國(guó)總產(chǎn)量的70%以上，成為中國(guó)鈷生產(chǎn)的重要基地。

鈷顏料

鈷不僅是制造合金鋼的重要金屬，而且是各種高級(jí)顏料的重要原料。據(jù)17世紀(jì)保存下來的文件記載，沙俄為了購(gòu)買昂貴的鈷顏料曾花費(fèi)了巨額資金，這種鈷顏料叫“戈盧貝茨”，是“藍(lán)色”的意思。克里姆林宮的大廳和安眠大教堂等許多宏偉大廈的墻壁上涂的藍(lán)色顏料，就是這種“戈盧貝茨”。

中世紀(jì)時(shí)，威尼斯的玻璃工匠用鈷顏料制造出各種精致的藍(lán)色玻璃杯，不久就風(fēng)靡世界各國(guó)。威尼斯的工匠們?yōu)榱耸棺约旱牟ＡП谑袌?chǎng)保有無可爭(zhēng)辯的競(jìng)爭(zhēng)力，對(duì)玻璃杯的制造工藝和鈷顏料的配方嚴(yán)守秘密。為了杜絕泄漏技術(shù)情報(bào)，威尼斯政府把所有的玻璃廠都搬遷到一個(gè)小島上，不經(jīng)允許，誰也不準(zhǔn)參觀這個(gè)地方。但是，有一個(gè)叫喬吉奧•貝萊賴諾的學(xué)徒因不愿意忍受島上的枯燥生活，還是從島上逃跑了，后來逃到德國(guó)，在那里他自己開了一個(gè)玻璃杯生產(chǎn)工廠，但他并沒能逃脫災(zāi)難。一天，有人放火把他的工廠燒個(gè)精光，還把他這個(gè)從島上逃出來的工廠主“放了血”，差點(diǎn)丟了性命。可見，威尼斯人把鈷顏料的秘密看得何等重要。

500多年前，中國(guó)大量生產(chǎn)的景泰藍(lán)也是用藍(lán)色的鈷顏料燒制的。明代景泰年間生產(chǎn)的這種金屬藝術(shù)品至今還享譽(yù)世界。據(jù)說現(xiàn)在還有不少國(guó)外的情報(bào)人員千方百計(jì)想得到景泰藍(lán)的配方和燒制工藝。

鈷的一些化合物，在不同狀態(tài)和溫度時(shí)，具有變化莫測(cè)的顏色。據(jù)記載，16世紀(jì)著名的化學(xué)家兼醫(yī)生帕拉塞爾薩斯常愛表演他的拿手戲法，每次都博得看客的熱烈掌聲。他先把一幅上面畫有覆蓋著積雪的樹木和小山的冬季風(fēng)景的油畫拿給觀眾看，待他們欣賞夠了之后，他就在眾目睽暌之下把油畫中的冬天“變”成了夏天：樹上的積雪一下不見了，變成了成簇的綠葉;白色積雪的山丘則變成了長(zhǎng)滿綠草的山坡。觀眾無不贊嘆，可就是不知其中的奧秘。其實(shí)，這是帕拉塞爾薩斯利用氯化鈷這種鈷的化合物變的一個(gè)魔術(shù)。原來在室溫下，氯化鈷可以制成一種白色的溶液(溶液中含有一定數(shù)量的鎳和鐵)，帕拉塞爾薩斯就用這種溶液作畫，在畫干了后，只要稍微加熱，氯化鈷就會(huì)變成非常漂亮的綠色。帕拉塞爾薩斯表演時(shí)，先把氯化鈷溶液涂在他的魔畫上，然后趁觀眾欣賞畫面而沒有注意他的瞬間，麻利地將一支蠟燭悄悄地放在油畫背后加熱它，于是，氯化鈷受熱后就變成綠色，使人目瞪口呆的季節(jié)變化也就發(fā)生了。

鈷合金

以鈷為基加入其他合金元素形成的合金。常見的有鈷基高溫合金和稀土鈷硬磁合金。

鈷基高溫合金有變形合金如HA-188[Co-22Ni-22Cr-14(Mo-W)-1Fe-0.1C-0.08La]，S816[Co-20Ni-20Cr-8(Mo-W)-4(Ta-Nb)-4Fe-0.4C];鑄造合金有HA-31[Co-10Ni-25Cr-7.5(Mo-W)-2Fe-0.5C]，WI-52[Co-21Cr-11(Mo-W)-2(Ta-Nb)-2Fe-0.45C]，Mar-M322[Co-21.5Cr-9(Mo-W)-4.5(Ta-Nb)-2.2Zr-1.0C)。這類合金在900～1100℃范圍內(nèi)具有較高的強(qiáng)度和良好的抗熱疲勞性能，適用于制作噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)等高負(fù)荷的耐熱部件。

稀土鈷硬磁合金有1-5型合金[Sm-Co5]、2-17型合金[Sm2(Co，Cu，Pe，Zr)17]。其中2-17型合金的成分為50%Co 26%Sm 其他，合金的磁能積為224～248kJ/m3。稀土鈷硬磁合金適用于要求磁體體積小、磁場(chǎng)強(qiáng)度大的場(chǎng)合，如精密直流電機(jī)、家用電器、磁軸承、電子計(jì)算機(jī)中的打印機(jī)和醫(yī)療器械等。