Chegando aos 27 em sua tabela periódica está o cobalto, um elemento essencial em baterias recarregáveis e motores a jato. Em 2018, o Departamento do Interior dos EUA publicou uma lista de 35 minerais essenciais sem os quais a economia dos EUA não pode viver, incluindo o cobalto. O cobalto é até considerado um risco para a segurança nacional porque a maior parte dele é extraído em uma região politicamente instável da África e refinado na China.
Vamos aprender mais sobre este metal versátil, primeiro valorizado por sua capacidade de criar cerâmica azul vívida e agora a chave para o futuro dos carros elétricos. Começaremos com um pouco de folclore.
O cobalto ganhou seu nome dos gnomos
Séculos atrás, os mineiros nas montanhas Schneeberg da Alemanha moderna enfrentaram um problema. Eles escavaram a encosta da montanha em busca de minério rico em metal, especificamente prata e níquel. Mas quando eles tentaram fundir o minério em seus valiosos componentes de metal, algumas impurezas continuaram estragando o processo.
Na Idade Média, os mineiros atribuíam os problemas de fundição a kopelts ou kopolds problemáticos , uma palavra alemã medieval para "gnomo" ou "goblin". De acordo com a lenda, os kopolds viviam nas minas de Schneeberg e gostavam de pregar peças nos humanos, substituindo a prata e o níquel em seu minério por um mineral fétido que liberava gases venenosos durante o processo de fundição. Eles também foram culpados por desmoronamentos.
Como acontece com todas as boas lendas antigas , a história dos gnomos tinha um pouco de verdade. O processo de fundição de prata e níquel foi complicado por altos níveis de cobalto que ocorre naturalmente na rocha Schneeberg. E um mineral chamado cobaltita contém arsênico e enxofre, que podem ser mortais se liberados em um poço hermético de mina.
O cobalto, o metal elementar, foi isolado e batizado pela primeira vez em 1735 pelo químico sueco Georg Brandt , um dos primeiros críticos da alquimia e provavelmente também não fã de gnomos.
Antigos egípcios e chineses adoravam azul-cobalto
Embora o cobalto não tenha recebido seu nome até o século 18, os pigmentos e corantes à base de cobalto foram valorizados por sua rica tonalidade azul por milênios.
O Instituto do Cobalto diz que cerâmica e vidro contendo esmaltes à base de cobalto foram recuperados de tumbas egípcias que datam de pelo menos 2.600 anos. E a famosa porcelana azul chinesa das dinastias Tang (600-900 CE) e Ming (1350-1650 CE) também era vitrificada com minerais à base de cobalto.
O cobalto puro é uma cor cinza brilhante, mas pode ser transformado em um pó azul brilhante tomando óxidos de cobalto e tratando-os com um processo chamado calcinação que expõe minerais ricos em cobalto a temperaturas superiores a 2.012 graus F (1.100 graus C). A cor marcante conhecida como Azul de Cobalto é produzida pelo aquecimento do óxido de cobalto (Co 3 O 4 ) com silicatos de alumínio a 2.192 graus F (1.200 graus C).
Uma série de outros tons - azul mazarino, azul salgueiro, preto azulado - podem ser feitos combinando óxido de cobalto com outros minerais. Pequenas quantidades de tons de cobalto azul também são usadas como um "descolorante" para cancelar os tons amarelados no vidro de contaminação por ferro.
O cobalto era quase exclusivamente usado como ingrediente em pigmentos e tintas até o século XX. Em 1916, mais de 70 por cento de todo o cobalto extraído e refinado no mundo, que era de apenas 440 toneladas (400 toneladas métricas), era usado como óxido para corantes, de acordo com o Cobalt Institute .
Metade do cobalto do mundo é usado para baterias recarregáveis
As baterias recarregáveis de íon de lítio em seu smartphone, tablet e veículo elétrico funcionam, pelo menos em parte, com cobalto. O cobalto é um dos principais ingredientes, junto com outros metais como lítio, níquel e manganês, dentro dessas baterias de carregamento rápido e longa duração que alimentam nossas vidas digitais. Cerca de 50 por cento do cobalto produzido mundialmente é usado para baterias recarregáveis.
O cobalto é encontrado no cátodo (o eletrodo carregado positivamente) das baterias de íon de lítio. Quando uma bateria de íon de lítio é carregada, os íons de lítio fluem do cátodo para o ânodo carregado negativamente, onde são armazenados. Quando a bateria está descarregada, os íons voltam para o cátodo e os elétrons são liberados para alimentar o telefone ou o motor elétrico.
O cobalto tem duas propriedades inatas que o tornam ideal para aplicações em baterias: estabilidade térmica e alta densidade de energia. Os cátodos feitos com cobalto não superaquecem facilmente ou pegam fogo, o que é um grande problema de segurança, e eles também podem armazenar e transferir mais energia. O cobalto não é encontrado apenas nos cátodos das baterias de íon de lítio, mas também em outras baterias recarregáveis populares, como baterias de níquel-cádmio e níquel-hidreto metálico.
Como o cobalto atualmente representa entre 10 e 33 por cento dos cátodos recarregáveis, a indústria automobilística vai precisar de muito mais cobalto para alimentar o futuro dos veículos elétricos. Uma análise prevê que a demanda de cobalto somente de veículos de passageiros quadruplicará de mais de 27.500 toneladas (25.000 toneladas métricas) em 2020 para mais de 110.231 toneladas (100.000 toneladas métricas) em 2025.
É superútil em superligas
Quando os engenheiros aeroespaciais precisam de um material que possa suportar o calor intenso dentro de um motor a jato ou foguete, eles recorrem a "superligas" feitas de cobalto.
Superligas são metais de alto desempenho que ganham seu nome chamativo devido à resistência extremamente alta ao desgaste e ao calor. As superligas à base de níquel superam as ligas de cobalto em resistência ao estresse em temperaturas de até 1.706 graus F ( 930 graus C ). Além dessa temperatura extrema, as superligas à base de cobalto realmente mostram seu material.
O cobalto tem um ponto de fusão mais alto do que o níquel e as superligas de cobalto são mais resistentes à corrosão pelo calor. É por isso que você encontrará superligas de cobalto nas aletas estacionárias dos motores de turbina a gás, que suportam o impacto do intenso calor gerado pelos motores a jato sem se desgastar e falhar.
É minerado principalmente em um país conturbado
Um dos principais motivos pelos quais o cobalto foi incluído na lista de "minerais críticos" do Departamento do Interior dos Estados Unidos para a segurança nacional é que metade do cobalto do mundo é extraído da República Democrática do Congo (RDC). Como explica um relatório do US Geological Survey, a RDC tem um histórico ruim de corrupção governamental, violações dos direitos humanos e danos ambientais relacionados à mineração de cobalto .
Não são apenas grupos de direitos humanos como a Anistia Internacional que estão preocupados com práticas trabalhistas inseguras e antiéticas relacionadas à mineração "artesanal" de cobalto não regulamentada na RDC. A instabilidade política e ambiental da RDC significa que uma grande parte da cadeia de abastecimento de cobalto é vulnerável a interrupções. Se a economia de alta tecnologia depende de um suprimento constante de cobalto, em grande parte para ser usado em baterias recarregáveis, os problemas na RDC poderiam desacelerar o crescimento econômico em todo o mundo.
O relatório do USGS também observa que a China é o principal refinador de cobalto e um dos maiores financiadores de grandes operações de mineração de cobalto na RDC. Da forma como está, o setor de tecnologia dos Estados Unidos depende enormemente de uma fonte instável na RDC e de um contencioso parceiro comercial na China para seu fornecimento de cobalto. O que explica o último fato da lista.
Os EUA estão entrando na mineração de cobalto
De acordo com os números de 2015 , os Estados Unidos consumiram 10% do cobalto mundial, enquanto produziam menos de 1% do suprimento global de cobalto.
O cobalto não está em todo lugar, mas também não é um mineral particularmente raro - ocupa o 32º lugar em abundância na crosta terrestre. Apenas duas minas no Canadá e no Marrocos podem extrair minério de cobalto puro, enquanto a maioria é extraída como subproduto da mineração de cobre e níquel. Um dos depósitos de cobalto mais ricos do mundo está no Cinturão de Cobre da África Central, na RDC.
Os EUA, no entanto, não são abençoados com muitos depósitos de cobalto de alto teor, o que torna mais difícil minerar com lucro. A indústria de mineração também se queixou de um processo lento de licenciamento para permitir a exploração mineral, tanto onshore quanto offshore. O governo Trump instruiu o Departamento do Interior a acelerar o processo de licenciamento em um esforço para diminuir a dependência da América de fontes estrangeiras de minerais críticos como o cobalto.
Apesar dos obstáculos geológicos e de licenciamento, houve algum progresso na mineração de cobalto nos Estados Unidos. Em 2014, a mina Eagle na Península Superior de Michigan começou a minerar níquel e cobre com cobalto e outros minerais como subproduto. E a primeira mina da América dedicada ao cobalto está se preparando para entrar em produção em 2020 em Idaho.
Agora isso é legal
O cobalto é um micronutriente essencial na dieta de animais e humanos. Os ruminantes, como as vacas, transformam o cobalto em cobalamina, também conhecida como vitamina B12. O alimento com maior concentração de cobalto é o chocolate!
