На 27-м месте в вашей периодической таблице находится кобальт, важный элемент аккумуляторных батарей и реактивных двигателей. В 2018 году Министерство внутренних дел США опубликовало список из 35 важнейших минералов , без которых экономика США не может жить, включая кобальт. Кобальт даже считается угрозой для национальной безопасности, потому что большая его часть добывается в политически нестабильном регионе Африки и перерабатывается в Китае.
Давайте узнаем больше об этом универсальном металле, который в первую очередь ценился за способность создавать ярко-голубую керамику, а теперь является ключом к будущему электромобилей. Начнем с фольклора.
Кобальт получил свое название от гномов
Столетия назад горняки в горах Шнеберг в современной Германии столкнулись с проблемой. Они врезались в горы в поисках богатой металлами руды, в частности серебра и никеля. Но когда они пытались переплавить руду на ценные металлические компоненты, некоторые примеси продолжали портить процесс.
В средние века горняки обвиняли свои проблемы с плавкой в проблемных копельтах или копольдах , средневековом немецком слове, означающем «гном» или «гоблин». Согласно легенде, копольды жили в шахтах Шнееберга и любили подшучивать над людьми, заменяя серебро и никель в своей руде грязным минералом, выделяющим ядовитые пары в процессе плавки. Их также обвиняли в обрушениях.
Как и во всех хороших древних легендах , в истории гномов была доля правды. Процесс плавки серебра и никеля осложнялся высоким содержанием природного кобальта в породе Шнеберг. А минерал под названием кобальтит содержит мышьяк и серу, которые могут быть смертельными, если попадут в герметичную шахту.
Кобальт, элементарный металл, был впервые выделен и назван в 1735 году шведским химиком Георгом Брандтом , одним из первых критиков алхимии и, вероятно, не поклонником гномов.
Древние египтяне и китайцы любили синий кобальт
Хотя кобальт получил свое название только в 18 веке, пигменты и красители на основе кобальта на протяжении тысячелетий ценились за их насыщенный синий оттенок.
Cobalt институт говорит , что керамика и стекло , содержащая глазурь на основе кобальта было восстановлена из египетских гробниц , начиная по крайней мере 2600 лет. Знаменитый голубой китайский фарфор времен династий Тан (600–900 гг. Н. Э.) И Мин (1350–1650 гг. Н. Э.) Также глазировали минералами на основе кобальта.
Чистый кобальт имеет блестящий серый цвет, но его можно превратить в ярко-синий порошок, взяв оксиды кобальта и обработав их с помощью процесса, называемого кальцинированием, при котором богатые кобальтом минералы подвергаются воздействию температур, превышающих 1212 градусов по Фаренгейту (1100 градусов по Цельсию). Яркий цвет, известный как синий кобальт, получается путем нагревания оксида кобальта (Co 3 O 4 ) с силикатами алюминия до 2192 градусов F (1200 градусов C).
Множество других оттенков - мазариновый синий, ивовый, сине-черный - можно получить, объединив оксид кобальта с другими минералами. Небольшие количества синих оттенков кобальта также используются в качестве «обесцвечивающего средства», чтобы нейтрализовать желтоватые оттенки на стекле из-за загрязнения железом.
Кобальт почти исключительно использовался в качестве ингредиента пигментов и красок вплоть до 20 века. В 1916 году более 70 процентов всех кобальта добытой и переработанной в мире, который был только 440 тонн (400 метрических тонн), был использован в качестве оксидов для красителей, в соответствии с Cobalt института .
Кобальт в половине мира используется для аккумуляторов
Перезаряжаемые ионно-литиевые батареи в вашем смартфоне, планшете и электромобиле работают, по крайней мере частично, на кобальте. Кобальт является одним из ключевых ингредиентов, наряду с другими металлами, такими как литий, никель и марганец, в этих быстро заряжаемых и долговечных батареях, которые питают нашу цифровую жизнь. Около 50 процентов производимого в мире кобальта используется для аккумуляторных батарей.
Кобальт содержится в катоде (положительно заряженном электроде) литий-ионных батарей. Когда литий-ионный аккумулятор заряжен, ионы лития текут от катода к отрицательно заряженному аноду, где они хранятся. Когда аккумулятор разряжен, ионы возвращаются к катоду, а электроны высвобождаются для питания телефона или электродвигателя.
Кобальт обладает двумя врожденными свойствами, которые делают его идеальным для использования в аккумуляторных батареях: термическая стабильность и высокая плотность энергии. Катоды, изготовленные из кобальта, не будут легко перегреваться или загореться, что является серьезной проблемой безопасности, и они также смогут накапливать и передавать больше энергии. Кобальт содержится не только в катодах литий-ионных батарей, но и в других популярных перезаряжаемых батареях, таких как никель-кадмиевые и никель-металлогидридные батареи.
Поскольку кобальт в настоящее время составляет от 10 до 33 процентов перезаряжаемых катодов, автомобильной промышленности потребуется гораздо больше кобальта для питания электромобилей будущего. Согласно одному анализу, спрос на кобальт только для легковых автомобилей увеличится в четыре раза с более чем 27 500 тонн (25 000 метрических тонн) в 2020 году до более 110 231 тонны (100 000 метрических тонн) к 2025 году.
Это очень полезно в суперсплавах
Когда аэрокосмическим инженерам нужен материал, способный выдержать сильную жару внутри реактивного или ракетного двигателя, они обращаются к «суперсплавам» на основе кобальта.
Суперсплавы - это металлы с высокими эксплуатационными характеристиками, получившие свое яркое название из-за чрезвычайно высокой устойчивости к износу и нагреванию. Суперсплавы на основе никеля превосходят кобальтовые сплавы по устойчивости к нагрузкам при температурах, достигающих 1706 градусов F ( 930 градусов C ). Помимо этой экстремальной температуры, суперсплавы на основе кобальта действительно проявляют себя.
Кобальт имеет более высокую температуру плавления, чем никель, а суперсплавы кобальта более устойчивы к тепловой коррозии. Вот почему вы найдете суперсплавы кобальта в неподвижных лопастях газотурбинных двигателей, которые принимают на себя основной удар интенсивного тепла, выделяемого реактивными двигателями, без износа и выхода из строя.
В основном он добывается в одной проблемной стране
Одна из основных причин, по которой кобальт попал в список «важных минералов» Министерства внутренних дел США для национальной безопасности, заключается в том, что половина мирового кобальта добывается в Демократической Республике Конго (ДРК). Как поясняется в отчете Геологической службы США, ДРК имеет плохую историю коррупции в правительстве, нарушений прав человека и ущерба окружающей среде, связанного с добычей кобальта .
Не только правозащитные группы, такие как Amnesty International , обеспокоены небезопасной и неэтичной трудовой практикой, связанной с нерегулируемой «кустарной» добычей кобальта в ДРК. Политическая и экологическая нестабильность ДРК означает, что значительная часть цепочки поставок кобальта уязвима для сбоев. Если высокотехнологичная экономика полагается на стабильные поставки кобальта, в основном для использования в аккумуляторных батареях, то проблемы в ДРК могут замедлить экономический рост во всем мире.
В отчете USGS также отмечается, что Китай является основным переработчиком кобальта и одним из крупнейших финансовых спонсоров крупных операций по добыче кобальта в ДРК. В настоящее время технологический сектор США сильно зависит от нестабильного источника в ДРК и спорного торгового партнера в Китае в плане поставок кобальта. Что составляет последний факт в нашем списке.
США начинают добычу кобальта
Согласно данным за 2015 год , Соединенные Штаты потребляли 10 процентов мирового кобальта, производя менее 1 процента мировых поставок кобальта.
Кобальт не везде, но он также не является особенно редким минералом - он занимает 32- е место по распространенности в земной коре. Только два рудника в Канаде и Марокко могут добывать чистую кобальтовую руду, в то время как большая часть добывается как побочный продукт при добыче меди и никеля. Одно из самых богатых месторождений кобальта в мире находится в Центральноафриканском медном поясе в ДРК.
Однако в США не так много месторождений высококачественного кобальта, что затрудняет рентабельную добычу. Горнодобывающая промышленность также жаловалась на медленный процесс выдачи разрешений на разведку полезных ископаемых как на суше, так и на море. Администрация Трампа дала указание Министерству внутренних дел ускорить процесс выдачи разрешений, чтобы уменьшить зависимость Америки от иностранных источников важнейших минералов, таких как кобальт.
Несмотря на наличие разрешений и геологические препятствия, в добыче кобальта в США был достигнут определенный прогресс. В 2014 году на руднике Игл на Верхнем полуострове Мичиган началась добыча никеля и меди с кобальтом и другими полезными ископаемыми в качестве побочных продуктов. Первый в Америке рудник по добыче кобальта готовится к запуску в 2020 году в Айдахо.
Теперь это круто
Кобальт является важным микроэлементом в рационе животных и человека. Жвачные животные, такие как коровы, превращают кобальт в кобаламин, также известный как витамин B12. Еда с наибольшей концентрацией кобальта - шоколад!
