Početna za: KOBALT, Co  

SPOJEVI, DOBIVANJE I UPORABA

Dobivanje kobalta:

Kako se rude kobalta pojavljuju zajedno s rudama drugih metala, naročito bakra i nikla, obično se dobiva kao nusproizvod tijekom dobivanja tih metala. Dobivanje kobalta prilično je složen proces i zahtijeva brojne i različite tehnološke operacije, a vrsta i broj ovise o izvoru. U prvoj fazi prerade rode kobalta vrši se koncentriranje minerala flotacijom ili gravitacijski, a zatim se kobalt odvaja piro-, hidro- ili elektrometalurškim postupkom.

Pirometalurški postupak koristi se za preradu:

-oksidnih i sulfidnih bakrovih ruda bogatih kobaltom, a siromašnih niklom i bez arsena
-oksidnih niklovih ruda bogatih kobaltom, a siromašnih bakrom i bez arsena, arsenidnih ruda kobalta i nusproizvode pri dobivanju drugih metala

Hidrometalurški postupak primjenjuje se za dobivanje kobaltovog oksihidrata iz bijele legure preradom žarene mase i preradom koncentrata.

Elektrometalruški postupak se provodi elektrolizom kloridnih ili sulfatnih otopina kobalta očišćenih od primjesa. Za primjer navodimo dobivanje kobalta iz rude bakra koja, pored kobalta, sadrži bakrove i željezove sulfide i arsenide.

Prerada počinje na način kako je opisano kod dobivanja bakra. Međutim, proces ne ide do dobivanja sirovog elementarnog bakra nego se oksidni koncentrat (nastao potpunim žarenjem sulfidnog koncentrata), koji sadrži okside bakra i kobalta, obrađuje sa sumpornom kiselinom uz prisutnost željezovog(II)-sulfata. Pri tome se dobije sulfatna otopina koja se odvodi u komoru za elektrolizu gdje se izlučuje bakar, a kobalt ostaje u otopini. Iskorištena otopina iz komore ponovo ide u postupak obrade koncentrata.

Višestrukim ponavljanjem ovog procesa otopina postaje sve bogatija kobaltom sve dok se ne dobije neutralna otopina koja sadrži suspenziju kobaltovog(II)-hidroksida iz koje se izlučuje kobalt. Dobiveni sirovi proizvod sadrži 91-95% kobalta koji se rafinira u elektrolučnim pećima.


Svojstva i upotreba kobalta:

Kobalt je sjajan, plavkastobijel, vrlo tvrd, feromagnetičan metal koji ima dvije alotropske modifikacije. Do 417°C postojana je beta-modifikacija guste heksagonske kristalne rešetke, a iznad te temperature stabilna je alfa-modifikacija kubične, plošno centrirane kristalne rešetke. Kompaktana forma kobalta na zraku stabilna je sve do 300°C nakon čega počinje oksidirati. Ne reagira s vodom, a fini prah kobalta je piroforan i pri temperaturi 220-230°C reagira s ugljikom. Otapa se u razrijeđenoj sumpornoj, dušičnoj i klorovodičnoj kiselini. S aluminijem, kromom, titanijem, molibdenom, cirkonijem i drugim prijelaznim metalima tvori intermetalne spojeve. Pri temperaturi 225-230°C reagira s ugljikovim(II)-oksidom stvarajući karbid CO2C.

Kobalt je toksičan za čovjeka. Dugotrajno udisanje kobaltove prašine nadražuje dišne putove i može izazvati kronični bronhitis, a kobaltove soli mogu uzrokovati benignu dermatozu.

Kobalt se relativno malo koristi u elementarnom stanju; najviše se upotrebljava za proizvodnju legura, a manje količine kobalta troše se za dobivanje spojeva kobalta, bojenje stakla i porculanskih glazura te za antikorozivne obloge i neke druge specifične namjene. Jedna od tih je korištenje radioaktivnog izotopa 60Co, s vremenom poluraspada 5,27 g., u medicinskoj radioterapiji (kobaltna "bomba") te u industrijskoj radiografiji kao izvor prodornog gama-zračenja. Nove mogućnosti dobivanja kobalta u obliku finog praha povećavaju područja primjene samog kobalta u kojima dolaze do izražaja osobitosti tog metala. To su prvenstveno specijalni magnetski materijali te tvrde, vatrostalne i antikorozivne obloge.


Legure kobalta:

Legure kobalta mogu se podijeliti u četiri skupine:

1. Visokotemperaturne legure i kompoziti: To su legure na bazi kobalta s dodacima nikla ili na bazi željeza s dodacima kobalta i kroma. Dodaci različitih količina drugih vatrostalnih metala, kao što su volfram, molibden, tantal i niobij, bitno poboljšavaju otpornost na oksidativne i sulfatizirajuće sredine pri vrlo visokim temperaturama (700 - 1200°C). U matičnoj kobaltno-kromovoj leguri ovi dodaci pospješuju stvaranje stabilnih karbida u mikrostrukturi koji daju čvrstoću, vatrostalnost i kemijsku otpornost pri visokim temperaturama. Upotrebljavaju se za izradu dijelova turbina koje su izložene visokim temperaturama. Stelitne legure su otporne na abraziju, a zadržavaju visoku čvrstoću i tvrdoću sve do 800°C. Upotrebljavaju se za oblaganje čeličnog alata i za izradu brzoreznog alata. Triballoy legure još su otpornije na abraziju pri visokim temperaturama, a dadu se obrađivati i deformacijom.

2. Magnetske legure: Uz željezo kobalt je najvažniji feromagnetski materijal iz kojeg se, u kombinaciji sa željezom, izrađuju poglavito permanentni magneti. Kobalt povećava kritičnu temperaturu demagnetizacije feromagneta i magnetizaciju zasićenja. Razvoj magnetskih materijala na bazi kobalta rezultirao je u ALNICO magnetima (kombinacija Al-Ni-Co) koji se danas dominantno upotrebljavaju. U novije su vrijeme razvijeni još jači magnetski materijali na bazi kombinacija kobalt-rijetke zemlje (prvenstveno sa samarijem i praseodimijem) te s itrijem.

3. Supertvrde legure i kompoziti otpotni na habanje: Slično visokotemperaturnim i ovo su obično četverokomponentne legure kobalta, kroma, volframa (ili molibdena) te nešto većeg sadržaja ugljika. Metodama metalurgije praha proizvode se i kompoziti s kobaltovim karbidom. Ove legure i kompoziti obično se koriste kao površinski nanosi na žilavom nehrđajućem čeliku. Nanose se direktno iz tekuće faze, ali češće specijalnim postupcima varenja i nanošenjem njihovog praha termo-spray postupcima. U tim se postupcima mlaz praha provodi kroz acetilenski plamen ili područje električnog luka koji stvara plazmu (plazma-spray postupak). Tu se prah trenutno tali i u mlazu se nanosi na pripremljenu površinu predmeta koji se zaštićuje. Ove se zaštitne prevlake nanose prvenstveno na dijelove izložene visokim temperaturama, naprezanjima i koroziji, kao što su površine lopatica turbina turbomlaznih i raketnih motora i u drugim sličnim sličajevima.

4. Kobaltom legirani čelici: Kobalt se dodaje čelicima da bi im povećao tvrdoću pri povišenim temperaturama. Klasična legura čelika s 5 - 12% Co koristi se za izradu brzoreznih alatnih čelika. Super-Invar i Stainless-Invar legure (54% Co, 36,5% Fe, 9,5% Cr) imaju koeficijent termičkog rastezanja kao i staklo pa se upotrebljavaju za spajanje stakla i metala utaljivanjem.

Kobalt se legira i s drugim metalima. Vitallium legure (64% Co, 30% Cr, 5% Mo) otporne su na djelovanje tjelesnih tekućina unutar ljudskog tijela i ne razaraju tkivo pa se upotrebljavaju za proteze i umjetne supstitute kostima. Elinvar legure kobalta i vanadija koriste se za izradu finih kapilarnih opruga mjernih instrumenata. Elgiloy i Cobenium legure imaju visoku elastičnost, veliku otpornost prema zamoru materijala i koroziji pa se upotrebljavaju za izradu satnih mehanizama i preciznih instrumenata. Zadnjih se godina posebno ispituju legure tipa Ni-Co-Mo u kojima se željezo zamjenjuje niklom. Ove legure imaju istovremeno neobično visoku čvrstoću, žilavost i tvrdoću. 


Spojevi kobalta:

Kobalt može imati spojeve oksidacijskog broja 0, +1, +2, +3 i +4, a najveći dio njegovih spojeva ima oksidacijski broj +2 i +3 od kojih su stabilniji kobalt(II)-spojevi. Većina kobalt(II)-spojeva ionskog je karaktera (halogenidi i brojni Co(III)-kompleksi).

-Kobaltov(II)-bromid (CoBr2) jako je higroskopan kristal zelene boje ako je bezvodan, a otopljen u vodi je ružičast. Upotrebljava se kao katalizator u kemijskoj industriji.

-Kobaltov(II)-fluorid (CoF2) kristal je ružičaste boje strukture rutila.

-Kobaltov(II)-hidroksid (Co(OH)2) prah je koji, ovisno o veličini čestica, može biti ružičast ili modar. Modri je manje stabilan pa sitnije čestice starenjem prelaze u ružičasti oblik.

-Kobaltov(II)-jodid (CoI2) kristal je crne boje ako je bezvodan, a otopljen u vodi daje ružičastu vodenu otopinu.

-Kobaltov(II)-klorid (CoCl2) iz vodene otopine kristalizira kao ružičasti heksahidrat. Lako se otapa u vodi, a boja otopine, ovisno o koncentraciji Cl- iona i temperaturi, varira između ružičaste i modre. Zbog takve mogućnosti promjene boje može se upotrijebiti kao nevidljiva tinta. Upotrebljava se: kao boja za keramičke glazure i stakla, kao sirovina za farmaceutsku industriju, kao indikator vlage te za postupak elektroplatiniranja kobaltom.

-Kobaltov(II)-nitrat (Co(NO3)2) iz ružičaste vodene otopine kristalizira u obliku crvenih kristala Co(NO3)2 x 6H2O koji se upotrebljavaju kao sirovina za dobivanje katalizatora potrebnih u industriji prerade nafte i pigmenta.

-Kobaltov(II)-oksid (CoO) može se dobiti zagrijavanjem kobalta ili njegovih karbonata i hidroksida na zraku. Pri 100°C nastaje Co3O4, a daljnjim zagrijavanjem Co2O3. Taljenjem s glinicom (Al2O3) nastaje Thenardovo modrilo koje se koristi za bojenje keramičkih glazura.

-Kobaltov(III)-fIuorid (CoF3) blijedosmeđ je, kristaličan prah koji potamni već u prisutnosti tragova vode. Pri tom oslobađa kisik, a ako reagira s klorovodičnom kiselinom oslobađa klor.

 Početna za: KOBALT, Co