鈷的資源，性質(zhì)與用途
鈷
cobalt
元素符號Co，銀白色鐵磁性金屬，表面拋光后有淡藍(lán)光澤,在周期表中屬Ⅷ族,原子序數(shù)27,原子量58.9332，密排六方晶體，常見化合價為+2、+3。
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。中國于50年代開始從鈷土礦、鎳礦和含鈷黃鐵礦中提鈷。
資源 已知的含鈷礦物約100種。主要的鈷礦物為：硫鈷礦(Co S ) [kg2] 纖維柱石(CuCo S ) 輝砷鈷礦(CoAsS)、砷鈷礦(CoAs )、鈷華(3CoO?As O ?8H O)等 [kg2] 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（中國除外）礦山產(chǎn)鈷量和鈷儲量見表
[世界礦山產(chǎn)鈷量和鈷儲量]
中國已探明的鈷儲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。
性質(zhì)和用途 在常溫下，致密金屬鈷在空氣和水中穩(wěn)定,高于300 時，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。
[鈷的主要物理性質(zhì)]
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�、脫硫、氧化、還原等方面 Co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。主要提鈷工藝流程見圖
[提鈷工藝流程]
硫化鎳礦提鈷 硫化鎳精礦一般含鎳4～5％，含鈷0.1～0.3％。的火法熔煉過程中，由于鈷對氧和硫的親合力介于鐵鎳之間（見），在轉(zhuǎn)爐吹煉高冰鎳時，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�。�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）,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)。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（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,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,使二價鈷氧化成可溶性的[Co(NH ) ?H O] (SO ) ，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。中國含鈷黃鐵礦的鈷品位較低，僅為0.02～0.09％。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，再從中提取鈷。中國采用前者：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)。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 ，溫度190 ，浸出時間3～4小時，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 ，溫度190 。此法流程簡單，回收率高,勞動條件好。
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，Co (不溶性)+Fe ─→Co (可溶性)+Fe。
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。
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