Przygotowali: Michał Sołek Rafał Puzia Łukasz Dudek Co Kobalt Przygotowali: Michał Sołek Rafał Puzia Łukasz Dudek

Wstęp- plan prezentacji Dane ogólne Własności fizyczne Własności chemiczne Minerały i Rudy Otrzymywanie kobaltu Stopy kobaltu Zastosowania

Wprowadzenie Odkryty w 1739 przez Georga Brandta Magnetyczny Twardy, ciągliwy, kowalny Błyszczący Srebrzystobiały Rzadko występuje w skorupie ziemskiej

Właściwości fizyczne Temperatura wrzenia - 3200 K Temperatura topnienia - 1768 K Temperatura wrzenia - 3200 K Ciepło właściwe - 420 J/(kg*K) Ciepło parowania - 376,5 kJ/mol Ciepło topnienia - 16,19 kJ/mol Gęstość - 8900 kg/m3 Twardość - 5,0 Struktura krystaliczna – heksagonalna Temperatura Curie - 1404 K Przewodność cieplna - 100 W/(m*K)

Właściwości chemiczne Liczba atomowa 27 Masa atomowa 58.933 Główne stopnie utleniania +2, +3 Aktywność chemiczna: średnia Witamina B12 (kobalimina) – znaczenie biologiczne Znanych 26 izotopów, najtrwalszy izotop 59 - 100% naturalnego kobaltu Izotop 60 - sztuczny izotop stosowany jako źródło promieni „gamma” – szeroko wykorzystywany w medycynie

Izotop 60

Związki kobaltu Tlenki CoO, Co3O4 Wodorotlenek Co(OH)2 Sole rozpuszczalne w wodzie Chlorek CoCl2 • 6H20 Siarczan CoSO4 • 7H20 Azotan Co(NO3)2 • 6H20 Nierozpuszczalny Węglan CoCO3 • 6H20

Minerały Erytryn Co3(AsO4)2 • H2O

Minerały Glaukodot (Co,Fe)AsS

Minerały Kobaltyn CoAsS

Minerały Smaltyn CoAs2

Minerały Asbolan n MnO2 • m CoO • q CuO • q H2O

Podział rud Rudy arsenkowe – czysto kobaltowe oraz złożone, zawierające dodatkowo nikiel, srebro, miedź, cynk i ołów. Rudy siarczkowe – o skomplikowanym składzie , zawierające miedź, nikiel, cynk i ołów. Rudy utlenione – zawierające asbolan jako główny składnik wraz ze związkami miedzi, niklu i żelaza.

Występowanie rud kobaltu Niska koncentracja w skorupie ziemskiej Najczęściej towarzyszy złożom rud niklu i miedzi Najwięcej pochodzi ze złóż rud Cu – Co w Zairze i Zambii (Copperbeld) Złoża laterytowych nikli (Australia, Rosja, Kuba) W Indiach towarzyszy rudom cynku.

Kobalt w Polsce W złożach rud miedzi na Monoklinie Przedsudeckiej (zasoby szacunkowe 116,35 tys. ton Co, w tym w złożach eksploatowanych103,29 tys. ton) W złożach węgla kamiennego w GZW (zasoby szacunkowe400 tys. ton)

Kobalt na Świecie

Podział na Kraje

Produkcja

Otrzymywanie Kobalt występuje zwykle w rudach niklu i miedzi i jest odzyskiwany podczas ich produkcji. Źródłami kobaltu są również rudy arsenkowe kobaltu. Rudy te są prażone w celu usunięcia większości arsenu jako tlenku arsenu. Ostanie 25 lat zwiększenie skali pozyskiwania kobaltu jako podstawowego produktu Pozyskiwanie kobaltu ze źródeł wtórnych

Skład niektórych rud

Metody otrzymywania kobaltu z rud Chemiczne Oddzielenie kobaltu azotynem potasu Oddzielenie kobaltu α-nitrozo-β-naftolem Hydrometalurgiczne (Proces rafinowania kamienia) Ekstrakcja rozpuszczalnikowa Ługowanie kamienia chlorkiem z elektrolitycznym otrzymywaniem metalu Ługowanie atmosferyczne /redukcja wodorowa Proces DON

Oddzielenie kobaltu azotynem potasu Kobalt oddziela się od niklu oraz szeregu innych metali przez dodanie azotynu potasu do roztworu którejkolwiek soli kobaltu w obecności kwasu octowego. Otrzymujemy osad 2K3Co(NO2)6 · 3H2O Kobalt strąca się w postaci azotynokobaltu

Oddzielenie kobaltu α-nitrozo-β-naftolem α-nitrozo-β-naftol tworzy z solami kobaltu w środowisku słabego kwasu mineralnego osad o składzie Co(C10H6ONO)3 Przy znacznej ilości niklu osad odsącza się i wypraża. Otrzymany tlenek kobaltowo- kobaltawy Co3O4 rozpuszcza się w kwasie solnym

Proces rafinacji kamienia niklowego

Obróbka mechaniczna rud Przygotowanie do wzbogacania rud: rozdrabnianie, przesiewanie, klasyfikacja wodna lub powietrzna Wzbogacanie rud: przebieranie, wzbogacanie grawitacyjne, magnetyczne, elektrostatyczne, przemywanie, flotacja Wykończenie: przeróbka koncentratów otrzymanych w wyniku wzbogacania ( brykietowanie i grudkowanie) Doprowadzenie do postaci kamienia niklowego (koncentratu)

Produkcja kobaltu

Ekstrakcja rozpuszczalnikowa

Ługowanie kamienia chlorkiem z elektrolitycznym otrzym. metalu

Ługowanie atmosferyczne /redukcja wodorowa

Proces DON

Hydrometalurgia (wady i zalety) Możliwe jest zawracanie roztworów po cementacyjnych do ługowania kolejnych partii rudy Wady : Brak możliwości prowadzenia procesu w sposób ciągły Używanie wodoru pod ciśnieniem stwarza dodatkowe problemy techniczne  związane z koniecznością stosowania odpowiednich zabezpieczeń

Stopy Kobaltu Cenny składnik wielu złożonych stali stopowych i stopów 5% - 10% w stalach szybkotnących – wyższe temperatury hartowania Ważny składnik stali i stopów o szczególnych właściwościach Duże znaczenie w salach hartowanych na martenzyt (Co – Cr-W-Mo) i utwardzanych dyspersyjnie (Al-Ni-Co) Stale i stopy żarowytrzymałe – zastępuje część niklu

Zastosowanie Ferromagnetyczne na magnesy trwałe (Alnico) Szczególnie odporne na zużycie (stellity, Triballoy) Żaroodporne i żarowytrzymałe – łopatki turbin (nadstopy) Odporne na korozję (Haynes) Bikompatybilne – implanty ( Vitallium) Węgliki spiekane – matryce, narzędzia skrawające Do wtapiania w szkło i ceramikę (Fernico) Powłoki antykorozyjne Katalizatory Źródła promieniowania jonizującego Dodatki stopowe (do stali, niklu) Dodatki do emalii, farb i lakierów

Stopy żarowytrzymałe Stopy żarowytrzymałe Łopatki turbin spalinowych Stopy Co-Cr-Ni-W z dodatkami Fe, C, Si, Ta, Ti, Zr, Nb, B, Zr. W 1980 – 45% całkowitego zapotrzebowania na kobalt Wytrzymałość w stanie kutym > w stanie lanym

Stopy na magnesy trwałe Alnico, Vacalloy, Ferrite Magnesy uzyskiwane przez: Przetapianie, wyżarzanie Odlewanie lub spiekanie proszków

Stopy odporne na ścieranie Stellity – struktura A1 (osnowa) + węgliki (HB=650) Odporność na ścieranie, korozje i żaroodporność Zastosowanie: Ciągadła, matryce, narzędzia do skrawania Pokrywanie elementów stalowych : łukiem elektrycznym oporowe nalutowywanie

Stopy odporne na ścieranie Stellity- jedne z ważniejszych stopów kobaltu, zawierające: 35-55% Co, 25-33% Cr, 10-25% W,  2-4% C, do 10,5 Fe Ze względu na ich dużą odporność na ścieranie i na korozję, jak i dużą żaroodpomość stellity, stosowano dawniej na narzędzia skrawające, obecnie, po wprowadzeniu ostrzy z węglików spiekanych, stosuje się głównie na ciągadła i matryce do wyciskania metali na gorąco. Np.: Stellit 4 - Twardość HRC: 45-49; Charakterystyka: odporność na korozje i zużycie ścierne Typowe zastosowania: suche ogniwa galwaniczne (baterie).

Stopy odporne na ścieranie Nową serię stopów odpornych na korozję i zużycie ścierne w podwyższonych temperaturach stanowi seria Stellitów 700. W stopach tych wolfram został zastąpiony molibdenem co pozwoliło na uzyskanie lepszej odporności korozyjnej od „klasycznych” stellitów przy zachowaniu doskonałych parametrów mechanicznych. Np.: Stellit 703 - Twardość HRC: 55-60; Charakterystyka: odporność na zużycie ścierne w wysokich temperaturach.

Bikompatybilne – implanty 60% kobalt, 20% chrom, 5% molibden

Węgliki spiekane Kobalt wykorzystywany jako spoiwo Elementy wykonane z węglików spiekanych charakteryzują się wysoką odpornością na ścieranie i twardością (900-1600 HV) Węgliki spiekane zachowują swoje charakterystyki do temperatury 1000°C

Zastosowanie medyczne Stal Cr-Ni-Mo C < 0,03% Własności: Odporność na korozje, Działanie płynów fizjologicznych, Biokompatybilność Zastosowanie: Odlewy stomatologiczne, Implanty, Endoprotezy, Druty, śruby i płytki kostne, Igły i wyroby profilowane

Implanty, Endoprotezy, Druty, śruby i płytki kostne,

Bibliografia „Analiza rud metali nieżelaznych” S.J.Fajnberg „Metaloznawstwo metali i stopów nieżelaznych w zarysie” , Mieczysław Tokarski. „Metalurgia i odlewnictwo metali nieżelaznych. Cz. 1 „ Czesław Adamski, Tadeusz Piwowarczyk. „Metalurgia ogólna metali nieżelaznych „ Zbigniew Szczygieł. „ Struktura, właściwości i odporność na zużycie powłok na osnowie kobaltu „ Zwierzchowski, M. Przegląd Spawalnictwa 2008, R. 80, nr 1, s. 25—30 „Kobalt - wyjątkowy metal wielu zastosowań” Lewicka, E. Gospodarka Surowcami Mineralnymi 2007, T. 23, z. 2, s. 5—16 „Nowoczesne tworzywa odlewnicze na bazie metali nieżelaznych” Zbigniew Górny Jerzy Sobczak