Kobalt Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej

Autorzy: Adrian Szarek Monika Cios Krzysztof Głąb

Plan prezentacji Trochę historii Występowanie Własności fizyczne i chemiczne Zastosowanie Produkcja Stopy kobaltu

Wygląd Kobalt

Trochę historii Kobalt(Co, łac. cobaltum) - pierwiastek chemiczny Nazwa pochodzi od kobolda(zły duch) Odkrycie : 1735 r. przez Georga Brandta

Występowanie Jako postać dwóch minerałów: Smaltyn

Występowanie cd. kobaltyn

Występowanie cd. Polska: Monoklina Przedsudecka, Góry Izerskie, Góry Złote, rejon Lubina Afryka: Zambia Demokratyczna Republika Kongo Europa: Niemcy, Włochy, Norwegia Ameryka północna Kanada, USA

Produkcja

Własności chemiczne Symbol: Co Grupa, okres, blok: 9 ,4, d Liczba atomowa : 27 Masa atomowa: 58.93u Wartościowość: 2, 3 Układ krystalograficzny: heksagonalny

Własności fizyczne Stan skupienia: stały Temperatura topnienia: 1768 K Temperatura wrzenia: 3200 K Objętość molowa: 6,67×10-6 m³/mol

Zastosowanie wytop stali wyrób trwałych magnesów służy jako katalizator

Metody otrzymywania Co Zależą od składu rudy będącej jego źródłem Są to kombinacje metod : a) chemicznych b) elektrolitycznych c) termicznego wyprażania

Otrzymywanie Co cd. Czysty kobalt otrzymuje się poprzez redukcję wodorem Produkt pośredni – tlenek kobaltu Tlenek Co przetapiany z żużlem w piecu + koks jako reduktor

Ogólny schemat produkcji kobaltu

Wzbogacanie Badania: występowanie Kobaltu w rudzie Fe-Mn z dna mórz. 1.Kobalt jest związany z minerałami manganu: lithiophorite (Li)(~ CoO: 1,2%) cryptomelane (Cy)(~ CoO: 0,2%) 2.Krzemionkową rudę manganu (26% Mn 32% SiO2 i 0,08% Co) poddano wzbogacaniu.

Wzbogacanie cd. 3. Następnie w wyniku separacji magnetycznej na sucho uzyskano produkt z 47% Mn i 60% zwrotu. 4.Wnioski: Wraz z manganem kobalt otrzymuje wartość wzbogaconą (~ Co: 0,38%). Z innych pierwiastków np. Ni, Cu, Zn, Ga, Li itp. również można uzyskać wzbogacony produkt. Delian Fan (z prowincji Sichuan) odkrywca Co w rudzie Mn. Separator magnetyczny

Wzbogacanie cd. X-ray image map of Manganese minerals with respect to Mn, Fe, Si, Co, Ni, Al, K and Ba.

Wydobycie Wyrobiska kopalni rud kobaltu „St. Carol” - wnętrze sztolni „Fryderyk Wilhelm” w Przecznicy.

Klasyfikacja stopów kobaltu Ze względu na zastosowanie: Żarowytrzymałe Magnetycznie twarde Odporne na ścieranie - stellity Produkcja implantów – stopy na osnowie kobaltu

Żarowytrzymałe stopy - zastosowanie Chemia wysokich temperatur Lotnictwo Technika jądrowa Kosmonautyka Przemysł zbrojeniowy Części silników odrzutowych

Żarowytrzymałe stopy - właściwości Odporność na korozję wysokotemperaturową Wysoki współczynnik przewodnictwa cieplnego Niski współczynnik rozszerzalności cieplnej Wysoka temperatura topienia Dobra spawalność Odporność na ścieranie Odporność na zmęczenia cieplne

Wybrane żaroodporne stopy Co Nazwa skład chemiczny % C Co Ni Cr Fe W Inne HS-25 0,1 50 10 20 <3 15 - S-816 0,4 43 <5 4 4Mo 4Nb Vitallium 0,25 62 2,5 27 <2 5,5 Mo X-40 0,5 55 25 7,5 Hayness 151 <1 12,8 0,15Ti Hayness 188 39 22 3 14 MAR - M302 0,85 <1,2 9Ta MAR - M509 0,6 7 3,5Ta MAR - M918 52,5 11 7,5Ta WI - 52 0,45 63 21 2 2,0Nb

Magnetycznie twarde stopy - zastosowanie Przyrządy pomiarowe Urządzenia kontrolne (czujniki i przetworniki) Motory i prądnice Magnesy wykonane ze stopu alnico

Magnetycznie twarde stopy - właściwości Stop alnico – najwyższa stabilność temperaturowa parametrów magnetycznych Bardzo wysoka temperatura Curie Wysoka temperatura pracy Wysoka odporność na korozje Magnesy wykonane ze stopu alnico

Magnetycznie twarde stopy – właściwości cd. Materiał skład chemiczny % Remanencja Br, T Koercja Hc, A/m Obróbka cieplna Vicalloy Fe+52Co+14V 1 36 wyżarzanie 600oC Cunico Cu+21Ni+29Co 0,34 52,5 przesycanie 1000oC+ starzenie 550-750oC Alnico Fe+17Ni+10Al+12Co+6Cu 0,8 40 przesycanie 1150-1250oC + starzenie 600oC+ chłodzenie w silnym polu magnetycznym Fe+20Ni+10Al+13,5Co+6Cu+0,24Ti 0,65 50 Alcomax Fe+11Ni+8Al+21Co+4,5Cu 1,24 46

Stellity - zastosowanie Narzędzie skrawające Ciągadła i maszyny do prasowania na gorąco Stellitowanie części maszyn narażonych na działanie wysokich temperatur i gazów spalinowych

Stellity - właściwości wartość liczbowa ciężar właściwy ok. 9g/cm3 przewodność cieplna słaba współczynnik liniowej rozszerzalności cieplnej w zakresie temperatur:   20-100oC 12,5*10-6 [1/oC] 900-1000oC 15,2*10-6 [1/oC] elektryczna oporność właściwa 900 - 950 Ω/m własności ferromagnetyczne brak wytrzymałość na rozciąganie 200kG/mm2 twardość Brinella 650kG/mm2

Stellity – skład chemiczny pierwiastek zawartość węgiel 2-4% kobalt 35-55% chrom 25-33% wolfram 10-25% żelazo 0-10%

Stopy na osnowie kobaltu – zastosowanie Endoprotezy stawowe Płytki Wkręty kostne Groty Druty Endoproteza stawu biodrowego

Stopy na osnowie kobaltu – właściwości Oznaczenie stopu Stan Rm [MPa] R0,2 [MPa] Wydłużenie % R2 [MPa] HS-21 lany 650-1000 445-600 8-25 190-400 Vitalium kuty 1175-1600 855-1200 8-28 500-966 Zimaloy spiekany 1275-1380 820-965 12-15 620-896 Isodur HS-25 wyżarzony 900-1205 375-485 min. 40 280-415 odkształcony na zimno 630-1440 500-1280 500-590 MP-35N 795-800 240-300 40-50 340 Protasul-10 półtwardy 1000 650 min. 20 400-500 Biofaza twardy 1200-1770 1000-1650 10-17 500-800

Układ kobalt - żelazo

Układ kobalt - chrom

Układ kobalt - molibden

Bibliografia - L.A. Dobrzański – „Stopy niklu i kobaltu”, http://www.infonanofanclub.pl/file.php/1/prezentacje/stopy%20niklu%20i%20kobaltu.pdf, Gliwice, 2007 M. Blicharski – „Wstęp do inżynierii materiałowej”, Wydaw. AGH, Kraków, 1995 - P. P. Mishra, K. Mohapatra, P. P. Singh -„Enrichment of Cobalt Values by Dry Magnetic Separation from Low-Grade Manganese Ores of Bonai-Keonjhar Belt, Orissa”, http://www.imp.mtu.edu/jmmce/issue8-4/issue8-4P317-327.pdf, Bhubaneswar, 2009 http://pl.wikipedia.org/kobalt