钴是什么金属有什么作用,钴的用途及应用领域介绍

钴的用途及应用领域

【钴的应用现状】

  • 目前,钴的消费与应用的传统领域主要有电池材料、超级耐热合金、工具钢、硬质合金、磁性材料;以化合物形式消费的钴主要用作催化剂、干燥剂、试剂、颜料与染料等。钴-60是一种广为使用的放射性材料,在生物化学中广泛用于活化分析;在电镀、腐蚀和催化中用于示踪研究;在医疗中被用于放射检查与治疗。

【磁性材料】

  • 钴是磁化一次就能保持磁性的少数金属之一。在热作用下,失去磁性的温度叫居里点。铁的居里点为769℃,镍为358℃,而钴可达1150℃。含有60%钴的磁性钢比一般磁性钢的矫顽磁力提高2.5倍。振动环境下,一般磁性钢失去差不多1/3的磁性。而钴钢仅失去2%-3.5%的磁性。由于钴优越的磁特性,被大量应用于高性能磁性材料的制造。

钴的用途及应用领域,再生钴产业发展

  • 磁性材料是重要的功能材料,在电子工业和高科技领域起着非常重要的作用。钴在磁性材料领域应用分布如下:70%用于Alnico 永磁合金,20%用于Smco合金,10%用于其他稀土永磁材料。近几年来,不仅磁性材料的产量增加了很多,而且磁体市场的结构也发生了很大的变化。从世界范围来看,铝镍钴磁体的产量呈下降趋势,但近几年来我国进行的大规模电网改造使铝镍钴磁体的产量维持在2000吨左右,而衫钴合金的产量有逐年上升的势头。

【硬质合金与超级合金】

  • 含有一定量钴的刀具钢可以显著提高钢耐磨性和切削性能,钴将合金组成中其他金属碳化物晶粒结合在一起,使合金具更高的韧性,并减少对冲击的敏感性能,这种合金熔焊在零件表面,可使零件的寿命提高3-7倍。含钴50%以上的司太立特硬质合金即使加热到1000℃也不会失去其原有的硬度。

钴的用途及应用领域,再生钴产业发展

  • 温度在1038℃以上时,钴基合金的优越性就显露无遗,特别适合用于制作高效率的高温发动机和汽轮机等,因此钴基合金被广泛地应用在航空航天和现代军事领域中。在航空涡轮发动机的结构材料中使用含20%-27%铬的钴基合金 可在不使用任何保护涂层的条件下 材料达到很高的抗氧化性。核反应堆供热工作室热介质涡轮发动机可以不检修而连续运转一年以上。
  • 前瞻产业研究院《2013-2017年中国硬质合金行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》数据显示,2012年中国硬质合金产量为2.35万吨,硬质合金行业销售收入209亿元,硬质合金出口近5000吨,出口创汇超过3.6亿美元,硬质合金深加工产品产量达到6600吨,占合金总产量的1/3。目前中国是世界第一硬质合金生产国。金属钴在硬质合金领域卓越的性能表现使其需求也将呈现稳定增长趋势。

【电池材料】

  • 目前钴的消耗量近40%用于充电电池材料,如用于锂离子电池的钴酸锂,用于镍氢电池的氧化亚钴等。

钴的用途及应用领域,再生钴产业发展

  • 钴最主要的用途是用于锂电池,锂离子电池的核心之一是它的正极材料,其中要用到钴酸锂(LiCoO2), 钴酸锂属于固体电解质,具有高能量密度和高的环保安全性。锂电池的优势在于电压范围宽,高能量密度,环保(和Ni-Cd、Ni-Mn相比较)。作为锂电池主要材料的钴酸锂的世界需求量2008年为3.29万吨(折合金属钴为1.97万吨),产锂电池的主要国家集中在亚洲,分别是日本占40%(32%)、韩国占到30%(22%)中国占到28%(44%),其中括号内为实际生产份额因为不少贴牌日本、韩国产的、实际产地在中国。
  • 据统计,2014年我国钴酸锂行业钴消费量约2.7万吨,同比增加28.6%;而2014年国内钴酸锂的产能在6万吨,实际产量约为4.5万吨。

【医疗行业】

钴的用途及应用领域,再生钴产业发展

  • 钴在医疗领域中也有广泛应用,钴的放射性同位素,可治疗皮肤病和恶性肿瘤,在青霉素中加入适量的钴,可以提高其疗效,对造血具有特殊功效的维生素B12(别名钴胺素)中,钴含量高达4.5%,此外,在人工关节材料和牙料填充剂中,也用到钴。

【颜料】

  • 中华民族引以为荣的唐三彩、青花瓷、景泰蓝的釉料中就含钴,也只有钴颜料的蓝色才能历久弥新。钴作为颜料主要分为三种:钴蓝颜料、钴紫颜料、钴黑颜料。
  • 钴蓝颜料

钴的用途及应用领域,再生钴产业发展

  • 钴蓝是一种历史非常悠久的颜料,我们的祖先最早用天然氧化钴(存在于矿石和植物中)作为陶器和瓷器中坯和釉的着色颜料,呈不同色调的蓝色和蓝绿色,而古代的希腊人和罗马人则最早将氧化钴用于玻璃的着色,呈天蓝色调。钴蓝的化学组成是CoO•Al2O3即铝酸钴,矿物组成是Co•Al2O4即钴铝尖晶石;钴蓝颜料有鲜明的色泽,着色强度很高,此外有极强的耐侯性、耐酸碱性,耐热可达1200oC以上,适用于作为陶瓷、玻璃、搪瓷、珐琅等材料的着色颜料。
  • 钴紫颜料

钴的用途及应用领域,再生钴产业发展

  • 用于陶瓷、玻璃等制品装饰的钴紫颜料为磷酸钴,化学式为Co3(PO4)2,呈蓝相紫色,采用干法固相合成。如以部分锂化合物替代钴化合物,可制成磷酸锂钴,即CoLiPO4紫色颜料。
  • 钴黑颜料

钴的用途及应用领域,再生钴产业发展

  • 主要有铁钴黑,其基本化学式为(Fe, Co)Fe2O4,尖晶石型晶体结构,主要用于陶瓷坯体的着色,其着色机理属于金属混相着色;还有铁钴铬黑,其化学式简式为:(Co, Fe)(Fe, Cr)2O4主要用作陶瓷釉料的着色,着色机理也是金属混相着色。
  • 【其他应用】

    • 饲料添加剂:动物,特别是反刍动物缺乏钴会造成消化能力下降、贫血等疾病,因此动物饲料中广泛添加微量的钴元素。
    • 催化剂:钴的化合物还作为催化剂应用于石油化工行业,作为粘合剂应用于橡胶轮胎行业。

    【目前钴消费现状】

    • 数据显示,2010钴的供应量为76363吨,消费量为65677吨;2011为82247吨,消费量为75100吨;2012年为77189,消费量为72000吨;2013年为85904吨,消费量为75000吨。据专家预计,受钴化学品产量增长驱动,预计2014年全球钴产量为9.06万吨,到2018年全球钴产量将增至10万吨,年均增长率约为7%。
    • 据统计,2014年我国钴酸锂行业钴消费量约2.7万吨,同比增加28.6%;三元材料领域钴消费量约4650吨,同比大幅增加106.6%。2014年硬质合金领域钴的消费量预计为2876吨,同比增长9.1%。同时,2014年高温合金领域钴消费量估算为1200吨,同比大幅增加71.4%。高温合金主要用于航空、航天领域。

    再生钴产业发展

    【钴回收应用意义及来源】

    • 钴的应用广泛,是一种重要的战略金属。随着钴消费量的日益增大,也产生了大量的钴废料。含钴废料是重要的二次资源,中国又是钴资源贫乏的国家,再生钴资源的回收利用是解决中国钴资源供给的有效途径。含钴废料种类多,主要有废高温合金、废硬质合金、废磁性合金、废可伐合金、废催化剂和废二次电池材料等。此外,炼过程中产生的钴渣也是回收的来源之一。

    钴的用途及应用领域,再生钴产业发展

    • 近两年国内从进口废料中回收钴的数量受到较大影响,不过随着国内电池材料产量的增加,国内的边角废料供应量也随之增加,因而在一定程度上弥补了进口废料减少的量,2014年全国废料回收钴的金属量在5000吨左右。

    【含钴转炉渣回收钴】

    • 使含钴转炉渣中的钴与其他元素分离并制成钴产品的过程,为含钴铜镍矿回收钴的一种方法。含钴转炉渣通常先经过火法富集,再用湿法将其中的钴与镍、铜等金属分离,然后从净化后的钴溶液中制取金属钴或氧化钴,其原则流程如下图:

    钴的用途及应用领域,再生钴产业发展

    【钴废料的回收利用】

    • 对于经过严格分类的纯净含钴合金废料,可根据具体情况直接熔炼成相应的合金使用,也可降级作为其它合金的配料使用。
    • 而对于不能直接利用的废料,可根据具体情况采用火法和湿法联合流程,或全湿法流程进行处理。采用火法流程时可以将含钴低的物料配入高冰镍转炉吹炼成高冰镍,在高冰镍处理过程中来综合 回收钴;也可以在电炉中熔炼成合金阳极送电解处理。采用湿法流程时,金属的溶解可采用化学法或电化学法溶解;从溶液中分离和富集金属,可根据具体情况采用化学沉淀法(中和水解沉淀、硫化沉淀、置换沉淀以及盐沉淀法等)、溶剂萃取和离子交换等技术。
    • 国内以前有许多厂利用含钴废料回收过钴,如江西赣州钴厂处理过废触媒、葫芦岛锌厂处理过磁钢渣等。目前国内一些小厂利用各种含钴废料回收钴,如镇江冶炼厂、潮州冶炼厂、福州钴厂、宁波钴厂等企业都取得一定经济效益,有的企业已持续生产20多年了,具有较强生命力,是增产钴的重要力量。再生钴的生产工艺简单,成本低,因此,要重视再生钴的回收利用。

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