| 词条 | 钴华 |
| 释义 | § 基本概述 钴华已知的含钴矿物约100种。主要的钴矿物为：硫钴矿(Co3S4)、纤维柱石(CuCo2S4)、辉砷钴矿(CoAsS)、砷钴矿(CoAs2)、钴华(3CoO·As2O5·8H2O)等。扎伊尔、赞比亚、美国、澳大利亚、菲律宾、摩洛哥、加拿大、芬兰分布较多。世界上的主要钴矿有四种类型：①铜钴矿，以扎伊尔、赞比亚储量为最大，扎伊尔的产钴量占全世界产量的一半以上；②镍钴矿，包括硫化矿和氧化矿；③砷钴矿；④含钴黄铁矿。这些钴矿含钴均较低。海底锰结核是钴的重要远景资源。 钴的拉丁文原意就是“地下恶魔”。数百年前，德国萨克森州有一个规模很大的银铜多金属矿床开采中心，矿工们发现一种外表似银的矿石，并试验炼出有价金属，结果十分糟糕，不但未能提炼出值钱的金属，而且使工人二氧化硫等毒气中毒。人们把这件事说成是“地下恶魔”作祟。在教堂里诵读祈祷文，为工人解脱“地下恶魔”迫害。这个“地下恶魔”其实是辉钴矿。1753年，瑞典化学家格·波朗特（G.Brandt）从辉钴矿中分离出浅玫色的灰色金属，制出金属钴。1780年瑞典化学家伯格曼（T.Bergman）确定钴为元素。 § 结构分布 钴粉钴是具有光泽的钢灰色金属，比较硬而脆，有铁磁性，加热到1150℃时磁性消失。钴的化合价为2价和3价。在常温下不和水作用，在潮湿的空气中也很稳定。在空气中加热至300℃以上时氧化生成CoO，在白热时燃烧成Co3O4。氢还原法制成的细金属钴粉在空气中能自燃生成氧化钴。 钴的资源 钴华在地壳中含量0.35%（质量），海洋中钴总量约23亿吨，自然界已知含钴矿物近百种，大多伴生于镍、铜、铁、铅、锌等矿床中，含钴量较低。中国已探明钴金属估有储量近数十万吨。分布于全国24个省（区），其中主要有甘肃、山东、云南、湖北、青海、河北和山西。这七个省的合计储量占全国总保有储量的71%，其中以甘肃储量最多，占全国的28%。此外，安徽、四川、新疆等省（区）也有一定的储量。世界钴产量1986年达到顶峰3万吨，以后不断下降，到1989年只有2.5万吨左右。扎伊尔和赞比亚是最大的钴生产国，其产量约占世界总产量的70%。 钴的制取 钴矿物的赋存状态复杂，矿石品位低，所以提取方法很多而且工艺复杂，回收率低。一般先用火法将砷钴精矿、含钴硫化镍精矿、铜钴矿、钴硫精矿中的钴富集或转化为可溶性状态，然后再用湿法使钴进一步富集和提纯，最后得到钴化合物或金属钴。 § 原料特点 钴华钴是一种化学元素，化学符号Co，原子序数27，原子量58.9332，属周期系Ⅷ族。1735年瑞典G.布兰特从辉钴矿中还原出金属钴，其英文名称来源于德文Kobalt，含义是妖魔，这是因为辉钴矿中含有砷，损害了矿工的健康。钴在地壳中的含量为0.0023％，主要矿物有辉钴矿(CoAsS)、方钴矿(CoAs3)、砷钴矿(CoAs2)、钴土矿（CoO·2MnO2·4H2O）、菱钴矿(CoCO3)、钴华(3CoO·As2O5·8H2O)、硫铜钴矿（CuCo2S4)、硫钴矿(Co3S4)，海底的锰结核中钴的储量很大，是钴的重要远景资源。钴有两种同位素：钴59为稳定同位素，钴60为放射性同位素。钴是银灰色有光泽的金属，熔点1495℃，沸点2870℃，相对密度8.9。有延展性和铁磁性，常温下，致密的金属钴在空气中稳定，高于300℃时，钴被氧化，极细的粉末状钴会自燃。 室温下钴不和水作用，赤热的钴能分解水，并放出氢气。钴溶于稀盐酸、稀硫酸和稀硝酸，在发烟硝酸中，金属钴的表面被钝化。钴还能缓慢地与氢氟酸、氨水和氢氧化钠溶液作用。在加热时，钴与硫、氯、溴发生剧烈反应。钴的氧化态＋1、＋2、＋3、＋4。在简单化合物中以＋2价最稳定，简单的＋3价钴离子是强氧化剂，容易被还原。钴有三种氧化物：CoO、Co2O3、Co3O4。氢氧化钴〔Co(OH)2〕是两性氢氧化物，不溶于水，溶于酸，也溶于浓的强碱溶液。钴也是一种成矾元素，硫酸钴(CoSO4)能与碱金属硫酸盐形成矾[Co(SO4)2]·6H2O(M1为碱金属离子)。＋2和＋3价钴钴华 离子都容易形成稳定的配位化合物，如(en为乙二胺)、Coedta2-(edta为乙二胺四乙酸）。由于水合作用、溶剂化作用和配位作用，钴盐在水溶液中呈现多种颜色变化。在加压下，金属钴粉与一氧化碳化合成八羰基二钴[Co2(CO)8]，它也是一种配位化合物。 钴矿物的存在状态较复杂，矿石品位也低，所以提取工艺也很烦琐。砷钴矿可先与焦炭、石灰石放在鼓风炉内熔炼，得粗金属，然后经除杂质和氧化，得氢氧化钴，加热成氧化钴，用木炭加热还原成金属钴。氧化钴矿可先与焦炭、石灰石混合在电炉中熔炼，生成含钴合金，再经硫酸溶解和除杂质，得氢氧化钴后制成金属钴。大量钴用于生产钴与稀土金属的永磁合金，磁性很强。钴与镍、铬、钼、钨的合金在高温下强度高、耐热性能好，用于喷气飞机和燃气轮机。钴60是应用广泛的放射源，用于辐射育种和防治虫害，食品辐照保鲜，测定厚度以及放射治疗等。 § 元素辅助 钴矿发现过程：1735年，瑞典的布朗特在煅烧钴矿时得到钴矿。元素描述：金属钴呈银白色，密度8.9克/厘米3。熔点1495℃，沸点2870℃。化合价2和3。电离能为7.86电子伏特。性硬，具有延展性，其硬度和延展性都比铁强，但磁性较差。与钐、镍、铝等共熔可得良好得磁性钢。同水和空气不发生作用，但能迅速地为盐酸、硫酸和硝酸所侵蚀，还会缓慢地被氢氟酸、氨水和氢氧化钠所侵蚀，同所有过度元素一样表现变价，并生成铬离子和有色地化合物。用来制造超硬耐热合金、磁性合金、碳化钨的基体或粘合剂。钴的合金在高温下仍能保持其原有的强度和其他有价值的性质。 元素来源：砷钴矿和辉砷钴矿是自然界中的主要钴矿。把辉砷钴矿或砷钴灼烧成氧化物后用铝还原制得。钴-60通常以中子轰击金属钴制取。 元素用途：几个世纪以来，蓝色的钴盐一直赋予瓷器以及珐琅精美的色彩。钴的合金可以用来制造喷气飞机的推进器和其他在高温下运转的装置。它的放射性同位素则可用来治疗癌症。其他化合物可用作催化剂。60Co是一种放射源，可以代替X射线和镭用以检查物体内部的结构，探测物体内部存在的裂缝和异物。元素辅助资料：钴在地壳中含量不小，大于常见金属铅、锡等，但明显比铁少得多，而且钴和铁的熔点不相上下，因此注定它比铁发现得晚。可以被磁石吸引。 关于钴华，古代希腊人和罗马人曾利用它的化合物制造有色玻璃，生成美丽的深蓝色。中国唐朝彩色瓷器上的蓝色也是由于有钴的化合物存在。这些都说明古代劳动人民也早已利用钴的化合物了。含钴的蓝色矿石辉钴矿CoAsS，中世纪在欧洲被称为kobalt，首先出现在16世纪居住在捷克的德国矿物学家阿格里科拉的著作里。这一词在德文中原意是“妖魔”。这可能是当时认为这种矿石是无用的，而且由于其中含砷，妨害工人的身体健康才使用的。今天钴的拉丁名称cobaltum和元素符号Co正是德文中“妖魔”一词而来。1742年瑞典化学教授布兰特研究辉钴矿时，发现了一种不知名的金属（也就是钴），他把这种金属列为半金属。1780年柏格曼制得纯钴。钴被确立为一种元素，1789年拉瓦锡首次把它列入元素周期表中。进行钾元素的焰色反应时需要使用蓝色的钴玻璃，以滤去钠元素的黄色火焰。 § 工业应用 钴华金属钴主要用于制取合金。钴基合金是钴和铬、钨、铁、镍组中的一种或几种制成的合金的总称。含钴的一定量钴的刀具钢可以显著地提高钢的耐磨性和切削性能。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，如今这种硬质合金已成为含金切削工具和铝间用的最重要材料。在这种材料中，钴将合金组成中其它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。航空航天技术中应用最广泛的合金是镍基合金，也可以使用钴基合金，但两种合金的“强度机制”不同。含钛和铝的镍基合金强度高是因为形成组成为NiAl(Ti)的相强化剂，当运行温度高时，相强化剂颗粒就转入固溶体，这时合金很快失去强度。钴基合金的耐热性是因为形成了难熔的碳化物，这些碳化物不易转为固体溶体，扩散活动性小，在温度在1038℃以上时，钴基合金的优越性就显示无遗。这对于制造高效率的高温发动机，钴基合金就恰到好处。在航空涡轮机的结构材料使用含20%-27%铬的钴基合金，可以不要保护覆层就能使材料达高抗氧化性。核反应堆供热汞作使热介质的涡轮发电机可以不检修而连续运转一年以上。据报道美国试验用的发电机的锅炉就是用钴合金制造的。 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℃，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。在振动下，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。因而钴在磁性材料上的优势就很明显。钴金属在电镀、玻璃、染色、医药医疗等方面也有广泛应用。钴还可能用来制造核武器，一种理论上的原子弹或氢弹,装于钴壳内,爆炸后可使钴变成致命的放射性尘埃。 § 生活应用 钴矿钴是中等活泼的金属元素，有二价和三价二种化合价。钴可经消化道和呼吸道进入人体，一般成年人体内含钴量为1.1-1.5mg。在血浆中无机钴附着在白蛋白上，它最初贮存于肝和肾，然后贮存于骨、脾、胰、小肠以及其它组织。体内钴14%分布于骨骼，43%分布于肌肉组织，43%分布于其它软组织中。经常注射钴或暴露于过量的钴环境中，可引起钴中毒。儿童对钴的毒性敏感，应避免使用每千克体重超过1mg的剂量。在缺乏维生素B12和蛋白质以及摄入酒精时，毒性会增加，这在酗酒者中常见。 食物中钴含量较高者有甜菜、卷心菜、洋葱、萝卜、菠菜、西红柿、无花果、荞麦和谷类等，蘑菇含量可达61ug/100g。经口摄入的钴在小肠上部被吸收，并部分地与铁共用一个运载通道，在血浆中是附着在白蛋白上。吸收率可达到63%-93%，铁缺乏时可促进钴的吸收。钴主要通过尿液排出，少部分由肠、汗、头发等途径排出，一般不在体内蓄积。 钴是维生素B12组成部分，反刍动物可以在肠道内将摄入的钴合成为维生素B12，而人类与单胃动物不能将钴在体内合成B12。现在还不能确定钴的其它的功能，但体内的钴仅有约10%是维生素的形式。已观察到无机钴对刺激红细胞生成有重要的作用。有种贫血用叶酸、铁、B12治疗皆无效，有人用大剂量的二氯化钴可治疗这类贫血。然而，这么大剂量钴反复应用可引起中毒。钴对红细胞生成作用的机制是影响肾释放促红细胞生成素，或者通过刺激胍循环。还观察到供给钴后可使血管扩张和脸色发红，这是由于肾释放舒缓肌肽，钴对甲状腺的功能可能有作用，动物实验结果显示，甲状腺素的合成可能需要钴，钴能拮抗碘缺乏产生的影响。 § 相关词条 白云石重晶石硬石膏黄钾铁矾铬铅矿白钨矿 钼铅矿独居石铜铀云母磷氯铅矿云母磷矿 磷灰石钒铅矿臭葱石蓝铁矿镍华铜矿 § 参考资料 http://www.chemyq.com/xz/xz13/124592ruxfy.htm http://www.jingxun.net/100ke/se3.asp?/view/434679.htm |
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