0
04136674922

کبالت؛ خواص، كانی ها و كاربردهای آن

مشخصات کبالت:

 

كبالت فلزی نادر به رنگ سفید تا خاکستری یا سفید نقره‌ای است و سی و دومین عنصر فراوان در پوسته زمین با فراوانی نسبی ۰٫۰۰۲% می باشد. کبالت با عدد اتمی ۲۷، وزن اتمی ۵۸٫۹۳۳، وزن مخصوص ۸٫۹ گرم بر سانتی‌متر مکعب، سختی ۵ در مقیاس موس، نقطه جوش ۲۸۷۰ و نقطه ذوب ۱۴۹۵ درجه سانتیگراد، به عنوان یك فلز واسطه و عنصری فرومغناطیس، در گروه ۸ و دوره ۴ جدول تناوبی قرار دارد.

 

كبالت به دو صورت آلوتروپ یافت می شود:

۱- حالت با آرایش متراكم هگزاگونال در دماهای پایین.

۲- حالت مكعبی كه در دمای بالا پایدار است.

 

فرم مکعبی کبالت در دمای حدود ۴۱۷ درجه سانتیگراد تشکیل می شود و بیشتر در صورت وجود چند درصد آهن در شبكه متداول ‌تر است.

كبالت خالص با دمای کوری ۱۱۲۱ درجه سانتیگراد دارای بیشترین دمای كوری شناخته شده است. كبالت هگزاگونال در تمام دماها فرومغناطیس است اما نوع مكعبی آن در ۱۱۲۱ درجه سانتیگراد پارامغناطیس می شود.

 

 

فلز کبالت

 

کبـالت از لحاظ ژئوشیمی مشابه نیكل است و كانی های آن نیز همراه كانی های نیــكل ظاهر می شود. در این کانی ها، كبالت به صورت محصول فرعی استخراج می شود و مقدار آن ۰٫۰۷-۰٫۰۵ درصد ماده معدنی است. در ضمن تجزیه سرپانتین‌ها، دو عنصر نیكل و كبالت از هم جدا می شود، به این معنی كه نیكل در سیلیكات های منیزیم‌دار وارد شده و كبالت به صورت اكسید از آن جدا می شود.

كبالت با منشاء طبیعی دارای یك ایزوتوپ پایدار Co59 است که به طور طبیعی یافت می شود. كبالت ۲۲ ایزوتوپ رادیواكتیو هم دارد كه فراوان ترین آن Co60 با نیمه عمر ۵٫۳ سال، Co57 با نیمـه عمـر ۲۷۱٫۷۹ روز، Co56 با نیمـه عمـر ۷۷٫۲۷ روز و Co58 با نیمــه عمر ۷۰٫۸۶ روز می باشد. ایزوتوپ‌های رادیواكتیو باقیمانده، نیمه عمر كمتر از ۱۸ ساعت و یكی از آن ها نیمه عمر كمتر از یك ثانیـه دارد. کبـالت ۴ ایزوتـوپ نیمـه پایدار دارد كه همه‌ی آن ها نیمـه عمر كمتر از ۱۵ دقیقه دارند.

 

کبالت ۶۰ یك محصول ثانویه ایزوتوپ رادیواكتیو كبالت، به عنوان یكی از مهم ترین عوامل ردیاب رادیواكتیو و معالجه سرطان می باشد. این ایزوتوپ در آنالیزهای شیمیایی و متالورژی و در مطالعات زیست شناسی به عنوان یك ردیاب رادیواكتیو به كار می رود. Co60 منتشر كننده تابش گامای قوی است و قرار گرفتن در معرض Co60 خطر سرطان را به دنبال دارد. پرتوهای گاما كه در واپاشی Co60 ایجاد می شوند، انرژی هایی برابر با ۱٫۱۷ و  ۱٫۳۳ مگا الكترون ولت دارند كه با نیمه عمر ۵٫۳ سال خود، منبع بزرگی از رادیو اكتیوتیه در استریل كردن غذا، رادیوگرافی و رادیوتراپی بعنوان یك منبـع خارجـی فراهم می‌آورند.Co60  یك عامل خطرناك در برخورد هسته ای است زیرا نوترون آهن را به ایزوتوپ رادیواكتیو تبدیل خواهد نمود.

 

كبالت به صورت فلز آزاد یافت نمی شود بلكه معمولاً به شكل كانسنگ یافت می‌گردد و معمولاً به تنهایی استخراج نمی شود و تمایل دارد كه همراه با نیكل و مس استخراج شود. ذخایر اصلی كبالت، کانه های كبالتیت، اریتریت، گلوكودوت و اسكوترودیت می باشند.

 

کانی کبالت

 

 

کشورهای کنگو، استرالیا، کوبا، زامبیا و روسیه بیشترین میزان ذخایر کبالت دنیا را به خود اختصاص داده‌اند.

كبالت به عنوان یك فلز استراتژیك به حساب می‌آید و در برخی كشورها به عنوان ذخیره استراتژیك انبار می شود. تولید كبالت به معدن كاری كانه های كبالت‌دار دیگر فلزات از جمله مس و نیكل بستگی دارد كه تأثیرات اقتصادی با اهمیتی را در تعیین كانه هایی دارد كه كبالت در آینده از آن ها استحصال خواهد شد. تولید کبالت را نمی‌توان بدون افزایش در بازار فلزات اولیه به طور چشمگیری افزایش داد. دیگر عامل مهم در تولید كبالت این واقعیت است كه تولید عظیمی از كانه كبالت در مقیاس جهانی از كشور کنگو است و بنابراین وابسته به ثبات سیاسی آن كشور می باشد. علاوه بر تولید اولیه یا تولید از ماده معدنی و كانسار، بازیافت كبالت نیز اهمیت یافته است.

 

 

تاریخچه کبالت:

 

كبالت دارای تاریخچه‌ای بسیار طولانی است. كانه های كبالت هزاران سال به عنوان عامل ایجاد رنگ آبی در شیشه‌سازی و سفالگری به كار می رفته است. سفال های با جلای آبی رنگ كه در مقبره های مصری یافت شده و قدمت آن ها به ۲۶۰۰ سال پیش از میلاد مسیح می رسد، دارای كبالت هستند. به همین سان، دانه های شیشه‌ای آبی رنگ گردنبند پیدا شده در شمال غرب ایران با قدمت ۲۲۵۰ سال پیش از میلاد مسیح نیز دارای كبالت می باشد. گلدان های پورتلند موجود در موزه بریتانیا شواهدی دال بر استفاده از رنگدانه های كبالتی توسط شیشه‌گران یونانی در آغاز دوران مسیح دارند.

    مواد كبالت‌دار در ایجاد رنگ آبی برای كوزه‌گری چینی در صدها سال پیشتر نقش داشته‌اند. این مواد در كارهای شیشه‌ای ونیزی هم در نیمه اول قرن پانزدهم دیده می شود. رنگدانه های آبی رنگ مرغوب كه برای این منظور ایجاد شده‌اند را می‌توان با ذوب كانه اكسیدی كبالت با پتاس و سیلیس به دست آورد كه ماده‌ای شیشه‌ای بنام اسمالت ایجاد می‌كند. با پودر كردن این ماده رنگدانه ها به دست می‌آید.

 

پودر آبی کبالت دار

 

 

در قرون ۱۶ و ۱۷ میلادی، در پی پیشرفت شایان توجه تکنولوژی متالورژی، کبالت در قالب مینا یا لاجورد تولید شد. در آن زمان اکسید کبالت از تشویه کانی‌ های سولفوآرسنیکی کبالت تهیه شد. این ماده وقتی با کربنات پتاسیم ذوب می‌شد، به حالت شیشه‌ای با جلای لاجوردی پدیدار می‌گشت و بدین ترتیب قابلیت ایجاد رنگ آبی توسط کبالت، دوباره کشف شد. جهش در به كارگیری مواد كبالت‌دار، كشف این نكته در اوایل قرن ۱۸ بود كه از محلول های حاوی بیسموت و كبالت می‌توان رنگ جاندار یا جوهر زنده تهیه كرد.  

در سال ۱۷۳۵ بود كه یك دانشمند سوئدی بنام براندت برای اولین بار فلز كبالت را به صورت‌‌‌ یك نمونه ناخالص با احیاكردن از كانسنگ جدا كرد. وی كبالت را به رنگ آبی در شیشه نشان داد كه قبلاً ناشی از بیسموتی می‌دانستند كه همراه با كبالت یافت شده است. در سال ۱۷۸۰، برگمان نشان داد كه این فلز در واقع یك عنصر است.

با این وجود، کبالت تا قرن بیستم استفاده محدودی داشت و استفاده از آن به عنوان یك فلز، به سال ۱۹۰۷ بر می‌گردد كه اها واینس یك سری آلیاژهای كبالت ـ كروم را طراحی كرد كه استلیت نام داشتند. در سال ۱۹۱۷، هوندا کشف یک آلیاژ مغناطیسی قوی کبالت را اعلام کرد. در ۱۹۳۰ مشاهده شد كه افزودن كبالت به آلیاژهای خاصی از آهن، نیكل و آلومینیوم ویژگی آن ها را به عنوان آهنـربای دائم افزایش می‌دهد و در سال ۱۹۳۵ سری آلیــاژهای مغناطیسـی ALNICO یا Al.Ni.Fe.Co  توسعه یافت. در سال ۱۹۳۸ هم ایزوتوپ Co60 كشف شد.

 

پیشرفت‌های عمده در بازیافت كبالت در قرن بیستم، ریشه در كشف كانسارهای جدید و نیز بهبود روش های استحصال فلز از كانه دارد. كانه های مسی كبالت‌دار در سال ۱۹۱۴ در کنگو (زئیر) كشف شدند و استحصال كبالت از كانه های این معادن در ۱۹۲۴ آغاز گشت، حال آن كه بازیافت كبالت از بازمانده تشویه پیریت در ۱۹۲۶ در آلمان آغاز شد. معدن كاری كانه های كبالت، نیكل، طلا و نقره در سال ۱۹۳۲ در مراكش آغاز شد و تولید كبالت از كانه های مس زامبیا در سال ۱۹۳۳ انجام گرفت. در سال ۱۹۴۰، شركت بین المللی نیكل، روش جدیدی را برای بازیافت كبالت از كانه های نیكل معرفی كرد و از ۱۹۵۲ تا ۱۹۵۵ تولید كبالت توسط شركت های كانادایی فالكون بریج، نیکل مانیز، شریت گوردن و مانینگ کو آغاز شد.

 

 

 

 

 

مصارف عمده کبالت:

 

  • ساخت آلیاژهای مقاوم در حرارت بالا

 

  • ساخت سوپر آلیاژهای پایه کبالت

 

  • ساخت آلیاژهای مغناطیسی برای آهنرباهای دائمی قوی و ابزار ثبت مغناطیسی

 

  • ساخت انواع آلیاژهای مقاوم در برابر خوردگی و فرسایش

 

  • ساخت الکترودهای جوشکاری پایه کبالت در مصارف روکش کاری مقاوم به سایش و خوردگی

 

  • در صنایع برش، ساخت تراش دهنده ها و ابزارهای الماسه

 

  • به عنوان كاتالیزور در صنایع شیمیایی و نفت

 

  • خشك كننده رنگ، جلا و جوهر (مركب)

 

  • صنعت رنگ و شیشه

 

کبالت (كبالت آبی و كبالت سبز) به صورت پوشش‌هایی برای رنگ‌های لعابی چینی‌ها، سرامیك و رنگدانه در شیشه ها استفاده می شود. سده های متمادی است كه برای ایجاد رنگ آبی در شیشه، سرامیك و لعاب از اكسیدكبالت استفاده می‌كنند.

 

 

  • ابزار های الکتریکی و الكترودهای باتری ها

 

اخیراً به اكسید كبالت سیاه رنگ Co3O4 به عنوان ماده پوشش انتخابی برای كلكتور خورشیدی دمای بالا توجه می شود. كار اكسید كبالت كه در پوشش بكار می رود، انجام عمل تمركز پرتوهای خورشیدی بر سطح كلكتور تا ۲۰۰۰ برابر است و تا°C  ۱۰۰۰ این عمل را بی هیچ گونه خللی در عملكرد خود انجام می‌دهد. بدین منظور، نیاز به جذب بسیار بالای خورشیدی با انتشار فروسرخ پایین داریم. پوشش اكسید كبالت را می‌توان با آبكاری، پیرولیز نمك كبالت بر سطح لایه های گرم زیرین، نهشت در خلاء و با استفاده از رنگ‌های با بنیان  Co3O4آماده كرد.

اكسید كبالت II  را در ترمیستورها به كار می برند تا هم مقاومت و هم ضریب دمایی مقاومت وسیله را بهبود بخشند. تعدادی از اكسید كبالت فلزات به صورت مخلوط در ابزارهایی بكارگرفته شده است، از جمله NiCoO4 و La2CoO4 به عنوان مواد آندی در الكترولیز آب،  LiCoO2 به عنوان الكترود در باتری ‌های لیتیم،  NaCoO2 به عنوان كاتد در باتری ‌های سدیم وCoMoO4  به عنوان الكترود پیل سوختی. اكسید آهن به همراه كبالت به طور گسترده ای در پوشش نازك روی نوارهای ضبط مغناطیسی بكار می رود.

 

 

  • کاربردهای پزشکی  

 

در پزشكی، کبالت ۶۰ به عنوان یك فلز رادیواكتیو در پرتودرمانی (رادیوگرافی) استفاده می شود. استفاده پزشكی كبالت بیشتر در ویتامین B1 است. این ویتامین از مشروب و به روش تولید میكروبی آنتی بیوتیک هایی همچون استپتومایسین، آئرومایسین و ترامایسین پس از زدایش آنتی بیـوتیک ها به دست می‌آید. ویتامیـن B12 و کبالت در درمان انواع خاصـی از كم‌خونـی بكار می رود. نمک های كبالت كه به طور تزریقی به كار می روند، در مسمومیت سیانیدی بعنوان پادزهر استفاده می شوند.

 

 

  • کاربرد در کشاورزی

 

کبالت به عنوان یک عنصر جزئی در مقیاس میلی گرم و میكروگرم در اعمال آنزیمی دخالت دارد. تمامی موجودات زنده (حتی انسان ها) به مقادیر كمی (ppm30-13) از نمك ‌های كبالت نیاز دارند. كبالت در خاك، سلامتی جانوران را هم تأمین می‌كند. مواد شیمیایی كبالت برای جبران كمبود كبالت خاك و حیوانات به كار می رود.

 

 

  • تهیه آهن ربای دائمی و ابزار فولادی

 

  • استفاده از کبالت ۶۰ به عنوان منبع اشعه گاما در رادیوگرافی فلزات و برخورد تابشی با غذاها برای استریلیزه كردن (پاستوریزه كردن سرد)

 

 

 

برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد کبالت، نوشته زیر از عصر مواد هم توصیه می شود:

 

کبالت و آلیاژهای کبالت

 

 

 

 

 

 

 

 

ارسال دیدگاه