Кобальт

Ко́бальт (химический символ — Co, от ) — химический элемент 9-й группы (по устаревшей классификации — побочной подгруппы восьмой группы, VIIIB), четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 27.

Простое вещество кобальт — это серебристо-белый, слегка желтоватый переходный металл с розоватым или синеватым отливом. Существует в двух кристаллических модификациях: -Co с гексагональной плотноупакованной решёткой; -Co с кубической гранецентрированной решёткой. Температура перехода 427 °C.

Происхождение названия Название «кобальт» происходит от  — домовой, гном. При обжиге содержащих мышьяк кобальтовых минералов выделяется летучий ядовитый оксид мышьяка. Руда, содержащая эти минералы, получила у горняков имя горного духа кобольда. Древние норвежцы приписывали отравления плавильщиков при переплавке серебра проделкам этого злого духа. В этом происхождение названия кобальта схоже с возникновением названия никеля ( — озорник, гном Никель). В 1735 году шведский минералог Георг Брандт сумел выделить неизвестный ранее металл из саксонских полиметаллических руд, который назвал кобальтом, что описал в своей диссертации «О полуметаллах» (). В ней он показал, что имел честь открыть новый «полуметалл», ранее часто принимавшийся за висмут. Он выяснил также, что соединения именно этого элемента окрашивают стекло в синий цвет — этим свойством пользовались ещё в древних Ассирии и Вавилоне. Однако первоначально открытие Брандта не получило должной известности. Некоторые учёные полагали, что открытый шведом металл представляет собой смесь веществ с «особой землёй». Окончательно доказал, что это самостоятельный элемент французский химик в 1781 году; он также дал описание металлургических методов его извлечения. В середине 1830-х годов французский ветеринар Шарль Аскин разработал способ разделения кобальто-никелевых руд с применением хлорной извести. Позже этот метод был усовершенствован и внедрён в промышленное производство.

Кобальтовый синий имеет шестнадцатеричный код цвета #0047ab.

История

Соединения кобальта известны человеку с глубокой древности. Первоначально кобальт нашёл применение в качестве синего красителя (тенарова синь или кобальтовая синь) при производстве предметов декоративно-прикладного искусства, стекла, эмалей, фарфора и керамики и др. Кобальтовые фарфор и керамика отличаются особенным глубоким тёмно-синим цветом. Кобальтовые краски являются одними из древнейших и использовались во многих центрах декоративно-прикладного искусства Европы и Азии. Считается, что в Китае применение кобальта для окраски изделий из керамики началось одновременно с распространением фарфора. Синие кобальтовые стёкла, эмали, краски находят в гробницах Вавилонии и Древнего Египта не позднее 2600 года до н. э. Так, в гробнице Тутанхамона нашли предметы из стекла, окрашенные в синий цвет, причём не только с использованием меди, но и кобальта. Синие стёкла и эмали, получаемые с применением кобальта, известны среди наследия Древней Греции и Древнего Рима. Неизвестно, было ли приготовление стёкол и красок сознательным или случайным. Установлено, что на территории современного Азербайджана кобальт для изготовления стёкол, эмалей и глазурей употреблялся со времён Х—XII веков. Видимо он был побочным продуктом при выплавке меди из рудных месторождений Дашкесана. В средневековой Европе об использовании металла для создания предметов обихода (венецианское стекло) известно со второй половины XV века. Позже, в ХV—XVI веках, в Европе он стал применяться более широко. В 1550 году алхимик Беренгуччио отмечал, что синий окрас стекла обязан содержанием вещества заффар (заффер). С этого времени варианты этого названия встречаются в трудах других авторов. Предполагается, что именно заффару обязан своим названием один из минералов кобальта — саффлорит ().

На базе южносаксонского месторождения полиметаллических руд в Шнееберге (Рудные горы) развернулась добыча кобальта. Установлено, что начиная с 1520-х годов там из него стали изготавливать краску, которая отправлялась в Венецию — крупнейший центр стекольного производства. В 1679 году немецкий алхимик Иоганн Кункель привёл описание получения заффера. К 1790 году в Европе насчитывалось 25 кобальтовых производств, специализирующихся на изготовлении смальты, известной также как синее кобальтовое стекло, синяя смальта — одного из элементов мозаики. До второй половины XIX века главным центром добычи металла была Германия, хотя в меньшем количестве он производился и в других европейских регионах (Швеция, Норвегия, Испания). Такое положение сохранялось до 1860-х годов, когда французский инженер установил наличие на Новой Каледонии богатых залежей никелевых и кобальтовых руд. С 1870-х годов началась их интенсивная разработка, и французский остров на протяжении нескольких десятилетий стал основным экспортёром кобальта. В начале XX века были найдены богатые залежи серебряно-кобальтовых руд в канадской провинции Онтарио, которая становится основным поставщиком кобальта на мировой рынок. В 1909 году там было добыто более 1500 тонн металла, после чего производство в этом регионе стало постепенно падать. С 1920-х годов центр добычи переместился в провинцию Катанга в Бельгийском Конго, где компания приступила к промышленной добыче кобальта. В XXI веке основным производителем кобальта в мире является швейцарская компания Glencore. Именно она является основным поставщиком кобальта при производстве аккумуляторных батарей для электронных устройств и электроавтомобилей. Главным активом швейцарского трейдера в этой сфере является кобальтовое производство в Заире. Стимулированию добычи кобальта способствовали открытие его свойств и расширение сферы его применения. В 1897 году французский химик Поль Сабатье предложил его в качестве катализатора. С 1901 года металл был внедрён в производство быстросохнущих масляных красок. В 1907 году американский изобретатель и промышленник Элвуд Хейнс запатентовал способ изготовления металлорежущих резцов из стеллитов — сверхтвёрдых сплавов кобальта с хромом, а позже стали внедряться технологии с использованием в них различных добавок (вольфрама и/или молибдена). Стеллиты широко используются для напыления, наплавки и напайки деталей машин, станков и инструмента с целью повышения износостойкости. Со времён Первой мировой войны кобальт применяется при производстве гопкалита, используемого в средствах индивидуальной защиты органов дыхания, в частности, противогазов. В 1917 году японский учёный и изобретатель Котаро Хонда открыл кобальтосодержащие магнитные сплавы (кобальтовая, японская сталь).

Нахождение в природе Массовая доля кобальта в земной коре 4 %. Содержание в морской воде приблизительно 0,005 мг/дл.

Кобальт входит в состав минералов: каролит CuCo2S4, линнеит Co3S4, кобальтин CoAsS, сферокобальтит CoCO3, смальтин CoAs2, скуттерудит (Co, Ni)As3 и других. Всего известно около 130 кобальтосодержащих минералов, из них 40 непосредственно кобальтовые. Кобальту сопутствуют мышьяк, железо, никель, хром, марганец и медь.

Содержание в морской воде приблизительно 1,7 %.

Месторождения, запасы и производство

Крупнейшие залежи кобальта находятся в Демократической Республике Конго — около 6 млн т, что составляет более 60 % разведанных мировых запасов. Также крупные резервы есть в Австралии (1,7 млн т), Индонезии (640 тыс. т), Кубе (500 тыс. т), Филиппинах (260 тыс. т), Канаде (220 тыс. т), Замбии (270 тыс. т), России (250 тыс. т), а также в США, Франции и Казахстане. Добыча кобальта в мире может увеличиться до 200 тыс. тонн к 2025 году, а к 2030 году, по прогнозам экспертов, глобальное производство кобальта превысит 400 тыс. т. В 2024 году общемировые резервы составили 11 млн т металла.

Крупнейшие компании-производители кобальта в мире:

CMOC Group (Китай) — 114 165 т в год. Glencore (Швейцария) — 38 200 т в год. Zhejiang Huayou Cobalt (Китай) — 23 000 т в год. Eurasian Resources Group (Люксембург) — 20 000 т в год. Норильский никель (Россия) — 8 700 т в год.

По ежегодной добыче первое место с большим отрывом также занимает Конго — 220 тыс. тонн (84 % мировой добычи). Китай является крупнейшей страной по потреблению (52 % мирового объёма) и переработке (67 %) кобальта. Россия занимает второе место в мире по производству кобальта с долей около 5 %. В 2015 году было запущено промышленное производство товарного кобальта на Кольской ГМК в Мончегорске.

Получение Кобальт получают путем пирометаллургической или гидрометаллургической переработки (обработка растворами серной кислоты или аммиака) в основном никелевых руд. Для отделения от близкого по свойствам никеля используется хлор, хлорат кобальта(II) (Co(ClO3)2) выпадает в осадок, а соединения никеля остаются в растворе. Методы фракционного окисления и гидролитического осаждения позволяют отделить сопутствующие элементы, такие как железо, марганец. Также железо и серебро удаляют цементацией. Под воздействием NaClO или Cl2 осаждением разделяют кобальт и никель.

Методы получения чистого кобальта:

Гидрометаллургическая переработка с экстракцией и электролизом

Кобальтсодержащее сырье (руды, концентраты) обрабатывают серной или соляной кислотой для перевода металлов в раствор. Медь удаляют восстановлением до Cu(I) и селективной экстракцией, гидролиз при контролируемом pH осаждает Fe и As, для снижения содержания Pb, Ni, Mn используют высокопроизводительные экстракторы. Очищенный раствор CoCl2 подвергают электроэкстракции. На катодах осаждается кобальт чистотой 99,98 % (марка К0). Содержание примесей (Bi, Pb, Ag) снижается до 0,00002 %, что критично для жаропрочных сплавов.

Осаждение гидроксида кобальта

Проводится окисление растворов пероксидом водорода или хлором для перевода Co(II) в Co(III). Далее осаждают Co(OH)3 в буферной среде (бикарбонаты/карбонаты Na/K) при pH 7.8-9.4. Это обеспечивает селективное отделение от Ni, Cu, Fe. Прокаливают гидроксид для получения оксида Co3O4 с последующим восстановлением до металла.

Метод исключает использование хлоридов, снижая экологическую нагрузку в производстве.

Пирометаллургические методы

Источником являются отходы цинкового производства (кек Co-Ni с 0.5-1.3 % Co). Кобальт получают следующими способами:

Кислотное выщелачивание — кобальт извлекают серной кислотой из кека.

Сорбция и экстракция — для разделения Co, Ni, Cu применяют ионообменные смолы или экстрагенты.

Стоимость металлического кобальта В конце 1970-х годов цена на кобальт резко поднялась на 2000 % из-за политических событий в Республике Конго после провозглашения политической независимости от Франции.

За период с 2016 года по 2018 год биржевые цены на кобальт выросли в 4 раза с $22000 до $95000 за тонну. Такой взлет цен был обусловлен в основном высоким спросом на кобальт для производства литий-ионных аккумуляторов для электромобилей и смартфонов, который сильно опережал предложение. Уже в следующем году цена упала с долгосрочного максимума до уровня $30 тыс. за тонну.

В феврале 2025 года Демократическая Республика Конго приостановила экспорт кобальта на четыре месяца, чтобы справиться с избытком предложения металла, которое возникло из-за расширения производства в Кисанфу и увеличение экспорта кобальта с Тенке-Фунгуруме — рудников китайской компании CMOC в Конго, а также из-за увеличения производства в Индонезии. В марте 2021 года цена достигала на биржах 53 000 долл. за тонну. С 2022 года цены упали примерно на 30 %, достигнув в начале 2025 года минимума за последние 9 лет ($21,5 тыс. за тонну).

23 июня 2025 года страна продлила эмбарго ещё на три месяца. На июль 2025 года цена на кобальт составляла около $33000 за тонну.

Физические свойства