Kobalt Metall | Eigenschaften, Herstellung und Anwendungen

1735 isolierte der schwedische Chemiker Georg Brandt das Element erstmals aus Kupfererz. Er demonstrierte, dass das blaue Pigment von Kobalt, nicht Arsen oder Wismut, wie ursprünglich von den Alchemisten geglaubt, entstand.

Nach seiner Isolierung blieb Kobaltmetall selten und wurde bis ins 20. Jahrhundert selten verwendet.

Kurz nach 1900 entwickelte der amerikanische Automobilunternehmer Elwood Haynes eine neue korrosionsbeständige Legierung, die er Stellit nannte. Die im Jahre 1907 patentierten Stellellegierungen enthalten hohe Kobalt- und Chromgehalte und sind völlig unmagnetisch.

Eine weitere bedeutende Entwicklung für Kobalt war die Erfindung von Aluminium-Nickel-Kobalt (AlNiCo) Magneten in den 1940er Jahren. AlNiCo-Magnete waren der erste Ersatz für Elektromagnete. Im Jahr 1970 wurde die Industrie durch die Entwicklung von Samarium-Kobalt-Magneten, die bisher unerreichte Magnet-Energiedichten aufwiesen, weiter transformiert.

Die industrielle Bedeutung von Cobalt führte dazu, dass die London Metal Exchange (LME) 2010 Kobalt-Futures-Kontrakte einführte.

Produktion

Kobalt kommt natürlicherweise in nickelhaltigen Lateriten und Nickel-Kupfersulfid-Vorkommen vor und ist daher oft als Nebenprodukt von Nickel und Kupfer extrahiert. Nach Angaben des Cobalt Development Institute stammen etwa 48% der Kobaltproduktion aus Nickelerzen, 37% aus Kupfererzen und 15% aus primärer Kobaltproduktion.

Die wichtigsten Erze von Cobalt sind Kobaltit, Erythrit, Glaucodot und Skutterudit.

Die zur Herstellung von raffiniertem Kobaltmetall verwendete Extraktionstechnik hängt davon ab, ob das Ausgangsmaterial in Form von (1) Kupfer-Kobaltsulfiderz, (2) Kobalt-Nickelsulfidkonzentrat, (3) Arseniderz oder (4) vorliegt. Nickel-Lateriterz:

1. Nachdem Kupferkathoden aus kobalthaltigen Kupfersulfiden hergestellt wurden, verbleiben Kobalt und andere Verunreinigungen auf dem verbrauchten Elektrolyten. Verunreinigungen (Eisen, Nickel, Kupfer, Zink) werden entfernt und Kobalt wird in seiner Hydroxidform mit Kalk ausgefällt. Kobaltmetall kann dann aus diesem mittels Elektrolyse raffiniert werden, bevor es zerkleinert und entgast wird, um ein reines kommerzielles Metall zu erzeugen.
2. Kobalthaltige Nickelsulfid-Erze werden nach dem Sherry-Verfahren, benannt nach Sherrit Gordon Mines Ltd. (heute Sherritt International), behandelt. In diesem Verfahren wird ein Sulfidkonzentrat, das weniger als 1% Kobalt enthält, bei hohen Temperaturen in einer Ammoniaklösung druckausgelaugt. Sowohl Kupfer als auch Nickel werden in einer Reihe von chemischen Reduktionsverfahren entfernt, wobei nur Nickel- und Kobaltsulfide zurückbleiben. Druckauslaugen mit Luft, Schwefelsäure und Ammoniak gewinnt mehr Nickel zurück, bevor Kobaltpulver als Keim zugesetzt wird, um Kobalt in einer Wasserstoffgasatmosphäre auszufällen.
3. Arseniderze werden geröstet, um den größten Teil des Arsenoxids zu entfernen. Die Erze werden dann mit Chlorwasserstoffsäure und Chlor oder mit Schwefelsäure behandelt, um eine Laugungslösung zu erzeugen, die gereinigt wird. Daraus wird Kobalt durch Elektroraffination oder Carbonatfällung gewonnen.
4. Nickel-Kobalt-Lateriterze können entweder geschmolzen und unter Verwendung von pyrometallurgischen Techniken oder hydrometallurgischen Techniken, die Schwefelsäure oder Ammoniak-Laugenlösungen verwenden, getrennt werden.

Nach Schätzungen des US Geological Survey (USGS) betrug die weltweite Minenproduktion von Kobalt 88.000 Tonnen im Jahr 2010. Die größten Kobalterz produzierenden Länder während dieser Periode waren die Demokratische Republik Kongo (45.000 Tonnen), Sambia. (11, 000) und China (6, 200).

Die Kobaltveredelung findet oft außerhalb des Landes statt, in dem das Erz oder das Kobaltkonzentrat anfänglich produziert wird. Im Jahr 2010 waren China (33.000 Tonnen), Finnland (9.300) und Sambia (5.000) die größten Mengen an raffiniertem Kobalt. Zu den größten Herstellern von raffiniertem Kobalt gehören die OM Group, Sherritt International, die Xstrata Nickel und die Jinchuan Group.

Anwendungen

Superlegierungen wie Stellit sind der größte Verbraucher von Kobaltmetall und machen etwa 20% der Nachfrage aus. Überwiegend aus Eisen, Kobalt und Nickel, aber mit kleineren Mengen anderer Metalle, einschließlich Chrom, Wolfram, Aluminium und Titan, sind diese Hochleistungslegierungen beständig gegen hohe Temperaturen, Korrosion und Verschleiß und werden zur Herstellung von Turbinenschaufeln für Düsentriebwerke, Maschinenverkleidungsteile, Auslassventile und Geschützrohre.

Eine andere wichtige Verwendung für Kobalt ist in verschleißbeständigen Legierungen (z. B. Vitallium), die in orthopädischen und dentalen Implantaten sowie in Prothesenhüften und Knien zu finden sind.

Hartmetalle, in denen Kobalt als Bindematerial verwendet wird, verbrauchen rund 12% des gesamten Kobalts. Dazu gehören Hartmetalle und Diamantwerkzeuge, die in Schneidanwendungen und Bergbauwerkzeugen eingesetzt werden.

Kobalt wird auch zur Herstellung von Permanentmagneten verwendet, wie zum Beispiel die zuvor erwähnten AlNiCo- und Samarium-Cobalt-Magnete. Magnete machen 7% des Kobaltmetallbedarfs aus und werden in magnetischen Aufzeichnungsmedien, Elektromotoren sowie Generatoren verwendet.

Trotz der vielen Anwendungen für Kobaltmetall findet Kobalt seine Hauptanwendung im Chemiesektor, der etwa die Hälfte der weltweiten Nachfrage ausmacht. Kobaltchemikalien werden in den Metallkathoden von wiederaufladbaren Batterien sowie in petrochemischen Katalysatoren, Keramikpigmenten und Glasentfärbungsmitteln eingesetzt.

_Quellen:

_{Jung, Roland S. Kobalt . New York: Reinhold Publishing Corp. 1948.}

_{Davis, Joseph R. ASM-Fachhandbuch: Nickel, Kobalt und ihre Legierungen . ASM International: 2000.}

_{Darton Commodities Ltd.: Cobalt Market Review 2009 .}

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