کبالت (Co) یک عنصر فلزی کمیاب است که در طبیعت یافت می شود (0.001٪ از پوسته زمین) [1]. این عنصر به سری اول عناصر انتقالی در جدول تناوبی تعلق دارد و به طور طبیعی در خالص ترین شکل خود وجود ندارد – فقط در ترکیب با عناصر دیگر وجود دارد. هنگامی که کبالت به طور کامل از سنگ معدن خود استخراج و تصفیه می شود، به عنوان یک فلز براق و سفید مایل به آبی ظاهر می شود. معمولاً در بسیاری از کاربردها با آهن ترکیب می شود تا آلیاژهای مختلف را تشکیل دهد.

خواص

کبالت یک ماده فرومغناطیسی، سخت و در عین حال شکننده است. نقطه ذوب بالایی دارد و در دماهای بالا سایش سختی دارد. استحکام بالایی دارد و خاصیت رسانایی خوبی دارد. در زیر برخی از خواص کلیدی کبالت آورده شده است [1,2]:

• نماد: شرکت
• عدد اتمی: 27
• وزن اتمی: 58.93 گرم بر مول
• طبقه بندی: فلز انتقالی
• ساختار کریستالی: بسته بندی شش ضلعی نزدیک
• نقطه ذوب: 1493 درجه سانتی گراد (2719 درجه فارنهایت)
• نقطه جوش: 2870 درجه سانتیگراد (5612 درجه فارنهایت)
• چگالی: 8.85 گرم بر سانتی متر³

دارای ساختار کریستالی بسته شش ضلعی در دمای کمتر از 417 درجه سانتیگراد (783 درجه فارنهایت) و دارای 12 ایزوتوپ رادیواکتیو. محبوب ترین کبالت 60 با نیمه عمر 5.3 سال است که به طور گسترده در کاربردهای پزشکی استفاده می شود.[3].

تولید و فرآوری

کبالت به طور معمول در طبیعت در کانی های کبالتیت، اسمالتیت و اریتریت وجود دارد. این معدن همراه با نیکل، نقره، سرب، مس و سنگ آهن استخراج می شود و اغلب به عنوان یک محصول جانبی به دست می آید. استخراج کبالت را می توان با استفاده از استخراج با حلال انجام داد [4]. سنگ معدن لاتریت در دمای 525 درجه سانتیگراد با مونوکسید کربن تحت فرآیند احیاء قرار می گیرد. این امر نیکل و آهن را به فرونیکل و کبالت و مس را به حالت فلزی تبدیل می کند. سپس مواد معدنی با 100 گرم در لیتر هیدروکسید آمونیوم (NH) شسته می شوند₄OH)، 300 گرم در لیتر (NH₄)₂بنابراین₄ محلول در یک شستشوی اکسیداسیون کنترل شده برای حل شدن نیکل، مس و کبالت.

کاربردهای کبالت

کبالت در بسیاری از کاربردهای صنعتی، تجاری و نظامی استفاده شده است [5]. در زیر برخی از کاربردهای رایج آن آورده شده است:

آلیاژها

1. سوپرآلیاژها

سوپرآلیاژهای مبتنی بر کبالت قطعات مقاوم در برابر دمای بالا را برای موتورهای هواپیماهای توربین گازی، وسایل نقلیه فضایی، موتورهای موشک و دیگر کاربردهای هوافضا تشکیل می دهند. سوپرآلیاژهای مبتنی بر کبالت نقطه ذوب بالاتری نسبت به آهن یا نیکل دارند و در برابر خوردگی گرم و خستگی حرارتی مقاومت بسیار خوبی دارند. قابلیت جوشکاری این سوپرآلیاژ نیز بهتر از سوپرآلیاژهای نیکل است. در مجموع، سوپرآلیاژهای مبتنی بر کبالت در کاربردهایی با استرس کم و محیط‌های دمای بالا عملکرد استثنایی دارند. [6].

2. آلیاژهای فولادی با سرعت بالا

فولاد کبالت نوعی از فولاد پرسرعت با گریدهای رایج M-35 و M-42 است. این یک ابزار برش ایده آل به دلیل سختی قرمز بالا است که به نوبه خود مقاومت بالایی در برابر حرارت ایجاد می کند. فولاد پرسرعت کبالتیک قادر به کارکردن و تحمل نرخ تغذیه بالا و سرعت بیشتر است [7].

3. آلیاژهای مغناطیسی

کبالت به طور گسترده ای به عنوان یکی از فلزات مورد نیاز برای ایجاد آهنرباهای دائمی سخت با قدرت اجباری بالا، مانند سری آلیاژ آلومینیوم- نیکل- کبالت (Al-Ni-Co) استفاده می شود. آهنرباهای Alnico در موتورها، هارد دیسک ها و سنسورها استفاده می شوند. تصویربرداری رزونانس مغناطیسی نمونه ای از کاربرد این آلیاژهای مغناطیسی است.

الکترونیک

اکسید کبالت، هیدروکسید و فلزات در بسیاری از دستگاه های الکتروشیمیایی که انرژی شیمیایی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند، مانند باتری های قابل شارژ استفاده می شود. دستگاه‌های قابل حمل مانند تلفن‌های همراه، لپ‌تاپ و سایر دستگاه‌های الکترونیکی مصرفی تا وسایل نقلیه الکتریکی، همگی از باتری‌های قابل شارژ استفاده می‌کنند. کبالت به عنوان یک ماده خام در فناوری کاتد عمل می کند که برای شارژ مجدد باتری ها ضروری است [8].

کاتالیزورها

کبالت به عنوان یک کاتالیزور برای بسیاری از کاربردهای صنعتی مانند حذف بخش‌های گوگرد از محصولات نفتی و گاز طبیعی استفاده می‌شود. گوگرد زدایی از گازوئیل، بنزین، نفت سفید و سایر روغن های سوختی به کاهش انتشار گازهای گلخانه ای کمک می کند. این عنصر به عنوان یک کاتالیزور، نه تنها انتشار گازهای گلخانه ای را کاهش می دهد، بلکه انرژی مورد نیاز برای فرآیندهای صنعتی مانند بازیافت پلاستیک را نیز فعال می کند. [9]

^{منبع تصویر: Wikimedia Commons}

جوهر و رنگدانه

رنگدانه‌های کبالت برای تزئین سرامیک‌ها استفاده می‌شوند و همچنین می‌توانند به عنوان رنگ‌دهنده یا رنگ‌زدا به شیشه اضافه شوند تا رنگ‌های خاصی ایجاد کنند. شیشه، چینی، رنگ و جوهر و ظروف لعابی از آن برای رسیدن به رنگ آبی زنده استفاده می کنند. کبالت به دلیل خواص منحصر به فرد آن در حلالیت، پایداری و اثر رنگ‌آمیزی به عنوان یک عامل رنگ‌دهنده در این کاربردها غیرقابل جایگزین یافت شده است. [10]

عکس. 1. به غیر از آبی کبالت معروف، کبالت همچنین به تولید بسیاری از مجتمع های رنگی روشن بسته به ساختار الکترونیکی آن نیز معروف است. در اینجا مجتمع های اصلی ورنر در زوریخ سوئیس هستند.