钴矿
介绍
钴是一种高熔点和稳定性良好的磁性硬金属。它的居里点（失去磁性的临界温度点）为1150℃，具永磁性，熔点为1495℃，沸点为2900℃，具耐高温性。它是制造耐热合金、硬质合金、防腐合金、磁性合金和各种钴盐的重要原料，广泛用于航空、航天、电器、机械制造、化学和陶瓷工业。因此，它是一种重要的战略物资。
简史
钴矿物的应用有着悠久的历史，纪元前埃及人就曾使用钴蓝作为陶瓷制品的着色剂，我国从唐朝起也在陶瓷生产中广泛应用钴的化合物作为着色剂。1735年，瑞典化学家布兰特（Brandt）首次分离出钴，1780年伯格曼（Bergman）将钴确定为一种元素。德国和挪威最早生产了少量的钴，1874年开发了新喀里多尼亚的氧化钴矿。1903年，加拿大安大略北部的银钴矿和砷钴矿（方钴矿）开始生产，使钴的世界产量由1904年的16t猛增至1909年的1553t。1920年扎伊尔加丹加省的铜钴矿带开发后，钴产量一直居世界首位，摩洛哥用砷钴矿生产钴，这段时期以火法生产钴为主。此后，第二次世界大战前夕，芬兰从含钴黄铁矿烧渣中提钴，战后送至西德氯化焙烧处理，直到1968年才建立起科科拉钴厂。日本、法国、比利时有规模较大的钴精炼厂，分别处理菲律宾、澳大利亚、摩洛哥、赞比亚的富钴中间产物。这种钴资源国的粗炼和用钴的发达工业国的精炼的钴冶金格局至今仍占主要地位。近年来，钴资源丰富国家也相应建立了规模较大的完整的钴冶金工厂。现在，各种湿法冶金已成为提取钴的主要方法。与世界相比，我国的钴工业起步较晚。1952年，江西省南昌市五金矿业公司用简易鼓风炉熔炼钴土矿产出钴铁。1956年按此工艺建设了江西冶炼厂，产出的钴铁送至上海三英电冶厂（上海冶炼厂前身）处理。广东梅州市梅县区也用同样工艺从钴土矿熔炼出钴铁送潮州冶炼厂处理生产工业氧化钴。1954年，沈阳冶炼厂以湿法炼锌钴渣为原料产出首批电钴，拉开了我国电钴生产的序幕，沈阳冶炼厂锌系统采用黄药法除钴产出黄原酸钴渣，该厂以此钴渣为原料，通过还原溶解、氧化沉钴产出含Co 30%～40%的氢氧化钴，然后再经干燥、焙烧、电炉还原熔炼成粗金属钴，最后用电解精炼法得到电钴。1958年，赣州钴冶炼厂从当地的钴土矿中生产出氧化钴。由于当地钴土矿资源分散，无法大规模开采，在冶金工业部安排下，赣州钴冶炼厂于1960年开始处理从摩洛哥进口的砷钴矿，这是我国用进口钴原料生产钴的开始。1966年，葫芦岛锌厂首家建成了从钴硫精矿中回收钴的车间，以后又陆续建成了南京钢铁厂钴车间，淄博钴冶炼厂，湖北光化磷肥厂的钴车间。甘肃金川、四川会理、吉林磐石铜镍矿开发后，硫化铜镍矿又成为回收钴的重要资源。金川有色金属公司的钴回收包括从镍电解系统净化钴渣中生产电解钴和氧化钴，从转炉渣提钴流程产出的富钴冰铜中生产氧化钴两部分。目前，金川有色金属公司的钴产量已占全国总产量的70%以上，成为我国钴生产的重要基地。
资源情况
金属矿产资源之一。是航空、航天超级合金和制造可充电电池的材料。2000年，估计全世界钴消费量34500t，世界精炼钴产量为35612t，供过于求。美国年消费约8500t，回收废钴2500t，约占美国消费量的29.4%。2001年底，世界钴探明储量320万t。其中，古巴100万t，澳大利亚130万t，赞比亚36万t，新喀里多尼亚23万t，俄罗斯14万t，加拿大4.5万t。探明储量可保证生产90年。按储量基础1000万t计算，可满足全世界277年的需求。世界已查明的陆地钴资源量约1100万t，大部伴生于古巴、新喀里多尼亚和菲律宾的红土镍矿中。此外，大洋深海的锰结核和钴结壳中，尚有潜在的钴资源量约1480万t。中国的钴资源较少，消费量有较大缺口，每年均需进口一定量的钴精矿和其他钴产品。 [2] 我国钴金属资源量约为140万t，绝大多数为伴生资源，单独的钴矿床极少。我国钴矿品位较低，均作为矿山副产品回收，生产过程中由于品位低、生产工艺复杂，因此金属回收率低、生产成本高。1996年我国钴金属产量（钴含量）229t，钴硫精矿产量（钴含量）192t，氧化钴638t。近几年我国钴的年消费量稳定在1200t左右，国内钴产量包括氧化钴折算为钴每年总计约600～700t，国内钴产量尚不能满足国内需求，每年约有半数需进口。
分类
目前，自然界中已发现的钴矿物和含钴矿物共百余种，分属于单质、碳化物、氮化物、磷化物和硅磷化物、砷化物和硫砷化物、锑化物和硫锑化物、碲化物和硒碲化物、硫化物、硒化物、氧化物、氢氧化物和含水氧化物氢氧化物、砷酸盐、碳酸盐以及硅酸盐等14大类。其中以硫化物、砷化物和硫砷化物最多。 自然界中钴的存在形式有三种：①独立钴矿物，②呈类质同象或包裹体存在于某一矿物中，③呈吸附形式存在于某些矿物表面，其中以第二种存在形式最为普遍。以类质同象或显微包裹体存在于辉石、橄榄石、磁铁矿和铬铁矿中的钴不能利用，而赋存于黄铁矿和磁黄铁矿中者则可以利用。铁矿石中以类质同象或显微包裹体存在于硫化物和硫砷化物矿物中的钴，需加设浮选流程才能加以回收，而在铜镍矿中则无需为它们加设另外的选矿流程，它们是和镍一同选出来并从冶炼镍的炉渣中回收的，所以从炉渣中提取钴的生产成本较低。呈吸附形式存在的钴，目前不能为工业所利用。世界大洋底锰结核中含钴比较丰富，或许成为下个世纪生产钴的主要矿物原料。
用途
钴的物理、化学性质决定了它是生产耐热合金、硬质合金、防腐合金、磁性合金和各种钴盐的重要原料。钴基合金或含钴合金钢用作燃汽轮机的叶片、叶轮、导管、喷气发动机、火箭发动机、导弹的部件和化工设备中各种高负荷的耐热部件以及原子能工业的重要金属材料。钴作为粉末冶金中的粘结剂能保证硬质合金有一定的韧性。磁性合金是现代化电子和机电工业中不可缺少的材料，用来制造声、光、电和磁等器材的各种元件。钴也是永久磁性合金的重要组成部分。在化学工业中，钴除用于高温合金和防腐合金外，还用于有色玻璃、颜料、珐琅及催化剂、干燥剂等。据英国《金属导报》报道，近期来自硬质金属部门和超合金方面对钴的需求较为强劲。另外，钴在电池部门消费量增长率最高。国内有关报道讲，钴在蓄电池行业、金刚石工具行业和催化剂行业的应用也将进一步扩大，从而对金属钴的需求呈上升趋势。单独钴矿床一般分为砷化钴矿床、硫化钴矿床和钴土矿矿床三类。 钴除单独矿床外，大量分散在夕卡岩型铁矿、钒钛磁铁矿、热液多金属矿、各种类型铜矿、沉积钴锰矿、硫化铜镍矿、硅酸镍矿等矿床中，其品位虽低，但规模往往较大，是提取钴的主要来源。综合矿床伴生钴的评价指标尚无统一规定，一般选冶性能好的矿石，含钴品位大于0.01%。钴精矿的品位0.2%便有价值，如果金属矿床规模大、矿石综合回收效果好，钴有多少算多少。钴硫精矿按化学成分，精矿分为六个等级，均按干矿品位计算。
物理性质
钴是具有光泽的钢灰色、银白色铁磁性金属，表面呈银白略带淡粉色。熔点1493、比重8.9，比较硬而脆，钴是铁磁性的，在硬度、抗拉强度、机械加工性能、热力学性质、的电化学行为方面与铁和镍相类似。加热到1150时磁性消失。
化学性质
钴，元素符号Co，在周期表中位于第4周期、第族(铁族元素)，原子序数27，原子量58.9332，六方晶体，电子层分布2-8-15-2，晶体结构:晶胞为密排六方晶胞。钴常见的化合价为+2价和+3价，具有亲铁亲硫的地球化学性质。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CoO。氢还原法制成的细金属钴粉在空气中能自燃生成氧化钴。由电极电势看出，钴是中等活泼的金属。其化学性质与铁，镍相似。高温下发生氧化作用。加热时，钴与氧，硫，氯，溴等发生剧烈反应，生成相应化合物。钴可溶于稀酸中，在发烟硝酸中因生成一层氧化膜而被钝化。钴会缓慢地被氢氟酸，氨水和氢氧化钠浸蚀。钴是两性金属。
自然界钴矿物
目前，自然界中已发现的钴矿物和含钴矿物共百余种，分属于单质、碳化物、氮化物、磷化物和硅磷化物、砷化物和硫砷化物、锑化物和硫锑化物、碲化物和硒碲化物、硫化物、硒化物、氧化物、氢氧化物和含水氧化物氢氧化物、砷酸盐、碳酸盐以及硅酸盐等14大类。其中以硫化物、砷化物和硫砷化物最多，主要的钴矿物为:硫钴矿(CoS)、纤维柱石(CuCoS)、辉砷钴矿(CoAsS)、砷钴矿(CoAs)、钴华(3CoO•AsO•8HO)等。常见的用于提取钴的矿物原料见表 1。
工业钴化合物
(1)2价钴有：氧化钴(CoO)、氢氧化钴(Co(OH)2)、氯化钴(CoCl2)、硫酸钴(CoSO4)、碳酸钴(CoCO)、草酸钴(CoCO)等。 (2)3价钴有：氧化高钴(CoO)、氢氧化高钴(Co(OH))等。 (3)钴配合物有：氨配合物[Co(NH)]、氰配合物[Co(CN) ]、硫氰配合物[Co(SCN) ]、羰基配合物[Co(CO) ]、硝基或亚硝基配合物 [Co(NO)]、[Co(NO)]等。[1]
钴的地球化学
1、自然界中钴的存在形式钴的地壳丰度仅为0.002%,，是铁族元素中含量最少的元素，但趋向于富集在地幔、地核和超基性岩中。 自然界中钴的存在形式有三种: (1)独立钴矿物； (2)呈类质同象或包裹体存在于某一矿物中； (3)呈吸附形式存在于某些矿物表面，其中以第二种存在形式最为普遍。
内生作用中钴的地球化学
在地球各圈层中，钴的丰度与铁相似，由地壳向地核急剧增加。 在同源多阶段形成的超基性岩一基性岩体中，从早期形成的超基性岩到基性岩，到更晚期形成的岩石中钴的含量也是随着岩石的基性程度降低而减少。 钴在主要岩浆岩中含最的变化(表1)情况，和在同源多阶段超基性-基性岩中的变化规律的出现，主要是因为钴在岩浆结晶过程中主要以类质同象的形式分散到造岩矿物和副矿物中去，特别是倾向进入橄榄石，其次是进入辉石、钛铁矿和磁铁矿，而且钴在岩浆结晶早期形成的上述四种矿物中的含量高于晚期结晶出的上述四种矿物中的含量。但随着岩浆固化比例的增加，晚晶出的橄榄石中钴的含量逐渐降低。除了橄榄石外，含钴量依次降低的矿物是钛铁矿、磁铁矿和辉石。而浅色矿物斜长石及磷灰石中钴的含量很低。这样就可理解岩石中含镁高的橄榄石、辉石、钛铁矿和磁铁矿含量大，则钴的含量也就大。镍在造岩矿物的含量变化类似钴，铜则有所不同。钴是亲硫元素，可以高度富集往岩浆中不混溶的硫化物液体中。岩浆中如果含硫化物较少，即使全部富含钴，其中钴的量也仅仅占整个岩石中钴的总量的很少一部分，大量的钴被分散往造岩矿物中。但有些超基性岩和基性岩体不同，可以形成岩浆熔离的Cu、Fe、Ni硫化物矿床，钴则赋存在上述3种元素的硫化物矿物中，很少形成独立的钴矿物。这类矿床中的黄铁矿、镍黄铁矿、磁黄铁矿和黄铜矿中钴的含最可达千分之几，高者可达百分之几。所有这些矿物中w(Ni)> w (Co)，Ni/Co比值在15～20之间。
岩浆晚期钴可以与一些亲铜元素一起存在于硫砷化物或络合物进入气成热液。研究表明，钴的氯络合物、含氯含水络合物在热液中运移钴是可能的。
产状及分布
1．含铜镍矿和钒钛磁矿的超基性岩体及其氧化带，常常有钴富集成矿。 2．黑色岩系中的断裂破碎带。 3．含锰土可构成钴土矿床，矿石呈黑色或蓝黑色，具有胶状结构、结核状或同心圆状构造，由含钴、镍、铜的偏锰酸矿、锂硬锰矿钾硬锰矿和褐铁矿组成，呈片状、葡萄状、球状或珊瑚状。 4．铁、铜、金矿及个别铅锌矿有可能构成伴生钴矿。 5．老变质岩的风化壳，如康滇地轴的昆阳群风化壳。
苹果为什么如此看中非洲的钴矿，原来是不想在未来被人抓住把柄