一噸金屬鈷需多少鈷礦（細說金屬鈷的來歷與影響）

2023-10-24 03:28:29 1

鈷在元素周期表中排在第27位，作為可充電電池和噴氣發動機的基礎原料，鈷在2018年就被美國內政部列為35種美國經濟離不開的關鍵礦物之一，甚至被認為是一種可以影響國家安全風險的重要元素。現如今大量鈷礦石從非洲的一個動蕩地區開採並由中國提煉，下面讓我們了解一下更多關於這種神奇金屬的信息，一切從一個民間傳說開始。

妖精的礦石

早在幾個世紀以前，大概公元1500年左右的時候，在德國薩克森銀礦附近工作的礦工遇到了一種特別討厭的礦石，他們本來是要深入山中尋找富含貴金屬的礦石，但新發現的這種石頭打破了他們的計劃。乍一看，這種新材料很類似於銀，但是當礦工們試圖熔化這些石頭分離貴金屬時卻發現，這些石頭很快就變成了一堆不值錢的渣滓。

歐洲很早便開始發掘貴金屬礦產

與此同時在這個過程中被冶煉的礦石還冒出了一股股有毒煙霧，引發了不少礦工生病甚至死亡。礦工們並沒有真正理解為什麼會變成這樣，那個時代金銀銅鐵錫鉛汞是世上唯一被認知的金屬礦物，除此之外人們不知道還會有新金屬的誕生，因此，礦工們想出了一個解釋，即這一定是有地靈妖精對礦石施展魔法，是妖精把礦山附近的白銀都偷偷換掉了，並且釋放具有惡臭味的有毒煙霧。

「kopelts」與「kopolds」這兩個詞就是中世紀用來形容這種礦石的詞彙，意為地精。與所有經典的古代傳說一樣，這個地精的故事除了帶有靈異色彩外也包含一定的道理。實際上在德國的這個礦區中的礦石中含有高品位的鈷，並且這種被稱為鈷酸礦的礦石中含有砷和硫，這就是它能釋放惡臭味的有毒氣體的原因。

直到1730年，瑞典化學家George brandt在自家的冶煉廠中分離出這種金屬。布蘭特懷疑這種材料是一種前所未知的元素，因此通過火分析了這種近似數，由此得到了當年與那些德國礦工命名的妖精礦石相同的物質。此後布蘭特堅持使用礦工的名字來命名這種材料即我們今天提到的「鈷」。

George brandt

鈷藍古代的藍

儘管鈷一直到18世紀才驗明正身，但幾千年來，鈷基顏料因其豐富的藍色色調而備受推崇。據調查，鈷顏料的應用最早可以追溯到古埃及，人們在距今至少2600年的埃及墓葬中發現了含有鈷基釉料的陶器和玻璃，而在中國的唐朝時期瓷器上也有鈷基顏料的痕跡。

古埃及用鈷顏料來製作陶器

鈷藍新時代的藍

就在瑞典科學家布蘭特分離出鈷元素大約70年後，一位法國政府官員給法國化學家路易斯雅克德納一項任務，就是要創造一種新的藍色顏料。在當時藍銅礦是一種讓藝術家們夢寐以求的顏料但卻價格昂貴，上流社會急需要尋找一個替代產品。德納接到任務之後就開始思考從彩色玻璃窗和古代瓷器找尋靈感，這些舊瓷器自古代以來就是由鈷礦石染的顏色，但要成為藍銅礦顏料的替代品，還需要保證它的穩定性和可控性，最麻煩的是他們不知道究竟是什么元素產生了這種藍色。當時他們並沒有分離出導致這些絢麗色彩的確切元素，但他們知道要將一種礦石在高溫下烘烤並將其與另外一種東西混合便會產生漂亮的藍色，這一過程一直到1802年終於被研究透徹。

梵谷畫作中的藍色被認為有兩種礦物顏料一種是石青另一種就是鈷藍

鈷藍顏料的製取方法

純鈷是一種閃亮的灰色，但卻可以通過將鈷氧化而轉化為亮藍色的粉末，這個加工過程我們通常稱為煅燒。具體步驟是先將富含鈷的礦物放在在超過1100度的空間中加熱，當純鈷成為氧化鈷之後，將矽酸鋁夾雜其中，並將溫度提高到1200度，鈷藍這種引人注目的顏色便應運而生。人們根據這個原理，舉一反三通過將氧化鈷與其他礦物質結合可以製成許多其他色調的藍，比如瑪莎藍、柳藍等等。少量的鈷藍也被用作脫色劑，用來消除玻璃中因鐵汙染而產生的暗黃色。

一直到20世紀，鈷幾乎只用作顏料和油漆的成分。根據數據1916年世界開採和提煉的所有鈷中約有七成也就是440噸左右被用作了著色劑。

世界上一半的鈷用做了充電電池

如今的現代人都在享受著智慧型手機平板電腦和電動汽車所帶來的便利，這其中的可充電電池我們也並不陌生，可是人們平時只聽說過鋰電池、鎳鎘電池，卻不曾知道鈷和鋰鎳等金屬元素一樣都是構成耐用的充電電池的關鍵成分之一，目前全世界生產的鈷中約有50%用於可充電電池。鈷存在於鋰離子電池的陰極中，當鋰離子電池充電時鋰離子從陰極流向帶負電的陽極，並儲存在那裡。當電池放電時，離子流回陰極，並釋放出電子為手機或者其他設備供電。鈷具有熱穩定性和高能量密度這兩個特性使其成為電池應用的理想選擇，用鈷製成的陰極不會輕易過熱或者著火，這是一個主要的安全問題，並且它還能夠儲存和轉移更多的能量。

作為陰極的鈷離子

鈷不僅存在於鋰離子電池的陰極中，還存在於其他流行的可充電電池中，比如鎳鎘和鎳金屬氫化物電池。由於鈷目前佔可充電陰極的10%-33% 汽車行業將需要更多的鈷來為電動汽車的未來提供動力，據分析預測，僅僅乘用車的鈷需求量就會翻兩番，從2020年的27500多噸增加到2025年的110231噸以上。

超級鈷合金

當航空航天的工程師需要一種能夠承受噴氣發動機或者火箭發動機內部高溫的材料時，他們會首先會考慮由鈷製成的超級合金。超級合金是高性能金屬，因其具有極高的耐磨性和耐熱性而贏得了這麼個響亮的名字。除了極端溫度以外鈷基超級合金顯示了它的特性，鈷的熔點高於鎳，在930度的溫度下，鈷合金的抗應力性能優於鎳基高溫合金，同時鈷合金更加耐腐蝕，這就是為什麼燃氣輪機發動機的固定葉片中有鈷合金的身影，它們可以在強烈的熱量下保持不被磨損和失效。

發動機葉片用上超級合金可以在高溫下依舊保持良好的機械性

美國也有卡脖子的時候

鈷被列為美國內政部的國家安全「關鍵礦產」清單的主要原因之一是世界上用量一半以上的鈷都在剛果民主共和國開採的，剛果民主共和國的政治環境不穩定意味著鈷供應鏈的很大一部分容易受到幹擾。

剛果露天採礦

如果高科技經濟過渡依賴鈷供應，那麼剛果民主共和國可能會減緩全球經濟的增長，除此之外，中國是主要的鈷精煉基地，美國不得不考慮自己被鈷元素卡脖子的時候該怎麼辦。鈷並非無處不在，卻也不是特別稀有，他在地殼中的豐度排名第32位，但只有加拿大和摩洛哥的礦山可以以提取出純鈷的礦石，其他大部分是作為銅和鎳的附屬礦提取的，例如與紅砷鎳礦伴生的砷鈷礦，與銅礦伴生的硫銅鈷礦或者輝砷鈷礦等。