Cobalt Métal | Propriétés, production et applications

Le cobalt est un métal brillant et cassant utilisé pour produire des alliages solides, résistants à la corrosion et à la chaleur, des aimants permanents et des métaux durs.

Propriétés

• Atomique Symbole: Co
• Numéro atomique: 27
• Masse atomique: 58. 93g / mol
• Element Catégorie: Métal de transition
• Densité: 8. 86g / cm ³ à 20 ° C
• Point de fusion: 1495 ° C (2723 ° F)
• Point d'ébullition: 2927 ° C
• Dureté de Moh: 5

Caractéristiques

Le cobalt métallique argenté est fragile, présente un point de fusion élevé et est apprécié pour sa résistance à l'usure et sa capacité à conserver sa résistance à des températures élevées.

Il est l'un des trois métaux magnétiques naturels (le fer et le nickel étant les deux autres) et conserve son magnétisme à une température plus élevée (2012 ° F, 1100 ° C) que tout autre métal. En d'autres termes, le cobalt a le point de Curie le plus élevé de tous les métaux. Le cobalt possède également de précieuses propriétés catalytiques

Histoire

Le mot cobalt remonte au terme allemand du xvie siècle kobold , signifiant gobelin, ou mauvais esprit. Kobold était utilisé pour décrire les minerais de cobalt qui, tout en étant fondus pour leur teneur en argent, dégageaient du trioxyde d'arsenic toxique.

La première application de cobalt était dans les composés utilisés pour les colorants bleus pour la poterie, le verre et les glaçures. Les poteries égyptiennes et babyloniennes teintes avec des composés de cobalt remontent à 1450 avant J.-C.

En 1735, le chimiste suédois Georg Brandt fut le premier à isoler l'élément du minerai de cuivre. Il a démontré que le pigment bleu provenait du cobalt, pas de l'arsenic ou du bismuth comme le croyaient les alchimistes à l'origine.

Après son isolement, le cobalt reste rare et rarement utilisé jusqu'au 20ème siècle.

Peu après 1900, l'entrepreneur automobile américain Elwood Haynes met au point un nouvel alliage résistant à la corrosion, qu'il appelle stellite. Breveté en 1907, les alliages stellite contiennent des teneurs élevées en cobalt et en chrome et sont complètement non magnétiques.

Un autre développement significatif du cobalt a été la création d'aimants en aluminium-nickel-cobalt (AlNiCo) dans les années 1940. Les aimants AlNiCo ont été les premiers à remplacer les électro-aimants. En 1970, l'industrie a été transformée par le développement d'aimants de samarium-cobalt, qui fournissaient des densités d'énergie magnétique jusqu'alors inatteignables.

Le London Metal Exchange (LME) a ​​introduit des contrats à terme sur le cobalt en 2010.

Production

Le cobalt se trouve naturellement dans les latérites au nickel et dans les dépôts de sulfure de nickel et de cuivre. souvent extrait comme sous-produit du nickel et du cuivre. Selon le Cobalt Development Institute, environ 48% de la production de cobalt provient des minerais de nickel, 37% des minerais de cuivre et 15% de la production de cobalt primaire.

Les principaux minerais de cobalt sont la cobaltite, l'érythrite, le glaucodot et la skutterudite.

La technique d'extraction utilisée pour produire le cobalt métallique raffiné dépend de la nature de la matière première: 1) minerai de sulfure de cuivre-cobalt, 2) concentré de cobalt-nickel sulfure, 3) arséniure ou 4) minerai de nickel-latérite:

1. Après la production de cathodes de cuivre à partir de sulfures de cuivre contenant du cobalt, du cobalt, ainsi que d'autres impuretés, sont laissés sur l'électrolyte épuisé. Les impuretés (fer, nickel, cuivre, zinc) sont éliminées et le cobalt précipite sous forme d'hydroxyde en utilisant de la chaux. Le métal de cobalt peut ensuite être affiné à partir de ceci en utilisant l'électrolyse, avant d'être broyé et dégazé pour produire un métal pur de qualité commerciale.
2. Les minerais de sulfure de nickel contenant du cobalt sont traités selon le procédé Sherritt, du nom de Sherrit Gordon Mines Ltd. (maintenant Sherritt International). Dans ce procédé, un concentré de sulfure contenant moins de 1% de cobalt est lessivé sous pression à des températures élevées dans une solution d'ammoniac. Le cuivre et le nickel sont tous les deux retirés dans une série de processus de réduction chimique, ne laissant que des sulfures de nickel et de cobalt. La lixiviation sous pression avec de l'air, de l'acide sulfurique et de l'ammoniac, récupère plus de nickel avant d'ajouter la poudre de cobalt comme semence pour précipiter le cobalt dans une atmosphère d'hydrogène gazeux.
3. Les minerais d'arséniure sont torréfiés pour éliminer la plus grande partie de l'oxyde d'arsenic. Les minerais sont ensuite traités avec de l'acide chlorhydrique et du chlore, ou avec de l'acide sulfurique, pour créer une solution de lixiviation qui est purifiée. De ce cobalt est récupéré par électrofiltration ou précipitation de carbonate.
4. Les minerais de nickel-cobalt et de latérite peuvent être fondus et séparés en utilisant des techniques pyrométallurgiques ou des techniques hydrométallurgiques utilisant des solutions de lixiviation à l'acide sulfurique ou à l'ammoniaque.

Selon les estimations du US Geological Survey (USGS), la production mondiale de cobalt atteignait 88 000 tonnes en 2010. Les principaux pays producteurs de cobalt au cours de cette période étaient la République démocratique du Congo (45 000 tonnes), la Zambie (11 000) et en Chine (6 200).

Le raffinage du cobalt a souvent lieu à l'extérieur du pays où le minerai ou le concentré de cobalt est initialement produit. En 2010, les pays produisant les plus grandes quantités de cobalt raffiné étaient la Chine (33 000 tonnes), la Finlande (9 300) et la Zambie (5 000). Les plus grands producteurs de cobalt raffiné comprennent OM Group, Sherritt International, Xstrata Nickel et Jinchuan Group.

Applications

Les superalliages, tels que le stellite, sont les plus gros consommateurs de cobalt métal, représentant environ 20% de la demande. Principalement en fer, cobalt et nickel, mais contenant de plus petites quantités d'autres métaux, dont le chrome, le tungstène, l'aluminium et le titane, ces alliages hautes performances résistent aux températures élevées, à la corrosion et à l'usure. les moteurs à réaction, les pièces de machines à revêtement dur, les soupapes d'échappement et les canons d'armes à feu.

Une autre utilisation importante du cobalt est l'alliage résistant à l'usure (par exemple Vitallium) que l'on retrouve dans les implants orthopédiques et dentaires, ainsi que dans les hanches et les genoux prothétiques.

Les métaux durs, dans lesquels le cobalt est utilisé comme liant, consomment environ 12% du cobalt total. Ceux-ci comprennent les carbures cémentés et les outils diamantés utilisés dans les applications de coupe et les outils d'extraction.

Le cobalt est également utilisé pour produire des aimants permanents, tels que les aimants AlNiCo et samarium-cobalt mentionnés précédemment. Les aimants représentent 7% de la demande en cobalt métal et sont utilisés dans les supports d'enregistrement magnétique, les moteurs électriques ainsi que les générateurs.

Malgré les nombreuses utilisations du cobalt métal, les applications principales du cobalt se situent dans le secteur de la chimie, qui représente environ la moitié de la demande mondiale totale. Les produits chimiques au cobalt sont utilisés dans les cathodes métalliques des batteries rechargeables, ainsi que dans les catalyseurs pétrochimiques, les pigments céramiques et les décolorants de verre.

_Sources:

_{Jeune, Roland S. Cobalt . New York: Reinhold Publishing Corp. 1948.}

_{Davis, Joseph R. Manuel de spécialité de l'ASM: nickel, cobalt et leurs alliages . ASM International: 2000.}

_{Darton Commodities Ltd.: Revue du marché Cobalt 2009 .}

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