Kobolt:afgørende for batterier og lyse Blues

At komme ind på 27 på dit periodiske system er kobolt, et vigtigt element i genopladelige batterier og jetmotorer. I 2018, det amerikanske indenrigsministerium udsendte en liste over 35 kritiske mineraler, som den amerikanske økonomi ikke kan leve uden, inklusive kobolt. Kobolt betragtes endda som en national sikkerhedsrisiko, fordi det meste udvindes i en politisk ustabil region i Afrika og raffineres i Kina.

Lad os lære mere om dette alsidige metal, først værdsat for sin evne til at skabe levende blå keramik og nu nøglen til fremtiden for elbiler. Vi starter med lidt folklore.

Kobolt fik sit navn fra Gnomes

For århundreder siden, minearbejdere i Schneeberg-bjergene i det moderne Tyskland løb ind i et problem. De huggede ind i bjergsiden på jagt efter metalrig malm, specielt sølv og nikkel. Men da de forsøgte at smelte malmen ind i dens værdifulde metalkomponenter, noget urenhed ødelagde hele tiden processen.

At være middelalderen, minearbejderne bebrejdede deres smelteproblemer på besværlige kopelts eller kopolds , et tysk middelalderord for "gnome" eller "nisse". Ifølge legenden, det kopolds boede i Schneeberg -miner og kunne lide at prankere mennesker ved at erstatte sølv og nikkel i deres malm med et grimt mineral, der frigav giftige dampe under smelteprocessen. De fik også skylden for hul-in.

Som med alle gode gamle sagn, nissehistorien havde et gran af sandhed. Sølv- og nikkelsmeltningsprocessen blev kompliceret af høje niveauer naturligt forekommende kobolt i Schneeberg -klippen. Og et mineral kaldet koboltit indeholder arsen og svovl, som kan være dødelig, hvis den frigives i en lufttæt mineaksel.

Kobolt, elementært metal, blev først isoleret og navngivet i 1735 af den svenske kemiker Georg Brandt, en tidlig kritiker af alkymi og sandsynligvis ikke en fan af nisser, enten.

Gamle egyptere og kinesere elskede koboltblå

Selvom kobolt ikke fik sit navn før i det 18. århundrede, koboltbaserede pigmenter og farvestoffer er blevet værdsat for deres rige blå nuance i årtusinder.

Koboltinstituttet siger, at keramik og glas, der indeholder koboltbaserede glasurer, er blevet genvundet fra egyptiske grave, der stammer fra mindst 2, 600 år. Og det berømte blå kinesiske porcelæn fra Tang (600-900 CE) og Ming (1350-1650 CE) dynastier blev også glaseret med koboltbaserede mineraler.

Ren kobolt er en skinnende grå farve, men det kan omdannes til et lyseblåt pulver ved at tage koboltoxider og behandle dem med en proces kaldet calcination, der udsætter koboltrige mineraler for temperaturer over 2, 012 grader F (1, 100 grader C). Den slående farve kendt som koboltblå fremstilles ved opvarmning af koboltoxid (Co ₃ O ₄ ) med aluminiumsilicater ved 2, 192 grader F (1, 200 grader C).

En lang række andre nuancer - mazarinblå, pil blå, blå-sort-kan fremstilles ved at kombinere koboltoxid med andre mineraler. Små mængder blå kobolt nuancer bruges også som en "affarvningsmiddel" til at fjerne gullige antydninger i glas fra jernforurening.

Kobolt blev næsten udelukkende brugt som ingrediens i pigmenter og maling frem til det 20. århundrede. I 1916, mere end 70 procent af al kobolt udvundet og raffineret i verden, som kun var 440 tons (400 tons), blev brugt som oxider til farvestoffer, ifølge Cobalt Institute.

Halvdelen af ​​verdens kobolt bruges til genopladelige batterier

De genopladelige lithium -ion -batterier i din smartphone, tablet og elbil kører, i hvert fald delvist, på kobolt. Kobolt er en af ​​de vigtigste ingredienser, sammen med andre metaller som lithium, nikkel og mangan, inde i disse hurtigopladninger, langtidsholdbare batterier, der driver vores digitale liv. Omkring 50 procent af den kobolt, der produceres på verdensplan, bruges til genopladelige batterier.

Kobolt findes i katoden (den positivt ladede elektrode) af lithiumionbatterier. Når et litiumionbatteri oplades, lithiumioner strømmer fra katoden til den negativt ladede anode, hvor de er gemt. Når batteriet er afladet, ionerne strømmer tilbage til katoden, og elektroner frigives for at drive telefonen eller elmotoren.

Kobolt har to medfødte egenskaber, der gør det ideelt til batteriapplikationer:termisk stabilitet og høj energitæthed. Katoder fremstillet med kobolt overophedes ikke let eller tager ild, hvilket er et stort sikkerhedsproblem, og de vil også være i stand til at lagre og overføre mere energi. Kobolt findes ikke kun i katoderne i lithiumionbatterier, men også i andre populære genopladelige batterier som nikkel-cadmium- og nikkel-metalhydridbatterier.

Da kobolt i øjeblikket udgør mellem 10 og 33 procent af de genopladelige katoder, bilindustrien kommer til at få brug for meget mere kobolt til at drive elektriske køretøjers fremtid. En analyse forudsiger, at koboltbehovet fra personbiler alene skal firedobles fra mere end 27, 500 tons (25, 000 tons) i 2020 til over 110, 231 tons (100, 000 tons) inden 2025.

Det er super nyttigt i superlegeringer

Når rumfartsingeniører har brug for et materiale, der kan modstå den intense varme inde i en jet- eller raketmotor, de henvender sig til "superlegeringer" lavet med kobolt.

Superlegeringer er højtydende metaller, der får deres prangende navn på grund af ekstremt høj modstandsdygtighed over for slid og varme. Nikkelbaserede superlegeringer overgår koboltlegeringer til stressbestandighed ved temperaturer op til 1, 706 grader F (930 grader C). Ud over den ekstreme temperatur, koboltbaserede superlegeringer viser virkelig deres ting.

Kobolt har et højere smeltepunkt end nikkel og kobolt -superlegeringer er mere modstandsdygtige over for varmekorrosion. Derfor finder du kobolt-superlegeringer i de stationære finner af gasturbinemotorer, som tager størstedelen af ​​den intense varme, der genereres af jetmotorer uden at blive slidt ned og mislykkes.

Det er for det meste udvundet i et problemfyldt land

En af hovedårsagerne til, at kobolt landede på det amerikanske indenrigsministeriums liste over "kritiske mineraler" for national sikkerhed, er, at halvdelen af ​​verdens kobolt udvindes i Den Demokratiske Republik Congo (DRC). Som en rapport fra U.S. Geological Survey forklarer, DRC har en dårlig historie med regeringens korruption, krænkelser af menneskerettighederne og miljøskader i forbindelse med koboltminedrift.

Det er ikke kun menneskerettighedsgrupper som Amnesty International, der bekymrer sig om usikre og uetiske arbejdsmetoder i forbindelse med ureguleret "håndværksmæssig" koboltudvinding i DRC. Den politiske og miljømæssige ustabilitet i DRC betyder, at en stor del af koboltforsyningskæden er sårbar over for forstyrrelser. Hvis den højteknologiske økonomi er afhængig af en konstant forsyning af kobolt, stort set skal bruges i genopladelige batterier, end problemer i DRC kunne bremse den økonomiske vækst på verdensplan.

USGS -rapporten bemærker også, at Kina er den vigtigste raffinaderi for kobolt og en af ​​de største finansielle støtter for store koboltminedrift i DRC. Som det står, den amerikanske teknologisektor er enormt afhængig af en ustabil kilde i DRC og en omstridt handelspartner i Kina for sin koboltforsyning. Hvilket tegner sig for det sidste faktum på out -listen.

USA er i gang med koboltminedrift

Ifølge tal fra 2015, USA indtog 10 procent af verdens kobolt, mens de producerede mindre end 1 procent af den globale koboltforsyning.

Kobolt er ikke overalt, men det er heller ikke et særligt sjældent mineral - det rangerer 32. i overflod i jordskorpen. Kun to miner i Canada og Marokko kan udvinde ren koboltmalm, mens størstedelen udvindes som et biprodukt ved kobber- og nikkeldrift. En af verdens rigeste koboltforekomster er i det centralafrikanske kobberbælte i DRC.

USA., imidlertid, er ikke velsignet med en masse koboltaflejringer af høj kvalitet, hvilket gør det vanskeligere at minde rentabelt. Minedriften har også klaget over en langsom tilladelsesproces, der muliggør mineralefterforskning, både på land og offshore. Trump -administrationen har instrueret Indenrigsministeriet til at fremskynde tilladelsesprocessen i et forsøg på at reducere Amerikas afhængighed af fremmede kilder til kritiske mineraler som kobolt.

På trods af tilladelser og geologiske forhindringer, der har været nogle fremskridt inden for amerikansk koboltminedrift. I 2014, Eagle Mine i Michigan's Upper Peninsula begyndte at bryde nikkel og kobber med kobolt og andre mineraler som et biprodukt. Og Amerikas første mine dedikeret til kobolt gør sig klar til at gå i produktion i 2020 i Idaho.

Kobolt er et vigtigt mikronæringsstof i dyre- og menneskekost. Drøvtyggere som køer omdanner kobolt til cobalamin, også kendt som vitamin B12. Fødevarer med den højeste koncentration af kobolt er chokolade!