鈷冶金概述課件

楊娜山東工業(yè)職業(yè)學(xué)院冶金與汽車工程系鈷冶金GUYEJIN鈷Co01概述PARTONE概述11.鈷及其化合物性質(zhì)2.鈷應(yīng)用3.鈷的資源4.鈷的生產(chǎn)1.1.1鈷及其化合物的性質(zhì)★鈷元素的基本性質(zhì)?鈷為有光澤的銀灰色金屬，熔點為1495℃，沸點為2870℃，密度為8.9g/cm3。鈷具有鐵磁性和延展性，力學(xué)性能比鐵優(yōu)良。鈷的化學(xué)性質(zhì)與鐵、鎳相似，在常溫下與水和空氣都不起作用；在300℃以上發(fā)生氧化作用，極細粉末狀鈷會自動燃燒；鈷能溶于稀酸中，在濃硝酸中全形成氧化薄膜而被鈍化；在加熱時能與氧、硫、氯、溴發(fā)生劇烈反應(yīng)。?

鈷元素家族有五種同位素，即56Co、57Co、58Co、59Co和60Co，鈷作為放射性的重金屬，對人體的危害還是比較大的。對于溶入鈷的液體要特別小心，盡量不要用皮膚接觸，因為鈷的滲透性很強，很容易進入皮膚內(nèi)層。1.1.1鈷及其化合物的性質(zhì)★鈷的物理性質(zhì)?鈷是一種銀白色金屬，它的外貌與純鐵或鎳相似。鈷的硬度高于鐵，電解沉積出來的鈷的硬度又高于高溫過程生產(chǎn)的金屬鈷。鈷中含有少量碳(最高達0.3％)時會增大鈷金屬的抗張強度和耐壓強度，而不會影響其硬度。鉆可以機械加工，但略有脆性。鈷的物理性質(zhì)(見表7—2)不僅在極大程度上依賴于它的純度，而且也依賴于存在的同素異形體(或同素異形體混合物)。

1.1.1鈷及其化合物的性質(zhì)★鈷的化學(xué)性質(zhì)?鈷的最高氧化態(tài)為+4，主要氧化態(tài)有+3和+2，在某些配位化合物中也呈現(xiàn)更低的氧化態(tài)。在一般條件下，鈷的常見氧化態(tài)是+2，其他氧化態(tài)在一般化合物中是不穩(wěn)定的。鈷的主要化學(xué)反應(yīng)提要見圖7—1。

1.1.1鈷及其化合物的性質(zhì)★鈷的化學(xué)性質(zhì)?鈷與鐵相比，較能抵抗無機酸的侵蝕，鈷能溶解在稀鹽酸和稀硫酸中并放出氫氣。濃硝酸在室溫下能快速地與鈷反應(yīng)，但在-10℃時可使鈷表面鈍化。氫氟酸和磷酸也能與鈷作用，但鈷不與稀堿溶液反應(yīng)。氯化氫在450℃時與鈷反應(yīng)生成氯化鈷(CoCl2)。在400℃時．將硫化氫通至鈷粉之上可生成Co3S4，但在700℃時則生成CoS。二氧化碳在溫度高于700℃時與鈷發(fā)生如下平衡反應(yīng)：Co+CO2＝CoO+CO

1.1.1鈷及其化合物的性質(zhì)★鈷的化學(xué)性質(zhì)?(2)與化合物的反應(yīng)。鈷在燒至赤熱時會被水蒸氣氧化成CoO。在470℃時，鈷與氨反應(yīng)生成CoN，但這個化合物在600℃時分解。一氧化碳在200℃、10MPa下，與微細鈷粉反應(yīng)生成羰合物Co2(CO)8。

1.1.1鈷及其化合物的性質(zhì)★鈷的主要化合物及其性質(zhì)?一些鈷電對的標準電極電位列于表7—3中。根據(jù)表7—3可以看出，Co2+生成大量在中性或酸性水溶液中穩(wěn)定的簡單鹽；而簡單的鈷鹽(Co3+)則是不常見的，并且在水溶液中是不穩(wěn)定的。但Co3+的絡(luò)合物是為數(shù)眾多而穩(wěn)定的。

1.1.1鈷及其化合物的性質(zhì)★鈷的主要化合物及其性質(zhì)?(2)氧化鈷(CoO)。將金屬鈷在空氣或水蒸氣中加熱或?qū)溲趸?、碳酸鈷或硝酸鈷熱分解，都可以得到橄欖綠色粉末狀的氧化鈷。它具有氯化鈉晶格，在低于19℃時是反鐵磁性物質(zhì)。在氧氣中加熱至高于400℃時，可得到黑色的四氧化三鈷(Co3O4)，這個氧化物與磁性氧化鐵(Fe3O4)異質(zhì)同晶。這兩種氧化物都容易被氫或炭還原成金屬。

1.1.1鈷及其化合物的性質(zhì)★鈷的主要化合物及其性質(zhì)?(3)氫氧化鈷(Co(OH)2)。一般為玫瑰紅色單斜或四方晶系結(jié)晶體，不溶于水，但能溶于酸和強堿及銨鹽溶液。密度約為3.6g/cm3。熔點1100-1200℃，為兩性氫氧化物。主要用作玻璃和搪瓷的著色劑、制取其他鈷化合物的原料，以及清漆和涂料的干燥劑。通常可在氯化鈷溶液或硫酸鈷溶液中用過量氫氧化鈉溶液中和制得，主要反應(yīng)如下：CoCl2+2NaOH=Co(OH)2↓(粉紅色沉淀)+2NaClCoSO4+2NaOH+=Co(OH)2↓(粉紅色沉淀)+Na2SO4

1.1.1鈷及其化合物的性質(zhì)★鈷的主要化合物及其性質(zhì)?(4)硫化鈷(CoO)。用硫化鈉處理鈷鹽(Co2+)溶液得到的黑色沉淀。

?(5)碳酸鈷(CoCO3)。碳酸鈷在自然界中以菱鈷礦出現(xiàn)。在二氧化碳氣氛中，令堿金屬酸式碳酸鹽作用于鈷鹽(Co2+)的水溶液，可以沉淀出紫紅色的六水合碳酸鈷(CoCO3·6H2O)。未用二氧化碳氣氛時，在上述反應(yīng)中將沉淀出堿式碳酸鹽。

1.1.1鈷及其化合物的性質(zhì)★鈷的主要化合物及其性質(zhì)?(6)草酸鈷(CoC2O4)。草酸鈷性狀為淺粉紅色粉末，化學(xué)藥品。主要用作制氧化鈷和金屬鈷的原料，也可用作制取其它鈷化合物、鈷有機催化劑、指示劑。通?？稍诼然捜芤夯蛄蛩徕捜芤褐杏貌菟徜@溶液沉淀制得，主要反應(yīng)如下：(NH?)?C?O?+CoCl?=CoC?O?+2NH4Cl

1.1.1鈷及其化合物的性質(zhì)★鈷的主要化合物及其性質(zhì)?(7)硫酸鈷(CoSO4)：玫瑰紅色結(jié)晶。脫水后呈紅色粉末，溶于水和甲醇，微溶于乙醇。用于陶瓷釉料和油漆催干劑，也用于電鍍、堿性電池、生產(chǎn)含鈷顏料和其它鈷產(chǎn)品，還用于催化劑、分析試劑、飼料添加劑、輪胎膠粘劑、立德粉添加劑等。通?？裳趸挒樵希昧蛩崛芙夂蠼?jīng)蒸發(fā)結(jié)晶制得粉紅色的硫酸鈷晶體，主要反應(yīng)如下：CoO+H2SO4=CoSO4+H?O?(8)亞硫酸鈷(CoSO3)。向氫氧化鈷的水懸浮液中通入二氧化硫，可以得到紅色粒狀的CoSO3·5H2O晶體。它微溶于水，并容易與堿金屬亞硫酸鹽生成復(fù)鹽。

1.1.2鈷的應(yīng)用

硬質(zhì)合金與超級合金含有一定量鈷的刀具鋼可以顯著提高鋼耐磨性和切削性能，鈷將合金組成中其他金屬碳化物晶粒結(jié)合在一起，使合金具更高的韌性，并減少對沖擊的敏感性能，這種合金熔焊在零件表面，可使零件的壽命提高3-7倍。含鈷50%以上的司太立特硬質(zhì)合金即使加熱到1000℃也不會失去其原有的硬度。溫度在1038℃以上時，鈷基合金的優(yōu)越性就顯露無遺，特別適合用于制作高效率的高溫發(fā)動機和汽輪機等，因此鈷基合金被廣泛地應(yīng)用在航空航天和現(xiàn)代軍事領(lǐng)域中。在航空渦輪發(fā)動機的結(jié)構(gòu)材料中使用含20%-27%鉻的鈷基合金可在不使用任何保護涂層的條件下材料達到很高的抗氧化性。核反應(yīng)堆供熱工作室熱介質(zhì)渦輪發(fā)動機可以不檢修而連續(xù)運轉(zhuǎn)一年以上。1.1.2鈷的應(yīng)用

電池材料目前鈷的消耗量近40%用于充電電池材料，如用于鋰離子電池的鈷酸鋰，用于鎳氫電池的氧化亞鈷等。鈷最主要的用途是用于鋰電池，鋰離子電池的核心之一是它的正極材料，其中要用到鈷酸鋰(LiCoO2),鈷酸鋰屬于固體電解質(zhì)，具有高能量密度和高的環(huán)保安全性。鋰電池的優(yōu)勢在于電壓范圍寬，高能量密度，環(huán)保(和Ni-Cd、Ni-Mn相比較)。作為鋰電池主要材料的鈷酸鋰的世界需求量2008年為3.29萬噸（折合金屬鈷為1.97萬噸)，產(chǎn)鋰電池的主要國家集中在亞洲，分別是日本占40%(32%)、韓國占到30%(22%)中國占到28%(44%)，其中括號內(nèi)為實際生產(chǎn)份額因為不少貼牌日本、韓國產(chǎn)的、實際產(chǎn)地在中國。據(jù)統(tǒng)計，2014年我國鈷酸鋰行業(yè)鈷消費量約2.7萬噸，同比增加28.6%；而2014年國內(nèi)鈷酸鋰的產(chǎn)能在6萬噸，實際產(chǎn)量約為4.5萬噸。1.1.2鈷的應(yīng)用

顏料中華民族引以為榮的唐三彩、青花瓷、景泰藍的釉料中就含鈷，也只有鈷顏料的藍色才能歷久彌新。鈷作為顏料主要分為三種：鈷藍顏料、鈷紫顏料、鈷黑顏料。鈷藍顏料鈷藍是一種歷史非常悠久的顏料，我們的祖先最早用天然氧化鈷(存在于礦石和植物中)作為陶器和瓷器中坯和釉的著色顏料，呈不同色調(diào)的藍色和藍綠色，而古代的希臘人和羅馬人則最早將氧化鈷用于玻璃的著色，呈天藍色調(diào)。鈷藍的化學(xué)組成是CoO?Al2O3即鋁酸鈷，礦物組成是Co?Al2O4即鈷鋁尖晶石；鈷藍顏料有鮮明的色澤，著色強度很高，此外有極強的耐侯性、耐酸堿性，耐熱可達1200oC以上，適用于作為陶瓷、玻璃、搪瓷、琺瑯等材料的著色顏料。1.1.2鈷的應(yīng)用

顏料鈷紫顏料用于陶瓷、玻璃等制品裝飾的鈷紫顏料為磷酸鈷，化學(xué)式為Co3(PO4)2，呈藍相紫色，采用干法固相合成。如以部分鋰化合物替代鈷化合物，可制成磷酸鋰鈷，即CoLiPO4紫色顏料。1.1.2鈷的應(yīng)用

其他應(yīng)用飼料添加劑：動物，特別是反芻動物缺乏鈷會造成消化能力下降、貧血等疾病，因此動物飼料中廣泛添加微量的鈷元素。催化劑：鈷的化合物還作為催化劑應(yīng)用于石油化工行業(yè)，作為粘合劑應(yīng)用于橡膠輪胎行業(yè)。1.1.2鈷的應(yīng)用

目前鈷消費現(xiàn)狀數(shù)據(jù)顯示，2010鈷的供應(yīng)量為76363噸，消費量為65677噸；2011為82247噸，消費量為75100噸；2012年為77189，消費量為72000噸；2013年為85904噸，消費量為75000噸。據(jù)專家預(yù)計，受鈷化學(xué)品產(chǎn)量增長驅(qū)動，預(yù)計2014年全球鈷產(chǎn)量為9.06萬噸，到2018年全球鈷產(chǎn)量將增至10萬噸，年均增長率約為7%。據(jù)統(tǒng)計，2014年我國鈷酸鋰行業(yè)鈷消費量約2.7萬噸，同比增加28.6%；三元材料領(lǐng)域鈷消費量約4650噸，同比大幅增加106.6%。2014年硬質(zhì)合金領(lǐng)域鈷的消費量預(yù)計為2876噸，同比增長9.1%。同時，2014年高溫合金領(lǐng)域鈷消費量估算為1200噸，同比大幅增加71.4%。高溫合金主要用于航空、航天領(lǐng)域。1.1.3鈷的資源?世界上已查明陸地鈷的資源量達1500萬噸以上，大洋深海底和海山區(qū)的錳結(jié)核和錳結(jié)殼中也含有大量的鈷資源，主要分布在太平洋海域。單獨鈷礦床—般分為砷化鈷礦床、硫化鈷礦床和鈷土礦床三類。鈷和鎳在自然界中常常共生，陸地上的鈷資源主要是伴生礦，鈷大量分散在矽卡巖型鐵礦、釩鈦磁鐵礦、熱液多金屬礦、各種類型銅礦、沉積鈷錳礦、硫化銅鎳礦、硅酸鎳礦等礦床中，其品位雖低，但規(guī)模往往較大，是提取鈷的主要來源。

?世界鈷資源是十分豐富的，現(xiàn)有儲量和儲量基礎(chǔ)的靜態(tài)保證年限很長，分別在70年和100年以上，而且潛在資源量很大，可以保證全球經(jīng)濟發(fā)展對鈷的需求。?我國是鈷資源貧乏國家，單獨的鈷礦床極少，鈷往往以伴生元素形態(tài)存在于銅、鎳、鐵等礦床中．而且鈷含量比較低．不少伴生鈷難以利用，即使能利用回收率也很低。目前我國伴生鈷的回收利用除銅鎳硫化礦外，其他類型礦床都未見成效，回收量很少。

1.1.3鈷的資源與世界相比，中國的鈷工業(yè)起步較晚。1952年，江西省南昌市五金礦業(yè)公司用簡易鼓風(fēng)爐熔煉鈷土礦產(chǎn)出鈷鐵。1954年，沈陽冶煉廠以濕法煉鋅鈷渣為原料產(chǎn)出首批電鈷，拉開了中國電鈷生產(chǎn)的序幕，沈陽冶煉廠鋅系統(tǒng)采用黃藥法除鈷產(chǎn)出黃原酸鈷渣，該廠以此鈷渣為原料，通過還原溶解、氧化沉鈷產(chǎn)出含Co30%～40%的氫氧化鈷，然后再經(jīng)干燥、焙燒、電爐還原熔煉成粗金屬鈷，最后用電解精煉法得到電鈷。1956年按此工藝建設(shè)了江西冶煉廠，產(chǎn)出的鈷鐵送至上海三英電冶廠（上海冶煉廠前身）處理。廣東梅縣也用同樣工藝從鈷土礦熔煉出鈷鐵送潮州冶煉廠處理生產(chǎn)工業(yè)氧化鈷。1958年，贛州鈷冶煉廠從當(dāng)?shù)氐拟捦恋V中生產(chǎn)出氧化鈷。由于當(dāng)?shù)剽捦恋V資源分散，無法大規(guī)模開采，在冶金工業(yè)部安排下，贛州鈷冶煉廠于1960年開始處理從摩洛哥進口的砷鈷礦，這是中國用進口鈷原料生產(chǎn)鈷的開始。1966年，葫蘆島鋅廠首家建成了從鈷硫精礦中回收鈷的車間，以后又陸續(xù)建成了南京鋼鐵廠鈷車間，淄博鈷冶煉廠，湖北光化磷肥廠的鈷車間。甘肅金川、四川會理、吉林磐石銅鎳礦開發(fā)后，硫化銅鎳礦又成為回收鈷的重要資源。

1.1.3鈷的資源自然界已知含鈷礦物近百種，大多伴生于鎳、銅、鐵、鉛、鋅等礦床中，含鈷量較低。中國已探明鈷金屬估有儲量近數(shù)十萬噸。分布于全國24個?。▍^(qū)），其中主要有甘肅、山東、云南、湖北、青海、河北和山西。這七個省的合計儲量占全國總保有儲量的71%，其中以甘肅儲量最多，占全國的28%。此外，安徽、四川、新疆等?。▍^(qū)）也有一定的儲量。世界鈷產(chǎn)量1986年達到頂峰3萬噸，以后不斷下降，到1989年只有2.5萬噸左右。扎伊爾和贊比亞是最大的鈷生產(chǎn)國，其產(chǎn)量約占世界總產(chǎn)量的70%。

1.1.3鈷的資源中國鈷金屬資源量約為140萬t，絕大多數(shù)為伴生資源，單獨的鈷礦床極少。中國鈷礦品位較低，均作為礦山副產(chǎn)品回收，生產(chǎn)過程中由于品位低、生產(chǎn)工藝復(fù)雜，因此金屬回收率低、生產(chǎn)成本高。1996年中國鈷金屬產(chǎn)量（鈷含量）229t，鈷硫精礦產(chǎn)量（鈷含量）192t，氧化鈷638t。近幾年中國鈷的年消費量穩(wěn)定在1200t左右，國內(nèi)鈷產(chǎn)量包括氧化鈷折算為鈷每年總計約600～700t，國內(nèi)鈷產(chǎn)量尚不能滿足國內(nèi)需求，每年約有半數(shù)需進口。

1.1.3鈷的資源?鈷價行情

1.1.3鈷的資源?鈷價行情

1.1.3鈷的資源?鈷價行情

1.1.3鈷的資源?鈷礦物的分布、組成和性質(zhì)匯列在表7-6中

1.1.4鈷的生產(chǎn)?

由于鈷多以伴生金屬存在，因此它的提取方法與主金屬的生產(chǎn)方法緊密相關(guān)。在主金屬生產(chǎn)過程中，鈷富集在副產(chǎn)品中，為了從各種不同形態(tài)的含鈷副產(chǎn)品中回收鈷，提鈷方法相當(dāng)繁多。但歸納起來，從含鈷原料中提鈷通常包括火法冶金和濕法冶金兩個處理階段，在個別情況下只采用濕法處理?；鸱ㄌ幚淼娜蝿?wù)，或者是改變原料中鈷的物相組成，或者是把鈷富集到中間產(chǎn)物里，為下步濕法處理做原料準備。

1.1.4鈷的生產(chǎn)下面簡述各種提鈷