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钴或将成2017年金属市场亮点

北极星储能网  来源:中国有色金属报  作者:王祝堂  2017/3/20 18:46:45  我要投稿  

北极星储能网讯:钴(Co)是一种有光泽的刚灰色的有色重金属,20℃时的密度为8.9g/cm3,几乎与Cu的密度8.96g/cm3相等,硬而脆,有铁磁性,温度达到1150℃时,磁性消失。钴的化合价为2和3,钴在常温下不与水反应,在潮湿大气中也是如此,很稳定。若温度高于300℃会氧化成CoO,白热时燃烧成Co3O4。钴的熔点时1150℃,它的原子序数时27,原子量是58.93,游离态Co与化合态Co的性能都与Fe及Ni相似。

钴是瑞典化学家布朗特(G˙Brandt)1753年发现的,他从辉钴矿中分离出一种浅玫瑰色的灰色金属,从而宣告钴的面世,1780年瑞典化学家伯格曼(T˙Bergman)确定钴为元素。关于钴的命名还有一段小小的故事,钴的拉丁文(Cobalt)原意是“地下魔鬼”,很久很久以前,德国萨克森州有一个很大的银、铜多金属矿,矿工发现一种外表酷似银的矿石,希望能提炼出有价金属,可是事与愿违,不但未能提炼出有价值的东西,而且工人在被冶炼过程中放出的二氧化硫(SO2)等有毒物质毒倒,人们把这件事说成是“地下魔鬼”作祟,其实这个“魔鬼”就是辉砷钴矿(CoAsS)中的砷与硫,在冶炼过程中与空气中的氧作用,形成As2O3与SO2,它们是有强烈刺激气味的有毒物质,As2O3就是砒霜。

钴为什么会荣登2017年金属市场明星

据英国《金属时报》网站称,钴将成为2017年金属市场最闪耀的明星品种,为什么呢?因为目前全世界产的钴(2016年的产量约38kt)约有一半用于制造锂钴电池,而这类电池是便携式电子设备的唯一电源,也是智能手机不可或缺的能源供应者,智能手机用的电池虽小,但数量巨大,据相关预计,今年手机用锂钴电池的需求量将在2016年需求量的基础上,增加10%以上,而且近几年内其复合增长率都不会低于此数。

与锂不同的是,目前,钴还没有用于制造日益繁荣发达的电动车和新能源车动力电池。但值得注意的是,自2016年12月以来,中国开始提出要大力提高新能源车动力电池质量,提高动力电池能源效率,这就为锂钴电池开辟了新的应用领域与市场。这个市场前景广阔。

当下,钴主要用于制造电池,在此领域,锂的用量比钴少得多,锂至少要在10年以后,其消费量才能赶上钴的消费水平。

中国钴资源短缺,需要大量进口

世界上主要有四种有实用价值的钴矿。一是铜钴矿,主要产地为扎伊尔、赞比亚。扎伊尔的钴产量占世界总产量的50%以上。二是镍钴矿,有硫化矿和氧化矿之分。三是砷钴矿。四是含钴黄铁矿。2016年,全球钴产量约38kt,扎伊尔和赞比亚是钴矿最大生产国,占世界总产量的70%左右。

中国目前已探明的钴资源量约80kt,占世界总量的1%,分布于全国25个省、区,其中主要的是甘肃、山东、云南、湖北、青海、河北和山西,它们的储量占全国总储量的70%以上,且以甘肃的储量最多,占全国的30%以上,另外,安徽、四川、海南、新疆等省区也有一些储量。

中国2016年的钴产量约650吨,主要是从进口的矿石中提取的。国内的矿石多产自甘肃金川白家嘴子铜镍矿区、吉林盘石红旗岭和通化赤柏松铜镍矿区、湖北铁山铁矿和大冶铜录山铜铁矿、山东金岭铁矿、山西篦子沟铜矿和四川会理拉拉厂铜矿等,其中白家嘴子的产量占全国矿石总量的85%。值得注意的是,经过多年开采,这些矿山的钴资源量日益贫乏,进口压力不断上升,同时,中国进口的钴矿石的90%以上来自非洲刚果(金),存在相当大的地缘政治风险,因此钴成为中国单一商品供应风险最大的金属,如有可能现在不妨多进口一些,它是一种有较大升值空间的资源。

钴是一种生产高端产品必须的材料

在生产高端产品中,钴是一种必不可少的原材料,几年以前,钴主要用于制造高温合金、磁性合金和切削刀具合金。但是自2016年以后,全世界一半的钴消费量在制造消费类电子领域(手提电脑、平板电脑、智能手机等)的锂钴电池,并且会不断渗入到电动车及新能源汽车所必需的动力电池领域,因此,钴有着极大的发展前景。

钴除了约有一半的消费量在制造锂钴电池领域外,其余的钴多以金属形态被使用,其中一项主要用途是制造高温合金,含钴的高温合金在温度高达700℃以上的环境内,仍能保持其原有的强度性能和其他有价值的特性,因而在喷气航空航天发动机、燃气轮机和其他在高温下运转的装置中获得了广泛应用,其被广泛用于制造各种零部件。这类高温合金大多数含有20%~65%Co,以及镍、铬、钼、钨等难熔元素,它们还有高的抗氧化性,零部件表面不用涂覆抗氧化涂料,另外核反应堆的涡轮发电机的关键零部件也是用钴合金制造的,可连续运转一年以上不用检修,美国实验堆用的发电机锅炉SNAP-2和SNAP-8就是用钴合金制造的。

钴是磁化一次就能保持磁性的少数金属之一。金属在热影响下,丧失磁性的温度叫居里点,铁的居里点是769℃,镍的居里点为358℃,而钴的居里点竟然高达1135℃。含60%Co的磁性钢比一般的磁性钢的矫顽磁力大2.5倍;在振动的作用下,普通磁钢会丧失34%的磁性,而钴钢在同样的条件下,仅仅丧失3.5%以下,因而,钴在磁性材料中有着不可替代的明显优势,中国正在发展有特色的永磁磁悬浮高速列车,钴磁性材料可派上大用场,大有用武之地。性能最佳的工业磁钢含35%Co以及一些钨和铬;铝-镍-钴磁钢含6%Al~12%Al、14%Ni~30%Ni、5%Co~12%Co,其余的是Fe。从上世纪70年代初开始,钴-稀土合金永磁体的生产工艺与应用取得了长足进步,这是一类磁力很强的永磁体。

钴可以显着提高刀具钢的抗磨性和切削性能,含Co量≥50%的钨-铬-钴合金,即司太立特硬质合金(stellite)即使加热到1000℃,硬度也不会降低,现在这种合金已成为硬质合金家族中的精英。钴在合金中可与其他金属碳化物粒子结合在一起,从而使合金具有更高的韧性,对冲击敏感性能也大大下降,将这种合金熔焊于零件表面,可提高零部件寿命3~7倍。在航空航天发动机制造中,除了使用钴合金以外,也可以使用镍基合金,但它们的强化机制却完全不同,含钛和铝的镍基合金之所以有高的强度是因为形成了Ni3Al(Ti)强化相,当温度高时,这种强化相粒子就溶入固溶体中,合金强度就会下降,这就是说,当工作温度高于950℃时,镍基合金优越性就不复存在了。而钴基合金的耐热性能是因为形成了难熔的化合物,不会溶于固溶体,同时,扩散系数也小,即使温度高达1050℃,钴基合金仍有很高的强度性能,因此,钴基高温合金是制造高效航空发动机叶片与结构的良好材料。

为了研发中国的航空发动机,中国航空发动机集团有限公司(以下简称中国航发集团)于2016年7月正式挂牌成立,注册资本500亿元,主要股东包括中国商飞、北京国资经营管理中心、国务院国资委、中航工业集团。

航空发动机素有现代工业“皇冠明珠”之称,是一个国家科学技术和工业实力的重要体现和标志。目前,全世界航空发动机产业除了俄罗斯在军机领域还有一把小交椅,乌克兰也沾点边外,其余绝大部分军民航空发动机研发与生产被三大公司占据,美国通用电气公司(GE)、美国惠普公司(PW)和英国罗尔斯˙罗伊斯汽车和飞机发动机公司(Rolls-Royce,RR),它们及其旗下的合资子公司2016年的航空发动机销售额占全球总额的95%左右。

中国此前在军机发动机领域做了不少工作,成绩斐然,其承载主体为中航动控、中航动力、成发科技这三家上市公司,而在民用机发动机领域中国尚是白纸一张,2016年才起步,可能还要四五年才有所建树,取得有里程碑意义的成就可能要到2025年前后,国产大民用飞机发动机才能装上C919大飞机。目前,中国自主研制的民用飞机发动机都是进口,支线客机ARJ21采用的是GE公司的CF34-10A发动机,大飞机C919采用的是进口的LEAP-1C发动机。中国航空发动机产业之所以落后,有设计与制造方面的问题,也有材料方面的问题,制造航空发动机叶片与高温机构用的镍基、钴基高温合金等还没有形成性能稳定可靠、价格有国际市场竞争力的批量生产能力,有色金属工业企业职工必须撸起袖子加油干,尽快为国家建立航空发动机自主发展工业体系提供综合性能优异、性价比高的高温合金与其他有色金属材料。一代材料,一代发动机,材料必须先行。

钴的其他用途

钴可用作碳化钨的基体或粘合剂。3%Co~25%Co可使用在钻头和工具机上。有实用价值的硬质碳化钨具有所需的坚韧性和抗震性,将5%Co~12%Co加到标准高速钢中,可以提高它们的高温切削效率,重型机械零件加工多用此类钢刀具。

人造放射性同位素钴-60可以取代χ射线和镭探测金属内部损伤和物体内部的裂缝和异物,也用于治疗癌症,在生物学和工业上可以用作示踪物。

约含18%Co、28%Ni、54%Fe的合金可用于封装玻璃金属。含36.5%Fe、9.5%Cr、54%Co的合金的线胀系数实际上为零,非常难能可贵的性能。含65%Co、30%Cr、5%Mo或W的合金是一种生物相容性好的医用材料,既不会被液体侵蚀,也不会刺激人体组织,是一种难得的牙科和外科材料。

钴也是一种电阻合金、铍青铜和其他弹簧合金、阴极丝、阴极芯合金的组分。钴化物在工、农业上有着广泛的应用,牛羊缺钴元素会发生消瘦病。

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原标题:钴或将成为2017年金属市场耀眼明星

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