+7 (863) 322-57-00 | 863@3111577.ru

История кобальта

Кобальт как индивидуальный химический элемент открыт лишь в середине 18 века. Но его минералы были известны с древнейших времен. Так, кобальтовые минералы применялись для окраски стекла в синий цвет за несколько тысячелетий до нашей эры. В раскопках древней Вавилонии, Персии и Египта найдены искусственные драгоценные камни интенсивно синей окраски, в состав которых входит от 0,05 до 0,15% кобальта. Синие бусы и ожерелья и сама кобальтовая краска вывозились из Египта и Персии в другие страны. В Римской империи окрашенные кобальтом синие стекла обнаружены в памятниках культуры, созданных за 158 лет до н. э., а синяя мозаика найдена в развалинах Помпеи. В Китае синие стеклянные бусы изготовлялись за 206 лет до н. э., притом, по-видимому, из местного сырья. В ХПЕ в. кобальтовые минералы начали применять там для окраски фарфора. Из эпохи Средневековья в Европе сохранилось очень немного архитектурных памятников с синими кобальтовыми стеклами: они имеются в Реймском и Амьенском соборах во Франции, в Киевском Софийском соборе и в одном из мавзолеев Самарканда. Но способ изготовления кобальтовой краски, который в древности хранился в строжайшей тайне, после падения Римской империи был основательно забыт и его потребовалось открыть заново. Полагают, что его возродил в 1520—1540 гг. богемский купец Шюрер. Сырьем для производства исключительно красивой синей краски, устойчивой к атмосферным воздействиям и к высоким температурам, служили кобальтовые минералы Саксонии. В дальнейшем этот секрет проник в Голландию, а в начале 18 века во Франции и в Германии кобальтовые минералы нашли применение для окраски севрского и мейсинского фарфора. Само наименование элемента происходит от слова «кобальд — так горняки Гарца называли горных духов, злых карликов, которые якобы причиняли рабочим рудников много бед. Кобальдами называли поэтому руды с обманчивым внешним видом, из которых при плавке не удавалось извлечь ни одного из наиболее употребляемых металлов (золота, серебра, меди, железа, олова, свинца и ртути). Особенно опасны для горняков были руды кобальта, так как наиболее распространенный минерал — кобальтин — содержит мышьяк и при обжиге выделяет крайне ядовитый мышьяковистый ангидрид. Известный средневековый ученый — врач, минералог и металлург Агрикола — описывает кобальт как ядовитый вредный металл — смесь меди, серебра и висмута. Минералы никеля употреблялись в Китае за 235 лет до н. э. для изготовления монет, в которых содержалось 78% меди и до 20% никеля (этот сплав назывался пагфонгом). В Европе аналогичный минерал был открыт в 1694 г. в Саксонии. Но так как извлечь из него металл не умели, то назвали «купферникель», что означает «дьявольская медь». Кобальт был открыт шведским химиком Ю. Брандтом в 1735 г. При этом он уделил особое внимание описанию его отличий от висмута, который часто сопровождает кобальт в природных рудах. По Брандту, висмут выплавляется из минерала вместе с кобальтом, но эти металлы не смешиваются и их можно разделить молотком: кобальт образует ядро металлического королька, а висмут — его скорлупу и легко отделяется в виде чешуек. Отличаются они и по своим свойствам: висмут более легкоплавок, чем кобальт. Если В1 растворить в азотной кислоте, то после добавления к раствору воды он вновь осаждается в виде белого порошка. Кобальт же из азотнокислого раствора осаждается лишь путем добавления щелочи: с крепкими щелочами образуется темный осадок, а с нашатырным спиртом — розово-красный, который синеет при нагревании. Главное же отличие в том, что только минералы кобальта (но отнюдь не висмута) после обжига дают «зафру» (смесь окиси кобальта и кремнекислоты), а после сплавления с поташом — синее стекло — «смальт». Никель был открыт шведским ученым А. Ф. Кронштедтом в 1151 г. в минерале николите. Первое практическое применение он обрел в 1824 г., когда в Европе появилась имитация китайского пагфонга, а с 1850 г. в ряде стран началось производство мелких никелевых монет. В конце ХХ и начале ХХ в. были открыты многие исключительно ценные свойства кобальтовых и никелевых сплавов и с этого времени оба металла приобретают все возрастающее значение. И кобальт, и никель принадлежат к стратегическим металлам и применяются в очень важных областях, играющих первостепенную роль в научно-техническом прогрессе. Кобальт и никель применяются прежде всего как компоненты жаростойких, быстрорежущих, сверхтвердых, магнитных, антикоррозионных сплавов и качественных сталей. Еще в начале ХХ в. было установлено, что добавка кобальта к простой углеродистой инструментальной стали повышает ее сопротивление износу. Вскоре нашли, что сталь с добавкой вольфрама, молибдена, хрома и ванадия мало уступает кобальтовой. Однако в дальнейшем выяснилось, что и в этом случае введение кобальта весьма полезно. Сравнительные испытания резцов, изготовленных из легированных сталей, в которых содержалось до 18% вольфрама, 4—5% хрома, 1,2—1,5% ванадия без кобальта и с добавкой 6—18% кобальта, показали, что кобальтовая и особенно суперкобальтовая стали дают наилучший результат: они позволяют значительно повысить скорость резания без заметного износа резца. Твердые сплавы с содержанием кобальта свыше 50%, так называемые стеллиты, получили большую известность в металлообработке.

Очень важное значение приобрели сверхтвердые сплавы, приготовляемые спеканием карбида вольфрама с кобальтовым порошком. Они широко применяются в металлообрабатывающей промышленности и в горном деле для бурения особо твердых пород. Заменителем этого кобальтового «твердого металла» может служить только карбид тантала на никелевом связующем.

Кобальт и никель широко применяются для изготовления магнитных сплавов. Качество постоянных магнитов определяется величиной остаточной индукции (в гауссах) и коэрцитивной силой, т. е. сопротивлением размагничиванию (в эрстедах). Кроме того, магниты должны быть устойчивы к температурным и механическим воздействиям (вибрации) и поддаваться обработке.

Некоторые кобальтовые сплавы отличаются устойчивостью к кислотам и окислителям. Так, для изготовления нерастворимых анодов применяют сплав из 75% кобальта, 13% кремния, 7% хрома и 53% марганца. Он менее растворим, чем платина, в минеральных кислотах — азотной, серной и соляной. По отношению к концентрированной соляной кислоте при нагревании до 80° С устойчив сплав, в состав которого входит 56% никеля, 22% железа, 19,5% кобальта и 2,5% марганца. Сплав конель заменяет платину в катодах, подвергающихся действию окислителей: он состоит из 70% никеля, 20% кобальта, 7,2% железа и 2,8% титана. Из кобальтовых сплавов изготовляют резервуары для хранения фторгалогенидов. Кобальт и его соединения занимают исключительное положение в качестве катализаторов. Кобальтовые катализаторы весьма активны в реакциях гидрогенизации растительных жиров, синтеза бензина из природного газа и продуктов перегонки угля, при окислении синильной кислоты в окись азота и окиси углерода в двуокись. Они способствуют быстрой сушке лаков и масляных красок, а по некоторым данным, могут заменить платино-родиевые катализаторы, применяемые при окислении аммиака в производстве азотной кислоты. На основе кобальтовых соединений могут быть приготовлены масляные краски и эмали.

Окись кобальта входит в состав некоторых полупроводников и изоляторов, соли используются в текстильной промышленности, а также для изготовления симпатических чернил. при определении влажности воздуха и в некоторых других целях. В частности, их применяют для лечения овец, заболевших анемией из-за нехватки кобальта в растениях, которыми они питались.

В чистом виде металлический кобальт используется мало, главным образом в электронике, в качестве электродов, а также в термоэлементах. Интересное применение нашел кобальтовый порошок, осажденный на бумаге, полученный термическим разложением карбонила. Кобальтовым порошком иногда замещают часть пирофорного железа при изготовлении легковоспламеняющихся составов.

Кобальт, покрытый палладием, родием или платиной, служит материалом для электрических контактов. Изготовлены кобальтовые катализаторы для окисления выхлопных газов автомобилей, отравляющих атмосферу.

Наконец, общеизвестно значение, которое приобрел радиоактивный изотоп кобальта в медицине: он является мощным источником радиации и применяется взамен радия для лечения злокачественных опухолей.