一吨金属钴需多少钴矿（细说金属钴的来历与影响）

钴在元素周期表中排在第27位，作为可充电电池和喷气发动机的基础原料，钴在2018年就被美国内政部列为35种美国经济离不开的关键矿物之一，甚至被认为是一种可以影响国家安全风险的重要元素。现如今大量钴矿石从非洲的一个动荡地区开采并由中国提炼， 下面让我们了解一下更多关于这种神奇金属的信息，一切从一个民间传说开始。

妖精的矿石

早在几个世纪以前，大概公元1500年左右的时候，在德国萨克森银矿附近工作的矿工遇到了一种特别讨厌的矿石，他们本来是要深入山中寻找富含贵金属的矿石，但新发现的这种石头打破了他们的计划。乍一看，这种新材料很类似于银，但是当矿工们试图熔化这些石头分离贵金属时却发现，这些石头很快就变成了一堆不值钱的渣滓。

欧洲很早便开始发掘贵金属矿产

与此同时在这个过程中被冶炼的矿石还冒出了一股股有毒烟雾，引发了不少矿工生病甚至死亡。矿工们并没有真正理解为什么会变成这样，那个时代金银铜铁锡铅汞是世上唯一被认知的金属矿物，除此之外人们不知道还会有新金属的诞生，因此，矿工们想出了一个解释，即这一定是有地灵妖精对矿石施展魔法，是妖精把矿山附近的白银都偷偷换掉了，并且释放具有恶臭味的有毒烟雾。

“kopelts”与“kopolds”这两个词就是中世纪用来形容这种矿石的词汇，意为地精。与所有经典的古代传说一样，这个地精的故事除了带有灵异色彩外也包含一定的道理。实际上在德国的这个矿区中的矿石中含有高品位的钴，并且这种被称为钴酸矿的矿石中含有砷和硫，这就是它能释放恶臭味的有毒气体的原因。

直到1730年，瑞典化学家George brandt在自家的冶炼厂中分离出这种金属。布兰特怀疑这种材料是一种前所未知的元素，因此通过火分析了这种近似数，由此得到了当年与那些德国矿工命名的妖精矿石相同的物质。此后布兰特坚持使用矿工的名字来命名这种材料 即我们今天提到的“钴”。

George brandt

钴蓝 古代的蓝

尽管钴一直到18世纪才验明正身，但几千年来，钴基颜料因其丰富的蓝色色调而备受推崇。据调查，钴颜料的应用最早可以追溯到古埃及，人们在距今至少2600年的埃及墓葬中发现了含有钴基釉料的陶器和玻璃，而在中国的唐朝时期瓷器上也有钴基颜料的痕迹。

古埃及用钴颜料来制作陶器

钴蓝 新时代的蓝

就在瑞典科学家布兰特分离出钴元素大约70年后，一位法国政府官员给法国化学家路易斯雅克德纳一项任务，就是要创造一种新的蓝色颜料。在当时蓝铜矿是一种让艺术家们梦寐以求的颜料但却价格昂贵，上流社会急需要寻找一个替代产品。德纳接到任务之后就开始思考从彩色玻璃窗和古代瓷器找寻灵感，这些旧瓷器自古代以来就是由钴矿石染的颜色，但要成为蓝铜矿颜料的替代品，还需要保证它的稳定性和可控性，最麻烦的是他们不知道究竟是什么元素产生了这种蓝色。当时他们并没有分离出导致这些绚丽色彩的确切元素，但他们知道要将一种矿石在高温下烘烤并将其与另外一种东西混合便会产生漂亮的蓝色，这一过程一直到1802年终于被研究透彻。

梵高画作中的蓝色被认为有两种矿物颜料一种是石青另一种就是钴蓝

钴蓝颜料的制取方法

纯钴是一种闪亮的灰色，但却可以通过将钴氧化而转化为亮蓝色的粉末，这个加工过程我们通常称为煅烧。具体步骤是先将富含钴的矿物放在在超过1100度的空间中加热，当纯钴成为氧化钴之后，将硅酸铝夹杂其中，并将温度提高到1200度，钴蓝这种引人注目的颜色便应运而生。人们根据这个原理，举一反三通过将氧化钴与其他矿物质结合可以制成许多其他色调的蓝，比如玛莎蓝、柳蓝等等。少量的钴蓝也被用作脱色剂，用来消除玻璃中因铁污染而产生的暗黄色。

一直到20世纪，钴几乎只用作颜料和油漆的成分。根据数据1916年世界开采和提炼的所有钴中约有七成也就是440吨左右被用作了着色剂。

世界上一半的钴用做了充电电池

如今的现代人都在享受着智能手机平板电脑和电动汽车所带来的便利，这其中的可充电电池我们也并不陌生，可是人们平时只听说过锂电池、镍镉电池，却不曾知道钴和锂镍等金属元素一样都是构成耐用的充电电池的关键成分之一，目前全世界生产的钴中约有50%用于可充电电池。钴存在于锂离子电池的阴极中，当锂离子电池充电时 锂离子从阴极流向带负电的阳极，并储存在那里。当电池放电时，离子流回阴极，并释放出电子为手机或者其他设备供电。钴具有热稳定性和高能量密度这两个特性使其成为电池应用的理想选择，用钴制成的阴极不会轻易过热或者着火，这是一个主要的安全问题，并且它还能够储存和转移更多的能量。

作为阴极的钴离子

钴不仅存在于锂离子电池的阴极中，还存在于其他流行的可充电电池中，比如镍镉和镍金属氢化物电池。由于钴目前占可充电阴极的10%-33% 汽车行业将需要更多的钴来为电动汽车的未来提供动力，据分析预测，仅仅乘用车的钴需求量就会翻两番，从2020年的27500多吨增加到2025年的110231吨以上。

超级钴合金

当航空航天的工程师需要一种能够承受喷气发动机或者火箭发动机内部高温的材料时，他们会首先会考虑由钴制成的超级合金。超级合金是高性能金属，因其具有极高的耐磨性和耐热性而赢得了这么个响亮的名字。除了极端温度以外钴基超级合金显示了它的特性，钴的熔点高于镍，在930度的温度下，钴合金的抗应力性能优于镍基高温合金，同时钴合金更加耐腐蚀，这就是为什么燃气轮机发动机的固定叶片中有钴合金的身影，它们可以在强烈的热量下保持不被磨损和失效。

发动机叶片用上超级合金可以在高温下依旧保持良好的机械性

美国也有卡脖子的时候

钴被列为美国内政部的国家安全“关键矿产”清单的主要原因之一是世界上用量一半以上的钴都在刚果民主共和国开采的，刚果民主共和国的政治环境不稳定意味着钴供应链的很大一部分容易受到干扰。

刚果露天采矿

如果高科技经济过渡依赖钴供应，那么刚果民主共和国可能会减缓全球经济的增长，除此之外，中国是主要的钴精炼基地，美国不得不考虑自己被钴元素卡脖子的时候该怎么办。钴并非无处不在，却也不是特别稀有，他在地壳中的丰度排名第32位，但只有加拿大和摩洛哥的矿山可以以提取出纯钴的矿石，其他大部分是作为铜和镍的附属矿提取的，例如与红砷镍矿伴生的砷钴矿，与铜矿伴生的硫铜钴矿或者辉砷钴矿等。

砷钴矿

美国消耗了全球10%的钴，但本国的供应量不到全球的1% 由此不难推测美国对于本国钴资源枯竭的担忧不无道理。

贴士：钴是动物和人类饮食中必不可少的微量元素，维生素B12就是牛等反刍动物将钴转化而来的钴胺素。悄悄地说一句，巧克力是食物中钴含量最高的食物。

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