中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：鈷（Co）是一種有光澤的剛灰色的有色重金屬，20℃時(shí)的密度為8.9g/cm3，幾乎與Cu的密度8.96g/cm3相等，硬而脆，有鐵磁性，溫度達(dá)到1150℃時(shí)，磁性消失。鈷的化合價(jià)為2和3，鈷在常溫下不與水反應(yīng)，在潮濕大氣中也是如此，很穩(wěn)定。若溫度高于300℃會(huì)氧化成CoO,白熱時(shí)燃燒成Co3O4。鈷的熔點(diǎn)時(shí)1150℃，它的原子序數(shù)時(shí)27，原子量是58.93，游離態(tài)Co與化合態(tài)Co的性能都與Fe及Ni相似。
鈷是瑞典化學(xué)家布朗特（G·Brandt）1753年發(fā)現(xiàn)的，他從輝鈷礦中分離出一種淺玫瑰色的灰色金屬，從而宣告鈷的面世，1780年瑞典化學(xué)家伯格曼（T·Bergman）確定鈷為元素。關(guān)于鈷的命名還有一段小小的故事，鈷的拉丁文（Cobalt）原意是“地下魔鬼”，很久很久以前，德國薩克森州有一個(gè)很大的銀、銅多金屬礦，礦工發(fā)現(xiàn)一種外表酷似銀的礦石，希望能提煉出有價(jià)金屬，可是事與愿違，不但未能提煉出有價(jià)值的東西，而且工人在被冶煉過程中放出的二氧化硫（SO2）等有毒物質(zhì)毒倒，人們把這件事說成是“地下魔鬼”作祟，其實(shí)這個(gè)“魔鬼”就是輝砷鈷礦（CoAsS）中的砷與硫，在冶煉過程中與空氣中的氧作用，形成As2O3與SO2，它們是有強(qiáng)烈刺激氣味的有毒物質(zhì)，As2O3就是砒霜。
鈷為什么會(huì)榮登2017年金屬市場明星
據(jù)英國《金屬時(shí)報(bào)》網(wǎng)站稱，鈷將成為2017年金屬市場最閃耀的明星品種，為什么呢？因?yàn)槟壳叭澜绠a(chǎn)的鈷（2016年的產(chǎn)量約38kt）約有一半用于制造鋰鈷電池，而這類電池是便攜式電子設(shè)備的唯一電源，也是智能手機(jī)不可或缺的能源供應(yīng)者，智能手機(jī)用的電池雖小，但數(shù)量巨大，據(jù)相關(guān)預(yù)計(jì)，今年手機(jī)用鋰鈷電池的需求量將在2016年需求量的基礎(chǔ)上，增加10%以上，而且近幾年內(nèi)其復(fù)合增長率都不會(huì)低于此數(shù)。
與鋰不同的是，目前，鈷還沒有用于制造日益繁榮發(fā)達(dá)的電動(dòng)車和新能源車動(dòng)力電池。但值得注意的是，自2016年12月以來，中國開始提出要大力提高新能源車動(dòng)力電池質(zhì)量，提高動(dòng)力電池能源效率，這就為鋰鈷電池開辟了新的應(yīng)用領(lǐng)域與市場。這個(gè)市場前景廣闊。
當(dāng)下，鈷主要用于制造電池，在此領(lǐng)域，鋰的用量比鈷少得多，鋰至少要在10年以后，其消費(fèi)量才能趕上鈷的消費(fèi)水平。
中國鈷資源短缺，需要大量進(jìn)口
世界上主要有四種有實(shí)用價(jià)值的鈷礦。一是銅鈷礦，主要產(chǎn)地為扎伊爾、贊比亞。扎伊爾的鈷產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的50%以上。二是鎳鈷礦，有硫化礦和氧化礦之分。三是砷鈷礦。四是含鈷黃鐵礦。2016年，全球鈷產(chǎn)量約38kt，扎伊爾和贊比亞是鈷礦最大生產(chǎn)國，占世界總產(chǎn)量的70%左右。
中國目前已探明的鈷資源量約80kt，占世界總量的1%，分布于全國25個(gè)省、區(qū)，其中主要的是甘肅、山東、云南、湖北、青海、河北和山西，它們的儲(chǔ)量占全國總儲(chǔ)量的70%以上，且以甘肅的儲(chǔ)量最多，占全國的30%以上，另外，安徽、四川、海南、新疆等省區(qū)也有一些儲(chǔ)量。
中國2016年的鈷產(chǎn)量約650噸，主要是從進(jìn)口的礦石中提取的。國內(nèi)的礦石多產(chǎn)自甘肅金川白家嘴子銅鎳礦區(qū)、吉林盤石紅旗嶺和通化赤柏松銅鎳礦區(qū)、湖北鐵山鐵礦和大冶銅錄山銅鐵礦、山東金嶺鐵礦、山西篦子溝銅礦和四川會(huì)理拉拉廠銅礦等，其中白家嘴子的產(chǎn)量占全國礦石總量的85%。值得注意的是，經(jīng)過多年開采，這些礦山的鈷資源量日益貧乏，進(jìn)口壓力不斷上升，同時(shí)，中國進(jìn)口的鈷礦石的90%以上來自非洲剛果（金），存在相當(dāng)大的地緣政治風(fēng)險(xiǎn)，因此鈷成為中國單一商品供應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)最大的金屬，如有可能現(xiàn)在不妨多進(jìn)口一些，它是一種有較大升值空間的資源。
鈷是一種生產(chǎn)高端產(chǎn)品必須的材料
在生產(chǎn)高端產(chǎn)品中，鈷是一種必不可少的原材料，幾年以前，鈷主要用于制造高溫合金、磁性合金和切削刀具合金。但是自2016年以后，全世界一半的鈷消費(fèi)量在制造消費(fèi)類電子領(lǐng)域（手提電腦、平板電腦、智能手機(jī)等）的鋰鈷電池，并且會(huì)不斷滲入到電動(dòng)車及新能源汽車所必需的動(dòng)力電池領(lǐng)域，因此，鈷有著極大的發(fā)展前景。
鈷除了約有一半的消費(fèi)量在制造鋰鈷電池領(lǐng)域外，其余的鈷多以金屬形態(tài)被使用，其中一項(xiàng)主要用途是制造高溫合金，含鈷的高溫合金在溫度高達(dá)700℃以上的環(huán)境內(nèi)，仍能保持其原有的強(qiáng)度性能和其他有價(jià)值的特性，因而在噴氣航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)和其他在高溫下運(yùn)轉(zhuǎn)的裝置中獲得了廣泛應(yīng)用，其被廣泛用于制造各種零部件。這類高溫合金大多數(shù)含有20%~65%Co,以及鎳、鉻、鉬、鎢等難熔元素，它們還有高的抗氧化性，零部件表面不用涂覆抗氧化涂料，另外核反應(yīng)堆的渦輪發(fā)電機(jī)的關(guān)鍵零部件也是用鈷合金制造的，可連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)一年以上不用檢修，美國實(shí)驗(yàn)堆用的發(fā)電機(jī)鍋爐SNAP-2和SNAP-8就是用鈷合金制造的。
鈷是磁化一次就能保持磁性的少數(shù)金屬之一。金屬在熱影響下，喪失磁性的溫度叫居里點(diǎn)，鐵的居里點(diǎn)是769℃，鎳的居里點(diǎn)為358℃，而鈷的居里點(diǎn)竟然高達(dá)1135℃。含60%Co的磁性鋼比一般的磁性鋼的矯頑磁力大2.5倍；在振動(dòng)的作用下，普通磁鋼會(huì)喪失34%的磁性，而鈷鋼在同樣的條件下，僅僅喪失3.5%以下，因而，鈷在磁性材料中有著不可替代的明顯優(yōu)勢，中國正在發(fā)展有特色的永磁磁懸浮高速列車，鈷磁性材料可派上大用場，大有用武之地。性能最佳的工業(yè)磁鋼含35%Co以及一些鎢和鉻；鋁-鎳-鈷磁鋼含6%Al~12%Al、14%Ni~30%Ni、5%Co~12%Co，其余的是Fe。從上世紀(jì)70年代初開始，鈷-稀土合金永磁體的生產(chǎn)工藝與應(yīng)用取得了長足進(jìn)步，這是一類磁力很強(qiáng)的永磁體。
鈷可以顯著提高刀具鋼的抗磨性和切削性能，含Co量≥50%的鎢-鉻-鈷合金，即司太立特硬質(zhì)合金（stellite）即使加熱到1000℃，硬度也不會(huì)降低，現(xiàn)在這種合金已成為硬質(zhì)合金家族中的精英。鈷在合金中可與其他金屬碳化物粒子結(jié)合在一起，從而使合金具有更高的韌性，對沖擊敏感性能也大大下降，將這種合金熔焊于零件表面，可提高零部件壽命3~7倍。在航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)制造中，除了使用鈷合金以外，也可以使用鎳基合金，但它們的強(qiáng)化機(jī)制卻完全不同，含鈦和鋁的鎳基合金之所以有高的強(qiáng)度是因?yàn)樾纬闪薔i3Al（Ti）強(qiáng)化相，當(dāng)溫度高時(shí)，這種強(qiáng)化相粒子就溶入固溶體中，合金強(qiáng)度就會(huì)下降，這就是說，當(dāng)工作溫度高于950℃時(shí)，鎳基合金優(yōu)越性就不復(fù)存在了。而鈷基合金的耐熱性能是因?yàn)樾纬闪穗y熔的化合物，不會(huì)溶于固溶體，同時(shí)，擴(kuò)散系數(shù)也小，即使溫度高達(dá)1050℃，鈷基合金仍有很高的強(qiáng)度性能，因此，鈷基高溫合金是制造高效航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片與結(jié)構(gòu)的良好材料。
為了研發(fā)中國的航空發(fā)動(dòng)機(jī)，中國航空發(fā)動(dòng)機(jī)集團(tuán)有限公司（以下簡稱中國航發(fā)集團(tuán)）于2016年7月正式掛牌成立，注冊資本500億元，主要股東包括中國商飛、北京國資經(jīng)營管理中心、國務(wù)院國資委、中航工業(yè)集團(tuán)。
航空發(fā)動(dòng)機(jī)素有現(xiàn)代工業(yè)“皇冠明珠”之稱，是一個(gè)國家科學(xué)技術(shù)和工業(yè)實(shí)力的重要體現(xiàn)和標(biāo)志。目前，全世界航空發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)業(yè)除了俄羅斯在軍機(jī)領(lǐng)域還有一把小交椅，烏克蘭也沾點(diǎn)邊外，其余絕大部分軍民航空發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)與生產(chǎn)被三大公司占據(jù)，美國通用電氣公司（GE）、美國惠普公司（PW）和英國羅爾斯·羅伊斯汽車和飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)公司（Rolls-Royce，RR），它們及其旗下的合資子公司2016年的航空發(fā)動(dòng)機(jī)銷售額占全球總額的95%左右。
中國此前在軍機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域做了不少工作，成績斐然，其承載主體為中航動(dòng)控、中航動(dòng)力、成發(fā)科技這三家上市公司，而在民用機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域中國尚是白紙一張，2016年才起步，可能還要四五年才有所建樹，取得有里程碑意義的成就可能要到2025年前后，國產(chǎn)大民用飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)才能裝上C919大飛機(jī)。目前，中國自主研制的民用飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)都是進(jìn)口，支線客機(jī)ARJ21采用的是GE公司的CF34-10A發(fā)動(dòng)機(jī)，大飛機(jī)C919采用的是進(jìn)口的LEAP-1C發(fā)動(dòng)機(jī)。中國航空發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)業(yè)之所以落后，有設(shè)計(jì)與制造方面的問題，也有材料方面的問題，制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片與高溫機(jī)構(gòu)用的鎳基、鈷基高溫合金等還沒有形成性能穩(wěn)定可靠、價(jià)格有國際市場競爭力的批量生產(chǎn)能力，有色金屬工業(yè)企業(yè)職工必須擼起袖子加油干，盡快為國家建立航空發(fā)動(dòng)機(jī)自主發(fā)展工業(yè)體系提供綜合性能優(yōu)異、性價(jià)比高的高溫合金與其他有色金屬材料。一代材料，一代發(fā)動(dòng)機(jī)，材料必須先行。
鈷的其他用途
鈷可用作碳化鎢的基體或粘合劑。3%Co~25%Co可使用在鉆頭和工具機(jī)上。有實(shí)用價(jià)值的硬質(zhì)碳化鎢具有所需的堅(jiān)韌性和抗震性，將5%Co~12%Co加到標(biāo)準(zhǔn)高速鋼中，可以提高它們的高溫切削效率，重型機(jī)械零件加工多用此類鋼刀具。
人造放射性同位素鈷-60可以取代χ射線和鐳探測金屬內(nèi)部損傷和物體內(nèi)部的裂縫和異物，也用于治療癌癥，在生物學(xué)和工業(yè)上可以用作示蹤物。
約含18%Co、28%Ni、54%Fe的合金可用于封裝玻璃金屬。含36.5%Fe、9.5%Cr、54%Co的合金的線脹系數(shù)實(shí)際上為零，非常難能可貴的性能。含65%Co、30%Cr、5%Mo或W的合金是一種生物相容性好的醫(yī)用材料，既不會(huì)被液體侵蝕，也不會(huì)刺激人體組織，是一種難得的牙科和外科材料。
鈷也是一種電阻合金、鈹青銅和其他彈簧合金、陰極絲、陰極芯合金的組分。鈷化物在工、農(nóng)業(yè)上有著廣泛的應(yīng)用，牛羊缺鈷元素會(huì)發(fā)生消瘦病。
