钴的用途及應用領域

【钴的應用現狀】

• 目前，钴的消費與應用的傳統領域主要有電池材料、超級耐熱合金、工具鋼、硬質合金、磁性材料；以化合物形式消費的钴主要用作催化劑、幹燥劑、試劑、顔料與染料等。钴-60是一種廣為使用的放射性材料，在生物化學中廣泛用于活化分析；在電鍍、腐蝕和催化中用于示蹤研究；在醫療中被用于放射檢查與治療。

【磁性材料】

• 钴是磁化一次就能保持磁性的少數金屬之一。在熱作用下，失去磁性的溫度叫居裡點。鐵的居裡點為769℃，鎳為358℃，而钴可達1150℃。含有60%钴的磁性鋼比一般磁性鋼的矯頑磁力提高2.5倍。振動環境下，一般磁性鋼失去差不多1/3的磁性。而钴鋼僅失去2%-3.5%的磁性。由于钴優越的磁特性，被大量應用于高性能磁性材料的制造。

• 磁性材料是重要的功能材料，在電子工業和高科技領域起着非常重要的作用。钴在磁性材料領域應用分布如下：70%用于Alnico 永磁合金，20%用于Smco合金，10%用于其他稀土永磁材料。近幾年來，不僅磁性材料的産量增加了很多，而且磁體市場的結構也發生了很大的變化。從世界範圍來看，鋁鎳钴磁體的産量呈下降趨勢，但近幾年來我國進行的大規模電網改造使鋁鎳钴磁體的産量維持在2000噸左右，而衫钴合金的産量有逐年上升的勢頭。

【硬質合金與超級合金】

• 含有一定量钴的刀具鋼可以顯著提高鋼耐磨性和切削性能，钴将合金組成中其他金屬碳化物晶粒結合在一起，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。含钴50%以上的司太立特硬質合金即使加熱到1000℃也不會失去其原有的硬度。

• 溫度在1038℃以上時，钴基合金的優越性就顯露無遺，特别适合用于制作高效率的高溫發動機和汽輪機等，因此钴基合金被廣泛地應用在航空航天和現代軍事領域中。在航空渦輪發動機的結構材料中使用含20%-27%鉻的钴基合金 可在不使用任何保護塗層的條件下 材料達到很高的抗氧化性。核反應堆供熱工作室熱介質渦輪發動機可以不檢修而連續運轉一年以上。
• 前瞻産業研究院《2013-2017年中國硬質合金行業市場前瞻與投資戰略規劃分析報告》數據顯示，2012年中國硬質合金産量為2.35萬噸，硬質合金行業銷售收入209億元，硬質合金出口近5000噸，出口創彙超過3.6億美元，硬質合金深加工産品産量達到6600噸，占合金總産量的1/3。目前中國是世界第一硬質合金生産國。金屬钴在硬質合金領域卓越的性能表現使其需求也将呈現穩定增長趨勢。

【電池材料】

• 目前钴的消耗量近40%用于充電電池材料，如用于锂離子電池的钴酸锂，用于鎳氫電池的氧化亞钴等。

• 钴最主要的用途是用于锂電池，锂離子電池的核心之一是它的正極材料，其中要用到钴酸锂(LiCoO2), 钴酸锂屬于固體電解質，具有高能量密度和高的環保安全性。锂電池的優勢在于電壓範圍寬，高能量密度，環保(和Ni-Cd、Ni-Mn相比較)。作為锂電池主要材料的钴酸锂的世界需求量2008年為3.29萬噸（折合金屬钴為1.97萬噸)，産锂電池的主要國家集中在亞洲，分别是日本占40%(32%)、韓國占到30%(22%)中國占到28%(44%)，其中括号内為實際生産份額因為不少貼牌日本、韓國産的、實際産地在中國。
• 據統計，2014年我國钴酸锂行業钴消費量約2.7萬噸，同比增加28.6%；而2014年國内钴酸锂的産能在6萬噸，實際産量約為4.5萬噸。

【醫療行業】

• 钴在醫療領域中也有廣泛應用，钴的放射性同位素，可治療皮膚病和惡性腫瘤，在青黴素中加入适量的钴，可以提高其療效，對造血具有特殊功效的維生素B12(别名钴胺素)中，钴含量高達4.5%，此外，在人工關節材料和牙料填充劑中，也用到钴。

【顔料】

• 中華民族引以為榮的唐三彩、青花瓷、景泰藍的釉料中就含钴，也隻有钴顔料的藍色才能曆久彌新。钴作為顔料主要分為三種：钴藍顔料、钴紫顔料、钴黑顔料。
• 钴藍顔料

• 钴藍是一種曆史非常悠久的顔料，我們的祖先最早用天然氧化钴(存在于礦石和植物中)作為陶器和瓷器中坯和釉的着色顔料，呈不同色調的藍色和藍綠色，而古代的希臘人和羅馬人則最早将氧化钴用于玻璃的着色，呈天藍色調。钴藍的化學組成是CoO•Al2O3即鋁酸钴，礦物組成是Co•Al2O4即钴鋁尖晶石；钴藍顔料有鮮明的色澤，着色強度很高，此外有極強的耐侯性、耐酸堿性，耐熱可達1200oC以上，适用于作為陶瓷、玻璃、搪瓷、琺琅等材料的着色顔料。
• 钴紫顔料

• 用于陶瓷、玻璃等制品裝飾的钴紫顔料為磷酸钴，化學式為Co3(PO4)2，呈藍相紫色，采用幹法固相合成。如以部分锂化合物替代钴化合物，可制成磷酸锂钴，即CoLiPO4紫色顔料。
• 钴黑顔料

【其他應用】

• 飼料添加劑：動物，特别是反刍動物缺乏钴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钴元素。
• 催化劑：钴的化合物還作為催化劑應用于石油化工行業，作為粘合劑應用于橡膠輪胎行業。

【目前钴消費現狀】

• 數據顯示，2010钴的供應量為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。據專家預計，受钴化學品産量增長驅動，預計2014年全球钴産量為9.06萬噸，到2018年全球钴産量将增至10萬噸，年均增長率約為7%。
• 據統計，2014年我國钴酸锂行業钴消費量約2.7萬噸，同比增加28.6%；三元材料領域钴消費量約4650噸，同比大幅增加106.6%。2014年硬質合金領域钴的消費量預計為2876噸，同比增長9.1%。同時，2014年高溫合金領域钴消費量估算為1200噸，同比大幅增加71.4%。高溫合金主要用于航空、航天領域。

再生钴産業發展

【钴回收應用意義及來源】

• 钴的應用廣泛，是一種重要的戰略金屬。随着钴消費量的日益增大，也産生了大量的钴廢料。含钴廢料是重要的二次資源，中國又是钴資源貧乏的國家，再生钴資源的回收利用是解決中國钴資源供給的有效途徑。含钴廢料種類多，主要有廢高溫合金、廢硬質合金、廢磁性合金、廢可伐合金、廢催化劑和廢二次電池材料等。此外，煉過程中産生的钴渣也是回收的來源之一。

• 近兩年國内從進口廢料中回收钴的數量受到較大影響，不過随着國内電池材料産量的增加，國内的邊角廢料供應量也随之增加，因而在一定程度上彌補了進口廢料減少的量，2014年全國廢料回收钴的金屬量在5000噸左右。

【含钴轉爐渣回收钴】

• 使含钴轉爐渣中的钴與其他元素分離并制成钴産品的過程，為含钴銅鎳礦回收钴的一種方法。含钴轉爐渣通常先經過火法富集，再用濕法将其中的钴與鎳、銅等金屬分離，然後從淨化後的钴溶液中制取金屬钴或氧化钴，其原則流程如下圖：

【钴廢料的回收利用】

• 對于經過嚴格分類的純淨含钴合金廢料，可根據具體情況直接熔煉成相應的合金使用，也可降級作為其它合金的配料使用。
• 而對于不能直接利用的廢料，可根據具體情況采用火法和濕法聯合流程，或全濕法流程進行處理。采用火法流程時可以将含钴低的物料配入高冰鎳轉爐吹煉成高冰鎳，在高冰鎳處理過程中來綜合 回收钴；也可以在電爐中熔煉成合金陽極送電解處理。采用濕法流程時，金屬的溶解可采用化學法或電化學法溶解；從溶液中分離和富集金屬，可根據具體情況采用化學沉澱法(中和水解沉澱、硫化沉澱、置換沉澱以及鹽沉澱法等)、溶劑萃取和離子交換等技術。
• 國内以前有許多廠利用含钴廢料回收過钴，如江西贛州钴廠處理過廢觸媒、葫蘆島鋅廠處理過磁鋼渣等。目前國内一些小廠利用各種含钴廢料回收钴，如鎮江冶煉廠、潮州冶煉廠、福州钴廠、甯波钴廠等企業都取得一定經濟效益，有的企業已持續生産20多年了，具有較強生命力，是增産钴的重要力量。再生钴的生産工藝簡單，成本低，因此，要重視再生钴的回收利用。