Анкетные данные
Имя: Кобальт (Cobaltum)
Менял ли имя?
Нет.
Ник: Co
Фото:
Цвет: серебристо-белый
Дата рождения: 1735 год
Номер: 27
Происхождение имени:
Слово "кобальт" происходит от немецкого слова "Kobalt", которое получилось из "Kobold". Если вы не большой фанат компьютерных игрушек в стиле меча и магии, то поясню: "кобольдами" в них называется фэнтезийная раса мелких монстров, с которыми обычно приходится сражаться на начальных уровнях. В англоязычной традиции их обычно называют "гоблинами".
Название расы пришло из германо-скандинавского фольклора, где "кобальдами" называли духов-хранителей подземных богатств, обычно враждебных человеку - эдаких злых гномов.
Почему же этому металлу дали столь странное имя? Дело в том, что горнякам средневековой Саксонии частенько попадалась странная руда, очень похожая на серебро. Однако выплавить из нее серебро никак не получалось. К тому же при плавках этой "обманки" обычно выделялись удушливые соединения, совсем не способствующие здоровью жаждущего обогатиться металлурга.
Тут уж любому дураку становится понятно - эту злосчастную руду подсовывали зловредные горные духи - кобольды. В честь них и назвали вредоносный металл.
Ну не знали средневековые рудознатцы, что распространенный минерал кобальта, ныне именующийся "кобальтин", содержит мышьяк и при обжиге выделяет крайне ядовитый мышьяковистый ангидрид. Поэтому работать с этой рудой и не надышаться при этом парами соединений мышьяка было практически невозможно.
Общая репутация фигуранта:
Кобальт человечество использовало издревле, начиная с первых государств на планете.
Использовало как пигмент, проще говоря - как краску.
Окислы кобальта - так называемая кобальтовая синь - дают чрезвычайно редкую в древнем мире синюю краску, которая использовалась для окраски фарфора еще в Древнем Китае.
Тогда же, на заре человечества, научились добавлять ее в стекло, и знаменитое кобальтовое стекло глубокого синего цвета находят при раскопках памятников древней Ассирии и Вавилона.
Да и в Древнем Египте в гробнице Тутанхамона были найдены стекла, окрашенные в синий цвет солями этого элемента.
Но соли кобальта люди использовали, даже не подозревая, что это соли кобальта.
Кобальт практически не встречается в самородном виде, более того - он почти не образует кобальтовых руд. Поэтому, как правило, его соли добываются в качестве сопутствующего элемента при разработке месторождений меди, висмута и других элементов.
В силу этого обстоятельства человечество, активно используя кобальт, узнало о существовании такого металла довольно поздно - в 1735 году шведский химик Георг Брандт, исследуя саксонские полиметаллические руды, сумел выделить из них новый металл, очень похожий на сталь, но с синеватым отливом. Металл этот, наслушавшись рассказов немецких горняков, он назвал "кобальтом", и о своем открытии честно написал в собственной диссертации «О полуметаллах».
Проблема была в том, что Брандт совершенно не умел пиариться, поэтому на его работу не обратили никакого внимания, и еще несколько десятилетий ученые на полном серьезе считали кобальт "смесью меди, железа и какой-то «особой земли»". Широкую известность открытие Брандта получило только к концу восемнадцатого века.
Отчасти этому способствовало то, что человечество совершенно не понимало - зачем этот кобальт нужен? Ну, кроме как для синей краски, известной испокон веков.
Еще в 1912 году книга "Металлургия цветных металлов" сообщала нам: «...до настоящего времени металлический кобальт с точки зрения потребления не представляет интереса... Были попытки ввести кобальт в железо и приготовить специальные стали, но последние не нашли еще никакого применения».
- И это при том, что именно в начале ХХ века у "никчемного металла" начали находить одно полезное свойство за другим.
Сильные стороны фигуранта:
Твердость: Первыми приставили кобальт к делу металлурги. Еще за пять лет до выхода книжки, в 1907 году американский предприниматель Элвуд Хейнс запатентовал новый сплав, который он назвал "стеллитом". Как выяснилось, если в сталь добавить кобальт и некоторые другие добавки (хром, вольфрам, молибден), полученный сплав обретает невероятную твердость и износоустойчивость. Сегодня из кобальтовых сплавов обычно делают инструменты для обработки твердых поверхностей - сверла, токарные резцы и т.п.
Коррозионностойкость и жаростойкость. Кобальтовые сплавы очень устойчивы к коррозии в агрессивных средах, поэтому кобальт активно применяется для изготовления протезов, прежде всего зубных, и стентов для кардиохирургии.
Еще со времен войны кобальт активно применяется для создания жаропрочных сталей и сплавов. В известном сплаве «виталлиум» - до 65% кобальта, и из него изготавливали лопатки турбокомпрессоров и газовых турбин, детали реактивных двигателей и паровых котлов высоких параметров. Использовали бы еще активнее - но дороговизна кобальта препятствует.
Магнитные свойства. Только три обычных металла сильно притягиваются магнитами, то есть являются ферромагнитными. Это три соседа по таблице Менделеева - железо, никель и кобальт. При этом у кобальта самая высокая точка Кюри - не волнуйтесь, сейчас все объясню. При нагревании каждый металл в какой-то момент теряет свои магнитные свойства - и вот температура, при которой это происходит, и называется "точкой Кюри". И если у никеля точка Кюри составляет всего 358°С, у железа она равна 770°С, то кобальт превосходит товарищей в разы - 1130°С. То есть магниты на основе кобальта могут работать при очень высоких температурах, что просто бесценно в современных устройствах. Слог "ко" в знаменитых магнитных сплавах магнико и альнико означает не украинское происхождение, а "кобальт".
Обеспечение здоровья. Кобальт входит в короткий перечень необходимых человеку элементов.
Нехватка кобальта в организме млекопитающих - в том числе людей - не лучшим образом сказывается на их здоровье. У животных начинается болезнь, которую в России называли "сухоткой", а в западноевропейских странах - "болотной хворью". Позже врачи выяснили, что недомогание вызывается резким падением числа красных кровяных телец, у человека эта болезнь называется "злокачественным малокровием". И причина всех этих напастей - нехватка кобальта, точнее - витамина В12, в состав которого входит наш металл. Научное исследование этой проблемы представляет собой самый настоящий детектив, кульминацией которого стало присуждение Нобелевской премии по химии 1964 года Дороти Кроуфут-Ходжкин.
Радиоактивность
После того, как в 1934 году Фредерик и Ирен Жолио-Кюри открыли явление искусственной радиоактивности, кобальт получил еще одну профессию. Вернее, ее получил один из его 12 изотопов - кобальт-60.
Этот изотоп обладает очень сильной радиоактивностью, испуская мощные гамма-лучи. Это его свойство позволило применять его в самых разных областях, в том числе - в так называемых "кобальтовых пушках", применяемых для лечения онкологических заболеваний. Такие "пушки" фокусируют в одной точке направленное гамма-излучение, убивая раковые клетки, но оставляя невредимыми близлежащие ткани.
Изменение цвета. Соли кобальта меняют свой цвет при нагреве. Поэтому на их основе делаются так называемые симпатические чернила - невидимые, когда ими пишешь, но стоит нагреть записку - и на ней проявляются синие (или зеленые) буквы. По слухам, знаменитую шпионку Мату Хари разоблачили, когда нашли у нее пузырек с солями кобальта, которые обычному человеку абсолютно без надобности.
Слабые стороны фигуранта:
У кобальта два глобальных недостатка.
Про один я уже рассказывал - он не образует собственных месторождений, а в месторождениях других металлов присутствует в очень малом количестве. Поэтому его сложно и дорого добывать.
Второй недостаток является производным от первого. Кобальт - дорогой металл. Сегодняшняя его цена на Лондонской бирже металлов составляет 24215 US$ за тонну. И это он сильно подешевел в последние годы!
И это связано с тем, что, нежданно-негаданно, кобальт оказался на острие научно-технического прогресса, - точнее, стал заложником энергоперехода.
Если называть вещи своими именами, то раньше кобальт был обычным не самым распространенным металлом средней степени востребованности - и ненужным не назовешь, но и драки за него производители не устраивали.
Все изменилось после открытия Коити Мидзусимой литий-кобальтового оксида, который входит в состав положительного электрода литий-ионных аккумуляторов. Проще говоря - без кобальта нельзя сделать батарею вашего смартфона. Без батареи ваш смартфон работать не будет. И аккумуляторы электромобиля тоже не функционируют без кобальта. Это первое.
Второе - человечество сейчас переживает так называемый энергопереход, призванный спасти планету от тотальной завязанности жизни людей на углеводороды, которые заканчиваются.
Желание благое, вот только быстро выяснилось, что замена бензиновых авто на электрические не отменяет зависимости человечества от природных ресурсов, а видоизменяет эту зависимость.
Грубо говоря, всей разницы, что вместо нефти и угля нам теперь нужны литий и кобальт для аккумуляторов.
Спрос на кобальт за последние годы вырос в разы.
Сначала его стимулировали смартфоны. В 2000 году мировой спрос на "гоблинский металл" составлял примерно 2700 тонн в год. К 2010-му, когда смартфоном обзавелся практически каждый, он вырос до 25 000 тонн, то есть почти в десять раз!
А теперь внимание!
Глобальное потребление кобальта в 2024 году оценивается в 220-230 тыс. тонн. Нули прибавлять умеем, и сами видим, что спрос вырос еще в десять раз.
Что же так подстегнуло потребность человечества в кобальте?
Ответ прост - электромобили.
Если для батареи смартфона требуется около 30 грамм кобальта, то каждый электромобиль - это примерно 10 килограммов дефицитного металла.
А вы спрашиваете - почему цены растут. Потому что примерно половина добываемого человечеством кобальта уходит на аккумуляторы.
Масло в огонь подливает и ситуация с добычей кобальта, о которой - в следующем разделе.
Место жительства: Демократическая Республика Конго
Мировые наземные запасы кобальта оцениваются в 25 миллионов тонн. Но подтвержденные резервы составляют 10,6 млн тонн.
Из них в Демократической Республике Конго сосредоточено 6 млн тонн разведанных запасов, что составляет около 60% мирового объема.
Австралия располагает запасами в 1 млн тонн, Куба — 500 тыс. тонн, Филиппины — 290 тыс. тонн, Канада и Замбия — по 270 тыс. тонн, Россия — 250 тыс. тонн.
При этом в Конго добыча кобальта обходится дешевле всего, в основном из-за крайне низкого уровня жизни, копеечной оплаты труда и совершенно жутких условий работы.
Как следствие - в 2023 году на планете добыли 230 000 тонн "гоблиновского металла". Из них три четверти было добыто в этой африканской стране.
Демократическая Республика Конго - 170 000 тонн, или 73%.
На втором месте Индонезия - 17 000 тонн, в десять раз меньше лидера.
Третья - Россия, 8 800 тонн. В 2022 году было 9200, падение связано с санкциями против кобальта российского и белорусского происхождения.
Пятерку замыкают Австралия (4600 тонн) и Мадагаскар (4000 тонн).
Ну и вишенкой на торте - большинство конголезских месторождений принадлежат китайским компаниям.
Кобальт - это еще один неубиваемый китайский козырь в мировой экономике. Китай, обладая очень небольшими собственными запасами этого металла, ведет целенаправленную экспансию на рынке кобальта, скупая добывающие мощности на всех континентах.
Почему?
Потому что более половины мировых объемов производства тяговых аккумуляторов обеспечивают всего две китайские компании — CATL и BYD, а всего в десятке лидеров производителям из КНР принадлежат шесть мест.
Китайцы, по подсчетам The New York Times, контролируют 41% мирового рынка кобальта, причем основная часть сырья поступает в КНР из других стран. Еще хуже ситуация с переработкой. Поднебесная контролирует 73% мирового рынка услуг по переработке кобальта, и, по сути, держит всех за...
Ну, вы в курсе, да.
Что касается нашей страны, то практически весь российский кобальт добывается "Норникелем". При этом Норильское месторождение сосредотачивает около 10% мирового запаса кобальта.
Донесения агентов о фигуранте:
Зарезали за синее стеклышко.
В Средние века секрет синего кобальтового стекла был утрачен, и несколько столетий люди жили без него. Потом его заново открыли венецианцы.
Вот что сообщает в своей книге «Рассказы о металлах» выпускник МИСиС и один из лучших советских популяризаторов науки Сергей Венецкий: "Рецепт изготовления своей неповторимой по красоте продукции венецианцы держали в строжайшем секрете. Чтобы свести к минимуму возможность утечки информации, правительство Венеции перевело в XIII веке все стекольные фабрики на небольшой остров Мурано, куда посторонним «вход» был воспрещен строго-настрого. Да и покинуть остров без разрешения властей не дозволялось ни одному из специалистов по варке цветного стекла. И все же подмастерье Джиорджио Белерино сумел каким-то путем сбежать оттуда. Он добрался до Германии и открыл в одном из городов свою стекольную мастерскую. Но просуществовала она недолго: однажды в ней «возник» пожар, и она сгорела дотла, а беглеца-владельца нашли заколотым кинжалом".
Такая вот гонка технологий во времена плаща и шпаги. Кстати, стеклодувные мастерские на острове Мурано славятся по сей день.
Советский "победит"
Докладывает великий советский педагог и писатель Антон Семенович Макаренко. Отрывок из книги "Флаги на башнях"
В июне начали пропадать инструменты: дорогие резцы из «победита», штангенциркули, десятки масленок, — масленки медные. Соломон Давидович без всяких предупреждений попросил слова и сказал на общем собрании:
- Представьте себе, на своем заводе крадем инструменты! Вы сколько говорили о плохих резцах, а теперь у нас хорошие резцы, так их крадут. Вот товарищ Зорин сказал: плохие станки - это враги. Допустим, что враги. А тот, кто крадет инструмент, так это кто? Почему вы об этих врагах не говорите?
Соломон Давидович, протягивая руки, оглядел собрание грустными глазами:
- Может быть, вы не знаете, что значит достать «победитовые» резцы?
- Знаем, - ответил кто-то один.
"Победит" - обобщенное название для семейства разработанных в СССР в 30-40-е годы кобальтовых твердых сплавов, состоящих на 90% из карбида вольфрама и 10% кобальта, соединявшего в монолит частицы твердого карбида вольфрама. Создание "победита" было действительно большой победой советской научной школы материаловедения, технология производства этого сплава была куплена Германией и США.
"Победит" был создан двумя советскими учеными, имеющими непосредственное отношение к нашему университету. Это заведующий лабораторией Московского электролампового завода Григорий Абрамович Меерсон (в будущем - заведующий кафедрой металлургии редких металлов и твердых сплавов Московского института стали, сейчас - кафедра порошковой металлургии и функциональных покрытий НИТУ МИСИС) и инженер этого же завода, наш выпускник 1927 года Леонид Павлович Мальков, в будущем - главный инженер Управления твердых сплавов Министерства цветной металлургии СССР.
Кобальтовые магниты.
Первыми магнитные свойства кобальта использовали японцы. В 1917 году Хонда Котаро из Императорского университета Тохоку создал так называемую японскую сталь, содержащую до 35% кобальта в своем составе: коэрцитивная сила (мера способности к перемагничиванию) при этом возрастала в три с лишним раза по сравнению со сталью без кобальта.
В 1930 году Мисима Токусихи из Токийского императорского университета создал на основе железа знаменитый сплав альнико (алюминий-никель-кобальт, причем последнего до 40%) с коэрцитивной силой в восемь раз больше, чем у японской стали.
Однако настоящий прорыв был совершен в 1966 году. Доктор Карл Стрнат из Исследовательского центра Дейтонского университета, работавший по заказу ВВС США, открыл сверхмощный магнитный интерметаллид, сплав кобальта с самарием SmCo5. Спустя шесть лет вместе с доктором Альденом Реем он создал еще более мощный магнит — Sm2Co17. Эти соединения во много раз превосходили магниты, созданные на железной основе, — коэрцитивная сила у них больше, чем у альнико, в 130 раз!
И только в середине 80-х появились самые мощные на сегодня магниты — неодимовые сплавы (Nd-Fe-B). Они дешевле самарий-кобальтовых, однако теряют магнитные свойства уже при нагреве до 80°С, а кобальтовым конкурентам даже нагрев выше 200°С нипочем.
Рождение советского кобальта
В самые тяжелые дни войны, в октябре 1942 года выпускник нашего университета и бывший начальник Норильского комбината Авраамий Завенягин, будучи тогда заместителем наркома внутренних дел, выступил в Норильске с речью о необходимости производства кобальта, необходимого для оборонной промышленности.
В постановлении правительства, вышедшем в марте 1943–го, говорилось, что в Норильске необходимо запустить первую очередь кобальтового завода производством в 30 тонн в год. На строительство завода № 25, который в дальнейшем стал хлорно–кобальтовым цехом никелевого завода, и обкатку его технологии ушло всего три года — первый норильский кобальт был получен 12 января 1946 года.
"Весна идет, весне дорогу"
Хлористый кобальт обладает редким свойством изменять свой цвет под влиянием температуры и влажности. И это не только симпатические чернила. Если пропитать хлористым кобальтом льняную рубашку — в нормальных условиях она будет у вас голубой. Но если вы прилетите в ней во Владивосток, где всегда высокая влажность воздуха, она станет розовой.
Раньше эту способность использовали производители силикагеля – влагопоглотителя, пакетики с которым нам постоянно бросают в чипсы.
Сухой силикагель и силикагель, набравший влаги, на вид практически одинаковы. Как же определить его работоспособность? Производители добавляли в него немного хлорида кобальта. Рабочий селикагель будет иметь синий цвет, а когда сорбент по максимуму натянет влаги, синяя окраска сменится на бледно-розовую.
Свойство оксидов кобальта менять цвета было известно еще в глубокой древности. Вновь слово Сергею Венецкому:
Рассказывают, будто бы известный врач и химик XVI века Парацельс любил показывать фокус, который неизменно пользовался успехом у аудитории. Ученый демонстрировал картину, где был изображен зимний пейзаж - деревья и пригорки, покрытые снегом. Дав зрителям вдоволь налюбоваться полотном, Парацельс на глазах у публики превращал зиму в лето: деревья одевались листвой, а на пригорках появлялась нежнозеленая трава.
Чудо? Но ведь чудес на свете не бывает. Действительно, в роли волшебника в этом опыте выступала химия. При обычной температуре раствор хлористого кобальта, к которому примешано некоторое количество хлористого никеля или железа, бесцветен, но если им что-либо написать, дать просохнуть, а затем хотя бы слабо подогреть, то он приобретает красивую зеленую окраску. Такими растворами и пользовался Парацельс, создавая свой чудо-пейзаж. В нужный момент ученый незаметно для присутствующих зажигал находившуюся за картиной свечу и на полотне, точно в сказке, происходила изумлявшая публику смена времен года.
Правда, сам Парацельс еще не мог в то время знать точный химический состав своих красок: ведь тогда ни кобальт, ни никель еще не были известны науке.
Пейте пиво пенное, или Коварство "металла гоблинов"
В 1960-е годы многие пивоваренные заводы США добавляли в свое пиво хлорид кобальта - использование моющих средств, оседающих на стенках кружек мешало образованию пены, что вызывало недовольство посетителей, а кобальт помогал стабилизировать пивную пену.
Но к 1967 году более 100 потребителей «пива с кобальтом» начали страдать от сердечной недостаточности, и почти половина из них умерла. Исследования показали, что в описанных случаях вред кобальта наложился на плохое здоровье потребителей пенного напитка. Вскоре после диагностики патологий, получивших название «кардиомиопатия кобальта-пива», применение хлорида кобальта в качестве пищевой добавки было запрещено.