目前,鈷的消費(fèi)與應(yīng)用的傳統(tǒng)領(lǐng)域主要有電池材料、超級耐熱合金、工具鋼、硬質(zhì)合金、磁性材料;以化合物形式消費(fèi)的鈷主要用作催化劑、干燥劑、試劑、顏料與染料等。鈷-60是一種廣為使用的放射性材料,在生物化學(xué)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(yī)療中被用于放射檢查與治療。
磁性材料
鈷是磁化一次就能保持磁性的少數(shù)金屬之一。在熱作用下,失去磁性的溫度叫居里點(diǎn)。鐵的居里點(diǎn)為769℃,鎳為358℃,而鈷可達(dá)1150℃。含有60%鈷的磁性鋼比一般磁性鋼的矯頑磁力提高2.5倍。振動(dòng)環(huán)境下,一般磁性鋼失去差不多1/3的磁性。而鈷鋼僅失去2%-3.5%的磁性。由于鈷優(yōu)越的磁特性,被大量應(yīng)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(yè)和高科技領(lǐng)域起著非常重要的作用。鈷在磁性材料領(lǐng)域應(yīng)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,不僅磁性材料的產(chǎn)量增加了很多,而且磁體市場的結(jié)構(gòu)也發(fā)生了很大的變化。從世界范圍來看,鋁鎳鈷磁體的產(chǎn)量呈下降趨勢,但近幾年來我國進(jìn)行的大規(guī)模電網(wǎng)改造使鋁鎳鈷磁體的產(chǎn)量維持在2000噸左右,而衫鈷合金的產(chǎn)量有逐年上升的勢頭。
硬質(zhì)合金與超級合金
含有一定量鈷的刀具鋼可以顯著提高鋼耐磨性和切削性能,鈷將合金組成中其他金屬碳化物晶粒結(jié)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。含鈷50%以上的司太立特硬質(zhì)合金即使加熱到1000℃也不會(huì)失去其原有的硬度。
溫度在1038℃以上時(shí),鈷基合金的優(yōu)越性就顯露無遺,特別適合用于制作高效率的高溫發(fā)動(dòng)機(jī)和汽輪機(jī)等,因此鈷基合金被廣泛地應(yīng)用在航空航天和現(xiàn)代軍事領(lǐng)域中。在航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)材料中使用含20%-27%鉻的鈷基合金 可在不使用任何保護(hù)涂層的條件下 材料達(dá)到很高的抗氧化性。核反應(yīng)堆供熱工作室熱介質(zhì)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)可以不檢修而連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)一年以上。
前瞻產(chǎn)業(yè)研究院《2013-2017年中國硬質(zhì)合金行業(yè)市場前瞻與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報(bào)告》數(shù)據(jù)顯示,2012年中國硬質(zhì)合金產(chǎn)量為2.35萬噸,硬質(zhì)合金行業(yè)銷售收入209億元,硬質(zhì)合金出口近5000噸,出口創(chuàng)匯超過3.6億美元,硬質(zhì)合金深加工產(chǎn)品產(chǎn)量達(dá)到6600噸,占合金總產(chǎn)量的1/3。目前中國是世界第一硬質(zhì)合金生產(chǎn)國。金屬鈷在硬質(zhì)合金領(lǐng)域卓越的性能表現(xiàn)使其需求也將呈現(xiàn)穩(wěn)定增長趨勢。
電池材料
目前鈷的消耗量近40%用于充電電池材料,如用于鋰離子電池的鈷酸鋰,用于鎳氫電池的氧化亞鈷等。
鈷最主要的用途是用于鋰電池,鋰離子電池的核心之一是它的正極材料,其中要用到鈷酸鋰(LiCoO2), 鈷酸鋰屬于固體電解質(zhì),具有高能量密度和高的環(huán)保安全性。鋰電池的優(yōu)勢在于電壓范圍寬,高能量密度,環(huán)保(和Ni-Cd、Ni-Mn相比較)。作為鋰電池主要材料的鈷酸鋰的世界需求量2008年為3.29萬噸(折合金屬鈷為1.97萬噸),產(chǎn)鋰電池的主要國家集中在亞洲,分別是日本占40%(32%)、韓國占到30%(22%)中國占到28%(44%),其中括號內(nèi)為實(shí)際生產(chǎn)份額因?yàn)椴簧儋N牌日本、韓國產(chǎn)的、實(shí)際產(chǎn)地在中國。
據(jù)統(tǒng)計(jì),2014年我國鈷酸鋰行業(yè)鈷消費(fèi)量約2.7萬噸,同比增加28.6%;而2014年國內(nèi)鈷酸鋰的產(chǎn)能在6萬噸,實(shí)際產(chǎn)量約為4.5萬噸。
醫(yī)療行業(yè)
鈷在醫(yī)療領(lǐng)域中也有廣泛應(yīng)用,鈷的放射性同位素,可治療皮膚病和惡性腫瘤,在青霉素中加入適量的鈷,可以提高其療效,對造血具有特殊功效的維生素B12(別名鈷胺素)中,鈷含量高達(dá)4.5%,此外,在人工關(guān)節(jié)材料和牙料填充劑中,也用到鈷。
顏料
中華民族引以為榮的唐三彩、青花瓷、景泰藍(lán)的釉料中就含鈷,也只有鈷顏料的藍(lán)色才能歷久彌新。鈷作為顏料主要分為三種:鈷藍(lán)顏料、鈷紫顏料、鈷黑顏料。
鈷藍(lán)顏料
鈷藍(lán)是一種歷史非常悠久的顏料,我們的祖先最早用天然氧化鈷(存在于礦石和植物中)作為陶器和瓷器中坯和釉的著色顏料,呈不同色調(diào)的藍(lán)色和藍(lán)綠色,而古代的希臘人和羅馬人則最早將氧化鈷用于玻璃的著色,呈天藍(lán)色調(diào)。鈷藍(lán)的化學(xué)組成是CoO•Al2O3即鋁酸鈷,礦物組成是Co•Al2O4即鈷鋁尖晶石;鈷藍(lán)顏料有鮮明的色澤,著色強(qiáng)度很高,此外有極強(qiáng)的耐侯性、耐酸堿性,耐熱可達(dá)1200oC以上,適用于作為陶瓷、玻璃、搪瓷、琺瑯等材料的著色顏料。
鈷紫顏料
用于陶瓷、玻璃等制品裝飾的鈷紫顏料為磷酸鈷,化學(xué)式為Co3(PO4)2,呈藍(lán)相紫色,采用干法固相合成。如以部分鋰化合物替代鈷化合物,可制成磷酸鋰鈷,即CoLiPO4紫色顏料。
鈷黑顏料
主要有鐵鈷黑,其基本化學(xué)式為(Fe, Co)Fe2O4,尖晶石型晶體結(jié)構(gòu),主要用于陶瓷坯體的著色,其著色機(jī)理屬于金屬混相著色;還有鐵鈷鉻黑,其化學(xué)式簡式為:(Co, Fe)(Fe, Cr)2O4主要用作陶瓷釉料的著色,著色機(jī)理也是金屬混相著色。
其他應(yīng)用
飼料添加劑:動(dòng)物,特別是反芻動(dòng)物缺乏鈷會(huì)造成消化能力下降、貧血等疾病,因此動(dòng)物飼料中廣泛添加微量的鈷元素。
催化劑:鈷的化合物還作為催化劑應(yīng)用于石油化工行業(yè),作為粘合劑應(yīng)用于橡膠輪胎行業(yè)。