Лекция 7. Месторождения кобальта

КРАТКИЕ ИСТОРИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ. Синие кобальтовые краски были известны и широко применялись в керамической и стекольной промышленности еще в глубокой древности, за 5000 лет до н. э. в Египте, Иране, Индии и других странах. Секрет их изготовления был утерян и лишь в XVI в. был найден вновь. История названия этого металла следующая. В средние века в Саксонии при добыче серебра иногда встречали руду очень похожую на серебряную, но получить из нее серебро никому не удавалось. Во время обжига из нее постоянно выделялся ядовитый газ, который отравлял рудокопов. Эту руду стали называть «кобальдом» по имени коварного горного духа (или подземного духа), якобы поселившимся в этом металле.

Сам металл кобальт, который так и не удалось получить саксонским рудокопам, впервые был выплавлен шведским химиком Г. Брандтом в 1735 г. Широкое использование его началось только в XX в. (после 1907 г., когда были впервые получены твердые сплавы – стеллиты).

Кобальт – тугоплавкий металл (температура плавления 1493º С), ковкий, тягучий, устойчив к коррозии. Он имеет очень высокую точку Кюри (1121º С), т. е. температуру, при достижении которой металл перестает быть магнитом.

ГЕОХИМИЯ. Кларк кобальта 0,003 %, коэффициент концентрации невысокий – 100. Содержание Co увеличивается от кислых (5·10^-4 %) до ультраосновных магматических пород примерно в 100 раз, хотя отношение Co/Ni в этом направлении уменьшается. В осадочных породах концентрация кобальта низкая и только в глинистых отложениях приближается к кларку (0,003 %, или 30 г/т), а в осадках, содержащих гидрооксиды железа и марганца, в ряде случаев достигает 0,1–2,0 %. Кобальт представлен единственным стабильным изотопом ⁵⁹Co. В простых соединениях наиболее устойчив Co²⁺, в комплексных – Co³⁺. Кобальт по сравнению с никелем геохимически ближе к Fe²⁺.

На магматическом этапе кобальт концентрируется совместно с никелем в тесной генетической связи с ультраосновными и основными магмами. В гидротермальном процессе он вместе с Fe²⁺ и Ni²⁺ выносится растворами в виде сульфидных, галоидных и мышьяковых комплексных соединений. В экзогенных условиях при высоком окислительном потенциале кобальт переходит в трехвалентное состояние и концентрируется совместно с марганцем в зонах окисления мышьяковых и сернистых соединений. В корах выветривания гипербазитовых массивов он аккумулируется в силикатных рудах никеля.

МИНЕРАЛОГИЯ. Основными минералами первичных кобальтовых руд являются: кобальтистый пентландит, линнеит, кобальтин, глаукодот, саффлорит, скуттерудит. Кобальтистый пентландит (Fe,Ni,Co)₉S₈ (содержание Co до 3 %). Кобальт в пентландите изоморфно замещает никель и железо; минерал весьма характерен для сульфидных медно-никелевых руд ликвационных месторождений. Линнеит Co₃S₄ (Co 57,96 %) (по фамилии шведского натуралиста Карла Линнея), кристаллизуется в кубической сингонии, габитус кристаллов октаэдрический, розовато-белый, твердость 5,5, удельная масса 4,85 г/см³. Основной минерал руд Заира и Замбии. Кобальтин CoAsS (Сo 35–41 %), кристаллизуется в кубической сингонии, габитус кристаллов октаэдрический, кубический и додекаэдрический, цвет розовато-белый, блеск металлический, твердость 5,5, удельная масса 6,4 г/см³, характерен для руд гидротермальных месторождений. Глаукодот (Co,Fe)AsS (Co 23,85 %), кристаллизуется в ромбической сингонии, габитус кристаллов призматический, цвет зеленовато-синий, серовато-белый до красноватого, блеск металлический, твердость 5, удельная масса 6,2 г/см³. Саффлорит (Co,Fe)As₂ (Co 28,23 %) кристаллизуется в моноклинальной сингонии, цвет оловянно-белый до свинцово-серого, блеск металлический, твердость 4,5–5, удельная масса 7,3 г/см³; распространен в гидротермальных месторождениях. Скуттерудит CoAs₃ (Co 16–20 %) (по названию месторождения Скуттеруд в Норвегии), кристаллизуется в кубической сингонии, габитус кристаллов кубический, октаэдрический, пентагондодекаэдрический, цвет белый, твердость 5,5–6, удельная масса 6,7 г/см³.

В зоне выветривания отмечаются скопления гидрооксидов кобальта экзогенного происхождения – асболана m(Co,Ni)O₂·MnO·nH₂O (Co до 19 %), а в зоне окисления эндогенных руд кобальта – эритрина Co₃As₃O₈·8H₂O (Co 11–29 %).

ПРИМЕНЕНИЕ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ. Значительная часть кобальта (около 70 %) используется в производстве сплавов (с Ni, W, Mo и Cr), особенно магнитных, тугоплавких и специальных. В настоящее время эти сплавы применяются в производстве реактивных двигателей, ракет, газовых турбин и атомных реакторов. Кобальт – составная часть многих жаростойких и инструментальных сталей, идущих для изготовления фрез, сверл и другого инструмента. Кобальт и его соединения используются в лакокрасочной, керамической и стекольной промышленности, а также в производстве эмалированных изделий.

Радиоактивные изотопы кобальта, в частности ⁶⁰Co широко применяется для выявления дефектов в металлических изделиях, в металлургии (для контроля и регулирования расплавов в печах), в геофизической аппаратуре (облучение горных пород в скважинах). В медицине ⁶⁰Co (кобальтовые пушки) используются для лечения злокачественных опухолей.

РЕСУРСЫ И ЗАПАСЫ. Мировые ресурсы кобальта оцениваются в 12,5 млн т. Большая их часть сосредоточена в латеритных никелевых (около 60 %) и стратиформных медно-кобальтовых (23 %) месторождениях.

Общие запасы кобальта в мире составляют 9,8 млн т, а подтвержденные – 4,8 млн т. Ведущее место по запасам кобальта занимает Африка: на нее приходится 38 % общих и около 50 % подтвержденных мировых запасов. Наиболее крупными держателями запасов кобальта являются Заир, Куба и Замбия (табл. 4).

Таблица 4