Il cobalto allo stato naturale non è blu brillante. Deve essere trattato con un processo chiamato calcinazione che espone i minerali a temperature superiori a 2012 gradi F. Alchemist-hp/Wikimedia Commons/CC BY-NC-ND 3.0 Entrare a 27 sulla tua tavola periodica è cobalto, un elemento essenziale nelle batterie ricaricabili e nei motori a reazione. Nel 2018, il Dipartimento degli Interni degli Stati Uniti ha pubblicato un elenco di 35 minerali critici di cui l'economia degli Stati Uniti non può vivere senza, compreso il cobalto. Il cobalto è persino considerato un rischio per la sicurezza nazionale perché la maggior parte di esso viene estratto in una regione dell'Africa politicamente instabile e raffinato in Cina.
Impariamo di più su questo metallo versatile, prima apprezzato per la sua capacità di creare ceramiche blu vivide e ora chiave per il futuro delle auto elettriche. Inizieremo con un po' di folklore.
Secoli fa, i minatori delle montagne Schneeberg della moderna Germania si sono imbattuti in un problema. Hanno scavato nel fianco della montagna in cerca di minerali ricchi di metalli, in particolare argento e nichel. Ma quando hanno cercato di fondere il minerale nei suoi preziosi componenti metallici, qualche impurità continuava a rovinare il processo.
Essendo il Medioevo, i minatori incolpavano i loro problemi di fusione di problemi kopelts o kopoldi , una parola tedesca medievale per "gnomo" o "goblin". In accordo alla didascalia, il kopoldi viveva nelle miniere di Monteneve e amava fare scherzi agli umani sostituendo l'argento e il nichel nel loro minerale con un minerale fetido che rilasciava fumi velenosi durante il processo di fusione. Sono stati anche accusati di crolli.
Come tutte le buone antiche leggende, la storia degli gnomi aveva un fondo di verità. Il processo di fusione dell'argento e del nichel è stato complicato da alti livelli di cobalto presente in natura nella roccia di Monteneve. E un minerale chiamato cobaltite contiene arsenico e zolfo, che potrebbe essere mortale se rilasciato in un pozzo di miniera a tenuta d'aria.
Cobalto, il metallo elementare, fu isolato per la prima volta e nominato nel 1735 dal chimico svedese Georg Brandt, uno dei primi critici dell'alchimia e probabilmente non un fan degli gnomi, o.
Sebbene il cobalto non abbia preso il nome fino al XVIII secolo, pigmenti e coloranti a base di cobalto sono stati apprezzati per millenni per la loro ricca tonalità blu.
Il Cobalt Institute afferma che ceramiche e vetri contenenti smalti a base di cobalto sono stati recuperati da tombe egizie risalenti ad almeno 2, 600 anni. E anche le famose porcellane cinesi blu delle dinastie Tang (600-900 d.C.) e Ming (1350-1650 d.C.) erano smaltate con minerali a base di cobalto.
Vaso cinese in cobalto dei primi del 1300. World Imaging/Wikipedia/CC BY-SA 3.0 Il cobalto puro è un colore grigio brillante, ma può essere trasformato in una polvere blu brillante prendendo ossidi di cobalto e trattandoli con un processo chiamato calcinazione che espone i minerali ricchi di cobalto a temperature superiori a 2, 012 gradi F (1, 100 gradi C). Il colore sorprendente noto come Cobalt Blue è ottenuto riscaldando l'ossido di cobalto (Co 3 oh 4 ) con silicati di alluminio a 2, 192 gradi F (1, 200 gradi C).
Una miriade di altre tonalità:blu mazarine, azzurro salice, blu-nero:può essere ottenuto combinando l'ossido di cobalto con altri minerali. Piccole quantità di tonalità blu cobalto vengono utilizzate anche come "decolorante" per cancellare i sentori giallastri nel vetro dalla contaminazione del ferro.
Il cobalto è stato utilizzato quasi esclusivamente come ingrediente di pigmenti e vernici fino al XX secolo. Nel 1916, più del 70 percento di tutto il cobalto estratto e raffinato nel mondo, che era solo 440 tonnellate (400 tonnellate), veniva usato come ossidi per coloranti, secondo l'Istituto Cobalto.
Le batterie ricaricabili agli ioni di litio nel tuo smartphone, tablet e corsa di veicoli elettrici, almeno in parte, su cobalto. Il cobalto è uno degli ingredienti chiave, insieme ad altri metalli come il litio, nichel e manganese, all'interno di questi a ricarica rapida, batterie a lunga durata che alimentano le nostre vite digitali. Circa il 50 percento del cobalto prodotto nel mondo viene utilizzato per batterie ricaricabili.
Il cobalto si trova nel catodo (l'elettrodo caricato positivamente) delle batterie agli ioni di litio. Quando si carica una batteria agli ioni di litio, gli ioni di litio fluiscono dal catodo all'anodo caricato negativamente, dove sono conservati. Quando la batteria è scarica, gli ioni tornano al catodo e gli elettroni vengono rilasciati per alimentare il telefono o il motore elettrico.
Il cobalto ha due proprietà innate che lo rendono ideale per le applicazioni a batteria:stabilità termica e alta densità di energia. I catodi realizzati con il cobalto non si surriscaldano facilmente né prendono fuoco, che è un grosso problema di sicurezza, e saranno anche in grado di immagazzinare e trasferire più energia. Il cobalto non si trova solo nei catodi delle batterie agli ioni di litio, ma anche in altre comuni batterie ricaricabili come le batterie al nichel-cadmio e al nichel-metallo idruro.
Poiché attualmente il cobalto costituisce tra il 10 e il 33% dei catodi ricaricabili, l'industria automobilistica avrà bisogno di molto più cobalto per alimentare il futuro dei veicoli elettrici. Un'analisi prevede che la domanda di cobalto dei soli veicoli passeggeri quadruplichi da più di 27, 500 tonnellate (25, 000 tonnellate) nel 2020 a oltre 110, 231 tonnellate (100, 000 tonnellate) entro il 2025.
Quando gli ingegneri aerospaziali hanno bisogno di un materiale in grado di resistere al calore intenso all'interno di un motore a reazione o a razzo, si rivolgono a "superleghe" a base di cobalto.
Le superleghe sono metalli ad alte prestazioni che guadagnano il loro nome appariscente dall'altissima resistenza all'usura e al calore. Le superleghe a base di nichel superano le prestazioni delle leghe di cobalto per resistenza alle sollecitazioni per temperature che raggiungono fino a 1, 706 gradi F (930 gradi C). Oltre quella temperatura estrema, le superleghe a base di cobalto mostrano davvero il loro talento.
Il cobalto ha un punto di fusione più alto del nichel e le superleghe di cobalto sono più resistenti alla corrosione termica. Ecco perché troverai superleghe di cobalto nelle alette stazionarie dei motori delle turbine a gas, che sopportano il peso dell'intenso calore generato dai motori a reazione senza logorarsi e guastarsi.
Uno dei motivi principali per cui il cobalto è finito nell'elenco dei "minerali critici" del Dipartimento degli Interni degli Stati Uniti per la sicurezza nazionale è che metà del cobalto mondiale viene estratto nella Repubblica Democratica del Congo (RDC). Come spiega un rapporto dell'U.S. Geological Survey, La RDC ha una brutta storia di corruzione del governo, violazioni dei diritti umani e danni ambientali legati all'estrazione del cobalto.
Non sono solo i gruppi per i diritti umani come Amnesty International che si occupano di pratiche di lavoro non sicure e non etiche legate all'estrazione "artigianale" di cobalto non regolamentata nella RDC. L'instabilità politica e ambientale della Repubblica Democratica del Congo significa che un'enorme fetta della catena di approvvigionamento del cobalto è vulnerabile alle interruzioni. Se l'economia high-tech si basa su una fornitura costante di cobalto, in gran parte da utilizzare in batterie ricaricabili, che i problemi nella RDC potrebbero rallentare la crescita economica in tutto il mondo.
Il rapporto USGS rileva inoltre che la Cina è il principale raffinatore di cobalto e uno dei maggiori finanziatori delle grandi operazioni di estrazione del cobalto nella RDC. Così com'è, il settore tecnologico degli Stati Uniti dipende enormemente da una fonte instabile nella Repubblica Democratica del Congo e da un partner commerciale controverso in Cina per la sua fornitura di cobalto. Il che spiega l'ultimo fatto sulla nostra lista.
Secondo i dati del 2015, gli Stati Uniti hanno consumato il 10 percento del cobalto mondiale mentre producevano meno dell'1 percento della fornitura globale di cobalto.
Il cobalto non è ovunque, ma non è nemmeno un minerale particolarmente raro:occupa il 32° posto in abbondanza nella crosta terrestre. Solo due miniere in Canada e Marocco possono estrarre puro minerale di cobalto, mentre la maggior parte viene estratta come sottoprodotto dell'estrazione di rame e nichel. Uno dei giacimenti di cobalto più ricchi del mondo si trova nella Copperbelt dell'Africa centrale nella Repubblica Democratica del Congo.
Gli Stati Uniti., però, non è benedetto da molti depositi di cobalto di alta qualità, il che rende più difficile estrarre con profitto. L'industria mineraria si è anche lamentata di un lento processo di autorizzazione per consentire l'esplorazione mineraria, sia onshore che offshore. L'amministrazione Trump ha ordinato al Dipartimento degli Interni di accelerare il processo di autorizzazione nel tentativo di ridurre la dipendenza dell'America da fonti straniere di minerali critici come il cobalto.
Nonostante i permessi e gli ostacoli geologici, ci sono stati alcuni progressi nell'estrazione di cobalto negli Stati Uniti. Nel 2014, la miniera di Eagle nella penisola superiore del Michigan iniziò a estrarre nichel e rame con cobalto e altri minerali come sottoprodotto. E la prima miniera d'America dedicata al cobalto si sta preparando per entrare in produzione nel 2020 in Idaho.
Ora è fantasticoIl cobalto è un micronutriente essenziale nella dieta animale e umana. I ruminanti come le mucche trasformano il cobalto in cobalamina, nota anche come vitamina B12. Il cibo con la più alta concentrazione di cobalto è il cioccolato!
