基本性质
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钴(Co) | |
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原子序数 |
27 |
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外观 |
淡灰色金属 |
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地壳中含量 |
0.0023 % |
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原子性能 | |
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原子量 (摩尔量) |
58.9332原子质量单位(g/mol) |
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原子半径 |
1.25 Å |
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电离能(一次电子) |
758.1 (7.86)kJ/mol(eV) |
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电子排列 |
[Ar] 3d7 4s2 |
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化学属性 | |
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共价半径 |
1.16 Å |
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离子半径 |
(+3e) 0.63 (+2e)0.72Å |
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负电性 |
1.88（鲍林标度） |
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电极电位 |
0 |
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氧化态 |
3, 2, 0, -1 |
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物理属性 | |
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密度 |
8.9g/cm3 |
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比热 |
0.456 J/(K·mol) |
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传热性 |
100 W/(m·K) |
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熔化温度 |
1768 K（1495 °C） |
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熔化热 |
15.48кJ/mоl |
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沸腾温度 |
3200 K（2927 °C） |
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汽化热 |
389.1кJ/mоl |
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导热系数 |
100 W/(m·K) |
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导电率 |
17.2×106/mΩ |
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克分子体积 |
6.7 сm³/mоl |
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其它 | |
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晶格结构 |
六角形 |
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晶格期间 |
2.510 Å |
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杰拜温度 |
385.00 K |
钴的发现与命名
在15世纪，人们在萨克森(民主德国)富银矿石中发现了类似于钢的闪光的矿石，呈灰白色晶体，但并没有从中熔炼出金属，原因是银矿或铜矿所含的这种矿石杂质影响了金属的熔炼。很显然，这是由于含砷的钴矿物(辉钴矿CoAsS，或者硫化方钴矿，斜方砷钴矿或者砷钴矿)所致。
焙烧含砷钴矿物时会挥发出有毒的氧化砷，矿工们便将含这种矿物的矿石称之为“科博利特”山神(德国神话中的精灵)，古代的挪威人认为熔炼银时发生的熔炼工中毒就是由于这种“恶魔”在耍诡计。恶魔的名字大概来自希腊的“科博洛斯”—意指幻影或烟雾，希腊人是将这个词语用来形容那些好说谎的人。
1735年，瑞典矿物学家布兰特（G.Brandt）从这种矿物中分离出一种此前并不为人们熟知的金属，他依据“科博利特”谐音便将其称之为钴。他同时还查明，含钴的化合物可以把玻璃涂成兰色，其实这种属性早在古代的亚述国和巴比伦国己被采用。1780年，瑞典化学家伯格曼（T.Bergman）确定钴为元素。
资源状况
钴在地球上分布广泛，但含量很低，其在地壳中含量为0.0023%（质量），自然界中钴的赋存状态主要有3种：以独立钴矿物形式存在、以类质同像或包裹体形式存在和以吸附形式存在，其中以第2种形式最普遍。到目前为止，已发现钴矿物和含钴矿物百余种，主要为硫化物、硒化物、砷化物、硫砷化物、碳酸盐、硫酸盐和砷酸盐等，主要的钴矿石矿物有硫钴矿、硫铜钴矿、含钴黄铁矿、方钴矿、斜方砷钴矿、辉砷钴矿和钴华等。我国的钴资源紧缺，已探明钴金属估有储量约数十万吨。分布于全国24个省（区）。国外钴资源丰富，储量约为520万吨，但绝大部分产在风化型红土镍矿、岩浆型硫化铜镍矿和沉积型砂岩铜矿之中，且95%以上集中分布在民主刚果、澳大利亚、古巴、赞比亚、新喀里多尼亚和俄罗斯等少数国家。
钴的制备
钴矿物的赋存状态复杂，矿石品位低，所以提取方法很多而且工艺复杂，回收率低。一般先用火法将砷钴精矿、含钴硫化镍精矿、铜钴矿、钴硫精矿中的钴富集或转化为可溶性状态，然后再用湿法使钴进一步富集和提纯，最后得到钴化合物或金属钴。
在我国，硫化铜镍矿是回收钴的重要资源。金川集团公司的钴回收包括从镍电解系统净化钴渣中生产电解钴和氧化钴，从转炉渣提钴流程产出的富钴冰铜中生产氧化钴两部分。目前，金川集团公司的钴产量已占全国总产量的70％以上，成为我国钴生产的重要基地。
用途
钴作为重要的战略金属，由于其具有优良的物理、化学和机械性能，是生产耐高温、耐腐蚀、高强度和强磁性等材料的重要原料，因此，在全球范围内应用十分广泛。
纯钴的使用很少，但钴是合金与特殊钢的主要添加元素。例如，固体磁性材料便是由稀土元素(主要是钐和铒)与钴结合而成，是一种具有强磁场的永久磁铁。同样，热强合金、超硬质耐蚀合金中也加入有钴。在许多情况下，钴通常用于电镀，因为钴镀层较之铬、镍镀层的耐弱酸性要稳定的多。
钴基合金是钴和铬、钨、铁、镍组中的一种或几种制成的合金的总称。含一定量钴的刀具钢可以显著地提高钢的耐磨性和切削性能。含钴50%以上的司太立特硬质合金即使加热到1000℃也不会失去其原有的硬度，如今这种硬质合金已成为含金切削工具和铝间用的最重要材料。在这种材料中，钴将合金组成中其它金属碳化物晶粒结合在一起，使合金具更高的韧性，并减少对冲击的敏感性能，这种合金熔焊在零件表面，可使零件的寿命提高3-7倍。航空航天技术中应用最广泛的合金是镍基合金，也可以使用钴基合金，但两种合金的“强度机制”不同。含钛和铝的镍基合金强度高是因为形成组成为NiAl(Ti)的相强化剂，当运行温度高时，相强化剂颗粒就转入固溶体，这时合金很快失去强度。钴基合金的耐热性是因为形成了难熔的碳化物，这些碳化物不易转为固体溶体，扩散活动性小，在温度在1038℃以上时，钴基合金的优越性就显示无遗。这对于制造高效率的高温发动机，钴基合金就恰到好处。 在航空涡轮机的结构材料使用含20%-27%铬的钴基合金，可以不要保护覆层就能使材料达高抗氧化性。核反应堆供热汞作使热介质的涡轮发电机可以不检修而连续运转一年以上。据报道美国试验用的发电机的锅炉就是用钴合金制造的。钴是磁化一次就能保持磁性的少数金属之一。在热作用下，失去磁性的温度叫居里点，铁的居里点为769℃，镍为358℃，钴可达1150℃。含有60%钴的磁性钢比一般磁性钢的矫顽磁力提高2.5倍。在振动下，一般磁性钢失去差不多1/3的磁性，而钴钢仅失去2%～3.5%的磁性。因而钴在磁性材料上的优势就很明显。
氧化钴主要用于生产硬质合金及陶搪瓷颜釉料等；硫酸钴主要用于陶瓷、颜釉料、油漆催干剂和电镀等行业。氯化钴主要用于制造气压计、比重计和用于陶瓷业。萘酸钴主要用于油漆及油墨的催干剂、着色剂、橡胶增粘剂及玻璃钢行业。异辛酸钴主要用于油漆、玻璃钢及橡胶子午轮胎等方面。
钴的最大应用领域是二次电池。钴在电池领域应用有较大增长。主要是锂离子电池发展的结果。在当今世界信息与通信产业、以及环保和节能领域中，锂离子电池是最新一代的电池，它的比能量、充放电寿命均高于Ni／MH电池。锂二次电池的研究开发竞争十分激烈，世界发达国家都把合成电化学性能优越与安全性能良好的锂离子二次电池用正极材料作为研究开发的重点。开发的正极材料有钴酸锂或氧化锂镍钴或氧化锂钴锰。氧化亚钴应用于镍氢电池。
由于钴的优良性质，在制造耐高温、耐腐蚀合金方面很难被其他金属代替，因此钴在超级合金领域用途仍然很坚挺，目前超级合金是钴的第二大应用领域。
钴在高温下、低温下与许多金属有良好的湿润性，因而钴粉被广泛的用做黏结剂，几乎成为金刚石工具、硬质合金不可替代的胎体黏结剂。中国硬质合金产量居世界第一，金刚石工具的产量也居世界前列。
钴基合金粉末广泛用于热喷涂，用于内燃机排气阀密封面、阀座，舰艇用大型轴承内、外环，大型水轮机转子叶片，榨油机推进器等的喷焊或喷涂。用于各种螺旋推进器部件、密练机部件、泵叶等的喷焊或喷涂。
磁性材料是重要的功能材料，在电子工业和其他高科技领域起着非常重要的作用。钴在磁性材料领域应用分布如下：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。
钴催化剂主要用于聚酯化纤材料的生产上。钛酸钴是主要的原油脱硫催化剂。Co-Mo-N 和Ni-Mo-N合金是合成氨催化剂。磺化酞菁钴、聚酞菁钴都是脱除累质油中硫醇硫的高效催化剂。氧化钴可替代铂铑作为生产硝酸的催化剂，可大幅度降低催化剂费用。
环烷酸钴和异辛酸钴用作催干剂，比其它同类产品催干速度快，广泛应用于油漆、油墨行业中，也用作不饱和树脂的优良促进剂。
固体环烷酸钴、硬脂酸钴、硼酰化钴和新癸酸钴广泛应用于钢丝子午胎、输送带和钢丝编织胶管中，不仅粘合强度高，而且具有耐热、耐温和化学缓蚀的特征。
高纯钴靶材用于半导体物理气相沉积过程。
据国内有关报道讲，钴在蓄电池行业、金刚石工具行业和催化剂行业的应用还将进一步扩大，从而对金属钴的需求呈上升趋势。