钴的故事：从古代深蓝色玻璃到现代的广泛应用

钴的故事：从古代深蓝色玻璃到现代的广泛应用

小金属，大用处——让我告诉你关于“钴”的事

钴是新一轮矿产勘查突破战略的目标矿产之一。也许很多人对这种化学元素和矿物并不熟悉，但它以各种方式融入到我们的生产生活中，被人类利用的历史源远流长。今天，我就给大家讲讲“钴”的故事。

人类艺术发展史上精彩的“钴”故事

钴在人类生活中的应用至少已有3000年的历史。古罗马人和古希腊人曾用钴的化合物制成深蓝色玻璃。同一时期，我国唐代，彩瓷上的蓝色就是用含钴的矿物染成的。在古埃及法老图坦卡蒙的墓中，曾发现一件用钴的化合物染成深蓝色的玻璃器皿。

青花瓷是中国古代瓷器的经典代表，成熟的青花瓷出现在元代的景德镇，明代青花瓷成为瓷器的主流。青花瓷上的“青花”是用钴（包括氧化钴）为原料，在瓷坯上描绘花纹，再罩上透明釉，经高温烧成而成。

钴蓝是一种绿蓝色粉末，自19世纪以来逐渐成为蓝色颜料的重要成员。它以耐热、耐光、耐腐蚀和鲜艳独特的色彩而受到欧洲后印象派画家的喜爱。例如梵高的著名油画《星夜》就是用钴蓝绘制的蓝色夜空。

摆脱坏名声、正式“入队”的“钴”事件

钴的英文名称为“”，源于德语单词“”，意为“魔鬼、恶灵”。1733年，在德国萨克森州开采银铜矿时，矿工们发现了一种看上去与银相似的矿石，他们用它冶炼，但许多工人却因此丧命。人们认为这是“魔鬼”所为。由于这个历史原因，钴被冠以“魔鬼”之名。后来，科学家发现，这种银白色矿石的主要成分是亚砷酸钴（CoAsS），它在高温下会释放出含砷的有毒气体，正是导致工人死亡的罪魁祸首。从此以后，钴逐渐摆脱了“魔鬼”的指控，但“魔鬼”这个名字至今仍在使用。

1753年，瑞典化学家勃兰特从亚砷酸钴中分离出一种呈浅玫瑰色的银灰色金属，这就是纯度较高的钴。因此，勃兰特被认为是钴的发现者。1780年，瑞典化学家伯格曼也在实验室中提纯了纯度较高的钴，并确定它为金属元素。1789年，法国著名化学家拉瓦锡首次把钴列入元素周期表。钴的元素符号为Co，原子序数为27，相对原子量为58.93，密度为8.9g/cm3，硬度为5.6，熔点为1495℃，沸点为2870℃，是一种银白色金属，具有铁磁性和延展性。 钴基合金和含钴合金在硬度、抗拉强度、机械加工性能等方面与铁、镍相似，具有良好的耐热性、耐磨性和耐腐蚀性，在工业生产中得到广泛的应用。

德国和挪威是最早生产钴的两个国家，早期仅少量生产，规模不大。新喀里多尼亚于1874年开始开发钴矿。1903年至1909年，加拿大开始大量开发钴矿，使世界钴产量由16吨增至1553吨。1920年刚果加丹加省开发出铜钴矿后，其钴产量一直居世界第一位，赞比亚钴产量居世界第二位。1933年，摩洛哥开始从事砷钴矿的开发利用，并成为世界第三大钴生产国。我国钴的生产和利用起步较晚。 1954年，沈阳冶炼厂以锌钴渣为原料生产钴，标志着我国钴生产的开始。该厂通过还原溶解、氧化沉淀，生产出含钴30%～40%的氢氧化钴，再经焙烧、电炉冶炼、电解精炼得到金属钴。1958年，地质学家在甘肃省金昌市发现金川镍矿，是我国三大多金属共生矿之一，以镍矿为主，伴生钴、铜等。其中镍、钴产量居全国首位，钴产量占全国总产量的70%以上，是我国重要的钴生产基地。

极其稀有却无处不在的“钴”

钴的分布十分广泛，铁、镍、铜等矿石中均含有微量钴，自然界的水体、土壤、植物中也含有微量钴，独立的钴矿极其稀少，在地壳中的含量仅为0.0023%，是一种十分稀缺的小金属资源。

钴在自然界中主要以三种形式存在：一是独立含钴矿物，如砷钴矿、磁黄铁矿、硫化钴等，其中钴含量最高；二是钴“镶嵌”在硫化物晶体结构中，如黄铁矿、磁黄铁矿；三是钴离子吸附在某些矿物表面，其中第二种形式最为常见。地球上已发现的含钴矿物有100多种，主要钴矿物有磁黄铁矿、纤维柱状石、砷钴矿、砷钴矿、硫化钴等。

钴多以伴生物形式存在于其他金属矿床中，主要产于砂岩铜矿、岩浆铜镍矿和红土镍矿中。钴资源储量中镍钴伴生物占50%，铜钴伴生物占44%，原生钴仅占6%。根据美国地质调查局（USGS）数据，2020年全球钴资源储量约700万吨。刚果民主共和国为第一大资源国，钴资源储量为360万吨，约占全球总储量的50%；其次是澳大利亚，钴资源储量为140万吨，约占20%。中国钴资源储量较少，资源匮乏，每年需大量进口才能满足自身需求。

钴的神奇力量

目前钴主要用于制造磁性材料、超级合金、宇宙飞船、电池材料等，在医疗行业也有广泛的应用。

磁性材料是重要的功能材料，在电子工业和高科技制造中起着十分重要的作用。钴是一次磁化后能长期保持磁性的金属之一，在热的作用下，失去磁性的温度称为居里点。铁的居里点为769℃，而钴的居里点可达1150℃。在同样的环境下，含钴的磁性材料能保持比较稳定的磁性，因此被广泛用于制造高性能磁性材料。钴具有良好的耐高温、耐腐蚀性能，是制造优质合金的重要材料。工具钢中加入一定量的钴，能明显提高刀具的耐磨性和切削性能，含钴50%以上的合金在1000℃时仍能保持原有的硬度。 它们是制造高温喷气发动机、航空涡轮发动机、蒸汽涡轮的重要材料，在航空航天和国防现代化建设中有着广泛的应用。

1979年，钴酸锂电池诞生，钴首次应用于充电电池领域，因其优异的安全性，被广泛应用于智能手机、平板电脑、笔记本电脑、智能穿戴设备、储能设备、电动自行车等，开启了新时代。近年来，随着新能源汽车产业的蓬勃发展，电池技术不断取得突破，人们熟知的三元锂电池在新能源汽车领域应用十分广泛，而钴是电池正极的核心材料之一。

钴在医学领域也有广泛的应用，钴的放射性同位素钴60（60Co）常被用作放射源治疗癌症，目前钴60治疗机已成为我国肿瘤放疗的重要设备之一。在青霉素中加入适量的钴，可提高疗效。人工关节材料、补牙材料中也有钴的用处。此外，钴也是人体所必需的微量元素之一，一个成年人体内含钴约1.1毫克，广泛分布于全身，是维生素B12的重要组成部分，有助于人体生成红细胞。人体缺乏钴，会出现食欲不振、恶性贫血、乏力等症状。当然，如果人体摄入过量的钴，也会引起钴中毒，引起红细胞增多症、甲状腺增生、神经性耳聋等。

随着新能源汽车的日益普及和电子产品产量的持续增长，电池领域成为钴消费增长最快的领域，2021年全球钴消费总量约17.5万吨，其中电池领域占比66%，位居第一。

据安泰科统计，2021年中国钴消费量约11.5万吨，其中电池领域占比87%，位居第一；硬质合金占比4%，位居第二；陶瓷占比3%，位居第三。中国钴总消费量约占全球总消费量的66%，为全球第一大钴消费国。

保障资源安全、促进回收利用的“钴”问题

随着世界科技进步，钴在现代工业体系中发挥着不可替代的作用，美国、欧盟均将钴列入影响国家、区域安全和未来经济发展的关键矿产和材料名单，我国也将钴列入战略矿产名单。为保障国内工业生产和国防建设需要，自然资源部全面启动新一轮矿产勘查突破战略行动，聚焦稀缺、战略矿产，加强国内勘查开发，加大对锂、钴、镍、油气等矿产的勘查力度，全力保障国家能源资源安全。

随着钴回收技术的不断成熟，回收也成为钴供给的重要途径。目前，不少资源回收公司从废旧电池中提取钴，一定程度上缓解了钴资源供应紧张的局面。有测算显示，如果消耗掉的含钴电池都能全部回收利用，那么到2030年，全球每年只需要10万吨矿山钴供给就能满足生产需要。为了更高效地回收资源，减少对自然环境的破坏，必须做好垃圾分类，将废旧含钴电池放入电池回收箱，这样不仅可以避免环境污染，还能为保障国家战略安全做出贡献。