vladimirtan (vladimirtan) wrote,
vladimirtan
vladimirtan

«Золотая лихорадка» за стратегическим металлом ХХІ века

Современная аэрокосмическая техника предъявляет очень высокие требования к используемым материалам. К стандартным требованиям легкости и высокой прочности зачастую прибавляется и жаропрочность.



В газотурбинных и ракетных двигателях температура превышает 1000°С, и в этих условиях материалу надо не просто существовать, а работать при экстремальных механических нагрузках (скорость вращения отдельных деталей превышают 100 тысяч оборотов в минуту!).


Обычные металлы и сплавы с такой задачей не справляются. Они начинают размягчаться и «ползти» при температурах, существенно меньших, чем температура плавления. Возникает потребность в новом классе твердых, нехрупких, коррозионно- и износоустойчивых, а самое главное — жаропрочных материалов.

Обычно для этих целей используются никелевые суперсплавы.


Суперсплавы, в составе которых присутствует кобальт широко применяются в современной авиации.

  Японцы обнаружили, что суперсплавы на основе кобальта с добавками алюминия, вольфрама и тантала обладают не только более высокими температурами размягчения, но и большей твердостью, чем стандартные промышленные никелевые суперсплавы.


Переход на эти сплавы позволит увеличить диапазон рабочих температур как минимум на сотню градусов. Но, по мнению японцев, это не предел.




Легирование стали кобальтом повышает её твердость, износо- и жаростойкость. Твердые кобальтовые сплавы широко используются при производстве металлообрабатывающих инструментов. Они применяются при изготовлении поверхностей деталей, подвергающихся сильному износу. Это способствует востребованности кобальта
в составе авиационных и космических двигателей.


Незаменимый в составе суперсплавов для аэрокосмической техники

Суперсплавы – важный сектор использования кобальта, который исторически был самым крупным потребителем данного металла.

В последние годы в секторе создания суперсплавов наблюдался существенный рост. Производители самолетов и двигателей в настоящее время оптимистичны и на счет будущих разработок, поставки которых, как прогнозируется, скажутся положительно на спросе на кобальт в этой области.


Также с ростом спроса на беспроводные технологии и устройства (смартфоны, умные часы, ноутбуки) и началом коммерциализации технологий накопления электроэнергии (электроавтомобили, Tesla Power Wall) увеличивается спрос на литий-ионные батареи. Если масштабы их производства будут и далее увеличиваться такими темпами, некоторые компоненты батарей могут оказаться в дефиците. К таким компонентам, наряду с литием, относится кобальт.




Поставки кобальта, применяемого в революции электрических транспортных средств, уже испытывают дефицит.

 




Времена изменились - и эстетическая характеристика кобальта стала менее важной, чем его физические и электрохимические свойства. Этот металл сегодня присутствует в большинстве литий-ионных аккумуляторов для переносных и стационарных устройств. Такие аккумуляторы содержат положительный электрод (катод) с оксидом и солями кобальта и отрицательный графитовый электрод (анод).
Замечательное свойство соединений кобальта - способность без разрушения поглощать большое количество ионов лития -
выливается в высокую энергетическую плотность электрохимического элемента.



Неизбежный дефицит стратегического металла   

Кобальт считается стратегическим металлом, так как он является ключевым ингредиентом производства аккумуляторных батарей, а также ингредиентом при создании специальных жаропрочных материалов для авиакосмической отрасли.   Многие аналитики утверждают, что это самый важный металл 21 века. Его цена увеличилась в четыре раза за последние два года, и это может быть только началом.


Аналитики Macquarie Research прогнозируют дефицит в 5340 тонн в 2020 г., это увеличение дефицита на 503%. В Bloomberg New Energy Finance считают, что мировой спрос на кобальт может увеличится в 47 раз к 2030 году.   Увы, но кобальт имеет и свою темную сторону, так как 63% мировых поставок металла осуществляется из Демократической Республики Конго, страны раздираемой войной и где широко применяется детский, фактически рабский труд.


В сфере производства аккумуляторных батарей уже задействовано 42% мирового производства кобальта, остальная часть используется в промышленных и военных отраслях. Поэтому производители электромобилей и аккумуляторов стремятся обеспечить их поставки, заранее договариваясь с горнодобывающими компаниями. В мире развернулась борьба за контроль над цепочками поставок кобальта, спрос на который растет прежде всего на фоне распространения электромобилей.


Особые свойства – широкое применение

Кобальт (Cobaltum), Co, химический элемент VIII группы периодической системы, атомный номер 27, атомная масса 58,9332; металл, температура плавления 1494°C; ферромагнетик, точка Кюри 1121°C.



Ко́бальт действительно суров: он жаропрочен (температура плавления - 1496 °С) и имеет очень плотную кристаллическую решётку. Кобальт устойчив к коррозии, обладает магнитными свойствами и образует ярко окрашенные химические соединения. По последней причине он издревле широко используется при изготовлении голубой краски для картин, фресок, росписи на фарфоре, стекле и т. д. Синие кобальтовые стёкла, эмали, краски находят в гробницах Древнего Египта.

Ключевой же областью промышленного потребления кобальта на сегодня является производство электроники и аккумуляторных батарей. Эти активно растущие сегменты и породили недавний взлет цен на указанный металл. Например, изготовление одного смартфона потребует около 5–10 грамм кобальта. Для производства ноутбука необходимо порядка 30 грамм этого металла. Ну а аккумулятор современного электромобиля включает в себя до 20 килограммов кобальта. Рекордный спрос на кобальт, обусловленный стремлением к дешевым портативным технологиям, за последние 5 лет вырос втрое, а к концу 2020 года может еще удвоиться.


Главная масса кобальта получается при переработке комплексных руд. Самостоятельное значение могут иметь мышьяковые собственно кобальтовые месторождения, но они немногочисленны. В рудах промышленных месторождений, где кобальт является одним из основных элементов, содержание его составляет десятые доли процента, редко 1—2% и более. В комплексных рудах, где кобальт извлекается попутно, его содержится сотые, редко десятые доли процента. Минимальное промышленное содержание кобальта в сульфидных медно-никелевых рудах 0,015%, в силикатных 037%. 70% кобальта используется в производстве сталей и сплавов, особенно магнитных, тугоплавких и специальных.


Кобальт сейчас считается очень важным металлом, стоящим как в центре новых технических разработок, так и в центре уже разработанных систем аккумулирования энергии и каталитических процессов, которые так важны для человечества в настоящее время. Кобальт также находит все большее применение в биотехнологиях, крайне важных для здоровья человека и диагностики. Фактически кобальт так важен для промышленного развития, что ЕС признал, что это - критический металл для ЕС в его Сырьевой инициативе (Raw Materials Initiative), которая была предпринята, чтобы помочь защитить промышленность ЕС от эффектов возможного разрушения в результате возможного перебоя поставок стратегического сырья.


Впрочем, технический прогресс также не стоит на месте. Конкуренцию кобальту как компоненту литий-ионных аккумуляторов могут составить новые разработки на основе такого материала, как графен. Но следует учесть, что в отличие от таких металлов, как никель и хром, кобальт все же незаменим во многих промышленных производствах. Поэтому его можно вполне обоснованно относить к классу стратегических металлов.

Источник
https://naukatehnika.com/kobalt-zolotaya-lihoradka-za-strategicheskim-metallom.html
naukatehnika.com

Tags: наука
Subscribe

Recent Posts from This Journal

  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 0 comments