1 Kobalt Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej

2 Autorzy: Adrian Szarek Monika Cios Krzysztof Głąb

3 Plan prezentacji Trochę historii WystępowanieWłasności fizyczne i chemiczne Zastosowanie Produkcja Stopy kobaltu

4 Wygląd Kobalt

5 Trochę historii Kobalt(Co, łac. cobaltum) - pierwiastek chemicznyNazwa pochodzi od kobolda(zły duch) Odkrycie : 1735 r. przez Georga Brandta

6 Występowanie Jako postać dwóch minerałów: Smaltyn

7 Występowanie cd. kobaltyn

8 Występowanie cd. Polska: Monoklina Przedsudecka, Góry Izerskie, Góry Złote, rejon Lubina Afryka: Zambia Demokratyczna Republika Kongo Europa: Niemcy, Włochy, Norwegia Ameryka północna Kanada, USA

9 Produkcja

10 Własności chemiczne Symbol: Co Grupa, okres, blok: 9 ,4, dLiczba atomowa : 27 Masa atomowa: 58.93u Wartościowość: 2, 3 Układ krystalograficzny: heksagonalny

11 Własności fizyczne Stan skupienia: stały Temperatura topnienia: 1768 K Temperatura wrzenia: 3200 K Objętość molowa: 6,67×10-6 m³/mol

12 Zastosowanie wytop stali wyrób trwałych magnesów służy jako katalizator

13 Metody otrzymywania CoZależą od składu rudy będącej jego źródłem Są to kombinacje metod : a) chemicznych b) elektrolitycznych c) termicznego wyprażania

14 Otrzymywanie Co cd. Czysty kobalt otrzymuje się poprzez redukcję wodorem Produkt pośredni – tlenek kobaltu Tlenek Co przetapiany z żużlem w piecu + koks jako reduktor

15 Ogólny schemat produkcji kobaltu

16 Wzbogacanie Badania: występowanie Kobaltu w rudzie Fe-Mn z dna mórz.1.Kobalt jest związany z minerałami manganu: lithiophorite (Li)(~ CoO: 1,2%) cryptomelane (Cy)(~ CoO: 0,2%) 2.Krzemionkową rudę manganu (26% Mn 32% SiO2 i 0,08% Co) poddano wzbogacaniu.

17 Wzbogacanie cd. 3. Następnie w wyniku separacji magnetycznej na sucho uzyskano produkt z 47% Mn i 60% zwrotu. 4.Wnioski: Wraz z manganem kobalt otrzymuje wartość wzbogaconą (~ Co: 0,38%). Z innych pierwiastków np. Ni, Cu, Zn, Ga, Li itp. również można uzyskać wzbogacony produkt. Delian Fan (z prowincji Sichuan) odkrywca Co w rudzie Mn. Separator magnetyczny

18 Wzbogacanie cd. X-ray image map of Manganese minerals with respect to Mn, Fe, Si, Co, Ni, Al, K and Ba.

19 Wydobycie Wyrobiska kopalni rud kobaltu „St. Carol” - wnętrze sztolni „Fryderyk Wilhelm” w Przecznicy.

20 Klasyfikacja stopów kobaltuZe względu na zastosowanie: Żarowytrzymałe Magnetycznie twarde Odporne na ścieranie - stellity Produkcja implantów – stopy na osnowie kobaltu

21 Żarowytrzymałe stopy - zastosowanieChemia wysokich temperatur Lotnictwo Technika jądrowa Kosmonautyka Przemysł zbrojeniowy Części silników odrzutowych

22 Żarowytrzymałe stopy - właściwościOdporność na korozję wysokotemperaturową Wysoki współczynnik przewodnictwa cieplnego Niski współczynnik rozszerzalności cieplnej Wysoka temperatura topienia Dobra spawalność Odporność na ścieranie Odporność na zmęczenia cieplne

23 Wybrane żaroodporne stopy CoNazwa skład chemiczny % C Co Ni Cr Fe W Inne HS-25 0,1 50 10 20 <3 15 - S-816 0,4 43 <5 4 4Mo 4Nb Vitallium 0,25 62 2,5 27 <2 5,5 Mo X-40 0,5 55 25 7,5 Hayness 151 <1 12,8 0,15Ti Hayness 188 39 22 3 14 MAR - M302 0,85 <1,2 9Ta MAR - M509 0,6 7 3,5Ta MAR - M918 52,5 11 7,5Ta WI - 52 0,45 63 21 2 2,0Nb

24 Magnetycznie twarde stopy - zastosowaniePrzyrządy pomiarowe Urządzenia kontrolne (czujniki i przetworniki) Motory i prądnice Magnesy wykonane ze stopu alnico

25 Magnetycznie twarde stopy - właściwościStop alnico – najwyższa stabilność temperaturowa parametrów magnetycznych Bardzo wysoka temperatura Curie Wysoka temperatura pracy Wysoka odporność na korozje Magnesy wykonane ze stopu alnico

26 Magnetycznie twarde stopy – właściwości cd.Materiał skład chemiczny % Remanencja Br, T Koercja Hc, A/m Obróbka cieplna Vicalloy Fe+52Co+14V 1 36 wyżarzanie 600oC Cunico Cu+21Ni+29Co 0,34 52,5 przesycanie 1000oC+ starzenie oC Alnico Fe+17Ni+10Al+12Co+6Cu 0,8 40 przesycanie oC + starzenie 600oC+ chłodzenie w silnym polu magnetycznym Fe+20Ni+10Al+13,5Co+6Cu+0,24Ti 0,65 50 Alcomax Fe+11Ni+8Al+21Co+4,5Cu 1,24 46

27 Stellity - zastosowanieNarzędzie skrawające Ciągadła i maszyny do prasowania na gorąco Stellitowanie części maszyn narażonych na działanie wysokich temperatur i gazów spalinowych

28 Stellity - właściwościwartość liczbowa ciężar właściwy ok. 9g/cm3 przewodność cieplna słaba współczynnik liniowej rozszerzalności cieplnej w zakresie temperatur: 20-100oC 12,5*10-6 [1/oC] oC 15,2*10-6 [1/oC] elektryczna oporność właściwa Ω/m własności ferromagnetyczne brak wytrzymałość na rozciąganie 200kG/mm2 twardość Brinella 650kG/mm2

29 Stellity – skład chemicznypierwiastek zawartość węgiel 2-4% kobalt 35-55% chrom 25-33% wolfram 10-25% żelazo 0-10%

30 Stopy na osnowie kobaltu – zastosowanieEndoprotezy stawowe Płytki Wkręty kostne Groty Druty Endoproteza stawu biodrowego

31 Stopy na osnowie kobaltu – właściwościOznaczenie stopu Stan Rm [MPa] R0,2 [MPa] Wydłużenie % R2 [MPa] HS-21 lany 8-25 Vitalium kuty 8-28 Zimaloy spiekany 12-15 Isodur HS-25 wyżarzony min. 40 odkształcony na zimno MP-35N 40-50 340 Protasul-10 półtwardy 1000 650 min. 20 Biofaza twardy 10-17

32 Układ kobalt - żelazo

33 Układ kobalt - chrom

34 Układ kobalt - molibden

35 Bibliografia - L.A. Dobrzański – „Stopy niklu i kobaltu”, Gliwice, 2007 M. Blicharski – „Wstęp do inżynierii materiałowej”, Wydaw. AGH, Kraków, 1995 - P. P. Mishra, K. Mohapatra, P. P. Singh -„Enrichment of Cobalt Values by Dry Magnetic Separation from Low-Grade Manganese Ores of Bonai-Keonjhar Belt, Orissa”, Bhubaneswar, 2009