工业牙齿？工业味精！来看小小“钴”的大能量
编者注
钴是银白色金属，具有铁磁性、延展性、耐高温、耐腐蚀等特点，由于具有良好的物理、化学性能和机械加工性能，被广泛应用于机械制造、电子电器、航空航天、电池制造等行业，是国家重要的战略资源，被誉为“工业味精”、“工业牙齿”。
钴简介
钴元素符号Co，原子序数27，相对原子量58.93，硬度5.6，密度8.9g/cm3，熔点1495℃，沸点2870℃，是银白色金属，具有铁磁性和延展性。钴基合金和含钴合金的硬度、抗拉强度、机械加工性能与铁、镍相近，具有良好的耐热、耐磨、耐腐蚀性能，在工业生产中得到广泛应用。钴的分布很广，在铁、镍、铜等矿石中均有微量钴的发现，在自然界的水、土壤、植物中也有微量钴的发现。独立的钴矿极其稀少，在地壳中的含量仅为0.0023%。钴是一种十分稀缺的稀有金属资源，是重要的战略资源之一。
自然界中的钴
钴在自然界中存在的形式主要有三种：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。
（钴华）
钴多以伴生物形式存在于其他金属矿床中，主要存在于砂岩铜矿床、岩浆铜镍矿床和红土镍矿床中。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，钴资源量达360万吨，约占全球总储量的50%；其次是澳大利亚，钴资源量达140万吨，占比约20%；我国钴资源储量约8万吨，仅占全球总储量的1.12%。
钴行业发展历史
德国和挪威是最早开采钴的两个国家，早期仅产出少量钴。1874年，新喀里多尼亚开始开发钴矿。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（金）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，摩洛哥开始开发利用砷钴矿，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，钴产量占全国总产量的70%以上，是我国重要的钴生产基地。虽然我国钴资源储量匮乏，但精炼钴产量却占全球市场的67%。 国内钴生产的原料主要来自刚果民主共和国等国家的钴精矿或钴矿中间体。
（金川镍矿区）
钴在现代社会的应用
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相对稳定的磁性，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和耐腐蚀性能，是制造优质合金的重要材料。工具钢中加入一定量的钴，可显著提高其耐磨性和切削性能。含钴50%以上的合金在1000℃时仍能保持原有的硬度。是制造高温喷气发动机、航空涡轮发动机、蒸汽轮机的重要材料，在航空航天和国防现代化建设中得到广泛应用。
1979年，钴酸锂电池诞生，钴首次应用于充电电池领域。由于其安全性优异，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、储能设备及电动自行车等，从而开启了新时代。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。大家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，可提高其疗效，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年全球钴总消费量约17.5万吨，其中电池领域占比66%，位居第一；高温合金及硬质合金占比7%，位居第二；聚酯纤维占比4%，位居第三。
据安泰科统计，2021年我国钴消费量约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。我国钴消费总量约占全球总消费量的66%，为全球第一大钴消费国。
钴资源利用前景
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。目前，根据各国新能源汽车发展规划，全球钴资源将面临供应短缺的风险，尤其是我国是最大的消费国。面对钴资源短缺的现状，为保障国内工业生产和国防建设需要，我国钴矿山需要有充足的资源保障，才能不至于发展“卡壳”。目前，自然资源部已全面启动新一轮找矿突破战略行动，聚焦稀缺、战略矿产，加强国内勘探开发，加大锂、钴、镍、油气等矿产找矿力度，全力保障国家能源资源安全。
随着钴的回收技术不断成熟，回收也成为钴供应的重要途径。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。2018年，工信部等部委联合发布《新能源汽车动力电池回收利用管理暂行办法》，为废旧电池回收利用、钴等资源提炼提供了政策支持和保障。理论上讲，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10万吨供应量就能满足生产需要。但目前全球电池回收率仅为25%~50%，还有很大的提升空间。 为了更加高效的回收资源，减少对自然环境的破坏，一定要做好垃圾分类，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。
从“恶魔”到“宝贝”
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。人们以为这是“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，这就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（G.）从亚砷酸钴中分离出一种银灰色、浅玫瑰色的金属，这是纯度较高的钴。因此，勃兰特被认为是钴的发现者。1780年，瑞典化学家伯格曼（T.）在实验室中提纯了纯度较高的钴，并确定它是一种金属元素。1789年，法国著名化学家拉瓦锡首次将钴纳入元素周期表。
其实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就曾用钴的化合物制作深蓝色玻璃，同时，我国唐代彩瓷上的蓝色也是用含钴矿物着色而成的，古埃及法老图坦卡蒙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，成熟的青花瓷在元代景德镇出现，明代成为瓷器的主流。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。
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。
（作者单位：中国地质调查局西安矿产资源调查中心）
本文原载于5月30日《中国矿业报》第4版