重金属冶金学-钴冶金课件.ppt

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1、安德成太原理工大学材料学院钴冶金GUYEJIN钴Co01020304概述钴的火法冶金钴的湿法冶金含钴溶液的净化CONTENT05钴的电解01概述PARTONE7.1概述•钴资源及其利用历史钴在自然界分布很广，但在地壳中的含量仅为0.0023％，居第34位。钴矿主要有辉钴矿、方钴矿等，海洋底的锰结核中钴的含量也很大，天然水、泥土和动植物中都含有钴。早在公元前1450年由埃及人和巴比伦人制造的陶器中已经用到钴颜料我国从唐朝起也在陶瓷生产中广泛应用钴的化合物作为着色剂19世纪中叶开始，出现把钴电镀到金属上的工作20世纪初，把钴应用于制合金钢和其他合金等方面的工作兴起。1917年，日

2、本冶金学家发现了含钴的永磁合金；到了1935年，永磁合金得到进一步发展，衍生出—系列铝镍钴永磁材料：后来又成出新型的钐钴永磁合金，钴已成为—种重要的战略金属。7.1.1钴及其化合物的性质★钴元素的基本性质•钴为有光泽的银灰色金属，熔点为1495℃，沸点为2870℃，密度为8.9g/cm3。钴具有铁磁性和延展性，力学性能比铁优良。钴的化学性质与铁、镍相似，在常温下与水和空气都不起作用；在300℃以上发生氧化作用，极细粉末状钴会自动燃烧；钴能溶于稀酸中，在浓硝酸中全形成氧化薄膜而被钝化；在加热时能与氧、硫、氯、溴发生剧烈反应。•钴元素家族有五种同位素，即56Co、57Co、58C

3、o、59Co和60Co，钴作为放射性的重金属，对人体的危害还是比较大的。对于溶入钴的液体要特别小心，尽量不要用皮肤接触，因为钴的渗透性很强，很容易进入皮肤内层。7.1.1钴及其化合物的性质★钴的物理性质•钴是一种银白色金属，它的外貌与纯铁或镍相似。钴的硬度高于铁，电解沉积出来的钴的硬度又高于高温过程生产的金属钴。钴中含有少量碳(最高达0.3％)时会增大钴金属的抗张强度和耐压强度，而不会影响其硬度。钻可以机械加工，但略有脆性。钴的物理性质(见表7—2)不仅在极大程度上依赖于它的纯度，而且也依赖于存在的同素异形体(或同素异形体混合物)。7.1.1钴及其化合物的性质★钴的化学性质•

4、钴的最高氧化态为+4，主要氧化态有+3和+2，在某些配位化合物中也呈现更低的氧化态。在一般条件下，钴的常见氧化态是+2，其他氧化态在一般化合物中是不稳定的。钴的主要化学反应提要见图7—1。7.1.1钴及其化合物的性质★钴的化学性质•(1)与单质的反应。钴即使在高温下也很少吸氢，氮在1200℃的高温下也基本上不溶于钴。微细分散的钴粉在空气中可自燃；但当低于300℃时，大块的钴金属在空气中仍是稳定的。将钴加热到900℃时，在其表面上生成氧化物外壳，第一层是Co3O4，靠近金属的第二层是CoO；加热至高于900℃时,分解，则氧化物外壳仅含有CoO。在加热条件下钴可与许多非Co3O4

5、金属反应，例如对与卤素、硼、硫、磷、砷和锑等反应，反应往往发光发热。氟与钴反应可生成CoF3，但其他卤素与钴反应仅能生成Co2+卤化物。•(2)与化合物的反应。钴在烧至赤热时会被水蒸气氧化成CoO。在470℃时，钴与氨反应生成CoN，但这个化合物在600℃时分解。一氧化碳在200℃、10MPa下，与微细钴粉反应生成羰合物Co2(CO)8。7.1.1钴及其化合物的性质★钴的化学性质•钴与铁相比，较能抵抗无机酸的侵蚀，钴能溶解在稀盐酸和稀硫酸中并放出氢气。浓硝酸在室温下能快速地与钴反应，但在-10℃时可使钴表面钝化。氢氟酸和磷酸也能与钴作用，但钴不与稀碱溶液反应。氯化氢在450℃

6、时与钴反应生成氯化钴(CoCl2)。在400℃时．将硫化氢通至钴粉之上可生成Co3S4，但在700℃时则生成CoS。二氧化碳在温度高于700℃时与钴发生如下平衡反应：Co+CO2＝CoO+CO7.1.1钴及其化合物的性质★钴的主要化合物及其性质•钴在水溶液中出现的主要氧化态为+2和+3。在没有其他配体存在时，钴(Co2+)的水溶液中含有粉红色的[Co(H2O)6]2+，它是热力学稳定的物种。六水合钴离子[Co(H2O)6]3+是一种强氧化剂，它会把水氧化成氧气，因此在没有络合试剂存在时，简单钴盐(Co3+)在水溶液中是不稳定的。在有配体(如氨)存在时，可稳定钴的+3氧化态，这

7、样就对Co2+氧化成Co3+较为有利，甚至大气中的氧也可完成此氧化过程；有些配体，如氰离子可以把Co3+稳定到这样一个程度，即可使钴络合物(Co2+)把水还原成氢气，甚至可以与氢反应生成表观上的钴络合物(Co3+)：2[Co(CN)5]3-+H2=2[Co(CN)5H]3-7.1.1钴及其化合物的性质★钴的主要化合物及其性质•一些钴电对的标准电极电位列于表7—3中。根据表7—3可以看出，Co2+生成大量在中性或酸性水溶液中稳定的简单盐；而简单的钴盐(Co3+)则是不常见的，并且在水溶液中是不稳定的。但C