Cobalto - Cobalt

Cobalto,  ₂₇ Co

Cobalto
Pronunciación	/ K oʊ b ɒ l t / ( escuchar )
Apariencia	duro metal gris azulado brillante
Peso atómico estándar A r, std (Co)	58.933 194 (3)
Cobalto en la tabla periódica
Hidrógeno Helio Litio Berilio Boro Carbón Nitrógeno Oxígeno Flúor Neón Sodio Magnesio Aluminio Silicio Fósforo Azufre Cloro Argón Potasio Calcio Escandio Titanio Vanadio Cromo Manganeso Planchar Cobalto Níquel Cobre Zinc Galio Germanio Arsénico Selenio Bromo Criptón Rubidio Estroncio Itrio Circonio Niobio Molibdeno Tecnecio Rutenio Rodio Paladio Plata Cadmio Indio Estaño Antimonio Telurio Yodo Xenón Cesio Bario Lantano Cerio Praseodimio Neodimio Prometeo Samario Europio Gadolinio Terbio Disprosio Holmio Erbio Tulio Iterbio Lutecio Hafnio Tantalio Tungsteno Renio Osmio Iridio Platino Oro Mercurio (elemento) Talio Dirigir Bismuto Polonio Astatine Radón Francio Radio Actinio Torio Protactinio Uranio Neptunio Plutonio Americio Curio Berkelio Californio Einstenio Fermio Mendelevio Nobelio Lawrencio Rutherfordio Dubnium Seaborgio Bohrium Hassium Meitnerio Darmstadtium Roentgenio Copérnico Nihonium Flerovio Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson - ↑ Co ↓ Rh hierro ← cobalto → níquel
Número atómico ( Z )	27
Grupo	grupo 9
Período	período 4
Cuadra	bloque d
Configuración electronica	[ Ar ] 3d 7 4s 2
Electrones por capa	2, 8, 15, 2
Propiedades físicas
Fase en  STP	sólido
Punto de fusion	1768  K (1495 ° C, 2723 ° F)
Punto de ebullición	3200 K (2927 ° C, 5301 ° F)
Densidad (cerca de  rt )	8,90 g / cm 3
cuando es líquido (a  mp )	8,86 g / cm 3
Calor de fusión	16,06  kJ / mol
Calor de vaporización	377 kJ / mol
Capacidad calorífica molar	24,81 J / (mol · K)
Presión de vapor P  (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k en  T  (K) 1790 1960 2165 2423 2755 3198
Propiedades atómicas
Estados de oxidación	−3, −1, 0, +1, +2 , +3 , +4, +5 (un  óxido anfótero )
Electronegatividad	Escala de Pauling: 1,88
Energías de ionización
Radio atómico	empírico: 125  pm
Radio covalente	Centrifugado bajo: 126 ± 3 pm Centrifugado alto: 150 ± 7 pm
Líneas espectrales de cobalto
Otras propiedades
Ocurrencia natural	primordial
Estructura cristalina	hexagonal compacta (hcp)
Velocidad de sonido varilla fina	4720 m / s (a 20 ° C)
Expansión térmica	13,0 µm / (m⋅K) (a 25 ° C)
Conductividad térmica	100 W / (m⋅K)
Resistividad electrica	62,4 nΩ⋅m (a 20 ° C)
Orden magnético	ferromagnético
El módulo de Young	209 GPa
Módulo de corte	75 GPa
Módulo de volumen	180 GPa
Relación de Poisson	0,31
Dureza de Mohs	5,0
Dureza Vickers	1043 MPa
Dureza Brinell	470–3000 MPa
Número CAS	7440-48-4
Historia
Descubrimiento y primer aislamiento	Georg Brandt (1735)
Principales isótopos de cobalto
Isótopo Abundancia Vida media ( t 1/2 ) Modo de decaimiento Producto 56 Co syn 77,27 días ε 56 Fe 57 Co syn 271,74 días ε 57 Fe 58 Co syn 70,86 días ε 58 Fe 59 Co 100% estable 60 Co syn 5.2714 años β - , γ 60 Ni
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El cobalto es un elemento químico con el símbolo Co y número atómico 27. Al igual que el níquel , el cobalto se encuentra en la corteza terrestre sólo en forma químicamente combinada, salvo por los pequeños depósitos que se encuentran en las aleaciones de hierro meteórico natural . El elemento libre , producido por fundición reductora , es un metal gris plateado, duro y brillante .

Los pigmentos azules a base de cobalto ( azul cobalto ) se han utilizado desde la antigüedad para joyas y pinturas, y para impartir un tinte azul distintivo al vidrio, pero más tarde se pensó que el color se debía al conocido metal bismuto . Los mineros habían utilizado durante mucho tiempo el nombre de mineral de kobold (en alemán, mineral de duende ) para algunos de los minerales productores de pigmento azul ; se llamaban así porque eran pobres en metales conocidos y, al fundirse, producían humos venenosos que contenían arsénico . En 1735, se descubrió que tales minerales se podían reducir a un nuevo metal (el primero descubierto desde la antigüedad), y esto finalmente recibió su nombre del kobold .

Hoy en día, algo de cobalto se produce específicamente a partir de una serie de minerales con brillo metálico, como la cobaltita (CoAsS). Sin embargo, el elemento se produce más comúnmente como un subproducto de la extracción de cobre y níquel . El cinturón de cobre en la República Democrática del Congo (RDC) y Zambia produce la mayor parte de la producción mundial de cobalto. La producción mundial en 2016 fue de 116.000 toneladas (114.000 toneladas largas; 128.000 toneladas cortas) (según Natural Resources Canada ), y la RDC por sí sola representó más del 50%.

El cobalto se utiliza principalmente en baterías de iones de litio y en la fabricación de aleaciones magnéticas , resistentes al desgaste y de alta resistencia . Los compuestos silicato de cobalto y aluminato de cobalto (II) (CoAl ₂ O ₄ , azul cobalto) dan un color azul intenso distintivo al vidrio , cerámica , tintas , pinturas y barnices . El cobalto se encuentra naturalmente como un solo isótopo estable , el cobalto-59. El cobalto-60 es un radioisótopo de importancia comercial que se utiliza como marcador radiactivo y para la producción de rayos gamma de alta energía .

El cobalto es el centro activo de un grupo de coenzimas llamadas cobalaminas . La vitamina B ₁₂ , el ejemplo más conocido de este tipo, es una vitamina esencial para todos los animales. El cobalto en forma inorgánica también es un micronutriente para bacterias , algas y hongos .

Caracteristicas

El cobalto es un metal ferromagnético con un peso específico de 8,9. La temperatura de Curie es de 1.115 ° C (2.039 ° F) y el momento magnético es de 1.6 a 1.7 Bohr magnetons por átomo . El cobalto tiene una permeabilidad relativa de dos tercios que la del hierro . El cobalto metálico se presenta como dos estructuras cristalográficas : hcp y fcc . La temperatura de transición ideal entre las estructuras hcp y fcc es de 450 ° C (842 ° F), pero en la práctica la diferencia de energía entre ellas es tan pequeña que el intercrecimiento aleatorio de las dos es común.

El cobalto es un metal débilmente reductor que está protegido de la oxidación por una película de óxido pasivante . Es atacado por halógenos y azufre . El calentamiento en oxígeno produce Co ₃ O ₄ que pierde oxígeno a 900 ° C (1,650 ° F) para dar el monóxido CoO. El metal reacciona con flúor ( F ₂ ) a 520 K para dar CoF ₃ ; con cloro ( Cl ₂ ), bromo ( Br ₂ ) y yodo ( I ₂ ), produciendo haluros binarios equivalentes . No reacciona con gas hidrógeno ( H ₂ ) o gas nitrógeno ( N ₂ ) incluso cuando se calienta, pero reacciona con boro , carbono , fósforo , arsénico y azufre. A temperaturas ordinarias, reacciona lentamente con los ácidos minerales y muy lentamente con el aire húmedo, pero no seco.

Compuestos

Los estados de oxidación comunes del cobalto incluyen +2 y +3, aunque también se conocen compuestos con estados de oxidación que van de -3 a +5 . Un estado de oxidación común para compuestos simples es +2 (cobalto (II)). Estas sales forman el complejo acuoso metálico de color rosa [Co (H
₂O)
₆]²⁺
en agua. La adición de cloruro da un color azul intenso [CoCl
₄]²⁻
. En una prueba de llama con cuentas de bórax , el cobalto muestra un azul profundo tanto en llamas oxidantes como reductoras.

Compuestos de oxígeno y calcógeno

Se conocen varios óxidos de cobalto. El óxido de cobalto (II) verde (CoO) tiene una estructura de sal de roca . Se oxida fácilmente con agua y oxígeno a hidróxido de cobalto (III) marrón (Co (OH) ₃ ). A temperaturas de 600 a 700 ° C, el CoO se oxida al óxido azul de cobalto (II, III) (Co ₃ O ₄ ), que tiene una estructura de espinela . También se conoce el óxido de cobalto (III) negro (Co ₂ O ₃ ). Los óxidos de cobalto son antiferromagnéticos a baja temperatura : CoO ( temperatura Néel 291 K) y Co ₃ O ₄ (temperatura Néel: 40 K), que es análogo a la magnetita (Fe ₃ O ₄ ), con una mezcla de oxidación +2 y +3. estados.

Los principales calcogenuros de cobalto incluyen los sulfuros de cobalto negro (II) , CoS ₂ , que adopta una estructura similar a la pirita , y el sulfuro de cobalto (III) (Co ₂ S ₃ ).

Haluros

Se conocen cuatro dihaluros de cobalto (II): fluoruro de cobalto (II) (CoF ₂ , rosa), cloruro de cobalto (II) (CoCl ₂ , azul), bromuro de cobalto (II) (CoBr ₂ , verde), cobalto (II) yoduro (CoI ₂ , azul-negro). Estos haluros existen en formas anhidras e hidratadas. Mientras que el dicloruro anhidro es azul, el hidrato es rojo.

El potencial de reducción de la reacción Co³⁺
+ e ^- → Co²⁺
es +1,92 V, más allá del cloro a cloruro, +1,36 V. En consecuencia, el cobalto (III) y el cloruro darían como resultado que el cobalto (III) se redujera a cobalto (II). Debido a que el potencial de reducción del flúor a flúor es tan alto, +2,87 V, el flúor de cobalto (III) es uno de los pocos compuestos de cobalto (III) simples y estables. El fluoruro de cobalto (III), que se utiliza en algunas reacciones de fluoración, reacciona vigorosamente con el agua.

Compuestos de coordinación

Como para todos los metales, los compuestos moleculares y los iones poliatómicos del cobalto se clasifican como complejos de coordinación , es decir, moléculas o iones que contienen cobalto ligado a varios ligandos . Los principios de electronegatividad y dureza-blandura de una serie de ligandos se pueden utilizar para explicar el estado de oxidación habitual del cobalto. Por ejemplo, los complejos de Co ³⁺ tienden a tener ligandos de amina . Debido a que el fósforo es más blando que el nitrógeno, los ligandos de fosfina tienden a presentar Co ²⁺ y Co ⁺ más blandos , un ejemplo es el cloruro de tris (trifenilfosfina) cobalto (I) ( P (C
₆H
₅)
₃)
₃CoCl ). El óxido y el fluoruro más electronegativos (y más duros) pueden estabilizar los derivados de Co ⁴⁺ y Co ⁵⁺ , por ejemplo, hexafluorocobaltato de cesio (Cs ₂ CoF ₆ ) y percobaltato de potasio (K ₃ CoO ₄ ).

Alfred Werner , un pionero ganador del premio Nobel en química de coordinación , trabajó con compuestos de fórmula empírica [Co (NH
₃)
₆]³⁺
. Uno de los isómeros determinados fue el cloruro de cobalto (III) hexamina . Este complejo de coordinación, un complejo típico de tipo Werner, consta de un átomo de cobalto central coordinado por seis ligandos ortogonales de amina y tres contraaniones de cloruro . El uso de ligandos de etilendiamina quelantes en lugar de amoníaco da tris (etilendiamina) cobalto (III) ( [Co (en)
₃]³⁺
), que fue uno de los primeros complejos de coordinación que se resolvió en isómeros ópticos . El complejo existe en las formas derecha e izquierda de una "hélice de tres palas". Este complejo fue aislado por primera vez por Werner como cristales en forma de aguja de oro amarillo.

Compuestos organometálicos

El cobaltoceno es un análogo estructural al ferroceno , con cobalto en lugar de hierro. El cobaltoceno es mucho más sensible a la oxidación que el ferroceno. El carbonilo de cobalto ( Co ₂ (CO) ₈ ) es un catalizador en las reacciones de carbonilación e hidrosililación . La vitamina B ₁₂ (ver más abajo ) es un compuesto organometálico que se encuentra en la naturaleza y es la única vitamina que contiene un átomo metálico. Un ejemplo de un complejo de alquilcobalto en el estado de oxidación +4 poco común del cobalto es el complejo homoléptico tetrakis (1-norbornil) cobalto (IV)  [ de ] (Co (1-norb) ₄ ), un complejo de metal de transición-alquilo que es notable por su estabilidad a la eliminación de β-hidrógeno . Los complejos de cobalto (III) y cobalto (V) [Li (THF)
₄]⁺
[Co (1-norb)
₄]^-
y [Co (1-norb)
₄]⁺
[BF
₄]^-
también son conocidos.

Isótopos

⁵⁹ Co es el único isótopo estable de cobalto y el único isótopo que existe naturalmente en la Tierra. Se han caracterizado veintidós radioisótopos : el más estable, el ⁶⁰ Co , tiene una vida media de 5,2714 años; ⁵⁷ Co tiene una vida media de 271,8 días; ^{El 56} Co tiene una vida media de 77,27 días; y el ⁵⁸ Co tiene una vida media de 70,86 días. Todos los demás isótopos radiactivos del cobalto tienen vidas medias inferiores a 18 horas y, en la mayoría de los casos, inferiores a 1 segundo. Este elemento también tiene 4 estados meta , todos los cuales tienen vidas medias menores a 15 minutos.

Los isótopos del cobalto varían en peso atómico de 50 u ( ⁵⁰ Co) a 73 u ( ⁷³ Co). El modo de desintegración primario para los isótopos con valores unitarios de masa atómica menores que el del isótopo estable más abundante, el ⁵⁹ Co, es la captura de electrones y el modo primario de desintegración en los isótopos con masa atómica superior a 59 unidades de masa atómica es la desintegración beta . Los productos de desintegración primarios por debajo de ⁵⁹ Co son isótopos del elemento 26 ( hierro ); por encima de eso, los productos de desintegración son isótopos del elemento 28 (níquel).

Historia

Los compuestos de cobalto se han utilizado durante siglos para impartir un rico color azul al vidrio , esmaltes y cerámicas . Se ha detectado cobalto en esculturas egipcias, joyas persas del tercer milenio a. C., en las ruinas de Pompeya , destruidas en el 79 d. C., y en China, que datan de la dinastía Tang (618-907 d. C.) y la dinastía Ming (1368-1644). ANUNCIO).

El cobalto se ha utilizado para colorear el vidrio desde la Edad del Bronce . La excavación del naufragio de Uluburun arrojó un lingote de vidrio azul, fundido durante el siglo XIV a. C. El vidrio azul de Egipto estaba coloreado con cobre, hierro o cobalto. El vidrio de color cobalto más antiguo es de la dinastía XVIII de Egipto (1550-1292 a. C.). Se desconoce la fuente del cobalto que usaban los egipcios.

La palabra cobalto se deriva del alemán kobalt , de kobold que significa "duende", un término supersticioso utilizado por los mineros para el mineral de cobalto. Los primeros intentos de fundir esos minerales en busca de cobre o plata fracasaron, y en su lugar se produjo simplemente polvo (óxido de cobalto (II)). Debido a que los minerales primarios de cobalto siempre contienen arsénico, la fundición del mineral oxida el arsénico en óxido de arsénico altamente tóxico y volátil , lo que aumenta la notoriedad del mineral.

Al químico sueco Georg Brandt (1694-1768) se le atribuye el descubrimiento del cobalto alrededor de 1735, lo que demuestra que es un elemento previamente desconocido, distinto del bismuto y otros metales tradicionales. Brandt lo llamó un nuevo "semi-metal". Mostró que los compuestos de cobalto metálico eran la fuente del color azul en el vidrio, que anteriormente se había atribuido al bismuto encontrado con el cobalto. El cobalto se convirtió en el primer metal descubierto desde el período prehistórico. Todos los demás metales conocidos (hierro, cobre, plata, oro, zinc, mercurio, estaño, plomo y bismuto) no tenían descubridores registrados.

Durante el siglo XIX, una parte significativa de la producción mundial de azul de cobalto (un pigmento elaborado con compuestos de cobalto y alúmina) y esmalte ( vidrio de cobalto en polvo para su uso con fines de pigmento en cerámica y pintura) se llevó a cabo en el mercado noruego de Blaafarveværket . Las primeras minas para la producción de esmalte en el siglo XVI se ubicaron en Noruega, Suecia, Sajonia y Hungría. Con el descubrimiento de mineral de cobalto en Nueva Caledonia en 1864, la extracción de cobalto en Europa disminuyó. Con el descubrimiento de depósitos de mineral en Ontario , Canadá en 1904 y el descubrimiento de depósitos aún más grandes en la provincia de Katanga en el Congo en 1914, las operaciones mineras cambiaron nuevamente. Cuando comenzó el conflicto de Shaba en 1978, las minas de cobre de la provincia de Katanga casi detuvieron la producción. El impacto en la economía mundial del cobalto de este conflicto fue menor de lo esperado: el cobalto es un metal raro, el pigmento es altamente tóxico y la industria ya había establecido formas efectivas para reciclar materiales de cobalto. En algunos casos, la industria pudo cambiar a alternativas sin cobalto.

En 1938, John Livingood y Glenn T. Seaborg descubrieron el radioisótopo cobalto-60 . Este isótopo se usó en la Universidad de Columbia en la década de 1950 para establecer la violación de la paridad en la desintegración beta radiactiva .

Después de la Segunda Guerra Mundial, Estados Unidos quería garantizar el suministro de mineral de cobalto para usos militares (como habían estado haciendo los alemanes) y buscaba cobalto dentro de la frontera estadounidense. Se encontró un suministro adecuado de mineral en Idaho cerca del cañón Blackbird en la ladera de una montaña. La empresa Calera Mining Company inició la producción en el sitio.

Se ha argumentado que el cobalto será uno de los principales objetos de competencia geopolítica en un mundo que funciona con energías renovables y depende de las baterías, pero esta perspectiva también ha sido criticada por subestimar el poder de los incentivos económicos para expandir la producción.

Ocurrencia

La forma estable de cobalto se produce en supernovas mediante el proceso r . Comprende el 0,0029% de la corteza terrestre . El cobalto libre (el metal nativo ) no se encuentra en la Tierra debido al oxígeno de la atmósfera y al cloro del océano. Ambos son lo suficientemente abundantes en las capas superiores de la corteza terrestre como para evitar que se forme cobalto metálico nativo. Salvo que se haya entregado recientemente en hierro meteórico, el cobalto puro en forma de metal nativo es desconocido en la Tierra. El elemento tiene una abundancia media, pero los compuestos naturales de cobalto son numerosos y se encuentran pequeñas cantidades de compuestos de cobalto en la mayoría de las rocas, suelos, plantas y animales.

En la naturaleza, el cobalto se asocia frecuentemente con el níquel . Ambos son componentes característicos del hierro meteórico , aunque el cobalto es mucho menos abundante en los meteoritos de hierro que el níquel. Al igual que con el níquel, el cobalto en las aleaciones de hierro meteórico puede haber estado lo suficientemente bien protegido del oxígeno y la humedad como para permanecer como el metal libre (pero aleado), aunque ninguno de los elementos se ve en esa forma en la antigua corteza terrestre.

El cobalto en forma compuesta se encuentra en los minerales de cobre y níquel. Es el principal componente metálico que se combina con azufre y arsénico en los minerales cobaltita sulfídica (CoAsS), safflorita (CoAs ₂ ), glaucodot ( (Co, Fe) AsS ) y skutterudita (CoAs ₃ ). El mineral cattierita es similar a la pirita y se encuentra junto con la vaesita en los depósitos de cobre de la provincia de Katanga . Cuando llega a la atmósfera, se produce la meteorización ; los minerales de sulfuro se oxidan y forman eritrita rosa ("mirada de cobalto": Co ₃ (AsO ₄ ) ₂ · 8H ₂ O ) y esferocobaltita (CoCO ₃ ).

El cobalto también es un componente del humo del tabaco . La planta de tabaco absorbe y acumula fácilmente metales pesados como el cobalto del suelo circundante en sus hojas. Estos se inhalan posteriormente durante el consumo de tabaco .

En el océano

El cobalto es un metal traza involucrado en la fotosíntesis y la fijación de nitrógeno detectado en la mayoría de las cuencas oceánicas y es un micronutriente limitante para el fitoplancton y las cianobacterias. El complejo cobalamina que contiene Co solo es sintetizado por cianobacterias y algunas arqueas , por lo que las concentraciones de cobalto disuelto son bajas en la parte superior del océano. Al igual que el Mn y el Fe, el Co tiene un perfil híbrido de captación biológica por parte del fitoplancton a través de la fotosíntesis en la capa superior del océano y la captación en las profundidades del océano, aunque la mayor parte de la captación está limitada por ligandos orgánicos complejos. El Co se recicla en el océano mediante la materia orgánica en descomposición que se hunde por debajo de la capa superior del océano, aunque la mayor parte es eliminada por bacterias oxidantes.

Las fuentes de cobalto para muchos cuerpos oceánicos incluyen ríos y escorrentías terrestres con alguna entrada de respiraderos hidrotermales. En las profundidades del océano, las fuentes de cobalto se encuentran en la parte superior de los montes submarinos (que pueden ser grandes o pequeños) donde las corrientes oceánicas barren el fondo del océano para limpiar los sedimentos durante millones de años, lo que les permite formarse como costras de ferromanganeso. Aunque se ha realizado un mapeo limitado del lecho marino, la investigación preliminar indica que hay una gran cantidad de estas costras ricas en cobalto ubicadas en la Zona Clarion Clipperton , un área que suscita un interés creciente por las empresas mineras en aguas profundas debido al ambiente rico en minerales dentro su dominio. El insumo antropogénico contribuye como fuente no natural pero en cantidades muy bajas. Las concentraciones de cobalto disuelto (dCo) en los océanos están controladas principalmente por reservorios donde las concentraciones de oxígeno disuelto son bajas. El complejo ciclo bioquímico del cobalto en el océano todavía se malinterpreta un poco, pero se han encontrado patrones de concentraciones más altas en áreas de bajo oxígeno como la Zona Mínima de Oxígeno (OMZ) en el Océano Atlántico Sur.

El cobalto se considera tóxico para los ambientes marinos en altas concentraciones. Las concentraciones seguras caen alrededor de 18 μg / l en aguas marinas para plancton como las diatomeas . La mayoría de los niveles de toxicidad costera están influenciados por aportes antropogénicos como la escorrentía de aguas residuales y la quema de combustibles fósiles. Se han registrado altos niveles de Co y Se en productos del mar provenientes de áreas costeras con niveles más altos de metales traza. Aunque los científicos son conscientes de la toxicidad amenazante, se ha prestado menos atención en comparación con otros metales traza como el mercurio y el plomo en los sistemas de agua contaminados.

Producción

Producción minera de cobalto (2017) y reservas en toneladas según USGS

País	Producción	Reservas
República Democrática del Congo	64.000	3,500,000
Rusia	5.600	250.000
Australia	5,000	1.200.000
Canadá	4.300	250.000
Cuba	4.200	500 000
Filipinas	4000	280.000
Madagascar	3.800	150.000
Papúa Nueva Guinea	3200	51.000
Zambia	2,900	270.000
Nueva Caledonia	2.800	-
Sudáfrica	2500	29.000
Marruecos	1500
Estados Unidos	650	23.000
Otros paises	5.900	560.000
Total mundial	110 000	7.100.000

Los principales minerales de cobalto son cobaltita , eritrita, glaucodot y skutterudita (ver arriba), pero la mayor parte del cobalto se obtiene reduciendo los subproductos de cobalto de la extracción y fundición de níquel y cobre .

Dado que el cobalto se produce generalmente como un subproducto, el suministro de cobalto depende en gran medida de la viabilidad económica de la extracción de cobre y níquel en un mercado determinado. Se proyecta que la demanda de cobalto crecerá un 6% en 2017.

Los depósitos primarios de cobalto son raros, como los que se encuentran en depósitos hidrotermales , asociados con rocas ultramáficas , tipificados por el distrito de Bou-Azzer en Marruecos . En tales lugares, los minerales de cobalto se extraen exclusivamente, aunque en una concentración más baja, y por lo tanto requieren más procesamiento posterior para la extracción de cobalto.

Existen varios métodos para separar el cobalto del cobre y el níquel, según la concentración de cobalto y la composición exacta del mineral utilizado . Un método es la flotación por espuma , en la que los tensioactivos se unen a los componentes del mineral, lo que conduce a un enriquecimiento de los minerales de cobalto. El tostado posterior convierte los minerales en sulfato de cobalto y el cobre y el hierro se oxidan a óxido. La lixiviación con agua extrae el sulfato junto con los arseniatos . Los residuos se lixivian aún más con ácido sulfúrico , produciendo una solución de sulfato de cobre. El cobalto también se puede lixiviar de la escoria de la fundición de cobre.

Los productos de los procesos mencionados anteriormente se transforman en óxido de cobalto (Co ₃ O ₄ ). Este óxido se reduce a metal por reacción aluminotérmica o reducción con carbono en un alto horno .

Extracción

El Servicio Geológico de Estados Unidos estima las reservas mundiales de cobalto en 7.100.000 toneladas métricas. La República Democrática del Congo (RDC) produce actualmente el 63% del cobalto del mundo. Esta participación de mercado puede alcanzar el 73% para 2025 si las expansiones planificadas por productores mineros como Glencore Plc se llevan a cabo como se esperaba. Pero para 2030, la demanda global podría ser 47 veces más que en 2017, ha estimado Bloomberg New Energy Finance.

Los cambios que hizo Congo a las leyes mineras en 2002 atrajeron nuevas inversiones en proyectos de cobre y cobalto congoleños. La mina Mutanda de Glencore envió 24.500 toneladas de cobalto en 2016, el 40% de la producción de la República Democrática del Congo y casi una cuarta parte de la producción mundial. Después de un exceso de oferta, Glencore cerró Mutanda durante dos años a fines de 2019. El proyecto Katanga Mining de Glencore también se está reanudando y debería producir 300,000 toneladas de cobre y 20,000 toneladas de cobalto para 2019, según Glencore.

Después de alcanzar máximos de casi una década a principios de 2018 por encima de los US $ 100.000 por tonelada, los precios del cobalto utilizado en la cadena de suministro global de baterías eléctricas cayeron un 45% en los siguientes 2 años. Con el aumento en la demanda de vehículos eléctricos (EV) durante 2020 y en 2021, los precios del cobalto aumentaron en enero de 2021. El índice de precios del cobalto de marzo de 2021 muestra que los precios aumentan mes a mes a US $ 54,000 por tonelada el 19 de marzo de 2021, obteniendo ganancias del 35% más de 2 meses.

El cobalto está clasificado como un mineral crítico por los Estados Unidos, Japón, la República de Corea, el Reino Unido y la Unión Europea.

República Democrática del Congo

En 2005, el principal productor de cobalto fueron los depósitos de cobre en la República Democrática del Congo 's la provincia de Katanga . Anteriormente la provincia de Shaba, el área tenía casi el 40% de las reservas globales, informó el Servicio Geológico Británico en 2009. Para 2015, la República Democrática del Congo (RDC) suministró el 60% de la producción mundial de cobalto, 32.000 toneladas a 20.000 a 26.000 dólares la tonelada. El crecimiento reciente de la producción podría deberse, al menos en parte, a la baja producción minera que cayó durante las violentas guerras civiles de la República Democrática del Congo a principios de la década de 2000, o a los cambios que hizo el país en su Código de Minería en 2002 para alentar la inversión extranjera y multinacional y que sí lo hicieron. atraer a varios inversores, incluido Glencore .

La minería artesanal suministró del 17% al 40% de la producción de la República Democrática del Congo. Unos 100.000 mineros de cobalto en la República Democrática del Congo utilizan herramientas manuales para cavar cientos de pies, con poca planificación y menos medidas de seguridad, dicen trabajadores y funcionarios gubernamentales y de ONG, así como las observaciones de los reporteros de The Washington Post sobre visitas a minas aisladas. La falta de precauciones de seguridad provoca con frecuencia lesiones o la muerte. La minería contamina los alrededores y expone la vida silvestre local y las comunidades indígenas a metales tóxicos que se cree que causan defectos de nacimiento y dificultades respiratorias, según funcionarios de salud.

Los activistas de derechos humanos han alegado, y el periodismo de investigación informó que lo confirmó, que el trabajo infantil se utiliza en la extracción de cobalto de las minas artesanales africanas . Esta revelación llevó al fabricante de teléfonos celulares Apple Inc. , el 3 de marzo de 2017, a dejar de comprar mineral de proveedores como Zhejiang Huayou Cobalt, que se abastece de minas artesanales en la República Democrática del Congo, y comenzar a usar solo proveedores que estén verificados para cumplir con los estándares de su lugar de trabajo.

Existe un impulso a nivel mundial por parte de la UE y los principales fabricantes de automóviles (OEM) para que la producción mundial de cobalto se obtenga y produzca de manera sostenible, responsable y con trazabilidad de la cadena de suministro. Las empresas mineras están adoptando y practicando iniciativas de ESG de acuerdo con las Directrices de la OCDE y están poniendo en práctica pruebas de actividades de huella de carbono cero o baja en la producción de la cadena de suministro de baterías de iones de litio . Estas iniciativas ya se están llevando a cabo con importantes empresas mineras, empresas de minería artesanal y de pequeña escala (MAPE). Los fabricantes de automóviles y las cadenas de suministro de fabricantes de baterías Tesla, VW, BMW, BASF y Glencore están participando en varias iniciativas, como la Iniciativa Cobalto Responsable y el estudio Cobalto para el Desarrollo. En 2018, BMW Group, en asociación con BASF, Samsung SDI y Samsung Electronics lanzaron un proyecto piloto en la República Democrática del Congo sobre una mina piloto, para mejorar las condiciones y abordar los desafíos para los mineros artesanales y las comunidades circundantes.

La dinámica política y étnica de la región ha provocado en el pasado estallidos de violencia y años de conflicto armado y poblaciones desplazadas. Esta inestabilidad afectó el precio del cobalto y también creó incentivos perversos para que los combatientes de la Primera y Segunda Guerra del Congo prolongaran los combates, ya que el acceso a las minas de diamantes y otros recursos valiosos ayudó a financiar sus objetivos militares, que con frecuencia equivalían a genocidio. también enriqueció a los propios luchadores. Si bien la República Democrática del Congo no ha sido invadida recientemente por fuerzas militares vecinas en la década de 2010, algunos de los depósitos minerales más ricos colindan con áreas donde los tutsis y los hutus todavía chocan con frecuencia, los disturbios continúan, aunque en menor escala y los refugiados aún huyen de los brotes de violencia.

El cobalto extraído de pequeñas empresas mineras artesanales congoleñas en 2007 abasteció a una sola empresa china, Congo DongFang International Mining. Una subsidiaria de Zhejiang Huayou Cobalt , uno de los productores de cobalto más grandes del mundo, Congo DongFang suministró cobalto a algunos de los fabricantes de baterías más grandes del mundo, que producían baterías para productos ubicuos como los iPhones de Apple . Debido a las acusaciones de violaciones laborales y preocupaciones ambientales, LG Chem posteriormente auditó a Congo DongFang de acuerdo con las directrices de la OCDE . LG Chem, que también produce materiales para baterías para empresas de automóviles, impuso un código de conducta a todos los proveedores que inspecciona.

El proyecto Mukondo Mountain , operado por la Compañía de Exploración y Minería de África Central (CAMEC) en la provincia de Katanga , puede ser la reserva de cobalto más rica del mundo. Produjo aproximadamente un tercio de la producción mundial total de cobalto en 2008. En julio de 2009, CAMEC anunció un acuerdo a largo plazo para entregar toda su producción anual de concentrado de cobalto desde Mukondo Mountain a Zhejiang Galico Cobalt & Nickel Materials de China.

En febrero de 2018, la firma global de gestión de activos AllianceBernstein definió a la República Democrática del Congo como económicamente "la Arabia Saudita de la era de los vehículos eléctricos", debido a sus recursos de cobalto, como esenciales para las baterías de iones de litio que impulsan los vehículos eléctricos .

El 9 de marzo de 2018, el presidente Joseph Kabila actualizó el código de minería de 2002, aumentando las regalías y declarando al cobalto y al coltán "metales estratégicos".

El código de minería de 2002 se actualizó efectivamente el 4 de diciembre de 2018.

En diciembre de 2019, International Rights Advocates, una ONG de derechos humanos, presentó una demanda histórica contra Apple , Tesla , Dell , Microsoft y la empresa de Google Alphabet por "beneficiarse a sabiendas y ayudar e incitar al uso cruel y brutal de niños pequeños" en la extracción de cobalto. . Las empresas en cuestión negaron su participación en el trabajo infantil .

Canadá

En 2017, algunas empresas de exploración planeaban inspeccionar antiguas minas de plata y cobalto en el área de Cobalt, Ontario, donde se cree que se encuentran importantes depósitos.

Sherritt International de Canadá procesa minerales de cobalto en depósitos de níquel de las minas de Moa en Cuba , y la isla tiene varias otras minas en Mayarí , Camagüey y Pinar del Río . Las continuas inversiones de Sherritt International en la producción cubana de níquel y cobalto mientras adquiría derechos mineros durante 17 a 20 años hicieron que el país comunista fuera el tercero en reservas de cobalto en 2019, antes del propio Canadá.

Aplicaciones

En 2016 se utilizaron 116.000 toneladas de cobalto. El cobalto se ha utilizado en la producción de aleaciones de alto rendimiento. También se puede utilizar para fabricar baterías recargables, y la llegada de los vehículos eléctricos y su éxito entre los consumidores probablemente tenga mucho que ver con la creciente producción de la República Democrática del Congo. Otros factores importantes fueron el Código de Minería de 2002, que alentó la inversión de empresas extranjeras y transnacionales como Glencore, y el fin de la Primera y Segunda Guerra del Congo.

Aleaciones

Las superaleaciones a base de cobalto históricamente han consumido la mayor parte del cobalto producido. La estabilidad de temperatura de estas aleaciones las hace adecuadas para álabes de turbinas para turbinas de gas y motores a reacción de aviones , aunque las aleaciones monocristalinas a base de níquel las superan en rendimiento. Las aleaciones a base de cobalto también son resistentes a la corrosión y al desgaste, lo que las hace, como el titanio , útiles para fabricar implantes ortopédicos que no se desgastan con el tiempo. El desarrollo de aleaciones de cobalto resistentes al desgaste comenzó en la primera década del siglo XX con las aleaciones de estelita , que contienen cromo con cantidades variables de tungsteno y carbono. Las aleaciones con carburos de tungsteno y cromo son muy duras y resistentes al desgaste. Las aleaciones especiales de cobalto-cromo- molibdeno como Vitallium se utilizan para piezas protésicas (reemplazos de cadera y rodilla). Las aleaciones de cobalto también se utilizan para prótesis dentales como un sustituto útil del níquel, que puede ser alergénico. Algunos aceros de alta velocidad también contienen cobalto para aumentar la resistencia al calor y al desgaste. Las aleaciones especiales de aluminio, níquel, cobalto y hierro, conocidas como Alnico , y de samario y cobalto ( imán de samario-cobalto ) se utilizan en imanes permanentes . También se alea con platino al 95% para joyería, lo que produce una aleación adecuada para fundición fina, que también es ligeramente magnética.

Pilas

El óxido de litio y cobalto (LiCoO ₂ ) se usa ampliamente en cátodos de baterías de iones de litio . El material está compuesto por capas de óxido de cobalto con el litio intercalado . Durante la descarga ( es decir, cuando no se está cargando activamente), el litio se libera como iones de litio. Las baterías de níquel-cadmio (NiCd) e hidruro metálico de níquel (NiMH) también incluyen cobalto para mejorar la oxidación del níquel en la batería. Transparencia Market Research estimó el mercado mundial de baterías de iones de litio en $ 30 mil millones en 2015 y predijo un aumento a más de $ 75 mil millones para 2024.

Aunque en 2018 la mayor parte del cobalto en las baterías se usaba en un dispositivo móvil, una aplicación más reciente para el cobalto son las baterías recargables para autos eléctricos. Esta industria ha quintuplicado su demanda de cobalto, lo que hace que sea urgente encontrar nuevas materias primas en zonas más estables del mundo. Se espera que la demanda continúe o aumente a medida que aumente la prevalencia de vehículos eléctricos. La exploración en 2016-2017 incluyó el área alrededor de Cobalt, Ontario , un área donde muchas minas de plata dejaron de operar hace décadas. El cobalto para vehículos eléctricos aumentó un 81% desde el primer semestre de 2018 a 7.200 toneladas en el primer semestre de 2019, para una capacidad de batería de 46,3 GWh. El futuro de los coches eléctricos puede depender de la minería en aguas profundas, ya que el cobalto es abundante en las rocas del lecho marino.

Dado que el trabajo infantil y esclavo se ha informado repetidamente en la extracción de cobalto, principalmente en las minas artesanales de la República Democrática del Congo, las empresas de tecnología que buscan una cadena de suministro ética se han enfrentado a la escasez de esta materia prima y el precio del cobalto metálico alcanzó un máximo de nueve años en octubre. 2017, más de US $ 30 la libra, frente a US $ 10 a fines de 2015. Después de un exceso de oferta, el precio cayó a un valor más normal de $ 15 en 2019. Como reacción a los problemas con la extracción artesanal de cobalto en la República Democrática del Congo, varios proveedores de cobalto y sus Los clientes han formado la Fair Cobalt Alliance (FCA) que tiene como objetivo acabar con el uso del trabajo infantil y mejorar las condiciones laborales de la extracción y el procesamiento de cobalto en la República Democrática del Congo. Los miembros de FCA incluyen a Zhejiang Huayou Cobalt , Sono Motors , la Iniciativa Responsable de Cobalto , Fairphone , Glencore y Tesla, Inc.

La Unión Europea está investigando la posibilidad de eliminar los requisitos de cobalto en la producción de baterías de iones de litio. A partir de agosto de 2020, los fabricantes de baterías han reducido gradualmente el contenido de cobalto del cátodo de 1/3 ( NMC 111) a 2/10 (NMC 442) hasta actualmente 1/10 (NMC 811) y también han introducido el cátodo LFP sin cobalto en la batería. paquetes de coches eléctricos como el Tesla Model 3 . En septiembre de 2020, Tesla describió sus planes para fabricar sus propias celdas de batería sin cobalto.

Catalizadores

Varios compuestos de cobalto son catalizadores de oxidación. El acetato de cobalto se usa para convertir xileno en ácido tereftálico , el precursor del polímero a granel polietilen tereftalato . Los catalizadores típicos son los carboxilatos de cobalto (conocidos como jabones de cobalto). También se utilizan en pinturas, barnices y tintas como "agentes secantes" mediante la oxidación de los aceites secantes . Los mismos carboxilatos se utilizan para mejorar la adherencia entre el acero y el caucho en neumáticos radiales con cinturón de acero. Además se utilizan como aceleradores en sistemas de resinas de poliéster .

Los catalizadores a base de cobalto se utilizan en reacciones que involucran monóxido de carbono . El cobalto también es un catalizador en el proceso de Fischer-Tropsch para la hidrogenación de monóxido de carbono en combustibles líquidos. La hidroformilación de alquenos a menudo usa cobalto octacarbonilo como catalizador, aunque a menudo se reemplaza por catalizadores más eficientes a base de iridio y rodio, por ejemplo, el proceso de Cativa .

La hidrodesulfuración del petróleo utiliza un catalizador derivado del cobalto y el molibdeno. Este proceso ayuda a limpiar el petróleo de las impurezas de azufre que interfieren con el refinado de combustibles líquidos.

Pigmentos y colorantes

Antes del siglo XIX, el cobalto se usaba predominantemente como pigmento. Se ha utilizado desde la Edad Media para hacer smalt , un vidrio de color azul. El esmalte se produce fundiendo una mezcla de esmaltita mineral tostada , cuarzo y carbonato de potasio , que produce un vidrio de silicato azul oscuro, que se muele finamente después de la producción. El esmalte se usó ampliamente para colorear vidrio y como pigmento para pinturas. En 1780, Sven Rinman descubrió el verde cobalto y en 1802 Louis Jacques Thénard descubrió el azul cobalto. Los pigmentos de cobalto como el azul de cobalto (aluminato de cobalto), el azul cerúleo (estannato de cobalto (II)), varios tonos de verde cobalto (una mezcla de óxido de cobalto (II) y óxido de zinc ) y violeta cobalto ( fosfato de cobalto ) se utilizan como pigmentos de artista debido a su estabilidad cromática superior. La aureolina (amarillo cobalto) ahora se reemplaza en gran medida por pigmentos amarillos más resistentes a la luz.

Radioisótopos

El cobalto-60 (Co-60 o ⁶⁰ Co) es útil como fuente de rayos gamma porque se puede producir en cantidades predecibles con alta actividad bombardeando cobalto con neutrones . Produce rayos gamma con energías de 1,17 y 1,33  MeV .

El cobalto se utiliza en radioterapia de haz externo , esterilización de suministros médicos y desechos médicos, tratamiento por radiación de alimentos para esterilización ( pasteurización en frío ), radiografía industrial (por ejemplo, radiografías de integridad de soldadura), mediciones de densidad (por ejemplo, mediciones de densidad del hormigón) e interruptores de altura de llenado de tanques. . El metal tiene la desafortunada propiedad de producir un polvo fino, causando problemas con la protección contra las radiaciones . El cobalto de las máquinas de radioterapia ha sido un peligro grave cuando no se desecha adecuadamente, y uno de los peores accidentes de contaminación por radiación en América del Norte ocurrió en 1984, cuando una unidad de radioterapia desechada que contenía cobalto-60 fue desmontada por error en un depósito de chatarra en Juárez, México.

El cobalto-60 tiene una vida media radiactiva de 5,27 años. La pérdida de potencia requiere el reemplazo periódico de la fuente en la radioterapia y es una de las razones por las que las máquinas de cobalto han sido reemplazadas en gran medida por aceleradores lineales en la radioterapia moderna. El cobalto-57 (Co-57 o ⁵⁷ Co) es un radioisótopo de cobalto que se utiliza con mayor frecuencia en pruebas médicas, como marcador radiactivo para la absorción de vitamina B ₁₂ y para la prueba de Schilling . El cobalto-57 se utiliza como fuente en la espectroscopia de Mössbauer y es una de las varias fuentes posibles en los dispositivos de fluorescencia de rayos X.

Los diseños de armas nucleares podrían incorporar intencionalmente ⁵⁹ Co, algunos de los cuales se activarían en una explosión nuclear para producir ⁶⁰ Co. El ⁶⁰ Co, dispersado como lluvia radiactiva , a veces se denomina bomba de cobalto .

Otros usos

• El cobalto se utiliza en galvanoplastia por su atractivo aspecto, dureza y resistencia a la oxidación .
• También se utiliza como capa base para esmaltes de porcelana .

Papel biológico

El cobalto es esencial para el metabolismo de todos los animales . Es un componente clave de la cobalamina , también conocida como vitamina B ₁₂ , el principal depósito biológico de cobalto como elemento ultratraza . Las bacterias en el estómago de los animales rumiantes convierten las sales de cobalto en vitamina B ₁₂ , un compuesto que solo pueden producir bacterias o arqueas . Por lo tanto, una presencia mínima de cobalto en los suelos mejora notablemente la salud de los animales en pastoreo , y se recomienda una ingesta de 0,20 mg / kg al día porque no tienen otra fuente de vitamina B ₁₂ .

Las proteínas basadas en cobalamina usan corrina para retener el cobalto. La coenzima B ₁₂ presenta un enlace C-Co reactivo que participa en las reacciones. En los seres humanos, B ₁₂ tiene dos tipos de ligando de alquilo : metilo y adenosilo. MeB ₁₂ promueve transferencias de grupos metilo (-CH ₃ ). La versión de adenosilo de B ₁₂ cataliza reordenamientos en los que un átomo de hidrógeno se transfiere directamente entre dos átomos adyacentes con el intercambio concomitante del segundo sustituyente, X, que puede ser un átomo de carbono con sustituyentes, un átomo de oxígeno de un alcohol o una amina. La metilmalonil coenzima A mutasa (MUT) convierte MMl-CoA en Su-CoA , un paso importante en la extracción de energía de proteínas y grasas.

Aunque es mucho menos común que otras metaloproteínas (por ejemplo, las de zinc y hierro), se conocen otras cobaltoproteínas además de la B ₁₂ . Estas proteínas incluyen metionina aminopeptidasa 2 , una enzima que se encuentra en humanos y otros mamíferos que no usa el anillo de corrina de B ₁₂ , pero se une al cobalto directamente. Otra enzima de cobalto que no es corrina es la nitrilo hidratasa , una enzima en las bacterias que metaboliza los nitrilos .

Deficiencia de cobalto

En los seres humanos, el consumo de vitamina B _{12 que} contiene cobalto satisface todas las necesidades de cobalto. Para el ganado bovino y ovino, que satisfacen las necesidades de vitamina B _{12 a} través de la síntesis de bacterias residentes en el rumen, el cobalto inorgánico tiene una función. A principios del siglo XX, durante el desarrollo de la agricultura en la meseta volcánica de la Isla Norte de Nueva Zelanda, el ganado padecía lo que se denominó "enfermedad de los arbustos". Se descubrió que los suelos volcánicos carecían de las sales de cobalto esenciales para la cadena alimentaria del ganado. Se descubrió que la "enfermedad de la costa" de las ovejas en el desierto de las noventa millas del sureste de Australia del Sur en la década de 1930 se originó en deficiencias nutricionales de oligoelementos como cobalto y cobre. La deficiencia de cobalto se superó mediante el desarrollo de "balas de cobalto", gránulos densos de óxido de cobalto mezclados con arcilla que se administran por vía oral para su alojamiento en el rumen del animal .

• 

  Cobalamina

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  Ovejas con deficiencia de cobalto

Problemas de salud

Cobalto

Riesgos
Pictogramas GHS
Palabra de señal GHS	Peligro
Declaraciones de peligro GHS	H317 , H334 , H413
Consejos de prudencia del SGA	P261 , P272 , P273 , P280 , P285 , P302 + 352 , P304 + 341 , P333 + 313 , P342 + 311 , P363 , P405 , P501
NFPA 704 (diamante de fuego)	2 0 0

El LD ₅₀ valor por sales de cobalto solubles se ha estimado entre 150 y 500 mg / kg. En los EE. UU., La Administración de Salud y Seguridad Ocupacional (OSHA) ha designado un límite de exposición permisible (PEL) en el lugar de trabajo como un promedio ponderado en el tiempo (TWA) de 0,1 mg / m ³ . El Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH) ha establecido un límite de exposición recomendado (REL) de 0.05 mg / m ³ , promedio ponderado en el tiempo. El valor IDLH (peligro inmediato para la vida y la salud) es de 20 mg / m ³ .

Sin embargo, la ingestión crónica de cobalto ha causado graves problemas de salud en dosis mucho menores que la dosis letal. En 1966, la adición de compuestos de cobalto para estabilizar la espuma de la cerveza en Canadá condujo a una forma peculiar de miocardiopatía inducida por toxinas , que llegó a conocerse como miocardiopatía del bebedor de cerveza .

Además, se sospecha que el cobalto metálico causa cáncer (es decir, posiblemente carcinógeno , IARC Grupo 2B ) según las monografías de la Agencia Internacional para la Investigación del Cáncer (IARC). [PDF]

Provoca problemas respiratorios cuando se inhala. También causa problemas en la piel cuando se toca; después del níquel y el cromo, el cobalto es una de las principales causas de dermatitis de contacto . Estos riesgos los enfrentan los mineros de cobalto.

Ver también

• Coltan
• Mineral de conflicto
• Economía de la República Democrática del Congo
• Industria minera de la República Democrática del Congo

Referencias

Otras lecturas

enlaces externos

• Cobalto en la tabla periódica de videos (Universidad de Nottingham)
• Centros para la Prevención y las Enfermedades - Cobalt
• El Instituto Cobalt
• Instituto Cobalto Responsable