Cobalto:essencial para baterias e blues brilhantes
O cobalto em seu estado natural não é azul brilhante. Ele precisa ser tratado com um processo chamado calcinação que expõe os minerais a temperaturas superiores a 2012 graus F. Alchemist-hp / Wikimedia Commons / CC BY-NC-ND 3.0 p Chegando aos 27 em sua tabela periódica é o cobalto, um elemento essencial em baterias recarregáveis e motores a jato. Em 2018, o Departamento do Interior dos EUA publicou uma lista de 35 minerais essenciais sem os quais a economia dos EUA não pode viver, incluindo cobalto. O cobalto é até considerado um risco para a segurança nacional porque a maior parte dele é extraído em uma região politicamente instável da África e refinado na China.
p Vamos aprender mais sobre este metal versátil, Primeiramente premiado por sua capacidade de criar cerâmica azul vívida e agora a chave para o futuro dos carros elétricos. Começaremos com um pouco de folclore.
O cobalto ganhou seu nome dos gnomos
p Há séculos atrás, os mineiros nas montanhas Schneeberg da Alemanha moderna enfrentaram um problema. Eles escavaram a encosta da montanha em busca de minério rico em metal, especificamente prata e níquel. Mas quando eles tentaram fundir o minério em seus valiosos componentes de metal, alguma impureza continuava atrapalhando o processo.
p Sendo a Idade Média, os mineiros culparam seus problemas de fundição em problemas copelts ou kopolds , uma palavra alemã medieval para "gnome" ou "goblin". De acordo com a lenda, a kopolds vivia nas minas de Schneeberg e gostava de pregar peças em humanos, substituindo a prata e o níquel em seu minério por um mineral fétido que liberava gases venenosos durante o processo de fundição. Eles também foram culpados por desmoronamentos.
p Como acontece com todas as boas lendas antigas, a história dos gnomos tinha um pouco de verdade. O processo de fundição de prata e níquel foi complicado por altos níveis de cobalto que ocorre naturalmente na rocha Schneeberg. E um mineral chamado cobaltita contém arsênio e enxofre, o que poderia ser mortal se lançado em um poço hermético de mina.
p Cobalto, o metal elementar, foi isolado e nomeado pela primeira vez em 1735 pelo químico sueco Georg Brandt, um dos primeiros críticos da alquimia e provavelmente não um fã de gnomos, qualquer.
Antigos egípcios e chineses adoravam azul-cobalto
p Embora o cobalto não tenha recebido seu nome até o século 18, pigmentos e corantes à base de cobalto têm sido valorizados por sua rica tonalidade azul por milênios.
p O Cobalt Institute diz que cerâmica e vidro contendo esmaltes à base de cobalto foram recuperados de tumbas egípcias que datam de pelo menos 2, 600 anos. E a famosa porcelana azul chinesa das dinastias Tang (600-900 C.E.) e Ming (1350-1650 C.E.) também era vitrificada com minerais à base de cobalto.
Um vaso chinês feito com cobalto do início de 1300. World Imaging / Wikipedia / CC BY-SA 3.0 p O cobalto puro é uma cor cinza brilhante, mas pode ser transformado em um pó azul brilhante tomando óxidos de cobalto e tratando-os com um processo chamado calcinação que expõe minerais ricos em cobalto a temperaturas superiores a 2, 012 graus F (1, 100 graus C). A cor marcante conhecida como Azul de Cobalto é produzida por aquecimento de óxido de cobalto (Co 3 O 4 ) com silicatos de alumínio em 2, 192 graus F (1, 200 graus C).
p Uma série de outros tons - azul mazarino, salgueiro azul, preto-azulado - pode ser feito combinando óxido de cobalto com outros minerais. Pequenas quantidades de tons de cobalto azul também são usadas como um "descolorante" para cancelar os tons amarelados no vidro de contaminação por ferro.
p O cobalto era quase exclusivamente usado como ingrediente em pigmentos e tintas até o século XX. Em 1916, mais de 70 por cento de todo o cobalto extraído e refinado no mundo, que era de apenas 440 toneladas (400 toneladas métricas), foi usado como óxidos para corantes, de acordo com o Instituto Cobalt.
Metade do cobalto do mundo é usado para baterias recarregáveis
p As baterias recarregáveis de íon de lítio em seu smartphone, tablet e veículo elétrico rodam, pelo menos em parte, no cobalto. O cobalto é um dos principais ingredientes, junto com outros metais como lítio, níquel e manganês, dentro desses carregamentos rápidos, baterias de longa duração que alimentam nossas vidas digitais. Cerca de 50 por cento do cobalto produzido mundialmente é usado para baterias recarregáveis.
p O cobalto é encontrado no cátodo (o eletrodo carregado positivamente) das baterias de íon de lítio. Quando uma bateria de íon de lítio é carregada, Os íons de lítio fluem do cátodo para o ânodo carregado negativamente, onde estão armazenados. Quando a bateria está descarregada, os íons fluem de volta para o cátodo e os elétrons são liberados para alimentar o telefone ou o motor elétrico.
p O cobalto tem duas propriedades inatas que o tornam ideal para aplicações em baterias:estabilidade térmica e alta densidade de energia. Os cátodos feitos com cobalto não superaquecem facilmente nem pegam fogo, que é um grande problema de segurança, e também serão capazes de armazenar e transferir mais energia. O cobalto não é encontrado apenas nos cátodos das baterias de íon de lítio, mas também em outras baterias recarregáveis populares como baterias de níquel-cádmio e níquel-hidreto metálico.
p Uma vez que o cobalto representa atualmente entre 10 e 33 por cento dos cátodos recarregáveis, a indústria automobilística precisará de muito mais cobalto para impulsionar o futuro dos veículos elétricos. Uma análise prevê que a demanda de cobalto apenas de veículos de passageiros quadruplicará em relação a mais de 27, 500 toneladas (25, 000 toneladas métricas) em 2020 para mais de 110, 231 toneladas (100, 000 toneladas métricas) até 2025.
É superútil em superligas
p Quando os engenheiros aeroespaciais precisam de um material que possa suportar o calor intenso dentro de um motor a jato ou foguete, eles se voltam para "superligas" feitas com cobalto.
p Superligas são metais de alto desempenho que ganham seu nome chamativo devido à resistência extremamente alta ao desgaste e ao calor. Superligas à base de níquel superam ligas de cobalto para resistência ao estresse para temperaturas que chegam a 1, 706 graus F (930 graus C). Além dessa temperatura extrema, superligas à base de cobalto realmente mostram seu material.
p O cobalto tem um ponto de fusão mais alto do que o níquel e as superligas de cobalto são mais resistentes à corrosão por calor. É por isso que você encontrará superligas de cobalto nas aletas estacionárias dos motores de turbina a gás, que suportam o impacto do intenso calor gerado pelos motores a jato sem se desgastar e falhar.
É minerado principalmente em um país conturbado
p Uma das principais razões pelas quais o cobalto foi parar na lista do Departamento do Interior dos EUA de "minerais críticos" para a segurança nacional é que metade do cobalto do mundo é extraído da República Democrática do Congo (RDC). Como explica um relatório do U.S. Geological Survey, A RDC tem um histórico ruim de corrupção governamental, violações de direitos humanos e danos ambientais relacionados à mineração de cobalto.
p Não são apenas grupos de direitos humanos como a Anistia Internacional que estão preocupados com práticas trabalhistas inseguras e antiéticas relacionadas à mineração "artesanal" de cobalto não regulamentada na RDC. A instabilidade política e ambiental da RDC significa que uma grande parte da cadeia de abastecimento de cobalto é vulnerável a interrupções. Se a economia de alta tecnologia depende de um suprimento constante de cobalto, amplamente para ser usado em baterias recarregáveis, do que os problemas na RDC poderiam desacelerar o crescimento econômico em todo o mundo.
p O relatório do USGS também observa que a China é o principal refinador de cobalto e um dos maiores financiadores de grandes operações de mineração de cobalto na RDC. Do jeito que está, o setor de tecnologia dos Estados Unidos depende enormemente de uma fonte instável na RDC e de um contencioso parceiro comercial na China para o fornecimento de cobalto. O que explica o último fato da lista.
Os EUA estão entrando na mineração de cobalto
p De acordo com números de 2015, os Estados Unidos consumiram 10 por cento do cobalto mundial, enquanto produziam menos de 1 por cento do suprimento global de cobalto.
p O cobalto não está em todo lugar, mas também não é um mineral particularmente raro - ocupa o 32º lugar em abundância na crosta terrestre. Apenas duas minas no Canadá e no Marrocos podem extrair minério de cobalto puro, enquanto a maioria é extraída como subproduto da mineração de cobre e níquel. Um dos depósitos de cobalto mais ricos do mundo está no Cinturão de Cobre da África Central, na RDC.
p Os EUA., Contudo, não é abençoado com muitos depósitos de cobalto de alto grau, o que torna mais difícil extrair lucrativamente. A indústria de mineração também se queixou de um processo lento de licenciamento para permitir a exploração mineral, tanto onshore quanto offshore. A administração Trump instruiu o Departamento do Interior a acelerar o processo de licenciamento em um esforço para diminuir a dependência da América de fontes estrangeiras de minerais essenciais como o cobalto.
p Apesar de permitir e obstáculos geológicos, tem havido algum progresso na mineração de cobalto nos EUA. Em 2014, a mina Eagle na península superior de Michigan começou a minerar níquel e cobre com cobalto e outros minerais como subproduto. E a primeira mina da América dedicada ao cobalto está se preparando para entrar em produção em 2020 em Idaho.
Agora isso é legal
O cobalto é um micronutriente essencial na alimentação animal e humana. Ruminantes como vacas transformam cobalto em cobalamina, também conhecido como vitamina B12. O alimento com maior concentração de cobalto é o chocolate!
O cobalto em seu estado natural não é azul brilhante. Ele precisa ser tratado com um processo chamado calcinação que expõe os minerais a temperaturas superiores a 2012 graus F. Alchemist-hp / Wikimedia Commons / CC BY-NC-ND 3.0 p Chegando aos 27 em sua tabela periódica é o cobalto, um elemento essencial em baterias recarregáveis e motores a jato. Em 2018, o Departamento do Interior dos EUA publicou uma lista de 35 minerais essenciais sem os quais a economia dos EUA não pode viver, incluindo cobalto. O cobalto é até considerado um risco para a segurança nacional porque a maior parte dele é extraído em uma região politicamente instável da África e refinado na China.
p Vamos aprender mais sobre este metal versátil, Primeiramente premiado por sua capacidade de criar cerâmica azul vívida e agora a chave para o futuro dos carros elétricos. Começaremos com um pouco de folclore.
Um vaso chinês feito com cobalto do início de 1300. World Imaging / Wikipedia / CC BY-SA 3.0 p O cobalto puro é uma cor cinza brilhante, mas pode ser transformado em um pó azul brilhante tomando óxidos de cobalto e tratando-os com um processo chamado calcinação que expõe minerais ricos em cobalto a temperaturas superiores a 2, 012 graus F (1, 100 graus C). A cor marcante conhecida como Azul de Cobalto é produzida por aquecimento de óxido de cobalto (Co 3 O 4 ) com silicatos de alumínio em 2, 192 graus F (1, 200 graus C).
p Uma série de outros tons - azul mazarino, salgueiro azul, preto-azulado - pode ser feito combinando óxido de cobalto com outros minerais. Pequenas quantidades de tons de cobalto azul também são usadas como um "descolorante" para cancelar os tons amarelados no vidro de contaminação por ferro.
p O cobalto era quase exclusivamente usado como ingrediente em pigmentos e tintas até o século XX. Em 1916, mais de 70 por cento de todo o cobalto extraído e refinado no mundo, que era de apenas 440 toneladas (400 toneladas métricas), foi usado como óxidos para corantes, de acordo com o Instituto Cobalt.
