文章轉載自“地球雜志”

钴尖晶石

钴是一種被冤枉的金屬。

為什麼這麼說呢？

這就要提到钴的英文名稱cobalt，這個詞來源于德文，是妖魔的意思。钴會被賦予這樣一個名字，背後有着一個故事：礦工在采集以及提煉钴礦石的過程中，常常因為吸入其中産生的氣體，導緻生病甚至中毒。

其實這種氣體是砷礦物引起的，而當時人們并沒有認識到這一點，所以妖魔的名号就給了钴。這個黑鍋钴一直背了幾百年，直到砷礦物被發現。

今天就來認識一下這個“倒黴”的金屬。

钴元素

元素钴在化學周期表中排27号，是一種金屬元素，質地硬而脆。其熔點達到1500攝氏度左右，沸點約3100攝氏度，相對密度8.9，摩氏硬度5～5.5。

钴有很多特性，其在高溫下能夠保持較高的強度，并且具有較低的導熱性和導電性以及較強的鐵磁性。

钴的本“色”

自然界含钴的礦物大約有100多種，重要礦物有硫钴礦、輝砷钴礦、砷钴礦、钴華等。其中钴華（化學成分為砷酸钴）是一種桃紅色的美麗礦物，被加熱時可以變為藍色。

钴華

方钴礦

而這兩種顔色與钴還有很深的關系。

钴作為一種雜質元素混入礦物或者寶石當中時，可以形成一些特殊的色彩。比如藍寶石含钴會呈現藍色或藍綠色；巴西maxixe礦出産的海藍寶石因含钴而呈現天然的钴藍色；斯裡蘭卡出産的钴尖晶石，因為濃郁而明亮的藍色而更顯珍貴。

而對于方解石或者白雲石來說，含有一定量的钴則表現出不同的結果，它們會表現為美麗的粉紅色或玫瑰紅色，非常誘人。

藍寶石

圖片來源：GIA

這麼多含有钴的礦物是藍色系的，為什麼方解石含钴卻會表現為紅色呢？其實彩色礦物或寶石的顔色，不僅僅跟特定的緻色元素比如钴、鉻等的種類和含量有關，還受礦物本身的晶體結構中原子或離子的排列方式影響。

钴方解石

這種現象在其他緻色離子的礦物中也有類似的表現，比如紅寶石含有鉻時會呈現紅色調，而祖母綠含鉻時卻呈現綠色調。

對于钴尖晶石來說，其結構中不僅含有钴，還含有鐵和鋅等元素，其獨特的钴藍色可能為三種以上元素共同作用而形成的結果。

钴還被用于處理顔色淨度較差的寶石，比如利用钴擴散處理方法，可以将暗藍色的寶石變為鮮豔的天藍色。還有就是利用放射性同位素钴-60産生的伽瑪射線作輻射源，輻照一定時間，就會使得原本無色或色彩暗淡污濁的礦物呈現為靓麗的藍色，而且射線的強度越大，輻照的時間越長，改色的效果也會越好，顔色也會越深。比如無色黃玉經過钴-60輻照處理後，在經過中溫加熱退火處理後可以轉變為藍色黃玉。

尖晶石

钴的用處

古代的人們早已發現钴與藍色的秘密，钴被用作顔料的曆史在西方可以追溯到古埃及時期。在埃及法老圖坦卡蒙的墓穴中有一小塊玻璃器物，後來檢測其深藍色是因為存在钴的緣故。古希臘人和古羅馬人曾利用钴化合物制造有色玻璃，這種玻璃會表現出美麗的深藍色。

而在中國，钴及其化合物也有悠久的顔料使用史。唐朝著名的唐三彩，元代的青花瓷，明代的景泰藍無不與含钴的釉料有關，而這種钴顔料制造出的藍色不僅着色率強、發色鮮豔而且呈色穩定、曆久彌新。

中國景泰藍瓷器

這些曆史事實都說明，钴作為顔料，早在古代已被人們發現和使用。前面提到的钴作為顔料主要為藍色，其實钴還有其他兩種顔料：钴紫顔料和钴黑顔料。

钴藍化學成分為鋁酸钴，是鋁和氧化钴反應生成的一種顔料，表現為藍色或藍綠色調。這種顔料有着鮮明的色澤，高強度的着色能力，極強的耐酸堿性，較高耐熱程度，被大量作為陶瓷、琺琅、玻璃等許多材料的着色劑使用。日常生活中見到的食品用矽膠幹燥劑中就加入了氧化钴，無水時表現為藍色，在吸取空氣中的水後變為粉紅色。

水钴礦

钴紫顔料也常被用于陶瓷、玻璃等的顔料，其成分為磷酸钴，為一種特殊的紫色顔料。

钴黑顔料有鐵钴黑和鐵钴鉻黑兩種，主要用于陶瓷坯體和釉料的着色，是由多種金屬氧化物經過高溫固相反應而生成的高性能無機顔料，具有環保無毒的優點。

钴的本領

除了被用于顔料外，钴在制作電池材料、超級合金、硬質合金、磁性材料中也有廣泛應用。钴-60作為一種廣為使用的放射性材料用于醫學放射檢查與治療。現在，钴及其合金在機械、化工、航空航天等行業也都得到了廣泛的應用，已經成為一種重要的戰略金屬。

制造電池設備是目前钴最重要的用途，使用量占到全部钴使用量的40%。钴主要用來制作锂離子電池的钴酸锂，鎳氫電池的氧化亞钴等。含钴材料是目前最好也是最為穩定的锂電池正極材料，是電池的核心之一，具有能量密度高和環保安全性高的特點。

含钴材料是目前最好也是最為穩定的锂電池正極材料

三元锂電池是指使用鎳钴錳或者鎳钴鋁酸鹽等三元材料為電池正極的锂電池。相對于傳統锂電池，三元锂電池具有綜合性能和低成本的雙重優勢，已經成為現今最被關注和認同的産品。

一方面由于钴是電池材料中最昂貴的金屬材料之一，價格高居不下，另一方面钴作為稀缺資源，高度集中于個别國家，價格波動較大，影響新能源趨勢的發展，所以現在已經有許多廠商在研究無钴電池。

钴常被添加到鋼或者其他合金當中，可以明顯提高合金的堅硬程度、耐磨程度、抗沖擊性能和韌性。

钴是一種被磁化之後就能長期保持磁性的金屬。钴的這種優越磁性，使之被大量應用于制造高性能磁性材料。這種用途的钴使用量大概占到總使用量的5%左右。高钴含量的磁性鋼比一般磁性鋼的磁力密度更高，而且在高溫條件下這種磁性也不會輕易喪失。大型的永久磁體大多為含钴合金，其中常用的是一種叫作阿爾尼克的合金材料，它是由钴、鎳、鋁制造的堅硬合金。

钴在醫療領域也有多方面的應用，钴-60放射性同位素被用來治療人體的皮膚病和惡性腫瘤；維生素B12（钴胺素）中钴的含量更是高達4.5%；

維生素B12是一類含钴的複雜有機化合物

钴被用于制造人工髋關節和膝關節以及牙料填充劑。具有放射性的钴同位素還被廣泛應用于輻照食品加工行業，通過這種輻照技術可以殺死有害的細菌。

钴的來源

钴礦床的成因大緻可以分為岩漿型、熱液型、沉積型、風化殼型等四大類。以岩漿型為主，占钴礦總量的65%以上。岩漿礦床是岩漿在上升冷卻過程中，通過結晶作用與分異作用，使含钴礦物聚集在一起而形成的礦床。

钴白雲石

熱液礦床是指含礦熱水溶液在與周圍岩石混合的過程中，遇到合适的地層或構造縫隙時冷卻凝固形成的钴礦床。

沉積礦床為在地表環境中，含礦物質被自然環境中的營力包括流水、風、冰川等作用風化剝蝕，并在恰當的地方聚集形成的礦床。

風化殼礦床是一種殘留礦床，指岩石受到長期風化作用的剝蝕，不穩定的物質大多被搬運到别處，剩下的成礦物質相對富集形成的礦床。

钴礦在全球有着重要地位，但是陸地上的钴資源分布非常不均衡，陸地钴礦探明總儲量的80%以上都分布在剛果（金）、澳大利亞、古巴、贊比亞、菲律賓等少數幾個國家。其中剛果（金）是全球钴礦資源儲量最豐富的國家，大約占到全世界總儲量一半，澳大利亞和古巴則分列二三位，前三個國家的占比達到四分之三。

钴華

中國钴礦資源缺乏，少有獨立成礦，多與鐵、鎳、銅等礦床伴生，且品類較低。我國伴生钴的回收效率低，工藝手段較落後，使得钴成為一種需要長期依賴進口的原材料。要解決這一依賴性較強的資源劣勢，一方面是要從海洋中尋找和提煉钴資源，另一方面是提高钴礦的利用率和钴材料回收的技術手段。

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