钴

周期系第Ⅷ族（铁族）元素。原子序数27。稳定同位素：59。原子量58.9332。银灰色金属。硬而有延展性，且均比铁强，但铁磁性则较弱。密度8.9。熔点1490℃。沸点3520℃。化合价+2和+3。常温下与水和空气不起作用。能逐渐溶于稀盐酸和硫酸，易溶于硝酸。用于制超硬耐热全金和磁性合金、钴化合物、催化剂、电灯丝和瓷器釉料，钴60用于物体内部控测、医疗及示踪物质等。在自然界中主要的钴矿有砷钴矿和辉砷钴矿。可由辉砷钴矿或砷钴矿灼烧成氧化物后用铝还原而得。

中文名：钴

外文名：Cobalt

元素符号：Co

元素类型：金属元素

形态：固态

原子序数：27

CAS号：7440-48-413981-50-510198-40-0

EINECS号：231-158-0

分子量：58.933

1、简介

钴是中等活泼的金属元素，有二价和三价二种化合价。钴可经消化道和呼吸道进入人体，一般成年人体内含钴量为1.1-1.5mg。在血浆中无机钴附着在白蛋白上，它最初贮存于肝和肾，然后贮存于骨、脾、胰、小肠以及其它组织。体内钴14%分布于骨骼，43%分布于肌肉组织，43%分布于其它软组织中。

元素钴

在所有微量元素(微量元素食品)中，惟有钴是以一种特殊的形式——维生素B12表现出生物活性的。钴的生理功能是以维生素(维生素食品)B12的形式体现出来的。

在常温下不和水作用，在潮湿的空气中也很稳定。在空气中加热至300℃以上时氧化生成CoO，在白热时燃烧成Co₃O₄。氢还原法制成的细金属钴粉在空气中能自燃生成氧化钴。1735年瑞典化学家布兰特（G.Brandt）制出金属钴。1780年瑞典化学家伯格曼（T.Bergman）确定钴为元素。长期以来钴的矿物或钴的化合物一直用作陶瓷、玻璃、珐琅的釉料。到20世纪，钴及其合金在电机、机械、化工、航空和航天等工业部门得到广泛的应用，并成为一种重要的战略金属，消费量逐年增加。中国于50年代开始从钴土矿、镍矿和含钴黄铁矿中提钴。

2、发现历史

关于钴，古代希腊人和罗马人曾利用它的化合物制造有色玻璃，生成美丽的深蓝色。中国唐朝彩色瓷器上的蓝色也是由于有钴的化合物存在。这些都说明古代劳动人民也早已利用钴的化合物了。含钴的蓝色矿石辉钴矿CoAsS，中世纪在欧洲被称为kobalt，首先出现在16世纪居住在捷克的德国矿物学家阿格里科拉的著作里，这一词在德文中原意是“妖魔”。这可能是当时认为这种矿石是无用的，而且由于辉钴矿中含砷，妨害工人的身体健康才使用的。今天钴的拉丁名称cobaltum和元素符号Co正是德文中“妖魔”一词而来，这是由于当时的人们对新事物的不了解所致。统治了公元前1361～1352年的法老图坦卡蒙的坟墓，包含了一小块玻璃物件被钴染成深蓝色。钴蓝甚至在早期的中国就已知并用于陶器釉料。

氧化钴

1742年瑞典化学教授布兰特研究辉钴矿时，发现了一种不知名的金属（也就是钴），他把这种金属列为半金属。在1730年，斯德哥尔摩（瑞典首都）的化学家GeorgBrandt感兴趣于从本地铜加工而来的一种深蓝色的矿石，他最终证明其包含一种未知的金属，并且他以在德国被矿工诅咒的矿石给它命名，有时它会和一种银矿石搞混。他在1739年公布了他的发现。多少年来他因声称其是一种新的金属而和其它化学家争论，他们说他的新元素其实只是铁和砷的化合物，但最终它作为一种新的元素被认可了。

3、理化性质

物理性质

钴是具有光泽的钢灰色金属，熔点1493℃、比重8.9,比较硬而脆，钴是铁磁性的，在硬度、抗拉强度、机械加工性能、热力学性质、的电化学行为方面与铁和镍相类似。

金属钴

元素原子量：58.93

原子体积:(立方厘米/摩尔)6.7

元素类型：金属元素

元素在太阳中的含量:(ppm)4

元素在海水中的含量:(ppm)太平洋表面0.0000069

地壳中含量：（ppm）20

质子数：27

中子数：32

原子序数：27

所属周期：3

所属族数：VIII

电子层分布：2-8-15-2

氧化态：MainCo2

OtherCo-1,Co0,Co1,Co3,Co4,Co5

莫氏硬度：5

晶胞参数：

a=250.71pm

b=250.71pm

c=406.95pm

α=90°

β=90°

γ=120°

电离能(kJ/mol)

M-M760

M-M21646

M2-M33232

M3-M44950

M4-M57670

M5-M69840

M6-M712400

M7-M815100

M8-M917900

M9-M1026600

晶体结构：晶胞为密排六方晶胞

声音在其中的传播速率：（m/S）4720时磁性消失。

化学性质

1.金属半径125.3皮米,第一电离能763kJ/mol,电负性1.8。在常温下,对空气和水稳定。应避免与强酸、强氧化剂、空气、卤间化合物接触。

有光泽的灰白色金属,常温下较稳定的同素异形体为六方紧堆结构(α-变体),β-变体为面心立方结构,也可在常温下存在,α-变体与β-变体的转变点为(417±7)℃。钴是铁磁性金属,其居里点很高,达1121℃。

2.钴在常温下不易氧,钴不能直接与氢或氨起反应,在加热下能与碳、磷、硫反应

4、生理功能

作为机体的必需微量元素，钻具有重要的生理作用。它是维生素B12的组成成分，是某些酶的组分或催化活性的辅助因素，具有刺激造血的作用，并对某些微量元素的代谢有一定影响。

钴的作用主要以维生素B12和B12辅酶形式储存于肝脏并发挥其生物学作用。但是体内的钴只有一少部分以维生素B12形式存在于体内，非维生素B12中的钴可与氨基酸、蛋白质结合，如人体心肌中的钴就是与心肌蛋白结合在一起的;也可与血浆蛋白、血纤维蛋白原结合。钴可激活很多酶，如能增加人体唾液中淀粉酶的活性，能增加胰淀粉酶和脂肪酶的活性。钴还参与造血，在胚胎时期就参与造血过程，可以治疗多种贫血，最常见的是恶性贫血，但补钴不能得到纠正，必须增加肠道对维生素B12的吸收才能有效。

1.钴与维生素B12和B12辅酶维生素B12是水溶性维生素，已证明它是一种含钴的配合物。维生素B12分子中含有一个与卟啉相似的卟啉环，它是维生素B12的核心部分，钴处于环的中心。维生素B12又称为氰钴铵素，5'-脱氧腺苷基钴铵素或甲基钻铵素都是维生素B12的辅酶。其中以5'-脱氧腺苷基钻铵素活性最高，是维生素B12辅酶在体内的主要存在形式。

2.钴与造血钴能刺激人体骨髓的造血系统，促使血红蛋白的合成及红细胞数目的增加。大多以组成维生素B12的形式参加体内的生理作用。钴刺激造血的机制为：①通过产生红细胞生成素刺激造血。钴可抑制细胞内呼吸酶，使组织细胞缺氧，反馈刺激红细胞生成素产生，进而促进骨髓造血。②对铁代谢的作用。钴可促进肠粘膜对铁的吸收，加速贮存铁进入骨髓。③通过维生素B12参与核糖核酸及造血物质的代谢，作用于造血过程。若缺乏维生素BⅢ则骨髓细胞的脱氧核糖核酸合成期(S期)和合成后期(G2期)的时问延长，从而产生巨红细胞性贫血。④钴可促进脾脏释放红细胞(血红蛋白含量增多，网状细胞、红细胞增生活跃，周围血中红细胞增多)，从而促进造血功能。亦可促进细胞分裂，预防巨幼红细胞性贫血。钴是以维生素B12形式存在于体内的，在胚胎期已参加造血过程。大量研究证明，钴通过维生素B12参与核糖核酸及造血有关物质的代谢，作用于造血过程。钴用于治疗感染性贫血和肾脏疾病，可获得一定疗效。

3.与其他微量元素共同发挥作用钴可以改善锌的生物活性，使锌易于在肠道吸收。钻可影响甲状腺代谢。在地方性甲状腺肿和水、土壤和食物中的含钴量之间存在着某种联系。首先，地方性甲状腺肿与食物中缺钴有关，碘缺乏时钴能激活甲状腺的活性，钴能拮抗碘缺乏所产生的影响，钴和碘联合使用效果更佳，使用钻后即便没有碘，对减少甲状腺肿的发生也有一定作用。其次，某些居民中的甲状腺功能紊乱，不仅由于环境中的碘和钴含量低，并且还决定于两者之间的比值。

4.钻的其他作用钴能和蛋白质结合，同时对人体生长、发育、糖类和蛋白质代谢都有重要影响。钻可促进许多营养物质对机体的作用，如增加肝糖原的同化，使氨基酸合成蛋白质，激活各种酶，加速血红蛋白的合成，并可扩张血管、降低血压等。钴还有驱脂作用，防止脂肪在肝细胞内沉着，预防脂肪肝。

5、生理需要量

人体对钻的生理需要量不易准确估计，1972年世界卫生组织推荐的标准是1岁以内0.3μg/d，10岁以上2μg/d。成人适宜摄入量为60μg/d，可耐受最高摄入量为350μg/d。

6、钴失调对人体的危害

钴缺乏症

目前尚无钴缺乏症的病例，从膳食汇中可能每天摄入钴5-20ug。

过量表现

经常注射钴或暴露于过量的钴环境中，可引起钴中毒。儿童对钴的毒性敏感，应避免使用每千克体重超过1mg的剂量。在缺乏维生素B12和蛋白质以及摄入酒精时，毒性会增加，这在酗酒者中常见.

食物来源

含钴丰富的食品有：牛肝、蛤肉类、小羊肾、火鸡肝、小牛肾、鸡肝、牛胰、猪肾及其它脏器

含钴较多的食物有：瘦肉、蟹肉、沙丁鱼、蛋和干酪

7、用途

金属钴主要用于制取合金。钴基合金是钴和铬、钨、铁、镍组中的一种或几种制成的合金的总称。含有一定量钴的刀具钢可以显著地提高钢的耐磨性和切削性能。含钴50%以上的司太立特硬质合金即使加热到1000℃也不会失去其原有的硬度，如今这种硬质合金已成为含金切削工具和铝间用的最重要材料。在这种材料中，钴将合金组成中其它金属碳化物晶粒结合在一起，使合金具更高的韧性，并减少对冲击的敏感性能，这种合金熔焊在零件表面，可使零件的寿命提高3～7倍。航空航天技术中应用最广泛的合金是镍基合金，也可以使用钴基合金，但两种合金的“强度机制”不同。

钴合金

含钛和铝的镍基合金强度高是因为形成组成为NiAl(Ti)的相强化剂，当运行温度高时，相强化剂颗粒就转入固溶体，这时合金很快失去强度。钴基合金的耐热性是因为形成了难熔的碳化物，这些碳化物不易转为固体溶体，扩散活动性小，在温度在1038℃以上时，钴基合金的优越性就显示无遗。这对于制造高效率的高温发动机，钴基合金就恰到好处。在航空涡轮机的结构材料使用含20%～27%铬的钴基合金，可以不要保护覆层就能使材料达高抗氧化性。核反应堆供热汞作使热介质的涡轮发电机可以不检修而连续运转一年以上。据报道美国试验用的发电机的锅炉就是用钴合金制造的。钴是磁化一次就能保持磁性的少数金属之一。在热作用下，失去磁性的温度叫居里点，铁的居里点为769℃，镍为358℃，钴可达1150℃。含有60%钴的磁性钢比一般磁性钢的矫顽磁力提高2.5倍。在振动下，一般磁性钢失去差不多1/3的磁性，而钴钢仅失去2%～3.5%的磁性。因而钴在磁性材料上的优势就很明显。钴金属在电镀、玻璃、染色、医药医疗等方面也有广泛应用。用碳酸锂与氧化钴制成的钴酸锂是现代应用最普遍的高能电池正极材料。钴还可能用来制造核武器，一种理论上的原子弹或氢弹，装于钴壳内，爆炸后可使钴变成致命的放射性尘埃。

钴不仅是制造合金钢的重要金属，而且是各种高级颜料的重要原料。据17世纪保存下来的文件记载，沙俄为了购买昂贵的钴颜料曾花费了巨额资金，这种钴颜料叫“戈卢贝茨”，是“蓝色”的意思。克里姆林宫的大厅和安眠大教堂等许多宏伟大厦的墙壁上涂的蓝色颜料，就是这种“戈卢贝茨”。

中世纪时，威尼斯的玻璃工匠用钴颜料制造出各种精致的蓝色玻璃杯，不久就风靡世界各国。威尼斯的工匠们为了使自己的玻璃杯在市场保有无可争辩的竞争力，对玻璃杯的制造工艺和钴颜料的配方严守秘密。为了杜绝泄漏技术情报，威尼斯*把所有的玻璃厂都搬迁到一个小岛上，不经允许，谁也不准参观这个地方。但是，有一个叫乔吉奥·贝莱赖诺的学徒因不愿意忍受岛上的枯燥生活，还是从岛上逃跑了，后来逃到德国，在那里他自己开了一个玻璃杯生产工厂，但他并没能逃脱灾难。一天，有人放火把他的工厂烧个精光，还把他这个从岛上逃出来的工厂主“放了血”，差点丢了性命。可见，威尼斯人把钴颜料的秘密看得何等重要。

500多年前，中国大量生产的景泰蓝也是用蓝色的钴颜料烧制的。明代景泰年间生产的这种金属艺术品至今还享誉世界。据说还有不少国外的情报人员千方百计想得到景泰蓝的配方和烧制工艺。

钴的一些化合物，在不同状态和温度时，具有变化莫测的颜色。据记载，16世纪著名的化学家兼医生帕拉塞尔萨斯常爱表演他的拿手戏法，每次都博得看客的热烈掌声。他先把一幅上面画有覆盖着积雪的树木和小山的冬季风景的油画拿给观众看，待他们欣赏够了之后，他就在众目睽暌之下把油画中的冬天“变”成了夏天：树上的积雪一下不见了，变成了成簇的绿叶；白色积雪的山丘则变成了长满绿草的山坡。观众无不赞叹，可就是不知其中的奥秘。其实，这是帕拉塞尔萨斯利用氯化钴这种钴的化合物变的一个魔术。原来在室温下，氯化钴可以制成一种白色的溶液(溶液中含有一定数量的镍和铁)，帕拉塞尔萨斯就用这种溶液作画，在画干了后，只要稍微加热，氯化钴就会变成非常漂亮的绿色。帕拉塞尔萨斯表演时，先把氯化钴溶液涂在他的魔画上，然后趁观众欣赏画面而没有注意他的瞬间，麻利地将一支蜡烛悄悄地放在油画背后加热它，于是，氯化钴受热后就变成绿色，使人目瞪口呆的季节变化也就发生了。

8、生产条件

主要钴矿有辉钴矿、砷钴矿。先将钴矿转化为氧化钴,然后用铝还原制取钴。

1.将粉末状氧化钴放置于平置的石英管中,管外用管式电炉加热,先用氢气将管内空气排除,然后在不断通入氢气的情况下开始升温,还原反应在约150℃时即可发生,在温度为450～500℃时进行还原反应,可制得稳定的粉末状钴。而在250℃进行反应生成的钴粉具有自燃性,在900～1000℃则得到的是海绵状钴。

也可用铝热法来制备块状钴,四氧化三钴与铝粉按下列反应方程式进行。称取30～50gCo3O4和反应所需的铝粉,混合均匀后置于坩埚中,以镁条引燃反应,反应进行得很剧烈。反应完成后除去上部的氧化铝渣即可得到块状钴。

2.用电解法可以制得较纯的金属钴,电解液为接近饱和的硫酸钴(Ⅱ)溶液,阳极以纯铅制成,阴极材料为不锈钢板,阴极预先用粗金刚砂纸处理,使其粗糙不平,然后放入75%的硝酸溶液中进行钝化。电解反应在60℃下进行,阴极的电流密度控制为25～30A/dm2。钴在阴极上析出,电解一段时间后即可从阴极上将生成的钴剥离下来。

9、储存条件

储存于密闭容器内,存放在阴凉、通风的库房。应与氧化剂、酸类分开存放,切忌混储。

10、含量分布

钴在地壳中的自然储量为1300万吨，可开采储量700万吨。此外，在共生矿和深海海底还储有数百万吨。

2004年，世界钴开采量为52400吨，其中，刚果开采16000吨，赞比亚10000吨，澳大利亚6700吨，加拿大5200吨，俄罗斯4700吨。

11、安全信息