◎ 趙 超
鈷是一種銀白色金屬，具有鐵磁性、延展性，耐高溫、耐腐蝕，因其良好的物理、化學及機械加工性能而廣泛應用於機械製造、電子電器、航空航天、電池製造等行業，是國家重要的戰略資源，素有「工業味精」和「工業牙齒」之稱。
鈷元素簡介
鈷元素符號Co，原子序數27，相對原子量58.93，密度8.9g/cm3，硬度5.6，熔點1495℃，沸點2870℃，為銀白色金屬，具有鐵磁性、延展性。在硬度、抗拉強度、機械加工性能等方面與鐵和鎳相似，鈷基合金和含鈷合金具有較好的耐熱性、耐磨損、抗腐蝕性，廣泛應用於工業生產中。鈷的分布廣泛，在鐵、鎳、銅等礦石中都含有微量的鈷，天然水、泥土、植物中也發現有鈷的蹤跡，獨立的鈷礦物極為少見，在地殼中含量僅為0.0023%，鈷是一種非常稀缺的小金屬資源，是重要的戰略性資源之一。
自然界中的鈷
鈷在自然界中主要以三種形式存在：一是含有鈷的獨立礦物，如、硫鈷礦、鈷華等礦物，這類礦物鈷含量最高；二是「鑲嵌」在黃鐵礦、磁黃鐵礦等硫化物晶體結構中的鈷；三是以鈷離子狀態吸附在某些礦物表面，其中以第二種存在形式最為普遍。地球上已發現的含鈷礦物約有100多種，主要的鈷礦物有：硫鈷、纖維柱石、輝砷鈷礦、砷鈷礦、鈷華等。
鈷多以伴生的形式存在於其他金屬礦床中，主要在砂岩型銅礦床、岩漿型銅鎳礦床和紅土型鎳礦床中，鈷資源儲量中鎳鈷伴生占50%，銅鈷伴生占44%，原生鈷僅占6%。根據美國地質調查局（USGS）數據顯示，2020年全球鈷資源儲量約為700萬噸，是最大的資源國，鈷資源儲量360萬噸，約占全球總儲量的50%；其次是澳大利亞，鈷資源儲量140萬噸，占比約為20%；我國鈷資源儲量約8萬噸，僅占全球總儲量的1.12%。
鈷的產業發展歷程
德國和挪威是最早生產鈷的兩個國家，初期只是少量生產不成規模，1874年新喀里多尼亞才開始開發鈷礦，1903年~1909加拿大開始大量開發鈷礦，使鈷的世界產量由16噸增至1553噸。1920年剛果（金）加丹加省銅鈷礦開發後，其鈷的產量一直位於世界首位，尚比亞鈷產量居世界第二位。1933年摩洛哥開始從事砷鈷礦的開發利用，為世界第三大鈷生產國。
鈷在我國的生產利用起步較晚。1954年，瀋陽冶煉廠以鋅鈷渣為原料生產鈷，自此拉開了我國鈷生產的序幕。該廠通過還原溶解、氧化沉澱產出含鈷30%~40%的氫氧化鈷，再經焙燒、電爐熔煉、電解精煉得到金屬鈷。1958年，地質學家在甘肅金昌市發現了金川鎳礦，是我國三大多金屬共生礦之一，以鎳礦為主，伴生有鈷、銅等，鈷產量占全國總產量的70%以上，成為我國重要的鈷生產基地。我國鈷資源儲量雖然缺乏，但精煉鈷的產量在全球市場占比卻達到67%。國內鈷生產原料主要來自剛果（金）等國的鈷精礦或鈷礦中間產品。
鈷在現代社會中的應用
目前，鈷主要用於製造磁性材料、超級合金、太空飛行器、電池材料等，同時在醫療行業也有廣泛使用。
磁性材料是重要的功能性材料，在電子工業和高科技製造領域有著非常重要的作用。鈷是只需磁化一次就能長久保持磁性的金屬之一。在熱作用下，失去磁性的溫度叫做居里點，鐵的居里點為769℃，而鈷可達1150℃。在相同環境下，含鈷的磁性材料能保持較為穩定的磁性，因此被大量應用於高性能磁性材料的製造。鈷具有很好的耐高溫、耐腐蝕性，是製造優質合金的重要材料。刀具鋼中含有一定量的鈷，可以明顯提高它的耐磨性和切削性能。含鈷50%以上的合金，在1000℃下還能保持原有的硬度，是製造高溫噴氣式發動機、航空渦輪發動機、汽輪機的重要材料，廣泛應用於航空航天和國防現代化建設中。
1979年，誕生，鈷首次應用在了充電電池領域。因為它優秀的安全性，被廣泛應用在智慧型手機、平板電腦、筆記本電腦、智能穿戴設備、儲能設備和電動自行車上，從而開啟了一個全新的時代。近些年隨著新能源汽車行業的蓬勃發展，電池技術不斷實現突破，大家所熟知的三元鋰電池廣泛應用於新能源汽車領域，鈷是該電池正極核心材料之一。
鈷在醫療領域中也有廣泛應用，鈷的放射性同位素鈷60常作為放射源治療癌症，現階段鈷60治療機已成為我國腫瘤放療重要設備之一。在青黴素中加入適量的鈷，可以提高其療效，在人工關節材料和牙料填充劑中，也會用到鈷。此外，鈷也是人體所必需的微量元素之一，成年人體內大約含有1.1毫克，廣泛分布於全身，它是維生素B12的重要組成部分，可幫助人體產生紅細胞。人體缺乏鈷會導致食欲不振、惡性貧血、乏力等症狀。當然，人體若攝入過量的鈷也會引起鈷中毒，會引發紅細胞過多症、甲狀腺增生、神經性耳聾等。
隨著新能源汽車不斷普及，電子產品產量不斷增長，電池領域成為鈷消費增長最快的領域。2021年，全球鈷消費總量約17.5萬噸，其中電池領域占比66%，位居第一；高溫合金和硬質合金分別占比7%，位居第二；聚酯纖維占比4%，位居第三。
根據安泰科統計，2021年我國鈷的消費量約11.5萬噸，其中電池領域占比87%，位居第一；硬質合金占比4%，位居第二；陶瓷占比3%，位居第三。我國鈷的消費總量約占全球總消費量的66%，是名副其實的第一大鈷消費國。
對鈷資源利用的展望
隨著世界科技進步，鈷在現代工業體系中發揮著不可替代的作用。美國和歐盟都將鈷列入，影響國家和地區安全及未來經濟發展的關鍵性礦物和材料清單，我國也將鈷列為戰略性礦產名錄。目前，按照各國新能源汽車發展規劃，全球鈷資源量將面臨供給短缺的風險。尤其我國是第一大消費國，面對鈷資源緊缺的現狀，為保障國內工業生產和國防建設需求，我國鈷礦需要有充足的資源保障才會在發展中不被「卡脖子」。目前，自然資源部已全面啟動新一輪找礦突破戰略行動，重點圍繞緊缺和戰略性礦產，加強國內勘查開發，加大鋰、鈷、鎳、油氣等礦產找礦力度，全力保障國家能源資源安全。
隨著鈷的回收利用技術不斷成熟，循環再利用也成為鈷供給的重要途徑。目前，很多資源回收企業從廢舊電池中提取鈷，一定程度上緩解鈷資源供給緊張的狀況。2018年，工信部等多部委聯合發布《新能源汽車動力蓄電池回收利用管理暫行辦法》，為廢舊電池回收和提煉鈷等資源提供了政策扶持和保障。從理論上講，如果所有被消費的含鈷電池都能被回收利用，那麼到2030年，全球每年只需10萬噸的供應量就能滿足生產需求。然而目前全球電池回收率僅為25%~50%，還有很大的提升空間。為更高效地進行資源回收利用，減少對自然環境的破壞，我們一定要做好垃圾分類，將廢舊的含鈷電池投放到電池回收桶中，這樣既能避免環境污染，又能為保障國家戰略安全貢獻力量。
（作者單位：中國地質調查局西安礦產資源調查中心）
從「惡魔」到「寶貝」
鈷的英文名為「Cobalt」，來源於德文的「Kobold」，意為「惡魔、壞精靈」。1733年，在德國薩克森州的一座銀銅礦開採過程中，礦工們發現了一種外表類似於銀的礦石，他們便拿來冶煉，沒想到在此過程中有很多工人因此而喪命，當時人們認為這是「惡魔」在作祟。由於這個歷史緣故，鈷被賦予了「惡魔」之名。後來科學家研究發現，這種銀白色的礦石主要成分是輝砷鈷礦（CoAsS），該礦物在高溫下會釋放出含有砷的有毒氣體，這才是造成工人死亡的元兇，自此鈷才逐漸擺脫了「惡魔」的罪名，但「惡魔」的叫法卻沿用至今。
1753年，瑞典化學家布蘭特（G.Brandt）從輝鈷砷礦中分離出銀灰色帶有淺玫色金屬，是純度較高的鈷。因此布蘭特被人們認為是鈷的發現者。1780年，瑞典化學家伯格曼（T.Bergman）在實驗室提純得到純度較高的鈷，並確定為金屬元素。1789年，法國著名化學家拉瓦錫首次將鈷列入元素周期表中。
其實，鈷在人類生活中的應用至少有3000多年的歷史。古羅馬和古希臘人曾用鈷的化合物來製作深藍色玻璃，同一時期，在我國唐朝的唐三彩器物中彩色瓷器上的藍色就是以含鈷礦物作為著色顏料，在古埃及圖坦卡蒙法老的墳墓中發現了一塊用鈷的化合物染成深藍色的玻璃器物。
青花瓷是我國古代瓷器的經典代表，成熟的青花瓷出現在元代景德鎮，到明代青花瓷成為瓷器的主流。青花瓷上的「青花」就是以鈷料（含氧化鈷）為原料，在瓷坯上描繪圖案，再罩上透明釉經高溫燒制後而成。
鈷藍是一種帶綠光的藍色粉末，從19世紀開始逐漸成為藍色顏料的重要成員。因其耐熱、耐光、耐腐蝕且顏色鮮亮獨特，深受歐洲後印象派畫家的喜愛，如梵谷的著名油畫《星月夜》就是用鈷藍繪畫的藍色夜空。