Kobalt

Metal wykorzystywany już w starożytności, głównie do produkcji niebieskiego barwnika. W początkach XX wieku odkryto przydatność kobaltu w produkcji stali narzędziowej. Zwiększa on wytrzymałość na wysokie temperatury oraz odporność na korozyjne działanie gorących gazów. Począwszy od połowy XX wieku pozwoliło to na wykorzystanie stopów z kobaltem między innymi w przemyśle lotniczym. Własności magnetyczne takich stopów umożliwiły również ich zastosowanie w produkcji urządzeń do nagłaśniania.

Zawartość kobaltu w skorupie ziemskiej nie różni się znacząco od zawartości metali takich jak miedź, cynk oraz nikiel. Największe koncentracje znajdują się w skałach magmowych głębinowych (czyli powstałych w komorach magmowych głęboko pod powierzchnię Ziemi), przede wszystkim w tych, które są skrajnie ubogie w krzemionkę (SiO2). Skały takie nazywamy ultramaficznymi. Niektóre złoża związane są też z przeobrażonymi skałami ultramaficznymi, w tym często serpentynitami.

W naturze kobalt nie jest spotykany w postaci rodzimej, czyli pierwiastkowej. Zazwyczaj wiąże się z żelazem, niklem, miedzią oraz siarką. Tworzy głównie siarczki i arsenki. Główne minerały to:

• kobaltyt – (Co,Fe)AsS,
• karrolit – siarczek kobaltu i miedzi, CuCo₂S₄,
• linneit – siarczek kobaltu, Co₃S₄,
• skutterudyt – arsenek kobaltu, (Co,Fe,Ni)As₂.

W przyrodzie istnieją również węglany i wodorotlenki kobaltu.

Złoża kobaltu

Kobalt pozyskiwany jest głównie w trakcie przeróbki rud miedzi, niklu oraz srebra. Nie praktykuje się natomiast tworzenia kopalń wyspecjalizowanych wyłącznie w wydobyciu kobaltu. Istnieją cztery główne typy złóż kobaltu:

• hydrotermalne,
• magmowe,
• laterytowe,
• złoża konkrecji żelazisto-manganowych.

Złoża hydrotermalne

Złoża te powstały w wyniku działalności roztworów hydrotermalnych – gorących roztworów i par krążących pod powierzchnią Ziemi – które reagowały ze skałami ultramaficznymi. Stygnąc roztwory te oddawały zawarte w nich substancje mineralne, co prowadziło do krystalizacji wielu minerałów, w tym również tych zawierających kobalt.

Najważniejsze hydrotermalne złoża zawierające kobalt to:

• afrykański Pas Miedzionośny – najważniejsze złoża kobaltu na świecie – zawierają połowę światowych zasobów tego metalu; Pan Miedzionośny znajduje się w południowej Afryce, na terytorium Demokratycznej Republiki Konga (południowej jej części – prowincji Katanga) oraz Zambii; złoża miedzi i kobaltu tworzyły się tutaj w erze neoproterozoicznej, około 800-600 milionów lat temu, w czasach, gdy na tym terenie pojawiła się dolina ryftowa, która jednak nie doprowadziła do rozpadu kontynentu; miliony lat późniejszego oddziaływania procesów wietrzenia (niszczenia) skał ostatecznie ukształtowało złoża metali, powodując miejscami wzbogacenie przypowierzchniowych części złoża w kobalt (tak zwane czapy kobaltowe); złoża tworzą warstwowe ciała znajdujące się w obrębie skał osadowych; minerałami rudnymi są głównie siarczki; kobalt pozyskiwany jest przede wszystkim z kobaltytu, karrolitu, pentlandytu wzbogaconego w kobalt oraz z kobaltonośnego pirytu (ta ciekawa odmiana pirytu może zawierać do 20% kobaltu); w strefach wzbogaconych w kobalt w wyniku wietrzenia metal pozyskiwany jest między innymi z minerału heterogenitu,
• Bou Azer w Maroku – to jedno z niewielu złóż, w którym kobalt jest główną kopaliną, choć występuje tam on razem z niklem, złotem oraz srebrem; złoża występują w obrębie przeobrażonych skał ultramaficznych; główny minerał kobaltu to skutterudyt; mineralizacja kobaltowa jest zlokalizowana w żyłach hydrotermalnych o grubości od 5 do 20 m i długości do 600 m,
• Pas Kobaltowy w Idaho (USA) – złoża kobaltu znajdują się w strefie o długości ponad 60 km i szerokości około 10 km; znajdują się w starych skałach pochodzących z ery mezoproterozoicznej; kobalt współwystępuje z miedzią; głównym minerałem rudnym jest kobaltyt.

Złoża magmowe

Złoża te znajdują się w skałach magmowych głębinowych skrajnie ubogich w krzemionkę (maficznych i ultramaficznych) oraz w skałach metamorficznych będących produktami ich przeobrażeń, na przykład w serpentynitach. Kobalt towarzyszy miedzi oraz niklowi i stanowi uboczny produkt eksploatacji – jego zawartości w rudzie wynoszą zaledwie 0,04-0,08%. Złoża takie tworzyły się głównie we wczesnej historii Ziemi.

Główne złoża magmowe kobaltu to:

• Kambalda (Australia) – złoża znajdują się w strukturze zbudowanej ze skał magmowych, które tworzyły się wyłącznie we wczesnych etapach rozwoju Ziemi – skały te noszą nazwę komatytów; wśród nich znajdują się soczewki minerałów siarczkowych; zawierają one od 0,01 do 0,33% kobaltu,
• kompleks Sudbury (Kanada) – jedno z największych złóż metali na świecie; to stamtąd pochodzi znacząca część światowej produkcji niklu; kobalt jest produktem ubocznym eksploatacji; kompleks Sudbury to warstwowana struktura magmowa o wieku około 2,6 miliarda lat, powstała w ogromnej strukturze uderzeniowej będącej skutkiem upadku planetoidy (pozostałości krateru mają 200-250 kilometrów szerokości); minerały rudne to głównie siarczki; strefy wzbogacone w kobalt znajdują się w dolnej części struktury,
• Norylsk (Rosja) – bardzo młode magmowe złoże kobaltu, bo pochodzące z okresu triasowego (około 250-200 milionów lat temu); liczy ono niecałe 250 milionów lat; wprawdzie w złożu znajduje się również kobalt, ale przede wszystkim jest to z najważniejszych złóż niklu, miedzi oraz platynowców.

Złoża laterytowe

Złoża te mają przede wszystkim znaczenie dla produkcji niklu, ponieważ zawierają około 70% światowych zasobów tego metalu. Znajduje się w nich jednak również kobalt, w zawartościach około 0,02-0,18%. Złoża te są produktem wietrzenia chemicznego (niszczenia) złóż magmowych kobaltu. Wietrzenie to musiało zachodzić w klimacie gorącym i wilgotnym; mogło ono prowadzić do miejscowego wzbogacenia w kobalt.

Złoża laterytowe są bardzo zróżnicowane. Ich budowa i skład zależy bowiem od rodzaju skał maficznych i ultramaficznych, które ulegały niszczeniu, a także od klimatu, w którym dochodziło do ich wietrzenia. Złoża tego typu mogą się tworzyć współcześnie, ale znane są też takie, które powstały w dalekiej przeszłości geologicznej, w czasach, kiedy kontynenty znajdowały się w innych miejscach kuli ziemskiej niż obecnie. To tłumaczy występowanie złóż laterytowych na przykład na Uralu.

Złoża konkrecji żelazisto-manganowych

Na razie złoża te nie są wykorzystywane w celach wydobywczych. Znajdują się one na dnach oceanicznych, co powoduje, że ich potencjalne wykorzystanie wiąże się z dużymi trudnościami technologicznymi oraz ryzykiem degradacji środowiska.

W złożach tych kobalt znajduje się między innymi w konkrecjach manganowych. Są to nieregularne lub owalne struktury o koncentrycznej budowie i średnicy przeciętnie kilkunastu centymetrów. W niektórych miejscach Oceanu Spokojnego ich nagromadzenia osiągają masę 10 kg na metr kwadratowy powierzchni.

Konkrecje powstają poprzez przyrost kolejnych warstewek metalicznych wokół zarodka, którym może być ziarno skalne, fragment innych konkrecji lub szczątki pochodzenia organicznego. Tempo ich przyrostu wynosi zaledwie kilka-kilkanaście milimetrów na milion lat. Wprawdzie konkrecje te zawierają głównie żelazo i mangan, to jednak można z nich również pozyskać około 0,75% kobaltu.

Inny podtyp tych samych złóż stanowią pokrywy żelazisto-manganowe tworzące się na dnach oceanicznych na twardym podłożu. Mają one grubość do 25 centymetrów. Zawartość kobaltu w tych pokrywach waha się w przedziale od 0,3 do 0,8%.

Światowe wydobycie

Głównym producentem kobaltu pozostaje afrykański Pas Miedzionośny (głównie Demokratyczna Republika Konga). Dużym dostarczycielem tego metalu są także Chiny.

Kobalt pozyskiwany jest też w wielu innych krajach, których udziały w światowej produkcji są jednak niewielkie. Wśród nich znajdują się Australia, Kanada, Kuba, Maroko, Nowa Kaledonia, Rosja oraz Zambia.

Produkcja kobaltu zwiększyła się znacząco w początku XXI wieku. Za większość wzrostu produkcji odpowiadał jednak wówczas jeden kraj – Demokratyczna Republika Konga. Uzyskiwanie czystego metalu z rudy to z kolei domena Chin. DR Konga eksportuje głównie rudę kobaltu.

Wykorzystanie kobaltu

Metal ten przed XX wiekiem służył jedynie do produkcji barwników. Stopy z kobaltem pojawiły się dopiero w 1907 roku. W ostatnich latach struktura zużycia kobaltu ponownie zmieniła się znacząco, z czym wiązał się także wzrost wydobycia rud tego metalu.

Obecnie kobalt stosowany jest przede wszystkim w:

• bateriach – kobalt wykorzystywany jest zarówno w akumulatorach litowo-jonowych, jak i akumulatorach samochodów hybrydowych,
• nadstopach (superstopach) – są to materiały wykazujące wysoką wytrzymałość i odporność na temperaturę; stosowane są w przemyśle lotniczym i energetycznym; kobalt pojawia się w także w stopach magnetycznych,
• produkcji opon,
• przemyśle narzędziowym,
• katalizatorach,
• przemyśle medycznym.

Duże ilości kobaltu otrzymywane są w procesie recyklingu. Użycie tego metalu w akumulatorach oraz stali narzędziowej ułatwia jego odzyskiwanie. Szacuje się, że około 70% tego metalu nadaje się do ponownego użycia.

Unikalne cechy kobaltu powodują, że jest on trudny do zastąpienia. Istnieją jednak możliwe zamienniki przynajmniej w niektórych zastosowaniach – w ich roli mogą sprawdzić się między innymi bar, cer, mangan, neodym oraz nikiel.

Istnieje wiele potencjalnych źródeł kobaltu na terenie Australii, Ameryki Północnej oraz Afryki. Pozostają również konkrecje na dnach oceanicznych. Wzrasta udział kobaltu pochodzącego z recyklingu. Zasobom nie grozi więc wyczerpanie, jednak uzależnienie produkcji od Demokratycznej Republiki Konga, w której przez lata trwały wojny domowe, a sytuacja polityczna zaczęła dopiero się stabilizować, sprawia że kobalt znajduje się na liście metali krytycznych dla gospodarki. Z eksploatacją rud kobaltu w Demokratycznej Republice Konga wiążą się też poważne problemy etyczne, zwłaszcza związane z wykorzystaniem na potrzeby wydobycia pracy dzieci. Kolejną trudność stanowi uzależnienie przetwórstwa rud kobaltu od Chin.