「矿物故事」钴:18世纪的“恶魔”成了21世纪的“宝贝”

来源:hao123百家号     时间:2022-02-27 16:54:22

矿物的世界很精彩,有精美绝伦的天然艺术品,也有杀人于无形的致命元素,各种矿物,颜色各异,形态万千。《矿业汇》将通过几期为大家介绍几种“有意思”的矿物,这次是”钴“,一个在新能源产业大放异彩的元素。

钴的英文名称“Cobalt”来自于德文的Kobold,意为“小恶魔”或者“坏妖精”。

1733年,德国萨克森州的一座矿井,工人们发现了一种外表很像银的矿石,他们激动地拿去提炼,却万万没有想到,在这个过程中,有许多工友中毒丧命,因此,在那个科学并不乏大的年代,人们觉得是“妖魔”矿石在作祟。

直到1780年,瑞典化学家伯格曼(Bergman)在研究后发现,这种石头其实是钴的化合物——辉钴矿,它在加热后会生成含有剧毒的硫、砷化合物,自此,“钴”才洗脱了“妖魔”的恶名。

其实,人们利用钴的历史还要追溯到更久远。在四千多年前的中东,钴矿石就被用作蓝色染料,甚至到新能源电池产业爆发的今天,仍有大约10%生产出来的钴都被用于陶瓷和涂料行业。

长期以来,人们就使用天然的钴矿石(如:黑云母)让玻璃呈现出浓郁的蓝色,1143年,第一座哥德式教堂法国巴黎的圣丹尼教堂建成,其采用大面积的花窗玻璃,其中就包括添加钴的蓝色玻璃窗,阳光照射在上面,会产生好看的蓝紫色光,漂亮异常,后钴蓝玻璃成为了风尚。

法国圣丹尼大教堂耳堂的玫瑰花窗

文艺复兴和巴洛克时期,钴蓝成为蓝色颜料的重要分支,18世纪后期,法国化学家瑟纳德(Louis-Jacques Thénard)在咨询了使用钴色玻璃蓝釉的陶工之后,设计了一种化学成分相似并色彩浓郁的颜料:从化学成分上讲,这个化合物是铝酸钴。

19世纪50年代,一种名为“钴黄”的黄色颜料在法国问世。紧接着,第一款纯紫色的颜料“钴紫”问世,而一种提取自钴和锡的混合物的天蓝色颜料,更是成为一些后印象派画家的最爱。

克劳德·莫奈(Claude Monet)的《圣拉扎尔火车站》

在中国历史上,钴的应用也很早,主要用于颜料、玻璃、陶瓷釉。其中,钴显色蓝色玻璃可能始于西汉,钴显色蓝色陶瓷釉始于战国陶胎釉珠,唐朝唐三彩陶瓷釉发展成多个品种。

我国具有代表性的青花瓷,深蓝色的花纹中透露着典雅的芬芳,而化学物质钴就是青花的着色成分,钴的性质不同,影响了青花呈色,以致于各时代青花风格各异。

国家宝藏,宋徽宗时期的《千里江山图》,其绘画中的颜料便包含了一种钴矿物——钴化。

钴华是海底矿物资源之一,含有较高品位的镍、钴和铜等有价金属,它是一种含水砷酸钻,一般为针状或板状,桃红色,透明到半透明,玻璃光泽。

钴华晶体

可能很多人会问,钴华明明是桃红色,怎么做蓝色的燃料?这就不得不提钴化合物的另一项超能力——变色。

以常用的氯化钴为例,它有着晶莹剔透的玫瑰红色,但加热一阵,你会惊喜地看到,随着结晶水的蒸发,其颜色会从玫瑰红转变为蓝色,并且这个过程是可逆的,啥意思呢?也就是说,再补加水,就能看到其颜色重新变为红色,正是因为这个有趣的属性,氯化钴可以被用作干湿指示剂、隐显墨水、变色硅胶等等。

《千里江山图》局部

当然,钴的作用也不止于此,钴可以生产各式各样的合金和钴盐,含钴合金钢还用于制作燃气轮机、发动机、导弹以及化工设备中的耐热部件,钴酸盐则是重要的锂离子电池的生产材料,在新能源产业爆发时增长的今天,钴更是成为了一种战略矿物。

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