钴（Cobalt），元素符号Co，在化学周期表中排27号，是一种金属元素，质地硬而脆。其熔点达到1500℃左右，沸点约3100℃，相对密度8.9g/cm³，摩氏硬度5—5.5。钴有很多特性，其在高温下能够保持较高的强度，并且具有较低的导热性和导电性以及较强的铁磁性。

钴为英语cobalt的音译，德文原型为Kobalt，源出希腊语cobalos，意为矿山。其德文词汇系指一个善于恶作剧的幽灵（gnomes和goblins），在Saxony地方的德国矿工把这个术语应用于称谓某些能伤害矿工手足的矿石，此术语便曾在欧洲广为使用。

钴是生产耐热合金、硬质合金、防腐合金、磁性合金和各种钴盐的重要原料。钴消费中约70%是金属态钴，主要用于超级耐热合金、工具钢、硬质合金、磁性材料等方面。以化合物形式（催化剂、干燥材料、试剂、陶瓷釉等）消费量约25%，其余约5%。

研究简史

钴为英语cobalt的音译，德文原型为Kobalt，源出希腊语cobalos，意为矿山。其德文词汇系指一个善于恶作剧的幽灵（gnomes和goblins），在Saxony地方的德国矿工把这个术语应用于称谓某些能伤害矿工手足的矿石，此术语便曾在欧洲广为使用。这类矿物后来被发现是砷钴矿。

钴的化学和冶金学大概是在16世纪中叶开始的，但早在前1450年的埃及人和巴比伦人制造的陶器中已经用到钴颜料。钴盐可使陶瓷釉染上蓝色，与镍、铬或锰化合物混配，可以调配出由蓝至绿的所有色调。中国在元朝（13世纪）也已懂得用钴土矿作颜料烧制釉下彩青花瓷器的技艺。

1735年，瑞典化学家Brandt发现了钴元素。

1780年，瑞典化学家Bergman详细研究了钴元素的性质。

19世纪中叶，开始出现把钴电镀到金属上的工作。

20世纪初，把钴应用于制合金钢和其它合金等方面的工作兴起。

1917年，Honda宣布发现了含钴的永磁合金。

1935年，永磁合金进一步得到发展，衍生出一系列铝镍钴永磁材料（含Al，Ni，Fe，Co），后来又合成出新型的钐钴永磁合金，钴已成为一种重要的战略金属。

理化性质

物理性质

钴的外貌和纯铁或镍相似，硬度高于铁，电解沉积出来的钴其硬度又高于高温生产的金属钴。钴中含有少量碳时（最高达0.3%）会增大钴金属的抗张强度和耐压强度，而不会影响其硬度。钴可以机械加工，但略有脆性。钴的物理性质不仅在极大程度上依赖于钴的纯度，而且也依赖于存在的异形变体（或异形变体混合物），关于钴（即使其纯度高于99.9%）已报道的物理性质常会有不一致的数据，这大概只能用钴的两种异构变体之间转化速度很慢来加以解释。

像铁和镍一样，钴是铁磁性的，虽然铁在铁磁性元素中具有最高的磁化强度，而钴却是可以增大此磁化强度的唯一元素，纯铁的磁化强度为21500Gs，而组成为65%Fe、35%Co的合金其磁化强度却可最高达到24·300Gs。钴的更优越的磁性已知最高的居里点1121℃，已发展出多种多样的特种专用的钴钢和钴合金材料。

化学性质

钴的化合价为+2价和+3价。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。由电极电势看出，钴是中等活泼的金属。其化学性质与铁，镍相似。高温下发生氧化作用。加热时，钴与氧，硫，氯，溴等发生剧烈反应，生成相应化合物。钴可溶于稀酸中，在发烟硝酸中因生成一层氧化膜而被钝化。钴会缓慢地被氢氟酸，氨水和氢氧化钠浸蚀。钴是两性金属。

与单质的反应

钴即使在高温下也很少吸氢，氮在1200℃的高温下也基本上不溶于钴。微细分散的钴粉在空气中可自燃，但大块的钴金属在低于300℃下，在空气中仍是稳定的。将钴加热到900℃时在表面上生成的氧化物外壳第一层是Co₃O₄，靠近金属的第二层是CoO；加热至高于900℃时，Co₃O₄分解了，则氧化物外壳仅含有CoO。在加热下钴可与许多非金属反应，例如可同卤素、硼、硫、磷、砷和锑等反应，反应中往往发光发热。氟与钴反应可生成CoF₃，但其它卤素仅能生成Co（Ⅱ）卤化物。

与化合物的反应

钴在烧至赤热时会被水蒸气氧化成CoO，在470℃时与氨反应生成Co₂N，但这个化合物在600℃时分解。一氧化碳在200℃时和100atm下与微细钴粉反应生成羰合物Co₂（CO）₈，但在温度高于225℃和常压下则生成碳化物Co₂C。

钴比铁较能耐抗无机酸的侵蚀，这可以从标准电极电势数据看出：Co/Co²+E°=一0.27V；Fe/Fe²+E°=一0.44V。钴能溶解在稀盐酸和稀硫酸中并放出氢气。浓硝酸在室温下能快速地与钴反应，但在-10℃时可使钴表面钝化。氢氟酸和磷酸也能与钴作用，但钴不与稀碱溶液反应。

氯化氢在450℃时与钴反应生成氯化钴（Ⅱ）；在400℃时将硫化氢通过于钴粉之上可生成Co₃S₄，但在700℃时则生成CoS。二氧化碳在温度高于700℃时与钴发生如下平衡反应：

制备方法

钴的制备一般先用火法将钴精矿、砷钴精矿、含钴硫化镍精矿、铜钴矿、钴硫精矿中的钴富集或转化为可溶性状态，然后再用湿法冶炼方法制成氯化钴溶液或硫酸钴溶液，再用化学沉淀和萃取等方法进一步使钴富集和提纯，最后得到钴化合物或金属钴。

钴矿物的赋存状态复杂，矿石品位低，所以提取方法很多而且工艺复杂，回收率较低。钴矿的选矿对一般是将钴矿石通过手选、重选、泡沫浮选可提取到含钴15—25%的钴精矿。钴精矿冶炼方法主要有硫化镍矿冶炼和砷钴矿冶炼。

硫化镍矿制备

硫化镍精矿一般含镍4—5%，含钴0.1—0.3%。镍的火法熔炼过程中，由于钴对氧和硫的亲合力介于铁镍之间在转炉吹炼高冰镍时，可控制冰镍中铁的氧化程度，使钴富集于高冰镍或富集于转炉渣，分别用下述方法提取：

1、富集于高冰镍中的钴，在镍电解精炼过程中，钴和镍一起进入阳极液。在净液除钴过程中，钴以高价氢氧化钴的形态进入钴渣，钴渣含钴6—7%，含镍25—30%。从此种钴渣提钴的一种方法是：将钴渣加入硫酸溶液中，通二氧化硫使之溶解，制得含硫酸镍、硫酸钴和少量铜、铁、砷、锑等杂质的溶液；再用活性镍粉置换除去铜；通空气，氧化水解除去铁，通氯气氧化，加苏打中和沉淀钴，若所得氢氧化钴含镍较高，可再次溶解、沉淀分离钴镍，使其含镍小于1%；经煅烧制得氧化钴出售，也可将氧化钴制成粗金属钴，经电解精炼得电解钴。加拿大和苏联的镍厂都用此法回收钴。中国的工厂也有类似作法。从钴渣提钴的另一种方法是以亚硫酸钠作还原剂，将钴渣溶解于硫酸溶液中，得到含硫酸镍、硫酸钴和少量铜、铁、锰、锌等杂质的溶液，而后用黄钠铁矾法除去溶液中的铁，用烷基磷酸类如：二（2-乙基己基）磷酸（D-2-EHPA）或其他烷基磷酸酯类萃取剂萃取其中的铜、铁、锰、锌等，并分离钴镍。萃取过程中获得的氯化钴溶液，用氟化铵除钙、镁后，再用草酸铵沉淀钴。所得草酸钴在450℃下煅烧，得到的氧化钴粉，可作为最终产品，也可用氢还原法制取金属钴粉。

2、富集于炼镍转炉渣中的钴，在还原硫化熔炼过程中，与镍一起转入钴冰铜。转炉渣成分一般为：钴0.25—0.35%，镍1—1.5%；钴冰铜成分一般为：钴1—1.5%，镍5—13%。钴冰铜可以直接浸取（常压或加压酸浸），也可以将钴冰铜焙烧成可溶性化合物后再酸浸。浸出液可按钴渣提钴工艺流程处理。

加拿大舍利特高尔顿公司（Sherritt Gordon MinesLtd）用高压氨浸法处理硫化镍精矿和高冰镍时，钴留于镍的氢还原尾液中，通硫化氢于尾液，得硫化钴和硫化镍的混合沉淀物。此混合物用硫酸高压浸出、净化除杂质后，通氧、加氨、加压，使二价钴氧化成可溶性的，而镍则以镍铵硫酸盐形态沉淀出来，实现镍钴分离，溶液用高压氢还原产出钴粉，也可用萃取法净液、分离出镍后电积得电钴。含钴黄铁矿提钴世界上从含钴黄铁矿中提钴较有代表性的工厂是芬兰科科拉钴厂（Kok－kola Cobalt Plant），精矿焙烧脱硫后，再配以部分精矿在流态化炉内进行硫酸化焙烧，再经浸出、浓密、洗涤，浸出液通硫化氢使钴呈硫化钴沉淀。再利用上述舍利特高尔顿的高压浸出法和高压氢还原法生产钴粉。

中国含钴黄铁矿的钴品位较低，仅为0.02—0.09%。浮选产出的钴硫精矿含钴0.3—0.5%，硫30—35%，铁35—40%。钴硫精矿在流态化焙烧炉内于580—620℃下进行硫酸化焙烧，使钴、镍、铜等金属转化为可溶性的盐类。焙砂用水或稀硫酸浸出，用氯酸钠将浸出液中的铁氧化成高价铁后，用脂肪酸钠依次萃取铁和铜。然后，通入氯气使钴氧化，加碱水解生成高价氢氧化钴沉淀，而与镍分离。在反射炉内使氢氧化钴脱水、烧结，烧结块配以石油焦和石灰石在三相电弧炉内还原熔炼成粗金属钴。粗钴浇铸成阳极，进行隔膜电解，得到纯度较高的金属钴。钴硫精矿也可先经900—950℃氧化焙烧，再配以氯化钠或氯化钙以及少量的钴硫精矿于680℃下进行硫酸化氯化焙烧。焙砂按上述流程提钴。

砷钴矿制备

砷钴矿经选矿得到含钴10—20%的精矿，其中含砷20—50%。处理砷钴矿的方法主要有两种，一种是先用火法熔炼产出砷冰钴，再用湿法提钴。另一种是用加压浸出法制得含钴溶液，再从中提取钴。中国采用前者：将精矿配以焦炭和熔剂在反射炉或电炉内熔炼，使部分砷呈三氧化二砷挥发，产出砷冰钴（旧称黄渣）。如原料含硫高，还产出部分钴冰铜。砷冰钴和钴冰铜磨细后焙烧，进一步脱砷和硫；焙砂用稀硫酸浸出，用次氯酸钠氧化浸出液中的铁，再用苏打调整pH为3—3.5，使铁成为氧化铁和砷酸铁沉淀。滤液用铁屑置换除铜后，用次氯酸钠使钴氧化，加碱水解生成高价氢氧化钴沉淀而与镍分离。所得氢氧化钴在反射炉内于1000～1200℃下煅烧，获得氧化钴，并使其中的碱式硫酸盐分解，将硫除去。然后配入木炭，在回转窑内于1000℃左右还原成金属钴粉。也可将氢氧化钴熔炼成粗金属钴，再进行电解得电钴。焙砂的浸出液也可和前述硫化镍矿提钴一样，采用萃取法净液分离提钴。

加压酸浸法处理砷钴精矿是将精矿用稀硫酸浆化，用高压釜浸出，操作压力35公斤力/厘米²，温度190℃，浸出时间3～4小时，钴的浸出率95—97%。浸出液除砷、铁、铜、钙等杂质后，加入液氨，使钴形成钴氨络合物，在高压釜内，用氢还原得到钴粉，操作压力50—55公斤力/厘米²，温度190℃。此法流程简单，回收率高，劳动条件好。铜钴矿提钴扎伊尔的卢伊卢厂（Luilu CobaltPlant）是世界上处理铜钴矿最大的钴厂。铜钴矿经选矿获得氧化精矿和硫化精矿。氧化精矿品位为：铜25%，钴1.5%；硫化精矿品位为：铜45%，钴2.5%。首先将硫化精矿在流态化焙烧炉内进行硫酸化焙烧，然后将焙砂和氧化精矿一起用铜电解废液浸出。氧化精矿中的钴主要呈三价氧化物形态，在硫酸中溶解度很小，但在铜电解废液中可由其中的亚铁离子将钴还原，溶于电解废液中，Co₃（不溶性）Fe₂→Co₂（可溶性）Fe₃。钴的浸出率可达95—96%。含钴和铜的浸出液用电解法析出铜，而钴和其他金属杂质留在溶液中。除杂质后，将溶液中的钴用石灰乳沉淀为氢氧化钴，再溶于硫酸中，得到高浓度的硫酸钴溶液，最后用不溶阳极电积金属钴。

应用领域

工业用途

制造电池

制造电池设备是钴最重要的用途，使用量占到全部钴使用量的40%。钴主要用来制作锂离子电池的钴酸锂，镍氢电池的氧化亚钴等。含钴材料是稳定的锂电池正极材料，是电池的核心之一，具有能量密度高和环保安全性高的特点。

三元锂电池是指使用镍钴锰或者镍钴铝酸盐等三元材料为电池正极的锂电池。相对于传统锂电池，三元锂电池具有综合性能和低成本的双重优势。

制取合金

钴常被添加到钢或者其他合金当中，可以明显提高合金的坚硬程度、耐磨程度、抗冲击性能和韧性。该合金常常被熔焊到其他材料的表面，能够明显延长零件的使用寿命。大约有20%的钴被用来制造这种超级合金。含钴合金常被用来制造喷气式飞机涡轮发动机的风扇扇叶，火箭和燃气机轮等设备的耐热部件等。生活中的含钴钢刀的耐磨性和切割性能也更加突出。

钴是一种被磁化之后就能长期保持磁性的金属。钴的这种优越磁性，使之被大量应用于制造高性能磁性材料。这种用途的钴使用量大概占到总使用量的5%左右。高钴含量的磁性钢比一般磁性钢的磁力密度更高，而且在高温条件下这种磁性也不会轻易丧失。大型的永久磁体大多为含钴合金，其中常用的是一种叫作阿尔尼克的合金材料，是由钴、镍、铝制造的坚硬合金。

制取颜料

钴被用作颜料的历史在西方可以追溯到古埃及时期。在埃及法老图坦卡蒙的墓穴中有一小块玻璃器物，后来检测其深蓝色是因为存在钴的缘故。古希腊人和古罗马人曾利用钴化合物制造有色玻璃，这种玻璃会表现出美丽的深蓝色。而在中国，钴及其化合物也有悠久的颜料使用史。唐朝著名的唐三彩，元代的青花瓷，明代的景泰蓝无不与含钴的釉料有关，而这种钴颜料制造出的蓝色不仅着色率强、发色鲜艳而且呈色稳定、历久弥新。

钴蓝化学成分为铝酸钴，是铝和氧化钴反应生成的一种颜料，表现为蓝色或蓝绿色调，被大量作为陶瓷、珐琅、玻璃等许多材料的着色剂使用。日常生活中见到的食品用硅胶干燥剂中就加入了氧化钴，无水时表现为蓝色，在吸取空气中的水后变为粉红色。

钴紫颜料也常被用于陶瓷、玻璃等的颜料，其成分为磷酸钴，为一种特殊的紫色颜料。钴黑颜料有铁钴黑和铁钴铬黑两种，主要用于陶瓷坯体和釉料的着色，是由多种金属氧化物经过高温固相反应而生成的高性能无机颜料，具有环保无毒的优点。

医疗用途

钴在医疗领域也有多方面的应用，钴-60放射性同位素被用来治疗人体的皮肤病和恶性肿瘤；维生素B12（钴胺素）中钴的含量更是高达4.5%；钴被用于制造人工髋关节和膝关节以及牙料填充剂。具有放射性的钴同位素还被广泛应用于辐照食品加工行业，通过这种辐照技术可以杀死有害的细菌。

分布情况

钴在地壳中的平均含量为0.001%（质量），海洋中钴总量约23亿吨，自然界已知含钴矿物近百种，但没有单独的钴矿物，大多伴生于镍、铜、铁、铅、锌、银、锰、等硫化物矿床中，且含钴量较低。全世界已探明钴金属储量148万吨，中国已探明钴金属储量仅47万吨。分布于全国24个省（区），其中主要有甘肃、青海、山东、云南、湖北、青海、河北和山西。这七个省的合计储量占全国总保有储量的71%，其中以甘肃储量最多，占全国的28%。此外，安徽、四川、新疆等省（区）也有一定的储量。世界钴产量1986年达到顶峰3万吨，以后不断下降，到1989年只有2.5万吨左右。扎伊尔和赞比亚是最大的钴生产国，其产量约占世界总产量的70%。

自然界中已发现的钴矿物和含钴矿物共百余种，分属于单质、碳化物、氮化物、磷化物和硅磷化物、砷化物和硫砷化物、锑化物和硫锑化物、碲化物和硒碲化物、硫化物、硒化物、氧化物、氢氧化物和含水氧化物氢氧化物、砷酸盐、碳酸盐以及硅酸盐等14大类。其中以硫化物、砷化物和硫砷化物最多，主要的钴矿物为：硫钴矿（Co₃S₄）、纤维柱石（CuCo₂S₄）、辉砷钴矿（CoAsS）、砷钴矿（CoAs₂）、钴华（3CoO·As₂O₅·8H₂O）等。

2004年，世界钴开采量为5.24万吨，其中，刚果开采1.6万吨，赞比亚1万吨，澳大利亚6700吨，加拿大5200吨，俄罗斯4700吨。中国已探明的钴储量最大的是甘肃金川硫化镍矿中伴生的钴。云南的硅酸镍矿以及四川、山东、湖北、山西、广东等地的黄铁矿中也含有钴。中国钴金属资源量约为140万吨，绝大多数为伴生资源，单独的钴矿床极少。中国钴矿品位较低，均作为矿山副产品回收，生产过程中由于品位低、生产工艺复杂，因此金属回收率低、生产成本高。1996年中国钴金属产量（钴含量）229吨，钴硫精矿产量（钴含量）192吨，氧化钴638吨。2005年前后中国钴的年消费量稳定在1200吨左右，国内钴产量包括氧化钴折算为钴每年总计约600—700吨，国内钴产量尚不能满足国内需求，每年约有半数需进口。

安全措施

健康危害

钴尘可引起“硬质合金病”（"硬金属病"），表现为过敏性哮喘，呼吸困难、干咳、偶有化学性肺炎（间质性肺炎），肺水肿。脱离接触后症状缓解。CoO也可引起哮喘。

钴对皮肤的影响主要为过敏性或刺激性皮炎。外露皮肤出现红斑，有轻微搔痒，常见于手、腕、前臂等部位和皮肤皱折处，多于夏季发病，患者多为接触钴的新工人，在上述皮肤病患者中，皮试阳性可证明对钴过敏。

吸入醋酸钴粉尘可引起急性化学性胃炎症状，有恶心、呕吐、上腹部剧痛，后可有呕血及便血。

危害防治

误服钴盐，应洗胃；溶液溅入眼，用清水或生理盐水冲洗至少15分钟。

CaNa₂-EDTA、CaDTPA、半胱氨酸可降低钴毒性，可试用。皮炎可用乙酸和尿素霜软膏涂抹局部。化学性肺炎和肺水肿患者应采用糖皮质激素治疗。

毒理资料

经常注射钴制剂或暴露于过量的原始钴环境中，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。有些钴化合物可能会致癌。

生理作用

少量的钴盐对许多种类的生命体都是必须的，这其中也包括人类。维生素B12的中心离子就是钴，在土壤中缺乏钴的地区，食草动物会发育不良。

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。

储存运输

应按照（GB13690-1992）易燃易爆危险品规定办理，夏季应早晚运输，防止阳光曝晒，搬运中不得过度撞击、震荡、不得与固化剂同车运输。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。

相关法规

2017年10月27日，世界卫生组织国际癌症研究机构公布的致癌物清单初步整理参考，钴和钴化合物在2B类致癌物清单中。