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随着科技的发展,人类已经进入了移动智能时代。智能手机强大的功能让人们真正做到了“一机在手,天下我有”。电池被誉为手机的“心脏”,是移动端不可缺少的核心部件,手机的发展与普及离不开它的功劳。
上世纪八十年代之前,电池一直因为容量小,稳定性差等原因深受诟病,手机行业迟迟无法普及,也深受它的影响。
直到钴酸锂电池诞生,电池问题才真正得到解决。钴酸锂电池续航强,稳定性高的原因就是因为“钴”元素的存在,说其为“功臣”一点也不为过,但是谁又知道,这种元素在没被发现之前,曾经是矿工们人人畏惧的“妖魔”呢。
神秘了半个世纪的“妖魔”
“我们绝不下井。这是拿我们的生命开玩笑。”矿工们说,“矿里的石头有魔鬼!”。
年夏天,德国萨克森州的某矿床开采中心,矿工们围在矿井口,迟迟不愿下井。矿主站在一边,头痛不已。过去几个月里,矿里的工人有很多都染上了一种怪病,面色蜡黄,营养不良的样子。
“石头里会有妖魔?”矿主虽然不相信,但只好让矿工停下来。为弄清原委,他让手下找了几块井下的矿石,寄给住在捷克的阿格里科拉。
格奥尔格乌斯·阿格里科拉,德国学者和科学家,被誉为“矿物学之父”。阿格里科拉在收到这几块从未见过的矿石之后,立即开始了研究。这几块矿石散发着幽蓝色的光,遇酸溶解成深蓝色溶液,还有点刺激性气味,和辉铜矿性质相近但却不尽相同。他利用现有的提纯方法,却一无所得。
他写信给矿主表示无能为力,但会将这种矿石记录下来,交给其他人研究。为了记录方便,他也与矿工们一样,把这种矿石称为“Kobald”。此单词来源于日尔曼神话,英文“Kobing”(妖魔)即由它衍生而来。
20年之后,瑞典化学家格?布兰特在偶然间看到了阿格里科拉对于这种矿石的记载,处于对科学的专注与好奇,他通过各种途径得到了这种矿石样本,并开始了自己的研究。
他先将矿石高温焙烧除砷,然后通过碳还原法提纯,得到了一种浅玫色的灰色金属(纯度较高的钴)。接下来他用一段时间摸清了这种金属的一些基本性质:常温下不与水反应,也不易氧化,加热后磁性消失。他断定这是一种以前从未发现的元素。
布朗特决定先为新元素取名。经过慎重思考,他决定从德语“Kobald”入手,把这种人见人怕的元素称为“Cobalt”,元素符号为“Co”。“Cobalt”意为“坏精灵”。若干年后西学东渐,清朝末年的科学家将“Co”译为“钴”,沿用至今。
为什么矿工们称这种矿石为“魔鬼”呢?
年,瑞典化学家伯格曼用实验方法制得纯钴。他进一步研究,找到了当年矿工们惧怕矿石的原因。那种被称为“妖魔”一样的矿石,实际是钴的化合物,俗称辉钴矿。从辉钴矿的化学式CoAsS中可得知,此矿石含有钴、硫、砷元素。钴本来对人体没有显著伤害,可是含钴30%左右的辉钴矿加热后生成的硫或砷的化合物都有剧毒。这也是当时矿工们患病的原因。
于是,半个多世纪的谜团终于被揭开了。
历史悠久的元素
如果说“钴”的发现到证实仅仅用了百年时间,那么钴的应用史就要从好久好久之前开始说起了。
在古罗马和古希腊,就已经有匠人利用辉钴矿制作深蓝色的玻璃,这种玻璃十分炫目,只有辉钴矿能够制得。在中国唐朝历史上也曾出现过钴的身影,唐三彩中的蓝色涂料就是之中含钴的涂料,这种染料即使经过百年,色泽依旧,有“三彩挂蓝,价值连城”的说法。
这些是在“钴”发现之前的一些用途,在钴元素正式登上历史舞台之后,它的应用就更多了。
在钴的提炼方法问世之后,德国和挪威最早生产了少量的钴,年开发了新喀里多尼亚的氧化钴矿。年,加拿大安大略北部的银钴矿和砷钴矿开始生产。现在世界上最大的钴生产地是刚果(金),地球上钴总量约为万吨,但其中百分之50%左右都集中在刚果(金)的境内。
地球地壳中含钴的总量并不多,据地质学家勘测,大约1亿年前,有一颗含钴的小行星砸在了刚果(金)的境内,当时的陨石坑就是现在的刚果盆地,这也是为何刚果地区含钴量如此之多的原因。
自20世纪以来钴及其合金在多个工业领域得到使用,比如机械、化工、航空航天等,我们熟知的一些催化剂、干燥剂、颜料、燃料等也是钴以化合物的形式呈现出来的。可以说,如今的钴已成为一种非常重要的战略金属。
让人又爱又恨的“功臣”
年,美国化学家约翰·古迪纳夫发明了钴酸锂电池,而钴正是其中最核心的正极材料之一,大幅提高了电池的能量密度,至今都在大规模应用。
正因为钴酸锂电池解决了伏打电池、钠硫电池等储量小,性能不稳定等缺点,手机的发展突飞猛进,许多之前耗电量高的功能得以实现。时至今日,我们所用的智能手机、笔记本电脑、充电宝,乘坐的电动汽车等也都离不开钴酸锂电池或它的改良版。说它开启了一个时代丝毫不为过。
为什么说它令人又爱又恨呢?
前文提到,世界70%钴产量都来自于刚果(金),澳大利亚、古巴等国家,除去他们之外,世界上能开采的钴矿仅有17%左右,而且还可能伴生在红土型镍矿床、岩浆型铜镍硫化物矿床和砂岩型铜矿床中,不易开采。其次,刚果(金)的政府状态常年动荡,矿产出口时常出现问题,不同的领导层时常对矿产出口做出不同的限制。
说道刚果(金)的矿产出口,就不得不说另一个问题,由于刚果比较落后,而矿产又是赚钱比较快的一个途径,很多非法“公司”经常雇佣童工进行开采,尽管很多大公司如苹果、特斯拉对收购钴矿有严格限制,但这种现象仍没有改善。
另一方面,如果说3c产品是钴的半壁江山,新能源汽车就是钴用量的另半壁江山。在年,中国新能源汽车产销均为0.8万辆台,到了年新能源汽车产销分别达到了惊人的79.4万辆和77.7万辆,增长将近倍。
问题随之而来,产量少,用量巨大,钴价必然走高。18年三月份,国际钴价再创新高,9.48万美元/吨,上涨5.8%。钴价持续走高的背后,必然代表很多中小型企业不能承担如此高昂的价格,大型企业也必然要找寻新的道路。
作为特斯拉的当家,“钢铁侠”马斯克在不久前发布的推特中称:特斯拉的钴使用量将从目前的3%降至0%。“去钴化”将必然在未来的市场上,掀起一番波澜。
“去钴化”虽然势在必行,但一切都将建立在3c产业的稳定前进和新能源汽车的环保基础上,未来尚未可知,但不可否认的是,钴为我们的科学发展,社会进步做出了巨大的贡献。
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