mercoledì 27 Ottobre 2021

Cobalto

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Il termine cobalto, con cui oggi indichiamo l’elemento chimico numero 27, deriva molto probabilmente dal greco kobalos che significa “folletto”. Lo stesso termine trova radici comuni anche nella parola coboldo (kobold in tedesco), la quale, nel folklore germanico rappresenta un folletto poco socievole. Secondo la tradizione questo vocabolo fu attribuito dai minatori tedeschi a degli immaginari spiritelli, incolpandoli di far trovare loro un metallo inutile piuttosto che il
tanto ambito oro.

Caratteristiche del Cobalto

È un elemento bianco-argenteo, ferromagnetico e molto duro. A temperatura ambiente il cobalto e le sue leghe sono solidi ferromagnetici, ossia sono
fortemente magnetizzati anche se non sono sottoposti ad alcun tipo di campo magnetico esterno. Tale proprietà si manifesta solo al di sotto di una certa temperatura, detta temperatura di Curie, al di sopra della quale il cobalto si comporta come un materiale paramagnetico. Di conseguenza, per temperature inferiori a quella di Curie, i momenti magnetici degli atomi di un materiale ferromagnetico tendono ad allinearsi tutti nella stessa direzione anche in assenza di
un campo magnetico esterno, mentre per temperature superiori a quella di Curie, i momenti magnetici perdono la loro disposizione ordinata e quindi anche la magnetizzazione spontanea. Il cobalto è l’elemento che presenta la più alta temperatura di Curie, pari a circa 1115°C.

È associato spesso con il nichel, e sono entrambi solitamente presenti nel ferro meteorico. I
mammiferi hanno bisogno di piccole quantità di sali di cobalto nella dieta. Il 60Co, un suo isotopo radioattivo artificiale, è impiegato in ambito medico per curare, in particolar modo, i tumori. Il cobalto è chimicamente inerte; a temperatura ambiente risulta stabile nei confronti dell’aria e dell’acqua; viene lentamente
attaccato dagli acidi cloridrico HCl e solforico H2SO4. La configurazione termodinamicamente stabile è pertanto quella esagonale, anche se tecnologicamente risulta facile ottenere l’allotropo cubico (ad esempio realizzando film sottili di cobalto). Gli stati di ossidazione che il cobalto può assumere sono +2, +3 e (raramente) +1.

Utilizzi del Cobalto

Il Cobalto viene utilizzato principalmente come alligante (cioè come componente) in leghe in cui sono presenti altri metalli (come il ferro e il nickel) che sono più facilmente reperibili e meno costosi. Il suo impiego, infatti, consente di migliorare le proprietà della lega (dal punto di vista fisico, meccanico, magnetico, etc…) in maniera da ripagare notevolmente il costo maggiore derivante dal suo utilizzo.

Il cobalto ed i suoi sali trovano impiego in numerosi settori ed applicazioni. Circa l’80% del cobalto, prodotto a livello mondiale, viene utilizzato allo stato
metallico (Grimsley, 2001). Il Chemical Abstract Service Registry riconosce l’esistenza, approssimativamente, di 5000 leghe di cobalto, nelle quali rappresenta il metallo base per 2000. Alcuni esempi:

  • Leghe impiegate nella realizzazione di turbine per motori d’aereo.
  • Leghe ad alta resistenza alla corrosione e all’usura.
  • Acciai per utensili ad alta velocità.
  • Utensili in metallo duro (detti anche “al diamante” o Widia).
  • Magneti e supporti magnetici per registrazioni, in lega con Fe, con Al e Ni.
  • Catalizzatori per le industrie petrolchimica e chimica.
  • Materiale di rivestimento per elettrodeposizione (galvanostegia), per il suo
    aspetto, la sua resistenza e la sua durezza.
  • Composti disidratanti per vernici, lacche ed inchiostri.
  • Polveri per il rivestimento di porcellane e smalti
  • Pigmenti: Leonardo da Vinci fu uno dei primi artisti ad usare i colori brillanti del cobalto nei suoi dipinti. Anche le porcellane della dinastia Ming e le vetrerie veneziane contenevano già pigmenti di cobalto dal XV secolo; sotto forma di carbonato, cloruro, fosfato, alluminio, silicato, arsenicato, stannoato: blu cobalto e verde cobalto in lavori di porcellana, ceramica, vetro macchiato, mattonelle e smalti per gioielleria.
  • Elettrodi per batterie d’auto:  Le batterie agli ioni di litio che alimentano le auto elettriche richiedono litio, grafite e cobalto.
  • Costruzione dei catodi di particolari valvole termoioniche destinate ad usi HiFi di altissimo livello; queste particolari valvole, molto costose, hanno la
    particolarità unica di emettere una luce verdognola invece del solito arancione da incandescenza tipico degli altri tipi di valvole “normali”.

Il cobalto radioattivo è invece largamente utilizzato in medicina:

  • Nella radioterapia.
  • Per la sterilizzazione dei cibi tramite radiazione (pastorizzazione a freddo).
  • Nella radiografia industriale per il rilevamento di anomalie strutturali in manufatti in metallo.

Tossicità del Cobalto

Il cobalto si può trovare naturalmente disperso nell’aria, nell’acqua o in alimenti contaminati. E’ un elemento scarsamente disponibile se in forma libera nell’ambiente, ma se le particelle non sono legate al terreno o al sedimento, l’assorbimento da parte di piante ed animali è più alto e può verificarsi accumulo; questo si riscontra soprattutto nelle parti delle piante che mangiamo come la frutta e i semi. I terreni in prossimità di miniere ed impianti di fusione possono contenere quantità molto elevate di cobalto. Per quello che riguarda l’alimentazione degli animali, i composti di cobalto sono autorizzati dalla normativa comunitaria come additivi per i mangimi (CE, 2003).

L’EFSA ha intrapreso una valutazione del rischio dell’uso di questi composti nell’alimentazione animale, prendendo in esame la necessità dell’integrazione del
cobalto per le specie bersaglio, tenendo conto dei potenziali effetti negativi della riduzione/eliminazione dell’integrazione di cobalto sulla salute degli animali.
Gli animali monogastrici, esclusi cavalli e conigli, non hanno bisogno di cobalto, ma di vitamina B12, pertanto la loro alimentazione non richiede di integrazione con cobalto. La microflora dei ruminanti è in grado di sintetizzare la vitamina B12, a condizione che nell’alimentazione sia presente una quantità di cobalto sufficiente. Il fabbisogno di vitamina B12 di questi animali può quindi essere soddisfatto dal contenuto di cobalto normalmente presente negli alimenti.

Un’integrazione di cobalto nella misura di 0.3 mg/kg peso secco e un contenuto massimo di 1 mg Co/g di mangime completo è considerato appropriato.

Quotazioni di mercato del Cobalto

Il cobalto con purezza minima del 99,8% (codice MB-CO-0005) viene quotato al London Metal Exchange (LME) in dollari americani per tonnellata equivalenti a 2.204,62 libbre. Il contratto termina alla chiusura delle negoziazioni dell’ultimo giorno lavorativo nel Regno Unito del mese contrattuale. Se quel giorno non è un giorno lavorativo di borsa, la negoziazione del contratto termina il giorno lavorativo di borsa immediatamente precedente.

La LME ha lanciato il suo contratto LME Cobalt fisico nel 2010, risolvendo così un annosa questione riguardante le quotazioni del cobalto fisico. Negli ultimi anni LME ha anche visto un crescente appetito per un contratto regolato in contanti con l’aumento della domanda di veicoli elettrici (EV) e metalli per batterie, così a seguito di un ampio studio di mercato, l’11 marzo 2019 LME ha lanciato il contratto Cobalt (Fastmarkets MB) con regolamento in contanti, per completare l’offerta esistente con regolamento fisico. Questo nuovo contratto in contanti è regolato contro l’indice Fastmarkets MB Standard Grade, consentendo una copertura per gli operatori di mercato che hanno un’esposizione al prezzo con contratti fisici.

Il contratto LME Cobalt (Fastmarkets MB) si regola l’ultimo giorno lavorativo di ogni mese secondo il calendario di negoziazione LME, fino a 15 mesi, al prezzo dell’Indice Fastmarkets MB. Al contrario, il contratto LME Cobalt fisico offre date di prompt giornaliere fino a tre mesi, date di prompt settimanali tra tre e sei mesi e date di prompt mensili dal sesto mese in poi fino a 15 mesi.

Il regolamento fisico è preferito da un certo numero di partecipanti al mercato come i produttori di cobalto che preferiscono l’opzione della consegna fisica e la crescita costante del mercato dei metalli per batterie negli ultimi anni ha aperto il mercato del cobalto a un numero di nuovi partecipanti al mercato che desiderano guadagnare esposizione al prezzo del cobalto e disporre degli strumenti per gestire il rischio di prezzo.

Il nuovo contratto LME Cobalt (Fastmarkets MB) regolato in contanti fornisce esposizione al prezzo Fastmarkets MB Cobalt Standard Grade, aiutando i partecipanti al mercato a gestire il rischio lungo l’intera catena del valore del cobalto. Alcuni esempi di partecipanti al mercato che possono beneficiare di questi strumenti di copertura includono:

  • Minatori, commercianti e produttori di idrossido, oltre a consumatori tradizionali come l’industria delle superleghe, i cui contratti di approvvigionamento sono collegati all’indice Fastmarkets MB Cobalt Standard Grade
  • Produttori e consumatori di solfato di cobalto i cui contratti di approvvigionamento sono collegati al prezzo Fastmarkets MB Standard Grade, incluso il settore dei veicoli elettrici e delle batterie agli ioni di litio

Principali paesi produttori di Cobalto

Nella crosta terrestre, il cobalto è presente in quote pari a 20-25 mg/kg (Smith e Carson, 1981): costituendone lo 0,0023%, rappresenta il 32° elemento in ordine di abbondanza (Smith e Carson, 1981; Merian, 1985; Abbasi et al., 1989); la maggior parte del cobalto della terra si trova nel suo nucleo. E’ scarsamente presente anche nelle acque naturali, da cui precipita come solfuro di cobalto, altamente insolubile.

Non lo si trova mai in forma di metallo libero, bensì sotto forma di minerali, come la smaltite CoAs2, il cobalto grigio o cobaltite CoAsS, la carrolite (Cu(Co,Ni)2S4), la linneite (Co3S4 con atomi di Ni o Cu come sostituenti del Co), la sferocobaltite (CoCO3) e la eritrite o fior di cobalto (Co3(AsO4)2·8H2O). Può anche trovarsi nell’aria e nell’acqua, o depositarsi sul terreno tramite polvere trasportata dal vento.

I principali paesi produttori ed esportatori di cobalto sono (aggiornato a dati 2020):

  1. Repubblica Democratica del Congo (95000 T) : La Repubblica Democratica del Congo (RDC) è di gran lunga il più grande produttore mondiale di cobalto, rappresentando circa il 60 percento della produzione globale. Il paese è da tempo il primo produttore del metallo, anche se la sua produzione è diminuita da 100.000 t nel 2019 a 95.000 t nel 2020. L’estrazione di cobalto nel paese è stata collegata a violazioni dei diritti umani, compreso il lavoro minorile. Per questo motivo , nel 2017, Apple (NASDAQ: AAPL ) ha temporaneamente interrotto l’acquisto di cobalto estratto a mano nella RDC. A causa delle crescenti preoccupazioni sulla fornitura, anche il London Metal Exchange sta adottando misure per garantire che tutti i marchi elencati nella borsa seguano le linee guida per l’approvvigionamento responsabile.
  2. Russia (6300 T) : La produzione di cobalto in Russia è rimasta stabile nel 2020, arrivando a 6.300 tonnellate. Le riserve russe ammontano a 250 mila tonnellate. Il grande minatore russo Norilsk Nickel (OTC Pink: NILSY , MCX: GMKN) produce cobalto ed è tra i primi cinque produttori mondiali di minerale.
  3. Australia (5700 T) : L’Australia ha visto una piccola diminuzione della produzione di cobalto dal 2019 al 2020, con una produzione che è scesa da 5.740 ton a 5.700 ton. Come molti altri paesi in questo elenco, il cobalto prodotto in Australia è un sottoprodotto dell’estrazione di rame e nichel . Le miniere di nichel del paese si trovano nella parte occidentale del paese, principalmente intorno alle regioni di Kalgoorlie e Leonora.
  4. Filippine (4700 T) : Le Filippine sono il quarto produttore di cobalto al mondo. La produzione di cobalto del paese è passata da 5.100 t nel 2019 a 4.700 t nel 2020. Il paese asiatico è anche uno dei principali produttori di nichel.
  5. Cuba (3600 T) : La regione di Moa del paese è sede di un’operazione di joint venture nichel-cobalto detenuta dalla società canadese Sherritt International (TSX: S , OTC Pink: SHERF) e dalla General Nickel Company di Cuba.
  6. Canada (3200 T) : Il Canada è il sesto produttore di cobalto al mondo nel 2020, salendo dall’ottavo posto nel 2019. Come per l’Australia, il cobalto canadese proviene principalmente da grandi miniere di nichel e rame che producono cobalto come sottoprodotto delle loro normali operazioni. Alcuni di questi importanti depositi di nichel e rame sono Kidds Creek, Sudbury e Raglan.
  7. Papua Nuova Guinea (2800 T) : La Papua Nuova Guinea è entrata nell’elenco delle migliori produzioni di cobalto per paese per il terzo anno consecutivo. Nel 2020, il piccolo paese al largo della costa australiana ha prodotto 2.800 tonnellate di cobalto come sottoprodotto della produzione di nichel. Il principale produttore di cobalto del paese è la miniera di nichel Ramu vicino a Madang, una joint venture tra la società privata MCC Ramu NiCo (85 percento), Highlands Pacific (ASX: HIG ) (8,56 percento) e il governo della Papua Nuova Guinea (6,44 percento).
  8. Cina (2300 T) : La Cina è leader mondiale nella produzione di cobalto raffinato al 70% dell’offerta globale totale. Il materiale che utilizza proviene principalmente dalla RDC, poiché il paese è all’ottavo posto in termini di produzione di cobalto non raffinato. La nazione asiatica è anche il principale consumatore di cobalto, con la stragrande maggioranza destinata all’industria delle batterie ricaricabili del paese.
  9. Marocco (1900 T) : Il cobalto proveniente dalle miniere marocchine ha ricevuto molta attenzione dopo che la grande casa automobilistica BMW (OTC Pink: BYMOF , ETR: BMW) ha  annunciato che  acquisterà cobalto direttamente dalle miniere in Australia e Marocco per garantire che la fornitura di materie prime per le batterie provenga da fonti responsabili.
  10. Sudafrica (1800 T)

Bibliografia

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