Добыча и переработка: кобальт, к сожалению, необходимый металл

История человечества во многом представляет собой историю конфликтов, часто вызванных неравномерным распределением ресурсов. С тех пор, как мы спустились с деревьев, а, возможно, и значительно раньше, наши предки изо всех сил пытались получить то, что им нужно для выживания, зачастую за счет другого, более удачливого племени. Еда, вода, земля — не имеет значения; если у них это есть, а у нас нет, велика вероятность, что произойдет драка.

Немногие ресурсы распределены по нашей планете так неравномерно, как кобальт. Металл составляет лишь долю процента земной коры, а его коммерчески значимые концентрации немногочисленны, и их достаточно, чтобы те, у кого они есть, часто вступали в разногласия с теми, кто в них нуждается. И нам это нужно; то, что началось в древности как насыщенный синий пигмент для стекла и керамики, стало необходимым, среди прочего, для важных промышленных сплавов, мощных магнитов и анодов литиевых батарей.

Получение доступа к нашим ограниченным запасам кобальта и переработка его в полезный металл — нетривиальный процесс, и, к сожалению, его чрезмерная важность для технологического общества вынуждает его играть геополитическую роль, которая во многом усугубляет человеческие страдания. К счастью, рыночные силы и новые технологии делают некогда маргинальные источники жизнеспособными, что может помочь нам получить необходимый нам кобальт без каких-либо конфликтов.

Химические свойства кобальта играют большую роль в его неравномерном распределении. Как и в случае с алюминием, элементарный кобальт практически невозможно найти в природе, и почти по той же причине — он легко реагирует с кислородом, образуя довольно инертные оксиды. Он также имеет тенденцию образовывать минералы, тесно связанные с другими металлами, такими как медь и никель. Фактически, почти весь производимый сегодня кобальт — 98% — является побочным продуктом добычи и переработки этих двух важных промышленных металлов.

Кобальт также легко образует минералы, включающие серу и, к сожалению, мышьяк. Существует более 30 различных руд, содержащих кобальт в коммерчески значимых концентрациях, что затрудняет определение одной основной руды. Однако геология, которая делает эти разнообразные руды легкодоступными, довольно ограничена, и знание того, в каких горных породах могут быть обнаружены кобальтовые руды, помогает объяснить, почему жизнеспособные месторождения разбросаны по всему земному шару.

Кобальтовые руды обычно встречаются в двух широких геологических условиях: осадочных и вулканогенных. Осадочные месторождения, на долю которых сегодня приходится более 50% добычи кобальта, представляют собой песчаники и сланцы, образовавшиеся под древними океанами и озерами, где накапливались и со временем минерализовались органические отложения, главным образом сульфиды металлов. Двумя крупными осадочными месторождениями являются европейский Купфершифер, или «медный сланец», и Центральноафриканский Медный пояс. Оба этих месторождения содержат огромное количество сульфидов меди, а также значительное количество сопутствующих минералов кобальта.

С другой стороны, вулканогенные рудные месторождения возникают в результате гидротермальных процессов, когда минералы сульфидов меди и кобальта осаждаются из жидкостей, проходящих через гидротермальные источники. Эти месторождения полезных ископаемых первоначально формируются на морском дне, но тектоническая деятельность и другие геологические процессы в конечном итоге обнажают эти минералы или помещают их достаточно близко к поверхности, чтобы обеспечить относительно легкий доступ. Вулканогенные месторождения кобальта действительно очень редки, лишь несколько из них разбросаны по всему земному шару, и это единственные образования, где кобальт добывается в качестве основного продукта, а не как побочный продукт добычи меди или никеля.

Подавляющее большинство добываемого в настоящее время кобальта является побочным продуктом производства меди, и поскольку руды этих двух металлов настолько тесно связаны в осадочных месторождениях, выборочная добыча того или иного металла невозможна. Таким образом, процесс извлечения кобальта из руд по сути такой же, как добыча и очистка меди, о которых мы уже рассказывали в этой серии статей. Короче говоря, измельченная сульфидная руда из огромных открытых карьеров скапливается в ямах с непроницаемой облицовкой, чтобы улавливать богатый минеральный суп, выщелачиваемый из породы постоянными дождями серной кислоты. Медь вытягивается из раствора электролизом, оставляя после себя отработанный электролит, относительно богатый кобальтом и другими металлами.