معرفی کبالت

معرفی کبالت

کبالت به صورت ترکیبات شیمیایی مختلف در طبیعت وجود دارد. کبالت خالص فلزی خاکستری، براق وسخت است. کبالت عنصر نسبتا کمیابی است و فقط در حدود 001/0 درصد از پوسته زمین را تشکیل می دهدودرمقام  مقایسه با نیکل باید گفت که فلز اخیر20/0 درصد آنرا تشکیل میدهد.

همه افراد از طریق هوا، آب و غذا در معرض آلودگی کبالت قرار دارند. در افرادی که در مناطقی زندگی می کنند که فاضلابهای خطرناک حاوی کبالت در آنجا وجود دارد، امکان آلودگی با غلظتهای بالای این عنصر وجود دارد. کارگران شاغل در صنایعی که از کبالت در فرآیندهایشان استفاده می کنند، در معرض آلودگی شدید با این عنصر هستند.

مشخصات و خواص فیزیکی و شیمیایی

کبالت  Cobalt (Co)	نام و فرمول شیمیایی
94/58	وزن اتمی
1480 درجه سانتیگراد	نقطه ذوب
2190 درجه سانتیگراد	نقطه جوش
احتمال زیان به ریه ها	اثرات زیان آور
ممکن است شدید باشد	درجه زیان
1/0 میلی گرم در مکعب هوا	حداکثر تراکم مجاز

منابع و استخراج کبالت : 

تعدادی از منابع طبیعی کبالت عبارتند از خاک، گرد وغبار و آب دریا. کبالت همچنین در نتیجه سوختن ذغال سنگ و نفت، و همچنین از اگزوز وسایل نقلیه سبک و سنگین در محیط منتشر می شود. کبالت تا چند روز در هوا باقی می ماند.کبالت خالص در آب حل نمی شود ولی تعدادی از ترکیبات آن حل می شوند. کبالت می تواند سالها در آب و خاک باقی بماند. کبالت موجود در خاک، وارد آبهای زیرزمینی می شود. گیاهان می توانند کبالت را از خاک دریافت کنند.

کنگو بزرگترین تولید کننده سنگهای معدنی کبالت و خود این فلز است و پس از آن امریکا دومین تولید کننده می باشد . سایر کشورهای تولید کننده کانادا و مراکش هستند. عملا کلیه کبالتی که تولید می شود یک محصول جانبی و فرعی از سایر فلزات و خصوصا مس می باشد . نحوه استخراج و تهیه فلز خالص با متفاوت بودن سنگهای معدنی آن بسیار مختلف و گوناگون است و بهترین راه تهیه کبالت خالص از طریق الکتریکی است و می توان آنرا تا حد 99/99 درصد خالص تهیه نمود.

ترکیبات کبالت : 

ترکیبات معدنی مهم کبالت به صورت ارسنیورها  (Cobalt Arsendes) ، سولفورها و فرمهای اکسیده آن است . مهمترین ارسنیورهای کبالت عبارت اند از :

(( اسمالیت Smaltite (CoAs2) )) /  (( سافوریت Safforite (CoAs2))) /  (( اسکوترودیت Skuterudite (CoAs3))) ‌/  ((کبالتیت  Cobaltite (CoAsS)))

از ترکیبات معدنی سولفوره آن (( کارولیت )) و ((‌لینا ایت )) و از ترکیبات اکسیدهای معدنی آن ((آسبولیت )) است که مخلوطی از اکسیدهای ناخالص منگنز و سایر اکسیدهاست و همچنین((نتروژنیت )) که اکسیدهیدراته آن می باشد و معمولا دارای مس و گاهی نیکل و آهن است . ((‌اسفاروکبالتیت ))‌ و  (( اریتریت )) و بالاخره تعداد دیگری از ترکیبات کبالت که از نظر استخراج با صرفه نیستند.

مصرف در صنعت : 

کبالت در صنعت کاربردهای گسترده ای دارد و علاوه بر روش تهیه معمول، می توان آنرا از قراضه فلزاتِ محتوی کبالت بدست آورد. از کبالت در تهیه آلیاژها و رنگدانه ها استفاده می شود و همچنین به عنوان خشک کننده در رنگها و لعابهای مورد استفاده در وسایل استیل حمام، وسایل برقی و ظروف آشپزخانه مورداستفاده قرار می گیرد. در اثر مصرف کبالت آلیاژهای مغناطیسی دائمی و آلیاژهای بسیار سخت و محکم که حرارتهای بالا را تحمل می کند بدست می آیند. سایر مصارف این فلز در کربور تنگستن – فولاد ((‌High Speed))‌ و آلیاژهای خیلی سخت و مقاوم آن بصورت میله است . املاح آن در تهیه لاکها و جلاها – لعابها – ورنی - رنگها – مرکبها – پیگمانها – لعاب های فلزی – لعابهای سرامیکی و الکترو پلیتینگ و غیره بکار می رود.

مصارف غیرفلزی کبالت غیر از املاح و خشک کننده ها  در پیگمانها و خمیرهای شیشه است . تصور می شود مصرف اکسیدهای کبالت بعنوان کاتالیست در تصفیه گازهای اگزوز موتورها امیدبخش باشد. تماسهای عمده آن بصورت دود فلزی کبالت و گردوغبار این فلز در موقع مصرف شدن در کوره های الکتریکی و دود حاصل از ذوب و ریختن فلز ذوب شده بصورت ساچمه و گلوله و غیره است . در تهیه کربورهای تنگستن معمولا تماس با گردوغبار و دود فلزی کبالت همراه با گردوغبار کربور تنگستن – کربورتینان و کربورتنتال می باشد و در موقع تهیه ابزار مقاوم و تیزی که از آنها ساخته می شود مثل مته ها – چرخ تراش و دندانه های اره و غیره مقداری گردوغبار و دود در اعمال مختلف ایجاد می گردد.

کبالت فلز مغناطیسی سختی است که از نظر ظاهری مشابه نیکل است ولی رنگ آن تمایل به صورتی دارد. این فلز بدو صورت آلوتروپیک آلفا ((‌شش ضلعی )) و بتا ((‌مکعبی )) کریستالیزه می شود . قدرت مغناطیسی کبالت بطور متوسط کمتر از 3/2 آهن است ولیکن وقتی با آهن و نیکل بصورت آلیاژ درآید خواص مغناطیسی استثنائی برای آن ایجاد می شود.

کبالت نسبتا فلز غیرراکتیف می باشد و در هوای خشک و یا مرطوب ، در حرارت معمولی اکسیده نمی شود . در حرارت قرمز اکسیداسیون آن سطحی است . کبالت با اغلب اسیدها ترکیب می شود ولی در مجاورت با اسید نتیریک غلیظ بی اثر خواهد شد. قلیائی ها روی کبالت چه بصورت محلول و یا گداخته اثری ندارند ولیکن با هالوژنها در صورتیکه حرارت داده شود ترکیب می شود. اگر کبالت از اکسیدهای آن بصورت پودر نرمی احیا شود ((‌کبالت آتش گیرنده )) خوانده می شود.

در حرارت قرمزکبالت بخار آب را تجزیه می کند . در آمونیاک ایجاد یک نیترور می نماید که در حرارتهای بالاتر تجزیه می شود. در تحت اثر فشار در 150 درجه سانتیگراد کبالت ایجاد کریستالهای مشخص نارنجی رنگ تتراکاربونیل کبالت بفرمول [Co(CO)4]2 خواهد نمود.

موقعی که ترکیبات کبالت را در حرارتهای پائین و در حضور مقدار زیادی هوا حرارت دهند ایجاد Co2O3 می شود. و سپس در اثر حرارت بیشتر به Co2O4 تبدیل می گردد.

کلرورهای کبالت و املاح هیدراته آنها بعلت آنکه با آمونیاک ایجاد کمپلکس های آمینه را می نمایند دسته بزرگی از ترکیبات کبالت را تشکیل می دهند.

کلرورکبالت در محلول آبی هیدرولیز می شود .  املاح دوظرفیتی کبالت دارای رنگ صورتی و یا قرمزند و ترکیبات املاح سه ظرفیتی آن بحدی ناپایدار هستند که در شرایط معمولی نمی توانند وجود داشته باشند.

فلئورور کبالت CoF3 به  عنوان کاتالیست در تهیه فلئوکاربنها و همچنین کرکینگ بنزین مصرف می شود.

اثرات فیزیولوژیکی کبالت بر حیوانات آزمایشگاهی

به نظر می رسد که اکسید کبالت برای سگ از طریق گوارشی دارای سمیت نسبتا حادی است و در صورتیکه Co2O3 از طریق داخل پرده صفاقی در رات تقریبا غیرسمی است . املاح کبالت از طریق سیاهرگ نزد سگ و خرگوش خیلی سمی است و کربنات آن که در آب نامحلول است دارای سمیت متوسطی است . املاح آلی و ترکیبات پروتئینی کبالت نیز دارای همان سمیت املاح معدنی می باشند.

کبالت و املاح آن دارای اثر سمی تجمع پذیری بوده و دفع آنها با جذبشان برابر نیست . علائم مسمومیت حاد در حیواناتی که به آنها کبالت خورانیده شده باشد عبارت اند از اسهال – از دست رفتن اشتها – پارالیزی پاهای عقب و کم شدن حرارت بدن قبل از مرگ و ...

تاثیرات کبالت بر انسان:

کبالت (II) در غلظتهای پایین برای فعالیتهای متابولیکی بدن ضروری است و همچنین ممکن است در تنظیم کردن پرو-اکسیدان ها در خون نیز موثر باشد. اثرات حاد مسمومیت با کبالت، بصورت تاثیر بر ریه ها خود را نشان می دهند و شامل آسم، التهاب ریه ها و خس خس کردن سینه می‌باشد که در کارگرانی که با این ماده تماس دارند و غلظتهای بالایی از آن را تنفس می کنند، دیده‌می شود. در دهه ۶۰ تعدادی از کارخانجاتِ آبجو سازی برای تثبیت کفِ موجود در آبجو ها، مقداری کبالت به آبجو اضافه کردند. افرادی که مقدار زیادی از این محصول را استفاده کردند دچار حالت تهوع، استفراغ و مشکلات جدی قلبی شدند. با این حال مشکلات قلبی در افرادی که آنمی داشتند و یا خانم های باردار که کبالت برایشان تجویز شده بود مشاهده نشده است. مطالعات بر روی حیوانات نشان داد که آلودگی با غلظتهای زیاد کبالت در دوران بارداری، مشکلاتی را برای جنین بوجود می آورد. با این حال کبالت در رشد تعدادی از حیوانات یک عنصر ضروری است.

آژانس بین المللی تحقیقات سرطان آمریکا، کبالت را به عنوان ماده ای که ممکن است سرطانزا باشد، تعیین کرده است. مطالعات بر روی حیوانات نشان داده است که کبالت در صورتی که مستقیما وارد عضلات شود و یا در زیر پوست قرار گیرد، باعث سرطان می شود. در حیواناتی که از طریق هوا، غذا و آب آشامیدنی در معرض آلودگی با کبالت قرار گرفتند، سرطان مشاهده نشد.
مطالعات بر روی انسان، در مورد ارتباط کبالت و سرطان هنوز ناتمام است. آزمایشهای خون و ادرار، برای تعیینِ صحیح میزان کبالت در انسان باید حداکثر تا چند روز پس از آلودگی انجام شود، زیرا کبالت به سرعت از بدن خارج می شود. تجهیزات مورد نیاز برای تشخیص کبالت معمولا در مطب های پزشکان وجود ندارد.

متابولسیم کبالت در بدن

بطور کلی اثرات عمده فعالیتهای کبالت جهت تحریک اعمال فیزیولوژیکی است نه کند کردن آن. اولین علامت بالارفتن مقدار جذب کبالت در حیوانات ازدیاد مقدار سرم آلفاگلبولین است . اگر ورود کبالت به بدن بصورت املاح محلول از راه دهان بالا رود ممکن است (( پولی سیتیما))‌حاصل گردد. این پدیده اغلب همراه با هموگلوبینوژنس (‌تولید هموگلوبین )‌است و این در صورتی اتفاق می افتد که آهن و مس بمقدار کافی وجود داشته باشند. بدین ترتیب به نظر می رسد که تشکیل گلبولهای سرخ بمقدار زیاد پس از تجویز کبالت بعلت عامل تحریک کنندگی اریتروپوئیتیک آن است.

منبع کبالت در مواد غذایی 

مقادیر بسیار کمی از کبالت بطور طبیعی در مواد غذایی وجود دارد. ویتامین B۱۲ یکی از ترکیبات حاوی‌کبالت است که برای سلامتی انسان ضروری است. این ویتامین که سیانو کوبالامین نیز نامیده می شود، برای رشد و عملکرد طبیعی سلولهای بدن لازم است. این ویتامین دارای وزن مولکولی ۱۵۰۰ دالتون و حاوی ۴ درصد کبالت است. این ویتامین خصوصا برای سلامت سلولهای مغز استخوان و سیستم عصبی، ضروری است. کبالت همچنین در درمان آنمی تجویز می شود، زیرا باعث تولید سلول های قرمز خون می گردد. کبالت یکی از عناصر اساسی جزئی برای حیوان و انسان است . و یکی از عناصر مرکبه ویتامین B12 و برخی از آنزیمهاست . ترکیبات لازمه تولید اریتروپوئین و عامل بعضی از سبزیجات و نباتات چون کاهو – چغندر – کلم – اسفناج است . بعنوان منشا تغذیه ای کبالت اسفناج از چند صدم ppm  تا 7/0 ppm . از آنرا دارا می باشد . و مقدار آن نیز برحسب ناحیه ای که در آن می رویند متفاوت  است .

تجارت مسمومیت در صنعت

از گزارشهای موجود می توان دریافت که کبالت قادر است حداقل در سه نوع از عوارض حاصل از مسمومیت های صنعتی تشدید به عمل آورد. یکی نوعی درماتیت آلرژیک از نوع حساسیت که در اثر گردوغبار حاوی کبالت در کربورتنگستن دیده شده است . دوم پنوموکونیوز کربور تنگستن و کبالت که ایجاد عکس العمل های شدید تنفسی همراه با هیپرگلوبولینمی می نماید و در کارگران صنعت ابزار سازی امریکا دیده شده است . سوم حالت آلرژیک و ناراحتی های تنفسی در کارگرانی که در احیا سنگهای معدنی کبالت اشتغال داشته اند.

استانداردهای بهداشتی و میزان مجاز تماس

طبق نظر (OSHA) ، حداکثر مقدار مجاز کبالت موجود در هوای محل کار با هشت ساعت کاردر روز، 1/0 میلی گرم در متر مکعب می باشد. همچنین انستیتوی ملی سلامت و امنیت شغلی آمریکا (NIOSH)، حداکثر میزان کبالت در مشاغل مربوطه را 5/0 میلی گرم در متر مکعب برای ده ساعت کار روزانه تعیین کرده است.

بعلت حساسیت های آلرژیک مشکوکی که در اثر تماس با کبالت و ترکیبات صنعتی آن دیده شده TLV  برای آن 1/0 میلی گرم در متر مکعب هوا توسط ACGIH ‌ پذیرفته شده است.

قابلیت  احتراق

فقط بعضی از اشکال کبالت آتش گیرنده هستند . نوعی از املاح آن که در اثر  احیا اکسید با هیدروژن بدست می آید آتش گیرنده می باشد . در موقعی ک اکسیدکبالت در حدود 14 تا 16 درصد  اکسیژن داشته باشد و با آمونیاک احیا شود  در مجاورت هوا شعله ور یا برافروخته و فروزان می شود . کبالت پیروفوریک پودر سیاهرنگی است که در اثر تماس با اکسیژن و با هوا با درخشش زیادی می سوزد و شعله ور می شود.