El cobalto es un elemento químico de símbolo Co y número atómico 27. Al igual que el níquel , el cobalto se encuentra en la corteza terrestre solo en forma químicamente combinada, salvo en pequeños depósitos que se encuentran en aleaciones de hierro meteórico natural . El elemento libre , producido por fundición reductora, es un metal gris, duro, brillante y algo quebradizo .
Los pigmentos azules a base de cobalto ( azul cobalto ) se han utilizado desde la antigüedad para joyería y pinturas, y para impartir un tinte azul distintivo al vidrio. Durante mucho tiempo se creyó que el color se debía al metal bismuto . Los mineros habían utilizado durante mucho tiempo el nombre de mineral de kobold ( en alemán , mineral de duende ) para algunos de los minerales productores de pigmentos azules . Se los llamó así porque eran pobres en metales conocidos y emitían humos venenosos que contenían arsénico cuando se fundían. [8] En 1735, se descubrió que dichos minerales eran reducibles a un nuevo metal (el primero descubierto desde la antigüedad), que finalmente recibió el nombre del kobold .
En la actualidad, parte del cobalto se produce específicamente a partir de varios minerales con brillo metálico, como la cobaltita (CoAsS). El elemento se produce más habitualmente como subproducto de la minería de cobre y níquel. El Cinturón de Cobre en la República Democrática del Congo (RDC) y Zambia produce la mayor parte de la producción mundial de cobalto. La producción mundial en 2016 fue de 116.000 toneladas (114.000 toneladas largas; 128.000 toneladas cortas) (según Recursos Naturales de Canadá ), y la RDC por sí sola representó más del 50%. [9]
El cobalto se utiliza principalmente en baterías de iones de litio y en la fabricación de aleaciones magnéticas , resistentes al desgaste y de alta resistencia . Los compuestos silicato de cobalto y aluminato de cobalto (II) ( CoAl2O4 , azul cobalto) dan un color azul intenso distintivo al vidrio , la cerámica , las tintas , las pinturas y los barnices . El cobalto se presenta de forma natural como un solo isótopo estable , el cobalto-59. El cobalto-60 es un radioisótopo de importancia comercial, utilizado como trazador radiactivo y para la producción de rayos gamma de alta energía . El cobalto también se utiliza en la industria petrolera como catalizador al refinar el petróleo crudo. Esto es para purgarlo de azufre, que es muy contaminante cuando se quema y causa lluvia ácida. [10]
El cobalto es el centro activo de un grupo de coenzimas llamadas cobalaminas . La vitamina B 12 , el ejemplo más conocido de este tipo, es una vitamina esencial para todos los animales. El cobalto en forma inorgánica también es un micronutriente para bacterias , algas y hongos .
El nombre cobalto deriva de un tipo de mineral considerado una molestia por los mineros de plata alemanes del siglo XVI, que a su vez puede haber recibido el nombre de un espíritu o duende considerado supersticiosamente responsable de él; este espíritu es considerado equitativo al kobold (un espíritu doméstico ) por algunos, o categorizado como un gnomo (espíritu de la mina) por otros.
El cobalto es un metal ferromagnético con una gravedad específica de 8,9. La temperatura de Curie es de 1115 °C (2039 °F) [11] y el momento magnético es de 1,6–1,7 magnetones de Bohr por átomo . [12] El cobalto tiene una permeabilidad relativa dos tercios de la del hierro . [13] El cobalto metálico se presenta en dos estructuras cristalográficas : hcp y fcc . La temperatura de transición ideal entre las estructuras hcp y fcc es de 450 °C (842 °F), pero en la práctica la diferencia de energía entre ellas es tan pequeña que el crecimiento aleatorio de las dos es común. [14] [15] [16]
El cobalto es un metal débilmente reductor que está protegido de la oxidación por una película de óxido pasivante . Es atacado por halógenos y azufre . El calentamiento en oxígeno produce Co3O4 que pierde oxígeno a 900 °C (1650 °F) para dar el monóxido CoO. [17] El metal reacciona con flúor (F2 ) a 520 K para dar CoF3 ; con cloro ( Cl2), bromo (Br2) y yodo (I2), produciendo haluros binarios equivalentes. No reacciona con gas hidrógeno ( H2 ) o gas nitrógeno ( N2 ) incluso cuando se calienta , pero sí reacciona con boro , carbono , fósforo , arsénico y azufre . [ 18 ] A temperaturas ordinarias, reacciona lentamente con ácidos minerales y muy lentamente con aire húmedo , pero no seco. [ cita requerida ]
Los estados de oxidación comunes del cobalto incluyen +2 y +3, aunque también se conocen compuestos con estados de oxidación que van desde -3 a +5 . Un estado de oxidación común para compuestos simples es +2 (cobalto(II)). Estas sales forman el complejo acuoso metálico de color rosa [Co(H
2O)
6]2+
en agua. La adición de cloruro da como resultado el azul intenso [CoCl
4]2−
. [6] En una prueba de llama con perlas de bórax , el cobalto muestra un color azul profundo tanto en llamas oxidantes como reductoras. [19]
Se conocen varios óxidos de cobalto. El óxido de cobalto (II) verde (CoO) tiene estructura de sal de roca . Se oxida fácilmente con agua y oxígeno a hidróxido de cobalto (III) marrón (Co(OH) 3 ). A temperaturas de 600-700 °C, el CoO se oxida al óxido de cobalto (II,III) azul (Co 3 O 4 ), que tiene una estructura de espinela . [6] También se conoce el óxido de cobalto (III) negro (Co 2 O 3 ). [20] Los óxidos de cobalto son antiferromagnéticos a baja temperatura : CoO ( temperatura de Néel 291 K) y Co 3 O 4 (temperatura de Néel: 40 K), que es análogo a la magnetita (Fe 3 O 4 ), con una mezcla de estados de oxidación +2 y +3. [21]
Los principales calcogenuros de cobalto son los sulfuros de cobalto (II) negro , CoS 2 ( estructura de pirita ), Co 2 S 3 ( estructura de espinela ) y CoS ( estructura de arseniuro de níquel ). [6] : 1118
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Se conocen cuatro dihaluros de cobalto(II): fluoruro de cobalto(II) (CoF 2 , rosa), cloruro de cobalto(II) (CoCl 2 , azul), bromuro de cobalto(II) (CoBr 2 , verde) y yoduro de cobalto(II) (CoI 2 , azul-negro). Estos haluros existen en forma anhidra e hidratada. Mientras que el dicloruro anhidro es azul, el hidrato es rojo. [22]
El potencial de reducción para la reacción Co3+
+ e − → Co2+
es +1,92 V, más allá de eso para el cloro a cloruro, +1,36 V. En consecuencia, el cloruro de cobalto (III) se reduciría espontáneamente a cloruro de cobalto (II) y cloro. Debido a que el potencial de reducción para el flúor a fluoruro es tan alto, +2,87 V, el fluoruro de cobalto (III) es uno de los pocos compuestos estables simples de cobalto (III). El fluoruro de cobalto (III), que se utiliza en algunas reacciones de fluoración, reacciona vigorosamente con el agua. [17]
El inventario de complejos es muy grande. A partir de los estados de oxidación más altos, los complejos de Co(IV) y Co(V) son raros. Se encuentran ejemplos en el hexafluorocobaltato(IV) de cesio (Cs2CoF6 ) y el percobaltato de potasio ( K3CoO4 ) . [ 17 ]
El cobalto (III) forma una amplia variedad de complejos de coordinación con amoníaco y aminas, que se denominan complejos de amina . Los ejemplos incluyen [Co(NH 3 ) 6 ] 3+ , [Co(NH 3 ) 5 Cl] 2+ ( cloropentamminocobalto (III) ), y cis - y trans - [Co(NH 3 ) 4 Cl 2 ] + . Los complejos de etilendiamina correspondientes también son bien conocidos. Se conocen análogos en los que los haluros se reemplazan por nitrito , hidróxido , carbonato , etc. Alfred Werner trabajó extensamente en estos complejos en su trabajo ganador del premio Nobel. [23] La robustez de estos complejos se demuestra por la resolución óptica de tris(etilendiamina)cobalto (III) ( [Co(en)
3]3+
). [24]
El cobalto (II) forma una amplia variedad de complejos, pero principalmente con ligandos débilmente básicos. El catión de color rosa hexaaquocobalto (II) [Co(H 2 O) 6 ] 2+ se encuentra en varias sales de cobalto habituales, como el nitrato y el sulfato. Tras la adición de exceso de cloruro, las soluciones del complejo hexaaquo se convierten en el azul intenso CoCl2−4, que es tetraédrico.
Los ligandos más suaves como la trifenilfosfina forman complejos con Co(II) y Co(I), siendo algunos ejemplos el cloruro de bis- y tris(trifenilfosfina)cobalto(I), CoCl 2 (PPh 3 ) 2 y CoCl(PPh 3 ) 3 . Estos complejos de Co(I) y Co(II) representan un enlace con los complejos organometálicos descritos a continuación.
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El cobaltoceno es un análogo estructural del ferroceno , con cobalto en lugar de hierro. El cobaltoceno es mucho más sensible a la oxidación que el ferroceno. [25] El carbonilo de cobalto ( Co 2 (CO) 8 ) es un catalizador en reacciones de carbonilación e hidrosililación . [26] La vitamina B 12 (ver más abajo ) es un compuesto organometálico que se encuentra en la naturaleza y es la única vitamina que contiene un átomo de metal. [27] Un ejemplo de un complejo de alquilcobalto en el estado de oxidación +4, por lo demás poco común, del cobalto es el complejo homoléptico tetrakis(1-norbornil)cobalto(IV) (Co(1-norb) 4 ), un complejo de metal de transición-alquilo que es notable por su resistencia a la eliminación de β-hidrógeno , [28] de acuerdo con la regla de Bredt . Los complejos de cobalto(III) y cobalto(V) [Li(THF)
4]+
[Co(1-norb)
4]−
y [Co(1-norb)
4]+
[Novio]
4]−
También se conocen. [29]
El 59 Co es el único isótopo estable del cobalto y el único que existe de forma natural en la Tierra. Se han caracterizado veintidós radioisótopos : el más estable, el 60 Co , tiene una vida media de 5,2714 años; el 57 Co tiene una vida media de 271,8 días; el 56 Co tiene una vida media de 77,27 días; y el 58 Co tiene una vida media de 70,86 días. Todos los demás isótopos radiactivos del cobalto tienen vidas medias inferiores a 18 horas y, en la mayoría de los casos, inferiores a 1 segundo. Este elemento también tiene 4 estados meta , todos ellos con vidas medias inferiores a 15 minutos. [30]
Los isótopos del cobalto tienen un peso atómico que va desde 50 u ( 50 Co) hasta 73 u ( 73 Co). El modo de desintegración principal de los isótopos con valores unitarios de masa atómica menores que el del único isótopo estable, 59 Co, es la captura de electrones y el modo de desintegración principal de los isótopos con masa atómica mayor que 59 unidades de masa atómica es la desintegración beta . Los principales productos de desintegración por debajo de 59 Co son los isótopos del elemento 26 ( hierro ); por encima de este valor, los productos de desintegración son los isótopos del elemento 28 (níquel). [30]
Se han propuesto muchas versiones diferentes sobre el origen de la palabra "cobalto". En una versión, el elemento cobalto recibió su nombre de " kobelt ", el nombre que los mineros de plata alemanes del siglo XVI habían dado a un tipo de mineral molesto que se encontraba en el lugar y que era corrosivo y emitía gases venenosos. [31] [32] Aunque estos minerales se habían utilizado para la pigmentación azul desde la antigüedad, los alemanes en ese momento no tenían la tecnología para fundir el mineral en metal (cf. § Historia a continuación). [33]
La autoridad sobre dicho mineral kobelt (latinizado como cobalto o cadmia [34] [35] ) en ese momento era Georgius Agricola . [31] [33] También fue la autoridad citada a menudo sobre los espíritus de minas llamados " kobel " (latinizado como cobalus o pl. cobali ) en una obra separada. [36] [37] [38]
Agricola no hizo una conexión entre el mineral de nombre similar y el espíritu. Sin embargo, una conexión causal (el mineral se atribuyó a "kobel") fue hecha por un contemporáneo [40] y una conexión de origen de la palabra (la palabra "formada" a partir de cobalus ) hecha por un escritor de finales del siglo XVIII. [41] Más tarde, el diccionario de Grimms (1868) señaló que el mineral de kobalto/kobelt fue atribuido al espíritu de la montaña ( Bergmännchen[b] ), que también fue considerado responsable de "robar la plata y producir un mineral que causó una atmósfera minera pobre ( Wetter [42] ) y otros riesgos para la salud". [32]
Las entradas del diccionario de los hermanos Grimm equiparaban la palabra "kobel" con "kobold", y la enumeraban como una mera variante diminutiva , [44] pero el último se define en él como un espíritu doméstico . [43] Mientras que algunos de los comentaristas más recientes prefieren caracterizar al homónimo del mineral, kobelt (recté kobel ), como un gnomo . [45] [48]
El Oxford English Dictionary de principios del siglo XX (primera edición, 1908) había confirmado la etimología de Grimm. [c] [49] Pero casi al mismo tiempo en Alemania, se estaba proponiendo como más convincente la etimología alternativa no respaldada por Grimm ( kob/kof "casa, cámara" + walt "poder, gobernante"). [50] [51]
Un poco más tarde, Paul Kretschmer (1928) explicó que si bien esta etimología de "gobernante de la casa" era la adecuada que respaldaba el significado original de kobold como espíritu del hogar, más tarde se produjo una corrupción que introdujo la idea de "demonio de la mina". [52] La edición actual del Etymologisches Wörterbuch (25.ª ed., 2012) en "kobold" enumera esta última, no la etimología de Grimm, pero aún persiste, en su entrada para "kobalto", que si bien el mineral de cobalto puede haber obtenido su nombre de "un tipo de espíritu/demonio de la mina" ( daemon metallicus ) al tiempo que afirma que este es "aparentemente" el kobold. [53]
Joseph William Mellor (1935) también afirmó que el cobalto puede derivar del kobalos ( κόβαλος ), aunque se habían sugerido otras teorías. [54]
Se han sugerido varias etimologías alternativas que pueden no implicar en absoluto un espíritu (kobel o kobold). Karl Müller-Fraureuth conjeturó que kobelt derivaba de Kübel , un cubo utilizado en minería, mencionado con frecuencia por Agricola, [50] es decir, kobel/köbel (latinizado como modulus ). [55]
Otra teoría dada por el Etymologisches Wörterbuch deriva el término de kōbathium [53] o más bien cobathia ( κωβάθια , "sulfuro de arsénico" [56] ) que se presenta en forma de humos nocivos. [33]
Emanuel Merck (1902) sugirió una etimología del eslavo kowalti . [57] [54]
WW Skeat y J. Berendes interpretaron al κόβαλος como un "parásito", es decir, como un mineral parásito del níquel , [54] pero esta explicación es criticada por su anacronismo ya que el níquel no fue descubierto hasta 1751. [58] [59]
Los compuestos de cobalto se han utilizado durante siglos para impartir un color azul intenso al vidrio , los esmaltes y la cerámica . Se ha detectado cobalto en esculturas egipcias, joyas persas del tercer milenio a. C., en las ruinas de Pompeya , destruida en el año 79 d. C., y en China, que datan de la dinastía Tang (618-907 d. C.) y la dinastía Ming (1368-1644 d. C.). [60]
El cobalto se ha utilizado para dar color al vidrio desde la Edad del Bronce . La excavación del naufragio de Uluburun permitió descubrir un lingote de vidrio azul, fundido durante el siglo XIV a. C. [61] [62] El vidrio azul de Egipto se coloreaba con cobre, hierro o cobalto. El vidrio de color cobalto más antiguo es de la dinastía XVIII de Egipto (1550-1292 a. C.). Se desconoce la fuente del cobalto que utilizaban los egipcios. [63]
La palabra cobalto se deriva del término alemán del siglo XVI " kobelt ", un tipo de mineral, como se mencionó anteriormente. Los primeros intentos de fundir esos minerales para obtener cobre o plata fracasaron, y en su lugar se obtuvo simplemente polvo (óxido de cobalto (II)). Debido a que los minerales primarios de cobalto siempre contienen arsénico, la fundición del mineral oxidó el arsénico en óxido de arsénico altamente tóxico y volátil , lo que aumentó la notoriedad del mineral. [64] Paracelso , Georgius Agricola y Basil Valentine se refirieron a estos silicatos como "cobalto". [65]
Al químico sueco Georg Brandt (1694-1768) se le atribuye el descubrimiento del cobalto en 1735 , demostrando que era un elemento previamente desconocido, distinto del bismuto y otros metales tradicionales. Brandt lo llamó un nuevo "semimetal", [66] [67] nombrándolo por el mineral del que lo había extraído. [68] : 153 Demostró que los compuestos de cobalto metálico eran la fuente del color azul del vidrio, que anteriormente se había atribuido al bismuto encontrado con cobalto. El cobalto se convirtió en el primer metal en ser descubierto desde el período prehistórico. Todos los metales conocidos anteriormente (hierro, cobre, plata, oro, zinc, mercurio, estaño, plomo y bismuto) no tenían descubridores registrados. [69]
Durante el siglo XIX, una parte significativa de la producción mundial de azul de cobalto (un pigmento hecho con compuestos de cobalto y alúmina) y esmalte ( vidrio de cobalto en polvo para su uso con fines pigmentarios en cerámica y pintura) se llevó a cabo en el Blaafarveværket noruego . [70] [71] Las primeras minas para la producción de esmalte en el siglo XVI se ubicaron en Noruega, Suecia, Sajonia y Hungría. Con el descubrimiento de mineral de cobalto en Nueva Caledonia en 1864, la minería de cobalto en Europa disminuyó. Con el descubrimiento de depósitos de mineral en Ontario , Canadá, en 1904 y el descubrimiento de depósitos aún más grandes en la provincia de Katanga en el Congo en 1914, las operaciones mineras cambiaron nuevamente. [64] Cuando comenzó el conflicto de Shaba en 1978, las minas de cobre de la provincia de Katanga casi detuvieron la producción. [72] [73] El impacto de este conflicto sobre la economía mundial del cobalto fue menor de lo esperado: el cobalto es un metal raro, el pigmento es altamente tóxico y la industria ya había establecido formas efectivas de reciclar materiales de cobalto. En algunos casos, la industria pudo cambiar a alternativas sin cobalto. [72] [73]
En 1938, John Livingood y Glenn T. Seaborg descubrieron el radioisótopo cobalto-60 . [74] Este isótopo se utilizó en la Universidad de Columbia en la década de 1950 para establecer la violación de la paridad en la desintegración beta radiactiva . [75] [76]
Después de la Segunda Guerra Mundial, Estados Unidos quiso garantizar el suministro de mineral de cobalto para usos militares (como lo habían estado haciendo los alemanes) y realizó prospecciones de cobalto dentro de Estados Unidos. El cobalto de alta pureza era muy buscado para su uso en motores a reacción y turbinas de gas. [77] Se encontró un suministro adecuado de mineral en Idaho cerca del cañón Blackbird . Calera Mining Company comenzó la producción en el sitio. [78]
La demanda de cobalto se ha acelerado aún más en el siglo XXI como componente esencial de los materiales utilizados en baterías recargables, superaleaciones y catalizadores. [77] Se ha argumentado que el cobalto será uno de los principales objetos de competencia geopolítica en un mundo que funciona con energía renovable y depende de baterías, pero esta perspectiva también ha sido criticada por subestimar el poder de los incentivos económicos para una producción expandida. [79]
La forma estable del cobalto se produce en las supernovas a través del proceso r . [80] Comprende el 0,0029% de la corteza terrestre . Excepto como se entregó recientemente en el hierro meteórico, el cobalto libre (el metal nativo ) no se encuentra en la superficie de la Tierra debido a su tendencia a reaccionar con el oxígeno en la atmósfera. Se encuentran pequeñas cantidades de compuestos de cobalto en la mayoría de las rocas, suelos, plantas y animales. [81] En el océano, el cobalto generalmente reacciona con el cloro.
En la naturaleza, el cobalto se asocia frecuentemente con el níquel . Ambos son componentes característicos del hierro meteórico , aunque el cobalto es mucho menos abundante en los meteoritos de hierro que el níquel. Al igual que con el níquel, el cobalto en las aleaciones de hierro meteórico puede haber estado lo suficientemente protegido del oxígeno y la humedad como para permanecer como metal libre (pero aleado). [82]
El cobalto en forma compuesta se encuentra en minerales de cobre y níquel. Es el principal componente metálico que se combina con azufre y arsénico en los minerales sulfídicos de cobaltita (CoAsS), safflorita (CoAs 2 ), glaucodota ( (Co,Fe)AsS ) y skutterudita (CoAs 3 ). [17] El mineral cattierita es similar a la pirita y se encuentra junto con la vaesita en los depósitos de cobre de la provincia de Katanga . [83] Cuando alcanza la atmósfera, se produce la meteorización ; los minerales de sulfuro se oxidan y forman eritrita rosa ("vislumbre de cobalto": Co 3 (AsO 4 ) 2 ·8H 2 O ) y esferocobaltita (CoCO 3 ). [84] [85]
El cobalto también es un componente del humo del tabaco . [86] La planta del tabaco absorbe y acumula fácilmente metales pesados como el cobalto del suelo circundante en sus hojas, que luego se inhalan al fumar tabaco . [87]
Los principales minerales de cobalto son la cobaltita , la eritrita , la glaucodota y la skutterudita (véase más arriba), pero la mayor parte del cobalto se obtiene reduciendo los subproductos de cobalto de la minería y fundición de níquel y cobre . [89] [90]
Dado que el cobalto se produce generalmente como subproducto, su suministro depende en gran medida de la viabilidad económica de la minería de cobre y níquel en un mercado determinado. Se prevé que la demanda de cobalto crezca un 6% en 2017. [91]
Los depósitos primarios de cobalto son raros, como los que se encuentran en depósitos hidrotermales asociados con rocas ultramáficas , como el distrito de Bou-Azzer en Marruecos . En esos lugares, se extraen exclusivamente minerales de cobalto, aunque en menor concentración, y por lo tanto requieren un mayor procesamiento posterior para la extracción de cobalto. [92] [93]
Existen varios métodos para separar el cobalto del cobre y el níquel, dependiendo de la concentración de cobalto y la composición exacta del mineral utilizado. Un método es la flotación por espuma , en la que los surfactantes se unen a los componentes del mineral, lo que lleva a un enriquecimiento de los minerales de cobalto. La tostación posterior convierte los minerales en sulfato de cobalto , y el cobre y el hierro se oxidan al óxido. La lixiviación con agua extrae el sulfato junto con los arseniatos . Los residuos se lixivian aún más con ácido sulfúrico , produciendo una solución de sulfato de cobre. El cobalto también se puede lixiviar de la escoria de la fundición de cobre. [94]
Los productos de los procesos antes mencionados se transforman en óxido de cobalto (Co 3 O 4 ). Este óxido se reduce a metal mediante la reacción aluminotérmica o reducción con carbono en un alto horno . [17]
El Servicio Geológico de los Estados Unidos estima que las reservas mundiales de cobalto ascienden a 7.100.000 toneladas métricas. [95] La República Democrática del Congo (RDC) produce actualmente el 63% del cobalto mundial. Esta cuota de mercado puede alcanzar el 73% en 2025 si las expansiones previstas por productores mineros como Glencore Plc se llevan a cabo como se espera. Bloomberg New Energy Finance ha estimado que para 2030, la demanda mundial de cobalto podría ser 47 veces mayor que en 2017. [96]
Los cambios que el Congo introdujo en las leyes mineras en 2002 atrajeron nuevas inversiones en proyectos de cobre y cobalto congoleños. La mina Mutanda de Glencore envió 24.500 toneladas de cobalto en 2016, el 40% de la producción de la República Democrática del Congo y casi una cuarta parte de la producción mundial. Después de un exceso de oferta, Glencore cerró Mutanda durante dos años a fines de 2019. [97] [98] El proyecto minero Katanga de Glencore también se está reanudando y debería producir 300.000 toneladas de cobre y 20.000 toneladas de cobalto para 2019, según Glencore. [91]
En 2005, el principal productor de cobalto fueron los yacimientos de cobre de la provincia de Katanga, en la República Democrática del Congo . La zona, antiguamente provincia de Shaba, poseía casi el 40% de las reservas mundiales, según informó el British Geological Survey en 2009. [99]
La minería artesanal aporta entre el 17% y el 40% de la producción de la República Democrática del Congo. [100] Unos 100.000 mineros de cobalto en la República Democrática del Congo utilizan herramientas manuales para excavar cientos de metros, con poca planificación y menos medidas de seguridad, según afirman los trabajadores y funcionarios del gobierno y de las ONG, así como las observaciones de los periodistas del Washington Post en sus visitas a minas aisladas. La falta de precauciones de seguridad causa con frecuencia lesiones o muertes. [101] La minería contamina los alrededores y expone a la fauna local y a las comunidades indígenas a metales tóxicos que se cree que causan defectos de nacimiento y dificultades respiratorias, según los funcionarios de salud. [102]
El trabajo infantil se utiliza en la extracción de cobalto de las minas artesanales africanas . [100] [103] Los activistas de derechos humanos han destacado esto y los informes de periodismo de investigación lo han confirmado. [104] [105] Esta revelación impulsó al fabricante de teléfonos celulares Apple Inc. , el 3 de marzo de 2017, a dejar de comprar mineral de proveedores como Zhejiang Huayou Cobalt que se abastecen de minas artesanales en la República Democrática del Congo, y comenzar a utilizar solo proveedores que estén verificados para cumplir con sus estándares laborales. [106] [107]
Existe una presión global por parte de la UE y los principales fabricantes de automóviles (OEM) para que la producción mundial de cobalto se obtenga y produzca de manera sostenible, responsable y con trazabilidad en la cadena de suministro. Las empresas mineras están adoptando y practicando iniciativas ESG en línea con la Guía de la OCDE y poniendo en marcha evidencia de actividades con huella de carbono cero o baja en la producción de la cadena de suministro de baterías de iones de litio . Estas iniciativas ya se están llevando a cabo con las principales empresas mineras, las empresas mineras artesanales y de pequeña escala (ASM). Fabricantes de automóviles y cadenas de suministro de fabricantes de baterías: Tesla, VW, BMW, BASF y Glencore están participando en varias iniciativas, como la Iniciativa de Cobalto Responsable y el estudio Cobalto para el Desarrollo. En 2018, BMW Group, en asociación con BASF, Samsung SDI y Samsung Electronics, lanzó un proyecto piloto en la República Democrática del Congo en una mina piloto, para mejorar las condiciones y abordar los desafíos de los mineros artesanales y las comunidades circundantes.
La dinámica política y étnica de la región ha provocado en el pasado brotes de violencia y años de conflicto armado y poblaciones desplazadas. Esta inestabilidad afectó al precio del cobalto y también creó incentivos perversos para que los combatientes de la Primera y Segunda Guerra del Congo prolongaran los combates, ya que el acceso a las minas de diamantes y otros recursos valiosos contribuía a financiar sus objetivos militares (que con frecuencia equivalían a genocidio) y también enriquecía a los propios combatientes. Si bien en la década de 2010 la República Democrática del Congo no ha sido invadida recientemente por fuerzas militares vecinas, algunos de los depósitos minerales más ricos lindan con zonas en las que los tutsis y los hutus siguen enfrentándose con frecuencia, los disturbios continúan aunque en menor escala y los refugiados siguen huyendo de los brotes de violencia. [108]
El cobalto extraído de pequeñas explotaciones mineras artesanales congoleñas en 2007 abasteció a una sola empresa china, Congo DongFang International Mining. Una filial de Zhejiang Huayou Cobalt, uno de los mayores productores de cobalto del mundo, Congo DongFang suministró cobalto a algunos de los mayores fabricantes de baterías del mundo, que produjeron baterías para productos omnipresentes como los iPhones de Apple . Debido a las supuestas violaciones laborales y las preocupaciones ambientales, LG Chem posteriormente auditó a Congo DongFang de acuerdo con las directrices de la OCDE. LG Chem, que también produce materiales para baterías para empresas automovilísticas, impuso un código de conducta a todos los proveedores que inspecciona. [109]
El proyecto de la montaña Mukondo , operado por la Central African Mining and Exploration Company (CAMEC) en la provincia de Katanga, puede ser la reserva de cobalto más rica del mundo. Se estima que produjo un tercio de la producción mundial total de cobalto en 2008. [110] En julio de 2009, CAMEC anunció un acuerdo a largo plazo para entregar toda su producción anual de concentrado de cobalto de la montaña Mukondo a Zhejiang Galico Cobalt & Nickel Materials de China. [111]
En 2016, se estimó que la propiedad china de la producción de cobalto en el Congo superaba el 10% del suministro mundial de cobalto, lo que constituye un insumo clave para la industria de refinación de cobalto china y otorga a China una influencia sustancial sobre la cadena de suministro mundial de cobalto. [112] El control chino del cobalto congoleño ha generado preocupación en las naciones occidentales que han tratado de reducir la dependencia de la cadena de suministro de China y han expresado su preocupación por las violaciones de los derechos humanos y laborales en las minas de cobalto en la República Democrática del Congo. [113] [114]
En febrero de 2018, la firma de gestión de activos globales AllianceBernstein definió a la RDC como económicamente "la Arabia Saudita de la era de los vehículos eléctricos", debido a sus recursos de cobalto, esenciales para las baterías de iones de litio que impulsan los vehículos eléctricos . [115]
El 9 de marzo de 2018, el presidente Joseph Kabila actualizó el código minero de 2002, aumentando los cobros de regalías y declarando al cobalto y al coltán como "metales estratégicos". [116] [117] El código minero de 2002 se actualizó efectivamente el 4 de diciembre de 2018. [118]
En diciembre de 2019, International Rights Advocates, una ONG de derechos humanos, presentó una demanda histórica contra Apple, Tesla , Dell , Microsoft y la empresa Alphabet de Google por "beneficiarse deliberadamente y ayudar e instigar el uso cruel y brutal de niños pequeños" en la minería de cobalto. [119] Las empresas en cuestión negaron su participación en el trabajo infantil . [120] En 2024, el tribunal dictaminó que los proveedores facilitan el trabajo forzoso, pero las empresas tecnológicas estadounidenses no son responsables porque no operan como una empresa compartida con los proveedores y que las "supuestas lesiones no son razonablemente rastreables" a ninguna de las conductas de los acusados. [121]
En 2017, algunas empresas de exploración estaban planeando inspeccionar antiguas minas de plata y cobalto en el área de Cobalt, Ontario , donde se cree que hay importantes depósitos. [122]
La canadiense Sherritt International procesa minerales de cobalto en depósitos de níquel de las minas de Moa en Cuba , y la isla tiene varias otras minas en Mayarí , Camagüey y Pinar del Río . Las inversiones continuas de Sherritt International en la producción cubana de níquel y cobalto mientras adquiría derechos mineros por 17 a 20 años hicieron que el país comunista ocupara el tercer lugar en reservas de cobalto en 2019, por delante del propio Canadá. [123]
En 2021, Indonesia comenzó a producir cobalto como subproducto de la producción de níquel , a partir de cantidades más pequeñas . Para 2022, el país se había convertido en el segundo mayor productor de cobalto del mundo, y Benchmark Mineral Intelligence pronostica que la producción indonesia representará el 20 por ciento de la producción mundial para 2030. [124]
En 2016, se utilizaron 116.000 toneladas (128.000 toneladas cortas) de cobalto. [9] El cobalto se ha utilizado en la producción de aleaciones de alto rendimiento. [89] [90] También se utiliza en algunas baterías recargables.
Las superaleaciones a base de cobalto han consumido históricamente la mayor parte del cobalto producido. [89] [90] La estabilidad de la temperatura de estas aleaciones las hace adecuadas para álabes de turbinas para turbinas de gas y motores a reacción de aviones, aunque las aleaciones monocristalinas a base de níquel las superan en rendimiento. [125] Las aleaciones a base de cobalto también son resistentes a la corrosión y al desgaste, lo que las hace, como el titanio , útiles para fabricar implantes ortopédicos que no se desgastan con el tiempo. El desarrollo de aleaciones de cobalto resistentes al desgaste comenzó en la primera década del siglo XX con las aleaciones de estelita , que contienen cromo con cantidades variables de tungsteno y carbono. Las aleaciones con cromo y carburos de tungsteno son muy duras y resistentes al desgaste. [126] Las aleaciones especiales de cobalto-cromo- molibdeno como Vitallium se utilizan para piezas protésicas (reemplazos de cadera y rodilla). [127] Las aleaciones de cobalto también se utilizan para prótesis dentales como un sustituto útil del níquel, que puede ser alergénico. [128] Algunos aceros de alta velocidad también contienen cobalto para aumentar la resistencia al calor y al desgaste. Las aleaciones especiales de aluminio, níquel, cobalto y hierro, conocidas como Alnico , y de samario y cobalto ( imán de samario-cobalto ) se utilizan en imanes permanentes . [129] También se alea con platino al 95% para joyería, lo que produce una aleación adecuada para fundición fina, que también es ligeramente magnética. [130]
El óxido de cobalto y litio (LiCoO2 ) se utiliza ampliamente en los cátodos de baterías de iones de litio . El material está compuesto de capas de óxido de cobalto con litio intercalado . Durante la descarga ( es decir , cuando no se está cargando activamente), el litio se libera como iones de litio. [131] Las baterías de níquel-cadmio [132] (NiCd) y de hidruro metálico de níquel [133] (NiMH) también incluyen cobalto para mejorar la oxidación del níquel en la batería. [132] Transparency Market Research estimó el mercado mundial de baterías de iones de litio en 30 mil millones de dólares en 2015 y predijo un aumento a más de 75 mil millones de dólares para 2024. [134]
Aunque en 2018 la mayor parte del cobalto en baterías se utilizó en un dispositivo móvil, [135] una aplicación más reciente del cobalto son las baterías recargables para automóviles eléctricos. Esta industria ha quintuplicado su demanda de cobalto, lo que hace urgente encontrar nuevas materias primas en áreas más estables del mundo. [136] Se espera que la demanda continúe o aumente a medida que aumenta la prevalencia de los vehículos eléctricos. [137] La exploración en 2016-2017 incluyó el área alrededor de Cobalt, Ontario, un área donde muchas minas de plata dejaron de operar hace décadas. [136] El cobalto para vehículos eléctricos aumentó un 81% desde el primer semestre de 2018 a 7200 toneladas en el primer semestre de 2019, para una capacidad de batería de 46,3 GWh. [138] [139]
Español Dado que se ha informado repetidamente sobre trabajo infantil y esclavo en la minería de cobalto, principalmente en las minas artesanales de la República Democrática del Congo, las empresas de tecnología que buscan una cadena de suministro ética se han enfrentado a la escasez de esta materia prima y [140] el precio del metal de cobalto alcanzó un máximo de nueve años en octubre de 2017, más de 30 dólares estadounidenses la libra, frente a los 10 dólares estadounidenses a finales de 2015. [141] Después de un exceso de oferta, el precio bajó a unos más normales 15 dólares en 2019. [142] [143] Como reacción a los problemas con la minería artesanal de cobalto en la República Democrática del Congo, varios proveedores de cobalto y sus clientes han formado la Fair Cobalt Alliance (FCA), que tiene como objetivo poner fin al uso de mano de obra infantil y mejorar las condiciones de trabajo de la minería y el procesamiento de cobalto en la República Democrática del Congo. Los miembros de FCA incluyen a Zhejiang Huayou Cobalt , Sono Motors , la Iniciativa de Cobalto Responsable, Fairphone , Glencore y Tesla, Inc. [144] [145]
La Unión Europea está realizando investigaciones sobre la posibilidad de eliminar los requisitos de cobalto en la producción de baterías de iones de litio. [146] [147] A partir de agosto de 2020, los fabricantes de baterías han reducido gradualmente el contenido de cobalto del cátodo de 1/3 ( NMC 111) a 1/5 (NMC 442) a actualmente 1/10 (NMC 811) y también han introducido el cátodo de fosfato de hierro y litio sin cobalto en los paquetes de baterías de automóviles eléctricos como el Tesla Model 3. [ 148] [149] En septiembre de 2020, Tesla describió sus planes para fabricar sus propias celdas de batería sin cobalto. [150]
Las baterías de fosfato de hierro y litio superaron oficialmente a las baterías ternarias de cobalto en 2021 con el 52% de la capacidad instalada. Los analistas estiman que su participación de mercado superará el 60% en 2024. [151]
Varios compuestos de cobalto son catalizadores de oxidación . El acetato de cobalto se utiliza para convertir xileno en ácido tereftálico , el precursor del polímero a granel tereftalato de polietileno . Los catalizadores típicos son los carboxilatos de cobalto (conocidos como jabones de cobalto). También se utilizan en pinturas, barnices y tintas como "agentes secantes" a través de la oxidación de aceites secantes . [152] [131] Sin embargo, su uso se está eliminando gradualmente debido a problemas de toxicidad. [153] Los mismos carboxilatos se utilizan para mejorar la adhesión entre el acero y el caucho en neumáticos radiales con cinturón de acero. Además, se utilizan como aceleradores en sistemas de resina de poliéster . [154] [155] [156]
Los catalizadores a base de cobalto se utilizan en reacciones que involucran monóxido de carbono . El cobalto también es un catalizador en el proceso Fischer-Tropsch para la hidrogenación de monóxido de carbono en combustibles líquidos. [157] La hidroformilación de alquenos a menudo utiliza octacarbonilo de cobalto como catalizador. [158] La hidrodesulfuración del petróleo utiliza un catalizador derivado del cobalto y el molibdeno. Este proceso ayuda a limpiar el petróleo de impurezas de azufre que interfieren con el refinado de combustibles líquidos. [131]
Antes del siglo XIX, el cobalto se utilizaba predominantemente como pigmento. Se ha utilizado desde la Edad Media para hacer esmalte , un vidrio de color azul. El esmalte se produce fundiendo una mezcla de esmaltita mineral tostada , cuarzo y carbonato de potasio , lo que produce un vidrio de silicato azul oscuro, que se muele finamente después de la producción. [159] El esmalte se usaba ampliamente para colorear el vidrio y como pigmento para pinturas. [160] En 1780, Sven Rinman descubrió el verde cobalto y en 1802 Louis Jacques Thénard descubrió el azul cobalto . [161] Los pigmentos de cobalto como el azul cobalto (aluminato de cobalto), el azul cerúleo (estannato de cobalto (II)), varios tonos de verde cobalto (una mezcla de óxido de cobalto (II) y óxido de zinc ) y el violeta de cobalto ( fosfato de cobalto ) se utilizan como pigmentos para artistas debido a su estabilidad cromática superior. [162] [163]
El cobalto-60 (Co-60 o 60 Co) es útil como fuente de rayos gamma porque se puede producir en cantidades predecibles con alta actividad bombardeando cobalto con neutrones . Produce rayos gamma con energías de 1,17 y 1,33 MeV . [30] [164]
El cobalto se utiliza en radioterapia de haz externo , esterilización de suministros médicos y desechos médicos, tratamiento de radiación de alimentos para esterilización ( pasteurización en frío ), [165] radiografía industrial (por ejemplo, radiografías de integridad de soldadura), mediciones de densidad (por ejemplo, mediciones de densidad del hormigón) e interruptores de altura de llenado de tanques. El metal tiene la desafortunada propiedad de producir un polvo fino, lo que causa problemas con la protección radiológica . El cobalto de las máquinas de radioterapia ha sido un peligro grave cuando no se desecha correctamente, y uno de los peores accidentes de contaminación por radiación en América del Norte ocurrió en 1984, cuando una unidad de radioterapia desechada que contenía cobalto-60 fue desmontada por error en un depósito de chatarra en Juárez, México. [166] [167]
El cobalto-60 tiene una vida media radiactiva de 5,27 años. La pérdida de potencia requiere el reemplazo periódico de la fuente en radioterapia y es una de las razones por las que las máquinas de cobalto han sido reemplazadas en gran medida por aceleradores lineales en la radioterapia moderna. [168] El cobalto-57 (Co-57 o 57 Co) es un radioisótopo de cobalto que se usa con mayor frecuencia en pruebas médicas, como radiomarcador para la captación de vitamina B 12 y para la prueba de Schilling . El cobalto-57 se usa como fuente en la espectroscopia Mössbauer y es una de las varias fuentes posibles en los dispositivos de fluorescencia de rayos X. [169] [170]
Los diseños de armas nucleares podrían incorporar intencionalmente 59Co , parte del cual se activaría en una explosión nuclear para producir 60Co . El 60Co , dispersado como lluvia radiactiva , a veces se denomina bomba de cobalto . [171] [172]
Debido a las propiedades ferromagnéticas del cobalto, se utiliza en la producción de varios materiales magnéticos. [173] Se utiliza para crear imanes permanentes como los imanes Alnico , conocidos por sus fuertes propiedades magnéticas utilizadas en motores eléctricos , sensores y máquinas de resonancia magnética . [174] [175] También se utiliza en la producción de aleaciones magnéticas como el acero al cobalto , ampliamente utilizado en medios de grabación magnética como discos duros y cintas . [176]
La capacidad del cobalto para mantener propiedades magnéticas a altas temperaturas lo hace valioso en aplicaciones de grabación magnética, lo que garantiza dispositivos de almacenamiento de datos confiables . [177] El cobalto también contribuye a imanes especializados como los imanes de samario-cobalto y neodimio-hierro-boro , que son vitales en la electrónica para componentes como sensores y actuadores . [178]
El cobalto es esencial para el metabolismo de todos los animales. Es un componente clave de la cobalamina , también conocida como vitamina B 12 , el principal reservorio biológico de cobalto como un ultraelemento traza . [181] [182] Las bacterias en los estómagos de los animales rumiantes convierten las sales de cobalto en vitamina B 12 , un compuesto que solo puede ser producido por bacterias o arqueas . Por lo tanto, una presencia mínima de cobalto en los suelos mejora notablemente la salud de los animales de pastoreo , y se recomienda una ingesta de 0,20 mg/kg al día, porque no tienen otra fuente de vitamina B 12 . [183]
Las proteínas basadas en cobalamina utilizan corrina para retener el cobalto. La coenzima B 12 presenta un enlace reactivo C-Co que participa en las reacciones. [184] En los humanos, B 12 tiene dos tipos de ligando alquilo : metilo y adenosilo. MeB 12 promueve transferencias de grupos metilo (−CH 3 ). La versión adenosilo de B 12 cataliza reordenamientos en los que un átomo de hidrógeno se transfiere directamente entre dos átomos adyacentes con intercambio concomitante del segundo sustituyente, X, que puede ser un átomo de carbono con sustituyentes, un átomo de oxígeno de un alcohol o una amina. La metilmalonil coenzima A mutasa (MUT) convierte MMl-CoA en Su-CoA , un paso importante en la extracción de energía de proteínas y grasas. [185]
Aunque son mucho menos comunes que otras metaloproteínas (por ejemplo, las de zinc y hierro), se conocen otras cobaltoproteínas además de la B 12 . Estas proteínas incluyen la metionina aminopeptidasa 2 , una enzima que se produce en humanos y otros mamíferos que no utiliza el anillo de corrina de la B 12 , sino que se une al cobalto directamente. Otra enzima de cobalto no corrina es la nitrilo hidratasa , una enzima en bacterias que metaboliza los nitrilos . [186]
En los seres humanos, el consumo de vitamina B 12 que contiene cobalto cubre todas las necesidades de cobalto. Para el ganado vacuno y ovino, que cubren las necesidades de vitamina B 12 a través de la síntesis por las bacterias residentes en el rumen, existe una función para el cobalto inorgánico. A principios del siglo XX, durante el desarrollo de la agricultura en la meseta volcánica de la Isla Norte de Nueva Zelanda, el ganado vacuno sufrió lo que se denominó "enfermedad de los matorrales". Se descubrió que los suelos volcánicos carecían de las sales de cobalto esenciales para la cadena alimentaria del ganado. [187] [188] Se descubrió que la "enfermedad de la costa" de las ovejas en el desierto de Ninety Mile del sudeste de Australia del Sur en la década de 1930 se originó en deficiencias nutricionales de oligoelementos como cobalto y cobre. La deficiencia de cobalto se superó mediante el desarrollo de "balas de cobalto", bolitas densas de óxido de cobalto mezcladas con arcilla que se administran por vía oral para alojarse en el rumen del animal . [ aclaración necesaria ] [189] [188] [190]
Se ha estimado que el valor LD 50 de las sales solubles de cobalto está entre 150 y 500 mg/kg. [192] En los EE. UU., la Administración de Seguridad y Salud Ocupacional (OSHA) ha designado un límite de exposición permisible (PEL) en el lugar de trabajo como un promedio ponderado en el tiempo (TWA) de 0,1 mg/m 3 . El Instituto Nacional para la Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH) ha establecido un límite de exposición recomendado (REL) de 0,05 mg/m 3 , promedio ponderado en el tiempo. El valor IDLH (inmediatamente peligroso para la vida y la salud) es de 20 mg/m 3 . [193]
Sin embargo, la ingestión crónica de cobalto ha provocado graves problemas de salud en dosis mucho menores que la dosis letal. En 1966, la adición de compuestos de cobalto para estabilizar la espuma de la cerveza en Canadá provocó una forma peculiar de miocardiopatía inducida por toxinas , que llegó a conocerse como miocardiopatía del bebedor de cerveza . [194] [195]
Además, se sospecha que el metal cobalto causa cáncer (es decir, posiblemente cancerígeno , Grupo 2B del IARC ) según las monografías de la Agencia Internacional para la Investigación sobre el Cáncer (IARC). [196]
Provoca problemas respiratorios si se inhala. [197] También provoca problemas en la piel si se toca; después del níquel y el cromo, el cobalto es una de las principales causas de dermatitis de contacto . [198]
cobaltum nostri uocant, Græci cadmio; Cf. índice bajo " cobalto ".
Dæmonum
:
Dæmon subterraneus trunculentus
: bergterufel;
mitis
bergmenlein/kobel/guttel
La mina se pondría en cuidado y mantenimiento por un período no inferior a dos años
