Het verhaal van de mensheid is grotendeels een verhaal van conflicten, vaak veroorzaakt door de ongelijke verdeling van middelen. Zolang we uit de bomen zijn, en waarschijnlijk ook veel daarvoor, hebben onze voorouders geworsteld om te krijgen wat ze nodig hebben om te overleven, vaak ten koste van een andere, meer fortuinlijke stam. Voedsel, water, land, het maakt niet uit; als zij het hebben en wij niet, is de kans groot dat er ruzie ontstaat.
Weinig hulpbronnen zijn zo ongelijk verdeeld over onze planeet als kobalt. Het metaal vormt slechts een fractie van een procent van de aardkorst, en commercieel significante concentraties zijn zeldzaam, genoeg zodat degenen die wat hebben vaak op gespannen voet komen te staan met degenen die het nodig hebben. En we hebben het nodig; wat in de oudheid begon als voornamelijk een rijk blauw pigment voor glas en keramiek, is onder andere essentieel geworden voor belangrijke industriële legeringen, krachtige magneten en de anodes van lithiumbatterijen.
Toegang krijgen tot onze beperkte voorraad kobalt en het raffineren tot een bruikbaar metaal is geen triviaal proces, en helaas dwingt het buitensporige belang ervan voor de technologische samenleving het tot een geopolitieke rol die veel heeft bijgedragen aan de menselijke ellende. Gelukkig maken marktkrachten en nieuwe technologie ooit marginale bronnen levensvatbaar, wat ons misschien kan helpen het kobalt te krijgen dat we nodig hebben zonder al het conflict.
Een kant van kobalt
De chemische eigenschappen van kobalt spelen een grote rol bij de ongelijke verdeling ervan. Net als aluminium is het in wezen onmogelijk om enig elementair kobalt in de natuur te vinden, en om vrijwel dezelfde reden: het reageert gemakkelijk met zuurstof en vormt oxiden die redelijk inert zijn. Het heeft ook de neiging om mineralen te vormen die nauw verbonden zijn met andere metalen, zoals koper en nikkel. In feite is bijna al het kobalt dat tegenwoordig wordt geproduceerd - 98% - een bijproduct van de mijnbouw en raffinage van deze twee belangrijke industriële metalen.
Kobaltiet, een van de vele ertsen van kobalt. Jacobus Sint Jan, CC BY 2.0, via Wikimedia Commons” data-medium-file=”https://hackaday.com/wp-content/uploads/2022/10/Cobaltite_Cobalt_Ontario_Canada_1_18599849584.jpg?w=400″ data-large-file=”https://hackaday.com/wp-content/uploads/2022/10/Cobaltite_Cobalt_Ontario_Canada_1_18599849584.jpg?w=800″ loading=”lazy” class=”size-medium wp-image-558117″ src=”https://hackaday.com/wp-content/uploads/2022/10/Cobaltite_Cobalt_Ontario_Canada_1_18599849584.jpg?w=400″ alt width=”400″ height=”272″ srcset=”https://hackaday.com/wp-content/uploads/2022/10/Cobaltite_Cobalt_Ontario_Canada_1_18599849584.jpg 3237w, https://hackaday.com/wp-content/uploads/2022/10/Cobaltite_Cobalt_Ontario_Canada_1_18599849584.jpg?resize=250,170 250w, https://hackaday.com/wp-content/uploads/2022/10/Cobaltite_Cobalt_Ontario_Canada_1_18599849584.jpg?resize=400,272 400w, https://hackaday.com/wp-content/uploads/2022/10/Cobaltite_Cobalt_Ontario_Canada_1_18599849584.jpg?resize=800,543 800w, https://hackaday.com/wp-content/uploads/2022/10/Cobaltite_Cobalt_Ontario_Canada_1_18599849584.jpg?resize=1536,1043 1536w, https://hackaday.com/wp-content/uploads/2022/10/Cobaltite_Cobalt_Ontario_Canada_1_18599849584.jpg?resize=2048,1391 2048w” sizes=”(max-width: 400px) 100vw, 400px”>
Kobalt vormt ook gemakkelijk mineralen die zwavel en helaas arseen bevatten. Er zijn meer dan 30 verschillende ertsen die kobalt bevatten in commercieel significante concentraties, waardoor het moeilijk is om één hoofderts aan te wijzen. De geologie die deze diverse ertsen gemakkelijk beschikbaar maakt, is echter vrij beperkt, en weten in welke soorten rotsformaties kobaltertsen waarschijnlijk worden aangetroffen, helpt verklaren waarom levensvatbare afzettingen over de hele wereld verspreid zijn.
Kobaltertsen komen meestal voor in twee brede geologische omgevingen: sedimentair en vulkanisch. Sedimentafzettingen, die tegenwoordig meer dan 50% van de kobaltwinning uitmaken, zijn zandsteen en leisteen die zich hebben gevormd onder oude oceanen en meren, waar organische sedimenten zich ophoopten en uiteindelijk gemineraliseerd werden, voornamelijk met metaalsulfiden. Twee grote sedimentaire afzettingen zijn de Europese Kupferschef, of "koperschalie", en de Centraal-Afrikaanse Copperbelt. Beide afzettingen bevatten enorme hoeveelheden kopersulfiden samen met een aanzienlijke hoeveelheid bijbehorende kobaltmineralen.
Vulkanogene ertsafzettingen zijn daarentegen afkomstig van hydrothermale processen, waarbij koper- en kobaltsulfidemineralen neerslaan uit vloeistoffen die door hydrothermale ventilatieopeningen gaan. Deze minerale afzettingen vormen zich oorspronkelijk op de zeebodem, maar tektonische activiteit en andere geologische processen leggen deze mineralen uiteindelijk bloot of brengen ze dicht genoeg bij de oppervlakte om relatief gemakkelijk toegang te krijgen. Vulkanogene kobaltafzettingen zijn inderdaad zeer zeldzaam, met slechts een handvol verspreid over de hele wereld, en zijn de enige formaties waar kobalt wordt gewonnen als primair product, in plaats van als bijproduct van koper- of nikkelwinning.
Oude bronnen, nieuwe methoden
De overgrote meerderheid van het kobalt dat momenteel wordt geproduceerd, is een bijproduct van de koperproductie, en aangezien de ertsen voor de twee metalen zo nauw met elkaar verbonden zijn in hun sedimentaire afzettingen, is het niet mogelijk om selectief het een of het ander te ontginnen. Het proces van het winnen van kobalt uit zijn ertsen is dus in wezen hetzelfde als het delven en raffineren van koper, wat we hebben al gedekt in deze serie. In het kort: gemalen sulfide-erts uit enorme dagbouwmijnen wordt opgehoopt in kuilen met ondoordringbare voeringen om een rijke minerale soep op te vangen die door een constante regen van zwavelzuur uit de rots wordt geloogd. Koper wordt door elektrolyse uit de oplossing gehaald, waarbij een verbruikte elektrolyt achterblijft die relatief rijk is aan kobalt en andere metalen.
Een reeks chemische precipitatiestappen en een secundaire uitloogstap verwijderen selectief de andere metalen uit de elektrolyt, waardoor het kobalt in de oplossing geleidelijk wordt verrijkt totdat het uiteindelijk kan worden neergeslagen door kalk toe te voegen om kobalt (II) hydroxide te creëren. Ondanks de associatie van kobalt met de kleur blauw, is het neerslag een mooie roze tint; het beroemde "Cobalt Blue" -pigment ontstaat alleen wanneer kobalt (II) oxide wordt gemengd met aluminiumoxide.
De kobaltmijn van Bou-Azzer in Marokko. Bron: Groep Beheer” data-medium-file=”https://hackaday.com/wp-content/uploads/2022/10/Bouazzer-067.jpg?w=400″ data-large-file=”https://hackaday.com /wp-content/uploads/2022/10/Bouazzer-067.jpg?w=800″ loading=”lazy” class=”size-medium wp-image-558116″ src=”https://hackaday.com/wp -content/uploads/2022/10/Bouazzer-067.jpg?w=400″ alt width=”400″ height=”270″ srcset=”https://hackaday.com/wp-content/uploads/2022/10 /Bouazzer-067.jpg 1136w, https://hackaday.com/wp-content/uploads/2022/10/Bouazzer-067.jpg?resize=250,169 250w, https://hackaday.com/wp-content/uploads /2022/10/Bouazzer-067.jpg?resize=400,270 400w, https://hackaday.com/wp-content/uploads/2022/10/Bouazzer-067.jpg?resize=800,541 800w” maten=”(max -breedte: 400px) 100vw, 400px”>
Voor de weinige commercieel levensvatbare vulkanogene kobaltbronnen, zoals de Bou-Azzer-mijn in Marokko en de nieuwe Idaho Cobalt-operaties (ICO) project, is het herstelproces nogal anders, vooral omdat de kobaltconcentratie in de rotsen meestal aanzienlijk lager is. Het plan voor het ICO-project, dat de enige kobaltmijn in de Verenigde Staten zal zijn en de eerste die in decennia wordt geopend, laat precies zien wat er komt kijken bij het terugwinnen van kobalt als primair product uit deze afzettingen.
Het ICO-project is gevestigd buiten de stad Salmon, Idaho, midden in het Zalm-Challis National Forest. De site bevindt zich in een 1.6 miljard jaar oude geologische formatie die bekend staat als de Idaho kobalt riem, die voor het eerst werd ontwikkeld in de jaren 1940 toen de behoefte aan een binnenlandse bron van kobalt duidelijk werd na de Tweede Wereldoorlog. Een dagbouwmijn was daar in bedrijf tot het begin van de jaren tachtig, toen goedkopere buitenlandse bronnen van kobalt het moeilijk maakten voor de mijn om levensvatbaar te blijven.
Een dagbouwmijn in het midden van een ongerept bos zou tegenwoordig natuurlijk moeilijk te verkopen zijn, dus de nieuwe eigenaren van de mijn, het Australische Jervois Mining, zullen investeren in diepschachtmijnbouw om toegang te krijgen tot het erts, dat voornamelijk kobaltiet, een verbinding van kobalt, arseen en zwavel (CoAsS). De aders die ze hebben geïdentificeerd, bevatten tot 1% kobalt, wat behoorlijk rijk is voor een vulkanische afzetting, en komt voor naast behoorlijk rijk chalcopyriet-kopererts, evenals een goede hoeveelheid goud.
Het ICO-project is net begonnen, met de werkzaamheden aan de mijnwerking en aan de concentratorfabriek die het erts ter plaatse zal verwerken. Wanneer het project in volle gang is, zal erts van de mijnwand naar de oppervlakte worden getransporteerd, om te worden opgeslagen voordat het wordt ingevoerd in een kaakbrekerfabriek. Het gemalen erts wordt vervolgens naar een kogelmolen gestuurd om tot een poeder te worden vermalen en tot een suspensie te worden gemaakt met toevoeging van water. Een oppervlakteactieve stof genoemd kalium amyl xanthaat (PAX) wordt dan toegevoegd voordat de slurry naar een reeks schuimflotatietanks wordt gestuurd. Hierbij wordt lucht in de mest gespoten, die dankzij de PAX grote bellen gaan vormen. De metaalsulfiden zullen naar boven drijven en worden afgeroomd, terwijl de zwaardere rotsblokken naar de bodem van de tank zullen vallen. Na verdikking met vacuümfiltratie wordt het concentraat gedroogd, in zakken gedaan en naar een andere locatie vervoerd voor verdere raffinage met behulp van de hierboven beschreven elektrowinningmethoden.
Kobalt tegen elke prijs
Het ICO-project zal naar verwachting ongeveer 45 miljoen pond (20,400 ton) kobalt en 175 miljoen pond (80,000 ton) koper produceren voordat het rond 2030 wordt gesloten voor sanering van de locatie. In een wereldmarkt die elk jaar ongeveer 116,000 ton produceert, het Idaho-project lijkt misschien kleine aardappelen, maar het feit dat er nieuwe bronnen van kobalt worden ontwikkeld, is goed nieuws, vooral omdat het een aantal problematische kobaltbronnen kan compenseren.
In 2021 kwam ongeveer 60% van de wereldwijde kobaltvoorraad uit de Democratische Republiek Congo (DRC), die boven op een groot deel van de Centraal-Afrikaanse Copperbelt ligt en geen onbekende is voor conflict over kobalt. Het grootste deel daarvan wordt gedolven in traditionele mijnen en verfijnd zoals hierboven beschreven, maar een groot deel komt van wat eufemistisch bekend staat als 'ambachtelijke mijnwerkers'. Dit zijn over het algemeen wanhopig arme mensen die hoogwaardige kobaltafzettingen buiten traditionele mijnen lokaliseren en handmatig erts verzamelen. Het werk is ongelooflijk gevaarlijk, zowel wat betreft de gebruikelijke gevaren die in elke mijn voorkomen, als verergerd door het ontbreken van persoonlijke beschermingsmiddelen, de aanwezigheid van giftige materialen en de dreiging van geweld door andere mijnwerkers. Kinderen worden als arbeid ingezet en de mijnwerkers verdienen soms maar centen per dag.
Ondanks de uitdagingen zijn de ambachtelijke mijnwerkers ongelooflijk productief – in 2021 produceerden ze meer dan twee keer zoveel kobalt als Rusland. Het in productie nemen van eerder niet-levensvatbare afzettingen zoals die in de Idaho Cobalt Belt zou een deel van deze vraag kunnen compenseren, wat natuurlijk een tweesnijdend zwaard is, aangezien kobalt de enige bron van inkomsten is voor veel ambachtelijke mijnwerkers. Het geheel kan echter academisch zijn, aangezien de wereldwijde vraag naar kobalt naar verwachting zal stijgen tot bijna een kwart miljoen ton per jaar in 2025, wat suggereert dat de strijd om kobalt alleen maar zal blijven escaleren.
