سولفات کبالت یک نمک معدنی است که از قرار گیری فلز کبالت با عدد اکسایش ۲ در کنار آنیون سولفات تشکیل می شود. فرمول مولکولی آن به صورت CoSO4.(H2O)x است که در این فرمول x یا همان تعداد مولکول های آب می تواند بین صفر تا ۷ مولکول آب باشد. معمول ترین انواع این ماده شامل سولفات کبالت خشک (بدون آب)، مونوهیدرات (تک آبه)، هگزا هیدرات (۶ آبه) و هپتا هیدرات ( سولفات کبالت ۷ آبه) است. رنگ کریستال های آن قرمز رنگ است که با افزایش تعداد مولکول های آب، کمرنگ تر شده و به صورتی تبدیل شده است.
ساختار کریستال های این ماده در حالت بدون آب و خشک به صورت اورتورومبیک است و در صورت وارد شدن مولکول آب به آن، ساختار کریستالی آن به مونوکلینیک تغییر می کند. این ترکیب در صنعت الکتروشیمی، به عنوان خشک کننده در رنگ و جوهر، به عنوان رنگدانه، در باتری های ذخیره کننده و همچنین به عنوان مکمل در کمبود ویتامین B12 استفاده می شود. کاربرد دیگر این ترکیب در کشاورزی و دامداری است. در ادامه با برخی خواص فیزیکی و شیمیایی این ترکیب بیشتر آشنا خواهیم شد.
خواص فیزیکی و شیمیایی سولفات کبالت
همانطور که پیش از این نیز اشاره شد، سولفات کبالت دارای فرمول مولکولی CuSO4.(H2O)x است و تعداد مولکول های آب در آن تعیین کننده وزن مولکولی آن است. وزن مولکولی نوع بدون آب و خشک آن ۱۵۴.۹۹ گرم/ مول بوده و با افزایش تعداد مولکول های آب در ساختار آن، وزن مولکولی آن نیز افزایش می یابد. همچنین به همین صورت با افزایش وزن مولکولی چگالی آن کاهش می یابد.
این ماده در آب و متانول محلول است اما در آمونیاک نامحلول می باشد. کریستال های آن به رنگ های قرمز و صورتی است. نمک های این ماده خاصیت پارامغناطیسی دارند و در صورت قرار گیری در میدان مغناطیسی جهت گیری می کنند. به دلیل داشتن ساختار نمکی، دارای نقطه ذوب و جوش بالایی هستند بطوریکه نقطه ذوب آن ها در حدود ۷۳۵ درجه سانتیگراد است.
روش تولید سولفات کبالت
این ترکیب را می توان به طور طبیعی در سنگ های معدنی به دست آورد چرا که یک جدواسط بسیار مهم در استخراج کبالت از سنگ معدن است و به عنوان پیش ماده کبالت فلزی نیز مورد استفاده قرار می گیرد. برای تهیه این ماده به صورت صنعتی، از واکنش کبالت ( در حالت فلزی، اکسید کبالت، هیدروکسید کبالت) با محلول آبی اسید سولفوریک استفاده می شود. طی این واکنش کبالت، سولفاته شده و به محصول مورد نظر تبدیل می شود. وقتی از کبالت فلزی در واکنش استفاده می شود علاوه بر محصول اصلی گاز هیدروژن نیز آزاد می شود اما در استفاد از اکسید کبالت هیچ محصول جانبی تولید نمی شود.
همانطور که گفته شد به دلیل ساختار نمکی این ترکیب پایداری حرارتی بالایی دارد اما زمانیکه به صورت هیدارته باشد میزان پایداری آن کاهش می یابد. به طوریکه نوع هپتا هیدارت آن در دمای اتاق تا فقط در رطوبت بیش از ۷۰ درصد پایدار است و اگر میزان رطوبت کمتر باشد به هگزا هیدرات تبدیل می شود. همچنین نوع هگزا هیدارت آن در دماهای ۱۰۰ و ۲۵۰ درجه سانتیگراد به ترتیب به نوع مونو هیدرات و بدون آب سولفات کبالت تبدیل می شود.
کاربرد سولفات کبالت
این ترکیب دارای کاربردهای گسترده ای در صنعت است که در ادامه به برخی از آن ها اشاره خواهیم کرد:
باتری
مهم ترین کاربرد این ماده در ساخت باتری ها است. این ترکیب به طور گسترده ای به عنوان پیش ماده ای برای باتری ذخیره کننده کاتدی که در وسایل نقلیه الکتریکی استفاده می شود کاربرد دارد. کبالت یکی از عناصر اصلی در ساخت باتری های لیتیومی قابل شارژ است. استفاده از کبالت به عنوان کاتد در باتری های قابل شارژ، میزان دانسیته شارژ آن ها را افزایش می دهد و در نتیجه قدرت و عملکرد آن ها را در مقایسه با باتری هایی که فاقد کبالت هستند بهبود می بخشد.
رنگدانه ها
این ترکیب در تولید رنگدانه ها در ظروف چینی، شیشه و همینطور در سرامیک ها به منظور محافظت از آن در مقابل تغییر رنگ استفاده می شود. همچنین به عنوان خشک کننده در جوهر لیتوگرافی، مرکب، رنگ و لاک کاربرد دارد.
آبکاری
کبالت از جمله عناصر موثر به منظور جلوگیری از خوردگی استفاده می شود. استفاده از این ماده در آبکاری فلزاتی مانند نیکل موجب شفافیت آن شده و از اکسید شدن این ترکیب جلوگیری می کند.
کشاورزی
یکی از عناصر مهم در رشد گیاهان کبالت است. وجود این ماده در خاک، موجب افزایش مقاومت گیاه در مقابل کم آبی و جذب دی اکسید کربن می شود. این ترکیب از اجزای اصلی ویتامین B12 و پروپیونات است که این مواد به تقسیم سلولی گیاهان کمک می کند. همچنین وجود کبالت می تواند به تثبیت نیتروژن در حبوبات کمک کند.
دامداری
از این ترکیب به عنوان مکمل ویتامین B12 می توان در غذای دام استفاده کرد. از جمله دام هایی که می توان از این ماده در غذای آن ها استفاده کرد گوسفند، گاو و بز است.
خطرات و مشکلات زیست محیطی سولفات کبالت
قرار گرفتن در معرض سولفات کبالت باعث تحریک پوست، چشم ها و مجاری تنفسی می شود و تیروئید، ریه ها، قلب و کلیه ها را تحت تاثیر قرار می دهد. این ترکیب در سلول های پستانداران جهش زا است و بر اساس شواهد سرطان زایی در حیوانات آزمایشگاهی به طور منطقی پیش بینی می شود که برای انسان نیز سرطان زا باشد. همچنین وجود آن در آب موجب مشکلات زیست محیطی و مسموم شدن موجودات آبزی مانند ماهیان می شود.
بازار خرید و فروش سولفات کبالت
بررسی های انجام شده در سال های ۲۰۲۱ تا ۲۰۳۱ نشان می دهد بازار فروش و خرید سولفات کبالت حدود ۲/۸ درصد رشد خواهد داشت. از نظر حجم نیز انتظار می رود تقاضا برای این ماده در مدت زمان مطرح شده با CAGR حدودا ۹/۷ درصد افزایش خواهد داشت. بنابراین پیش بینی می شود بازار جهانی این ماده در ده سال آینده ۳/۲ برابر افزایش خواهد یافت. اصلی ترین تولید کننده سولفات کبالت چین است که ارزش بازار این ترکیب در سال ۲۰۳۱ برای آن به ۵ میلیارد دلار خواهد رسید.