Никель что это за металл?

Никель - химический элемент, нашедший широкое применение. Какой видится характеристика этого металла, какими свойствами обладает никель и где применяется?
Содержание

Никель что это за металл?

Никель: характеристика металла свойства применение

Главная страница » Никель: характеристика металла свойства применение

Никель (Ni, атомный № 28) – химический элемент, один атом которого содержит 28 протонов, 28 электронов и от 30 до 36 нейтронов, в зависимости от изотопа. Существует пять стабильных изотопов: 58 (68%), 60 (26%), 62 (4%), 61 (1%), 64 (около 1%). Температура плавления никеля составляет 1450°C, относительная атомная масса 58,69 при плотности 8,9.

Общий взгляд на никель как на металл

В обычной жизни о существовании этого металла могут напоминать мельхиоровые монеты – денежные средства, широко распространённые в социуме. Либо перезаряжаемые батареи мобильных телефонов с коими часто приходится иметь дело.

Однако это всего лишь малая часть всей массы распространённых применений металла, несравнимого по ценности с золотом, серебром и другими химическими элементами.

Никель по ценности, конечно же, уступает золоту и серебру, оценивается не на таком высоком уровне, как, например, высокотехнологичные аэрокосмические металлы — алюминий и титан. Тем не менее, металлу тоже находится применение в той же аэрокосмической сфере и в других областях.

Рассмотрим внимательнее этот химический элемент с целью получения всеобъемлющей информации для потенциального использования.

Никель широко использовался в сплавах (например, мельхиор монетный) на протяжении тысячелетий, однако был признан химическим элементом лишь в 1751 году. Первые упоминания об этом химическом элементе принадлежат шведскому химику — барону Аксель Фредерик Кронштедту.

Примерно такой выглядит внешне менералсодержащая руда — никколит, из которой в своё время разработчики горных пород пытались извлечь медь, но получили совсем другой результат

Именно этот учёный первым получил чистое вещество из руды красноватого оттенка — никколита. Минералсодержащая порода никколит получила своё название благодаря внешнему виду, напоминающему медную руду.

Однако реальной меди такой минерал не содержит. На ранних этапах добычи, пытавшиеся извлечь медь из такой руды шахтёры, называли продукт изысканий «Old Nick». Это название несколько изменённое (niccolite) так и закрепилось в дальнейшем.

Современное представление химических элементов периодической таблицей Менделеева показывает никель среди переходных элементов (металлов) 10 группы. Химический элемент по составу достаточно близок к железу в некоторых отношениях, и очень похож на медь в других отношениях.

В принципе, не удивительно, учитывая, что никель находится в периодической таблице ровно посередине между этими металлами.

Потенциальные области добычи и получения

Среди химических элементов земной коры никель числится вполне обычным компонентом, но значительная доля этого вещества находится за границами земного мира в буквальном смысле. Так, практически все метеориты, когда-либо упавшие на Землю, традиционно содержали никель.

Метеоритный осколок, где обнаружен высокий процент содержания никеля. Как правило, анализ практически всех метеоритных осколков подтверждается положительными результатами теста

Это в достаточной степени распространённый металл среди наиболее распространенных элементов в земной коре, который имеет порядковый номер 22 (примерно в два раза встречается чаще меди) по рейтингу присутствия.

Большая часть никеля добывается из целого ряда минералсодержащих руд:

  • пентландита и пирротина (железо-никелевые сульфиды — две наиболее важные никелевые руды),
  • гарниерита (водный силикат),
  • миллерита (сульфид)
  • никколита (арсенид).

Ведущими производителями никеля выступают страны:

  • Индонезия
  • Филиппины
  • Канада
  • Новая Каледония

Несколько сниженные объёмы добычи демонстрируют Австралия и Россия. Далее идут Соединенные Штаты, несмотря на отсутствие в этой стране активных никелевых рудников.

Относительно небольшое количество никеля производственные сферы США добывают в качестве побочного продукта на медных и палладий-платиновых рудниках. Мировые запасы никеля в целом составляют примерно 130 млн. тонн на суше, и куда большие объёмы на дне океана, если отталкиваться от этой цифры.

Один из рудников Новой Каледонии, где осуществляется активная добыча руды для промышленной сферы. На уровне промышленного производства выполняется переработка в чистый металл или сплавы

Как и некоторые другие металлы, химический элемент допустимо извлекать из руды при помощи:

  • технологии плавки (нагревания внутри доменной печи),
  • электролизом (расщепление руды на составляющие путём пропускания электрического тока через раствор),
  • путём взаимодействия с кислотами (процесс Монда).

Физические и химические свойства никеля

Никель характеризуется типичным металлом: твёрдым при повседневных температурах, достаточно прочным и крепким, податливым (в обработке) и пластичным (вытягивается в провод). Металл легко полируется, демонстрирует хорошие показатели в качестве проводника тепла и электричества, в достаточной степени обладает магнитными свойствами.

По параметрам прочности и ударной вязкости никель схож с железом (правде, менее магнитный). При этом металл в значительной степени более устойчив к влиянию коррозии и окислению (поэтому в этом плане больше схож с медью). Кристаллы никеля имеют гранецентрированную кубическую структуру.

Так выглядит внешне миллерит – минералсодержащая руда, из которой также выполняется добыча популярного химического элемента с последующей переработкой в чистый продукт или сплавы

Среди химических свойств выделяется относительно низкая реактивность. Металл реагирует на воздействие сильных кислот, но остаётся нейтральным в реакции по отношению к щелочам. Именно поэтому никель часто применяют для выравнивания контейнеров под щелочные вещества.

Применение химического элемента под разные нужды

Подавляющее большинство производимого металла используется как составная часть сплавов. Только относительно небольшой объём производства применяется как чистый никель. В мире примерно две трети всего производимого металла используется в процессе производства нержавеющей стали.

Достаточно твёрдая и устойчивая к влиянию коррозии никелевая сталь (содержание никеля около 3%) является важным компонентом производства широкого ассортимента автомобильных деталей (запчастей), включая клапаны и приводные валы различных видов.

Цветные сплавы (где нет содержания железа) также выступают распространённым материалом, где применяется никель. Мельхиор (изготовление монет) – один из примеров сплава, где содержится три четверти меди и одна четверть никеля.

Другие никелевые сплавы включают нитинол с памятью формы, сочетающий никель с титаном (например, оправы очков). Также имеет место широкий спектр высокотехнологичных аэрокосмических «суперсплавов» (работают при очень высоких температурах).

Рабочее колесо турбины с лопастями, обработанными никелевым покрытием с целью дополнительной защиты и усиления эксплуатационных свойств

Турбинные лопасти (используются в конструкциях реактивных двигателей, паровых турбин), как правило, обрабатываются никелевым напылением с целью придания большей прочности и организации защитного покрытия под коррозионную стойкость. Химический элемент также используется:

  • для гальванических металлов,
  • в порошкообразной форме для производства катализаторов (веществ, ускоряющих химические реакции),
  • для изготовления никелевой сетки под печать на текстиле и др.

Важные соединения никеля включают нитраты, хлориды, сульфаты, используемые в гальванике. Оксиды никеля используются в конструкциях батарей питания и топливных элементов. Никель-ферриты широко применяются для изготовления электромагнитных деталей силовых трансформаторов и прочей электроаппаратуры.

При помощи информации: Raefkobeissi

КРАТКИЙ БРИФИНГ

Zetsila — публикации материалов, интересных и полезных для социума. Новости технологий, исследований, экспериментов мирового масштаба. Социальная мультитематическая информация — СМИ .

Никель

Никель — металл с атомным номером 28. Обозначается символом Ni. Он имеет серебристо-белый оттенок, в нормальных условиях покрывается оксидной пленкой. Благодаря своей пластичности, никель легко поддается ковке.

Физические свойства

Никель — ферромагнетик, то есть при температуре ниже точки Кюри он обладает намагниченностью при отсутствии внешнего магнитного поля. Для никеля точка Кюри составляет 358 ⁰С. Металл не тускнеет на открытом воздухе.

Основные физические свойства никеля:

  • Структура решетки — кубическая гранецентрированая.
  • Плотность при нормальных условиях — 8,902 г/см3.
  • Температура плавления — 1453 ⁰С.
  • Удельная теплота плавления — 17,61 кДж/моль.
  • Температура кипения – 3000 ⁰С.
  • Удельная теплота испарения — 378,6 кДж/моль.
  • Молярная теплоемкость — 26,1 Дж/(K*моль)
  • Удельная теплоемкость — 0,440 кдж/(кг*К).
  • Теплопроводность — 90,9 Вт/(м*К).
  • Удельное электрическое сопротивление — 0,0684 мкОм*м.

История

Никель был официально открыт в 1751 году химиком Акселем Кронстедтом, который нашел его в кобальтовой земле. Однако еще раньше его раскапывали в горах Саксонии. Горняки использовали руду, содержащую никель, для изготовления стекла. По внешним признакам саксонцы сначала принимали эту руду за серебряную и пытались переплавить ее в драгоценный металл, но этого не получалось. Кроме того, при плавлении из руды выделялся ядовитый газ, который наносил вред горнякам. Неудачу потерпели и попытки добыть из этой руды медь.

В итоге в конце XVII в. саксонцы назвали руду «купферникель», что в переводе означает «медный дьявол». Это связано с тем, что горняки считали выделение ядовитого газа происками злых духов, обитавших в горах. Именно купферникель исследовал Аксель Кронстедт в 1751 году. Он получил из него окисел зеленого цвета и восстановил его до металла, который до этого не был известен науке. Химик назвал этот металл никелем.

Читайте также  Чистка биметаллических монет в домашних условиях

В 1775 году Торберн Улаф Бергман получил никель в более чистом виде и подробнее описал его свойства. Он выяснил, что по своему составу этот металл больше похож на железо, чем на медь. В конце XVIII – начале XIX вв. многие химики, начиная с Жозефа Луи Пруста, детально изучали никель. В 1804 году немецкий химик Иеремия Вениамин Рихтер получил наконец чистый металл, и никель окончательно утвердился как химический элемент.

Биологическая роль

Никель — микроэлемент, который необходим всем живым организмам. Его среднее содержание в растениях — 0,00005 %, в наземных животных — 0,000001 %, в морских — 0,00016 % массы тела.

Роль никеля в организме изучена не до конца. Известно, что он участвует в ферментативных реакциях и влияет на окислительные процессы. Он содержится в легких, печени, мышцах, поджелудочной и щитовидной железах, некоторых отделах головного мозга. Микроэлемент также накапливается в ороговевших тканях человека, животных и птиц, в том числе в волосах и перьях.

Избыточное содержание никеля в растениях приводит к уродливым формам, в организме животных — к различным глазным заболеваниям (кератоконъюнктивитам, кератитам).

Пары и пыль никеля токсичны и могут вызывать поражения кожи, легких и носоглотки, а частое вдыхание паров металла опасно появлением злокачественных новообразований.

Нахождение в природе и производство

Больше всего никеля содержится в глубоких слоях. В земной коре — его 0,0058%, в ультраосновных породах — 0,2 %. Если верить гипотезе, что земное ядро состоит из никелистого железа, общее содержание никеля в земле составляет примерно 3%. Никель также обнаружен в некоторых метеоритах.

В земной коре этот металл соседствует с железом и магнием, с которыми он имеет сходную валентность. В минералах магния и железа никель содержится в виде изоморфной примеси. Также существует 53 известных науке минерала никеля. Большая часть из них была образована под воздействием давления и высоких температур, например, при застывании магмы. Сульфидные руды, содержащие данный металл, имеют в своем составе медь. Некоторые руды никеля включают железо, серу, мышьяк, кобальт, магний.

Больше всего этого металла добывается на территории России. Крупные никелевые рудники также находятся в Канаде, Австралии, Новой Каледонии, Индонезии и на Кубе.

Больше всего никеля (около 80%) получают из сульфидных медно-никелевых руд, значительно меньше — из силикатных (окисленных) руд.

Химические свойства

Никель химически малоактивен. Он образует поверхностную оксидную пленку, из-за чего устойчив в атмосфере, щелочи, многих кислотах и воде. Металл не подвергается коррозии. Образует два оксида (NiO и Ni2O3) и два гидроксида (Ni(OH)2 и Ni(OH)3).

Хлорид, нитрат, сульфат и нитрат никеля — четыре растворимые соли. Они имеют желтый или желто-коричневый оттенок и окрашивают растворы в зеленый цвет. Фосфат, оксалат и сульфиды никеля (черный, зеленый и бронзовый) — нерастворимые соли.

Металл поглощает газы (углерод, водород и многие другие), которые ухудшают его механические свойства. С кислородом взаимодействует при температуре выше 500 ⁰С.

В мелкодисперсном состоянии никель самовоспламеняется на воздухе. При нагревании соединяется с галогенами. Образует сульфид при горении в сере, а при нагревании оксида NiO с серой получается моносульфид. Металл также вступает в реакцию с азотной кислотой: образуются нитрат никеля и оксид азота.

По химическим свойствам больше всего похож на железо и кобальт, в меньшей степени — на благородные металлы и медь. Он горит только в виде порошка, проявляет переменную валентность в соединениях (чаще всего двухвалентен). Образует комплексные и координационные соединения.

Применение

Наиболее широкая область применения никеля — изготовление сплавов различных металлов. Его сплавляют:

  • Со сталью. Это повышает химическую стойкость сплава: все нержавеющие стали содержат в своем составе никель.
  • С железом. Этот сплав имеет низкий коэффициент термического расширения, благодаря чему он успешно используется для изготовления различных деталей для электроприборов.
  • С кобальтом и магнием. Образуется жаростойкий сплав, который выдерживает высокие температуры до 500 ⁰С и отличается устойчивостью к коррозии.
  • С золотом и серебром. Это так называемое «белое золото» — прочный ювелирный сплав.
  • С хромом. В результате образуется нихром — жаропрочный, крипоустойчивый, пластичный сплав, который хорошо держит форму.
  • С железом, медью и хромом. Этот сплав характеризуется высокой магнитной восприимчивостью.

Сплавы никеля отличаются высокой степенью вязкости, благодаря чему находят применение при изготовлении брони. Многие сплавы используются в газотурбинных установках, конструкциях атомных реакторов. Из них также делают нагревательные элементы и монеты. Сплавы получили широкое применение в производстве аккумуляторов.

Никель используется и в чистом виде: из него изготавливают трубы, листы и др., а в химических лабораториях он служит катализатором многих реакций. Из металла также производят специализированную химическую аппаратуру. Оксид никеля применяется в производстве стекла, керамики и глазурей. Для многих металлов используется никелирование — создание никелевого покрытия с целью защитить от коррозии.

Из никеля делают спирали электронных сигарет, им обматывают струны музыкальных инструментов. В медицине этот элемент используется для протезирования и изготовления брекет-систем.

НИКЕЛЬ — «пасынок» в семье серебристых металлов

Никель — металл невезучий.

История несчастливой руды

В описании горняками и шахтерами для металла не нашлось ни одного доброго слова:

  1. Nicolaus («хитрый бездельник»). Так звали злого духа гор в немецкой мифологии.
  2. Nickel — озорник.
  3. Никкел — в языке горняков ругательство. Добытчики часто ошибались, принимая красный никелевый колчедан за медную руду. Разозленные шахтеры назвали руду-обманщицу купферникель (Kupfernickel).

Свойства «хитрого бездельника»

Ну, чем же нехорош никель? Свойствам его позавидует любой металл:

  • жаропрочность;
  • устойчивость против коррозии (в том числе в агрессивных средах);
  • никель красив — он имеет серебристо-белый цвет с легким золотистым оттенком, к тому же блестит;
  • существенный недостаток — металл дорогой.

Наш сегодняшний герой — химический элемент с атомным номером 28. В таблице Менделеева он устроился в 10 группе четвертого периода (по устаревшей классификации это побочная подгруппа VIII группы). Кто знает химию, сразу его назовет Niccolum, или узнает по обозначению Ni. Никель — это переходный металл, ковкий, пластичный.

Это один из четырех элементов, кроме железа, кобальта и гадолиния (редкоземельный металл), которые проявляют магнитные свойства при нормальных условиях.

Некоторые характеристики металла:

Свойство Значение
Плотность 8,902 г/см³
Кристаллическая структура Гранецентрированная, кубическая
Температура плавления 1453°С
Температура кипения 2732°С
Атомная (молярная) масса 58,7 г/моль
Степени окисления 0, +2, +3

Химическая активность у металла средняя. В порошкообразном состоянии способен воспламениться на открытом воздухе.

Ищем никель по всему свету

Металл занимает пятое место по распространенности на Земле.

Геологи оценивают запасы никелевых руд в мире в 130-200 миллионов тонн.

Добыча ведется как открытым, так и подземным способами.

Извлекают эти руды в 22 странах; крупнейшие месторождения в странах:

  • Канада (провинция Онтарио);
  • Австралия (штат Западная Австралия);
  • Индонезия (3 карьера, но все принадлежат государству);
  • Новая Каледония (5 карьеров; три из них принадлежат французской фирме).

Потребляют металл в основном пять стран:

  • Китай;
  • Япония;
  • США;
  • Германия;
  • Тайвань.

Эти страны потребляют больше половины произведенного никеля.

Никелевые руды

Происхождением наш герой из магматических сульфидных медно-никелевых месторождений, кор выветривания — силикатных никелевых руд.

В состав медно-никелевых месторождений входят:

  • халькопирит;
  • пирротин;
  • гарниерит;
  • пирит;
  • ревдинскит;
  • магнетит;
  • никелин;
  • миллерит и другие минералы.

Силикатные никелевые руды можно разделить на железистые, с повышенным содержанием кобальта, и магнезиальные — в них больше никеля.

Получение никеля из руды

Технологические схемы переработки никелевых руд определяются их типом и особенностями химического состава.

Этапы производства никеля из сульфидных медно-никелевых руд:

  1. Подготовка руды.
  2. Плавка на штейн.
  3. Конвертирование штейна для получения медно-никелевого файнштейна.
  4. Разделение никеля и меди файнштейна.
  5. Обжиг чернового концентрата никеля для получения бинарного оксида никеля.
  6. Восстановительная плавка.

От кастрюли до АЭС

Применение никеля в современном мире разнообразно. Львиная доля добытого в мире металла уходит на производство сплавов, легированной стали.

В чистом виде наш герой наносится на поверхности в качестве средства от ржавчины. Еще из него делают тигли, приборы, котлы с высокими антикоррозионными свойствами.

Никелевые сплавы используют для изготовления красивой, блестящей посуды. Секрет фирмы «Цептер» (Zepter) в металле, из которого делают такие удобные и симпатичные кастрюльки. Формула цептеровской нержавейки — 18 частей хрома, 10 частей никеля. Посуда хороша, плюсов много, минус один — цена…

Никельсодержащие сплавы применяют в производстве емкостей для хранения пищевых продуктов, химических веществ, эфирных масел.

Аккумуляторные электроды в щелочных батареях — тоже никель.

Оборудование для АЭС, ракетная техника, реактивная авиация не смогут обойтись без «озорника» и его сплавов.

Про Франца-Иосифа, аллергию и зубные протезы

Многие новооткрытые металлы поначалу стоили очень дорого. Позволить себе изделия из таких металлов могли только очень богатые люди. Франц-Иосиф, император Австро-Венгрии, ел из никелевой посуды, на зависть прочим царям-королям. Бум на редкий металл прошел, а император вдруг заболел. Лейб-медики причины болезни найти не смогли, и вину за болезнь свалили на никель. Бедный металл законодательно изгнали из кухонь.

Прошло время, металл реабилитировали. А Франц-Иосиф благополучно выздоровел, пережил всех горе-лекарей, и просидел на троне аж 68 лет.

Читайте также  Чем приклеить оргстекло к металлу?

Он вредный или нет?

Много писали о вредности никелевых сплавов. Аллергенные они, не носите украшения с никелем. Мало кто знает, что никель в организме человека занимается регулированием гормональной системы, активно участвует в работе клеточных элементов — РНК, ДНК, белка. Металл участвует в синтезе гемоглобина, в кроветворении.

Да, есть индивидуальная непереносимость, аллергия. Но ведь аллергенов вокруг тысячи. Проявилась такая беда — не носите украшения, в состав сплавов которых входит никель. Некорректно говорить, что этот металл опасен, если он входит в состав нашего организма.

В стоматологии для имплантов используют никелид титана. Западные фирмы внедряют новые материалы, при этом обругивая старые — надо же набирать новых потребителей продукции. В США никелевые сплавы для зубопротезирования применялись и в армии, и в детской стоматологии, а это для американцев — святое. Вредных компонентов никогда не стали бы использовать.

Никелевые сплавы

Сплавы металлов с никелем — это суперсплавы. Добавка «вредного духа» в металлы существенно улучшает их качества.

В состав сплавов может входить марганец, медь, алюминий, титан, молибден, вольфрам.

Всех сплавов с никелем не перечесть, назовем некоторые:

  1. Латунь, давно известная людям. Римляне называли ее «орихалк».
  2. Нихром. Главное достоинство — жаропрочность, применяют в оборудовании и деталях, где необходимо это свойство.
  3. Пермаллой. Используют для экранирования при МРТ-исследованиях, в электронных микроскопах, микросхемах.
  4. Мельхиор. Спектр использования — от ложек и вилок на обеденном столе, недорогой ювелирки до морских лодок и терморегуляторов.
  5. Инконель «узурпировало» ракетостроение. Жаропрочность у сплава превосходная.
  6. Платинит. Несмотря на название, платиной там и не пахнет. А лакомое свойство — коэффициент линейного расширения, очень близок к платиновому. Потому там, где возможно, дорогущая платина заменяется дешевым платинитом.
  7. Монель-металл. Авиа- и судостроение, химическая и нефтяная промышленности, и просто оправы очков.

Сколько стоит «озорной дух»

Цена за тонну металла на Лондонской бирже металлов составила 12 762 долларов США.

Никель – металл будущего

Этот металл известен людям не так давно, но без него современной промышленности не обойтись. Он равнодушен к агрессивной химии, супернагрузкам и температурам.

«Эру никеля» может породить производство транспорта будущего электромобилей.

  1. Что представляет собой
  2. История
  3. Физико-химические характеристики
  4. Месторождения
  5. Способы добычи и переработки
  6. Классификация сплавов
  7. Кислотостойкие
  8. Жаропрочные
  9. Сферы применения
  10. Чистый никель
  11. Сплавы
  12. Предостережения
  13. Перспективы

Что представляет собой

Никель – это металл серебристо-белого цвета с желтоватым оттенком. Наделен ковкостью, пластичностью, хорошей полируемостью.

Относится к группе тяжелых металлов. Представляет собой смесь пяти природных изотопов плюс шесть созданных.

Химический элемент системы Менделеева (№28), международное обозначение – Ni, Niccolum.

Нанодоли процентов никеля содержат моря, растения, животные, организм человека.

История

Название металла имеет немецкое происхождение. Так именуют в немецком фольклоре духа гор. Он подбрасывал старателям, разыскивающим медь, ее имитацию (никелин).

Путь к признанию был извилистым:

  • Промышленники обнаружили присутствие металла в «купферникеле» (по-немецки – «упрямая» медь) в 1751 году. Шведский металлург Август Кронштедт опознал соединение как никелево-мышьяковое.
  • Никель классифицировали как «полуметалл».
  • Спустя 24 года швед Томас Бергман доказал, что это просто металл.
  • Немецкий химик Иоганн Рихтер получил чистый никель восстановлением никелевого купороса (1804 год), дал его научное описание.

Металл обрел международный статус.

Физико-химические характеристики

Никель устойчив к окислению. Это свойство обеспечивает тонкая поверхностная пленка оксида NiO, появляющаяся при обычных температурах.

Свойства атома
Название, символ, номер Ни́кель / Niccolum (Ni), 28
Атомная масса
(молярная масса)
58,6934(4) а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация [Ar] 3d8 4s2
Радиус атома 124 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус 115 пм
Радиус иона (+2e) 69 пм
Электроотрицательность 1,91 (шкала Полинга)
Электродный потенциал -0,25 В
Степени окисления 0, +2, +3
Энергия ионизации
(первый электрон)
736,2 (7,63) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.) 8,902 г/см³
Температура плавления 1726 K (1453 °C, 2647 °F)
Температура кипения 3005 K (2732 °C, 4949 °F)
Уд. теплота плавления 17,61 кДж/моль
Уд. теплота испарения 378,6 кДж/моль
Молярная теплоёмкость 26,1 Дж/(K·моль)
Молярный объём 6,6 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки кубическая гранецентрированая
Параметры решётки 3,524 Å
Температура Дебая 375 K
Прочие характеристики
Теплопроводность (300 K) 90,9 Вт/(м·К)
Номер CAS 7440-02-0

Центрированная по граням структура обуславливает стойкость к нагрузкам, а особенности строения электронных оболочек атомов – свойство намагничивания.

Месторождения

Никель не относится к редкоземельным металлам – на планете его достаточно (0,01% по массе). В земной коре обнаружен исключительно в связанном виде.

Предполагается, что из его сплава с железом состоит земное ядро.

Второй источник самородного металла – железные метеориты.

Крупными залежами располагают страны Тихоокеанского бассейна:

  • Австралия;
  • Индонезия;
  • Новая Каледония;
  • Филиппины.

Мировые запасы никелевых руд исчисляются миллионами тонн.

Российские месторождения сосредоточены на Урале, в Воронежской и Мурманской областях, возле Норильска.

Медно-никелевые руды залегают в зонах глубинных разломов на древних щитах. Их характерная особенность – постоянный минеральный состав руд, среди которых кобальт, платиноиды, золото.

Втрое богаче по запасам месторождения экзогенного типа.

Способы добычи и переработки

Почти весь никель получают из гарниерита (зеленой никелевой руды) и колчедана.

Добыча проходит стандартным для большинства руд закрытым (шахтным) способом.

Извлеченное сырье восстанавливают тремя методами:

  1. Взаимодействием с угольной пылью во вращающихся печах-трубах. Полученные железо-никелевые окатыши избавляют от серы, затем прокаливают, обрабатывают раствором аммиака. На подкисленный раствор воздействуют электролитом, получая металл.
  2. Из оксидной руды металл восстанавливают алюминотермическим способом.
  3. Карбонильный метод. Из руды получают медно-никелевый штейн, над которым под давлением запускают СО. Получается тетракарбонилникель. Это летучее соединение, поэтому разлагается от воздействия тепла. Металл получается особо чистым.

Карбонильный способ фигурирует в литературе также как метод Монда.

Классификация сплавов

Классификация никелевых сплавов основывается на составе и свойствах.

Кислотостойкие

Сплавы с присадкой-легированием другими металлами:

  • Хром, вольфрам придают сплаву стойкости в агрессивных окислительных средах.
  • Соединения с медью или молибденом используются в агрессивных неокислительных средах.

Стойкость к коррозии обеспечивают кремний, алюминий.

Жаропрочные

Сплавы типа «никель + хром + присадка других легирующих элементов». Такими элементами выступают алюминий, вольфрам, титан, молибден, стронций, другие.

Такие сплавы металлов востребованы для изготовления узлов силовых установок, подверженных максимальным нагрузкам.

Сферы применения

О руде, по описанию похожей на медь, знали еще саксонские горняки в Средние века. Она использовалась как зеленый пигмент для окраски стекол.

С тех пор, благодаря изучению свойств и характеристик металла, область применения расширилась.

Никель – один из лучших металлов-катализаторов. Другие плюсы: малая активность, устойчивость к агрессивной химии, вязкость, пластичность, ковкость.

Его применяют самостоятельно и в сплавах.

Чистый никель

Беспримесный никель востребован промышленным производством:

  • Покрытие, стойкое коррозии. Применяется для защиты железа, алюминия, магния, цинка, чугуна, нелегированных сталей. Попутно снижает стоимость изделий.
  • Приборы, котлы, тигли с постоянными физико-химическими характеристиками, устойчивые к коррозии.
  • Резервуары для перевозки и хранения химических реагентов (включая едкие щелочи), эфирных масел.
  • Трубы для перекачки щелочей, других агрессивных субстанций на предприятиях химического комплекса.
  • Инструментарий для науки, медицины.
  • Детали приборов радиолокации, телевидения, дистанционного управления процессами на атомных станциях.

Порошкообразный никель используют как катализатор при производстве спиртов, ароматических углеводородов, других соединений. Это связка при изготовлении сверхтвердых материалов, засыпка для фильтрования газообразных химических продуктов.

Сплавы

Известно более трех тысяч композиций никеля с металлами:

  • Самые распространенные – с железом, кобальтом, хромом, молибденом, алюминием, титаном, бериллием.

Все нержавеющие стали содержат никель, поскольку этот металл повышает химическую стойкость сплава.

  • Медно-никелевое соединение монель (никеля – две трети): химия, электротехника, медицина. А также оснастка для океанских лайнеров, морских судов, портов, защитные кожухи атомных реакторов, газовые турбины, двигатели реактивных самолетов.
  • Сплавы никеля вязкие, с малым коэффициентом термического расширения. Из них делают броню для нужд военно-промышленного комплекса.
  • Особая группа – сплавы на медной основе (нейзильбер, латунь, бронза, другие).
  • Никелевые сплавы – основа современных монет (например, пятицентовика в США), обмотки струн музыкальных инструментов, брекетов.

Продукция металлургических предприятий поставляется в виде трубки, проволоки, нити, фольги, ленты, порошка, других конфигураций.

Продукция из никеля востребована там, где обязательна стойкость материалов к коррозии в агрессивных средах.

Предостережения

В составе никеля содержатся природные и искусственно созданные радиоактивные изотопы.

Это чревато проблемами со здоровьем, на бытовом уровне:

  1. Это аллерген, что учитывают, выбирая украшения, часы, другие изделия, контактирующие с кожей. Они могут спровоцировать контактный дерматит.
  2. Наличие никеля в организме человека снижает артериальное давление, провоцирует витилиго.
  3. Избыток металла в почве – причина болезней животных, растений.
  4. Особо опасны летучие соединения вещества.

Мелкодисперсный никелевый порошок самовоспламеняется при комнатной температуре.

Эти минусы не фатальны, но ими не стоит пренебрегать.

Перспективы

Одна из главных сфер потребления никеля – щелочные батареи (аккумуляторы). Она актуализируется на волне интереса к выпуску электромобилей. Сегодня главный аккумуляторный компонент – кобальт, но он дорог, поставки из Африки проблемны. Разработаны более эффективные образцы с доминированием лития и никеля. Установлено, что благодаря никелю мощность аккумуляторов увеличивается. При этом его цена в шесть раз меньше кобальта, а предложение в 20 раз выше.

Специалисты прогнозируют рост спроса на никель к 2025 году до 400 000 тонн (с 75 000 тонн в 2016 году).

Металл никель

Никель является жарпочрочным, жаростойким и коррозионностойким металлом, что определяет его применение в качестве конструкционного материала для изделий, подверженных воздействию различных агрессивных сред в том числе при повышенных температурах, а также подверженных механическим нагрузкам при высоких температурах. Помимо этого никель служит является популярным легирующим элементом для сталей и сплавов. На странице представлено описание данного металла: физические свойства, области применения, марки никеля, виды продукции.
Читайте также  Как закрепить гайку на металле без сварки?

Основные сведения о никеле

Никель (Ni) (Niccolum) — химический элемент с атомным номером 28 в периодической системе, ковкий и пластичный металл. Имеет серебристый цвет с желтоватым оттенком, хорошо полируется, притягивается магнитом. Плотность никеля составляет 8,902 г/см 3 , температура плавления tпл. = 1453°С, температура кипения tкип. = 2730-2915°С, данный металл является ферромагнетиком, точка Кюри около 358 °C. На воздухе компактный никель стабилен. Поверхность никеля покрыта тонкой пленкой оксида NiO, которая прочно предохраняет металл от дальнейшего окисления.

В земной коре содержание никеля составляет около 8·10 -3 % по массе. Возможно, громадные количества никеля — около 17·10 19 тонн — заключены в ядре Земли, которое, по одной из распространенных гипотез, состоит из железоникелевого сплава. В морской воде содержание никеля составляет примерно 1·10 -8 -5·10 -8 %.

История открытия никеля

Свойства никеля

Физические свойства никеля

Свойство Никель
Атомный номер 28
Атомная масса, а.е.м 58,69
Атомный диаметр, пм 248
Плотность, г/см³ 8,902
Удельная теплоемкость, Дж/(K·моль) 0,443
Теплопроводность, Вт/(м·K) 90,9
Температура плавления, °С 1453
Температура кипения, °С 2730-2915
Теплота плавления, кДж/моль 17,61
Теплота испарения, кДж/моль 378,6
Молярный объем, см³/моль 6,6
Группа металлов Тяжелый металл

Химические свойства никеля

Свойство Никель
Ковалентный радиус, пм 115
Радиус иона, пм (+2e) 69
Электроотрицательность (по Полингу): 1,91
Электродный потенциал: 0
Степени окисления: 3, 2, 0

Марки никеля и сплавов

Достоинства / недостатки никеля

    Достоинства:
  • обладает высокой жаропрочностью и жаростойкостью;
  • имеет высокую коррозионную стойкость во многих агрессивных средах.
    Недостатки:
  • имеет высокую стоимость.

Применение никеля

Никель по большей части является составным компонентом различных сплавов. Все нержавеющие стали обязательно содержат никель, так как никель повышает химическую стойкость сплава. Также сплавы никеля характеризуются высокой вязкостью и используются при изготовлении прочной брони. При изготовлении важнейших деталей различных приборов используется сплав никеля с железом (36-38% никеля), обладающий низким коэффициентом термического расширения.

При изготовлении сердечников электромагнитов широкое применение находят сплавы под общим названием пермаллои. Эти сплавы, кроме железа, содержат от 40 до 80% никеля. Из никелевых сплавов чеканятся монеты. Общее число различных сплавов никеля, находящих практическое применение, достигает нескольких тысяч.

Различные металлы никелируют, что позволяет защитить их от коррозии. На металл наносится тонкий никелевый слой, обладающий высокой коррозионной стойкостью. Вместе с этим никелирование придает изделиям красивый внешний вид.

Никель широко используют при изготовлении различной химической аппаратуры, в кораблестроении, в электротехнике, при изготовлении щелочных аккумуляторов, для многих других целей. Специально приготовленный дисперсный никель находит широкое применение как катализатор самых разных химических реакций. Оксиды никеля используют при производстве ферритных материалов и как пигмент для стекла, глазурей и керамики; оксиды и некоторые соли служат катализаторами различных процессов. Производство железо-никелевых, никель-кадмиевых, никель-цинковых, никель-водородных аккумуляторов.

Никель: свойства никеля, способы получения, где добывают, динамика курса

Никель обозначается символом Ni. С немецкого языка – озорник, в свои годы имел дурную славу из-за мышьяка.

  • Как все металлы
    • Физические свойства
    • Оптические свойства металла
    • Исследования кристаллизации
  • Классификация
  • Добывают везде
  • Получение металла
  • В руках ювелиров хрупкий, а у металлургов?
  • Почему высоко ценится
  • Динамика курса
  • Интересные факты о никеле

Впервые обнаружить металл удалось в 1751 г. А.Ф. Кронстедту в соединении с мышьяком в руде, которая походила на медную, но медь из нее извлечь не удавалось, впоследствии ее назвали купферникель. Он подвергался многим сомнениям, окончательно утвердили в 1804 году. И. Рихтер получил чистый металл, который сейчас входит в пятёрку самых распространенных элементов Земли.

Атомы данной руды имеют металлическую кристаллическую решетку. Ячейка металла кубическая, все атомы располагаются в вершинах, центре граней. Структура устойчива к давлению. Атомная масса элемента 58,69 г/моль. Имеет четыре электронных слоя, которые полностью заполнены. Радиус атома 0,124 нм. Поэтому считается насыщенным. Чаще образует соединения в степени окисления +2, 0.

Как все металлы

Никель — металл. Поэтому имеет общие металлические свойства:

  • Ковкость;
  • Металлический блеск;
  • Пластичность;
  • Теплопроводность (небольшая);
  • Электропроводимость;
  • Упругость.

Физические свойства

Как простое вещество металл имеет блестящий светло-серебристый оттенок. Он устойчив к щелочной, водной, кислотной коррозии. Обладая пластичностью, ковкостью и собственными свойствами:

  • Температура плавления 1450 °С.
  • Температура кипения 2830 °С.
  • Теплопроводность 92 Вт/м.
  • Плотность 8,9 кг/дм3.

Оптические свойства металла

Для определения атомов элемента используют двунатриевую соль уксусной кислоты, антраниловую кислоту. Оптическую плотность измеряют Х=1000 ммк. Элемент находят в присутствии кальция, хрома, ртути, алюминия, циркония. Но невозможно найти с медью, железом (см. Железные руды – основа современного производства), кобальтом, висмутом, серебром. В отраженном свете имеет голубоватый цвет.

Исследования кристаллизации

Кристаллические тела – это металлы, сплавы. Их атомы располагаются в вершинах кристаллических решеток. В процессе кристаллизации образуются разные кристаллические решетки. Имеет гранецентрированную кубическую. Он образует две аллотропические модификации:

  • a-Ni при температуре ниже 245°С;
  • p-Ni.

Проведено исследование процесса кристаллизации жидкого никеля. Количество атомов в жидкости возрастает при понижении температуры. Сделан вывод, что сначала элемент имеет рыхлую структуру. Затем группы атомов восстанавливаются.

Классификация

Сплавы разделяют по некоторым признакам. По способам производства:

  • литейные сплавы;
  • деформируемые заготовки.

По свойствам сплавов:

  • жаростойкие;
  • жаропрочные;
  • комплексные (с необходимыми свойствами).

По области применения:

  • диски газовых турбин;
  • детали камер сгорания;
  • авиационные двигатели.

Добывают везде

Элемент Ni не встречается в чистом виде, только в оксидах, сульфидах и силикатах. Добыча никеля ведется на всех континентах, а плавильни расположены в 25 странах. Большие объемы вторичного, первичного металла поступают на мировой рынок никеля. Запасают никель на известных месторождениях. Где же добывают никель? Основные районы добычи никеля:

  • Канада,
  • Россия,
  • Австралия,
  • Куба,
  • Албания,
  • Греция,
  • Украина.

Месторождения никеля на морском дне превышают содержание металла на суше. База запасов никеля сможет содержать Землю больше ста лет. Так что потребление никеля может быть высоким.

Уникальные месторождения оказывают влияние на развитие горной промышленности. Добыча никеля в мире ведется в 410 месторождениях. Уникальные месторождения в России находятся в Норильске-1, Талнахском и Октябрьском. В мире имеются 2 месторождения в Канаде, 3 в Австралии, 1 в Китае, в Греции, в Новой Каледонии, 2 в Индонезии.

Где же добывают никель в России? В настоящее время страна обладает богатыми запасами ресурса, занимая первое место в мире по его производству. Добыча никеля в России происходит в Таймырском округе (69%), Мурманской области (17%), Урале (11%).

Производство никеля в России ведётся:

  • ОАО ГМК «Норильский никель»(95%);
  • ОАО «Южурал-никель»;
  • ОАО «Уфалейский никелевый комбинат»;
  • ЗАО ПО «Режникель».

Производство никеля в мире:

  • «Vale Inco Ltd» в Канаде;
  • «Western Mining Corp.» в Австралии;
  • «Jinchuan Group Co. Ltd» в Китае;
  • « Goro Vale» в Новой Каледонии.

Получение металла

Синтез частиц никеля проводят химическим способом из малорастворимого карбоната с использованием восстановителей. Основные способы получения никеля: плавка, пиро- и гидрометаллургические методы. Как добывают никель в современном мире? Получение никеля делится на несколько этапов:

  • Руду подвергают дроблению, сушке. Удаляется лишняя влага.
  • Образуются флюс и гипс.
  • Затем к продуктам добавляют кокс и переплавляют.
  • В результате получается шлак и штейн.
  • Штейн продувают в конвертере.
  • Выходит белый никелевый штейн.
  • Из шлака извлекают угарный газ.
  • Никелевый штейн дробят, обжигают.
  • Закись восстанавливают древесным углём. Пыль возвращают на обжиг (см. Страны лидеры по добыче угля).
  • Проводят рафинирование.

В руках ювелиров хрупкий, а у металлургов?

Первое применение металлу придумали ювелиры. Руда не темнеет на воздухе, легко обрабатывается. Применяли в изготовлении украшений, домашней утвари, монеты. Выплавляемый в то время металл не был благородным. Его хрупкость была непригодна для обработки в то время. Небольшая доля серы, кислорода в сплаве крайне изменяли свойства, разрушая плёнку.

Большая часть металла используется в получении сплавов с железом, хромом, медью. Сейчас усердно развивается реактивная техника, создаются газотурбинные установки. Здесь важны жароустойчивые сплавы никелевой руды. Их используют в производстве атомных реакторов, щелочных аккумуляторов, антикоррозионных покрытий. Чистый металл применяют в изготовлении листов, труб.

Почему высоко ценится

Элемент имеет удивительные свойства, ценящиеся в промышленном производстве. Благодаря пластичности легко получить желаемую форму. Металл стойкий в агрессивных растворах, не вступает в реакцию с кислородом. Взаимодействует в сплавах с большинством металлов, свойства которых можно улучшить.

Динамика курса

Выпуск никеля ежегодно составляет 4,4-4,8 млн. тонн. Согласно прогнозу экспертов, стоимость никелевой руды будет примерно 9000$ за 1 т., в течение 12 месяцев. В этом году избыток металла составит порядка 100 тыс. т. Цену на руду фиксирует биржа LME, где покупают фьючерс на сырье. В России подобного нет, поэтому подходящий способ инвестиций — покупка акций компании НорНикель (см. Куда инвестировать деньги?).

Оцените статью
Добавить комментарий