Metal je prvi put nabavio u svom nečistom obliku 1751. godine švedski hemičar A. Kronstedt, koji je predložio i naziv elementa. Mnogo čistiji metal je 1804. godine dobio njemački hemičar I. Richter. Naziv "Nikal" dolazi od minerala kupfernikl (NiAs), poznatog još u 17. veku i često obmanjujući rudare svojom spoljašnjom sličnošću sa bakarnim rudama (njem. Kupfer - bakar, nikl - planinski duh, navodno bacajući otpadne stene rudarima umesto ruda). Od sredine 18. vijeka, nikl se koristio samo kao komponenta legura sličnih izgledu srebru. Široki razvoj industrije nikla krajem 19. stoljeća povezan je s otkrićem velikih nalazišta ruda nikla u Novoj Kaledoniji i Kanadi i otkrićem njegovog „oplemenjujućeg“ učinka na svojstva čelika.
Rasprostranjenost nikla u prirodi. Nikl je element Zemljinih dubina (u ultrabazičnim stijenama plašta iznosi 0,2% mase). Postoji hipoteza da se Zemljino jezgro sastoji od gvožđa nikla; Shodno tome, prosječan sadržaj nikla u tlu u cjelini procjenjuje se na oko 3%. U zemljinoj kori, gde je nikl 5,8·10 -3%, takođe gravitira ka dubljoj, tzv. bazaltnoj ljusci. Ni u zemljinoj kori je satelit Fe i Mg, što se objašnjava sličnošću njihove valencije (II) i jonskog radijusa; Nikl je uključen u dvovalentno gvožđe i minerale magnezijuma kao izomorfna nečistoća. Poznato je da sopstveni minerali nikla imaju 53; većina ih je nastala na visokim temperaturama i pritiscima, tokom skrućivanja magme ili iz vrućih vodenih rastvora. Naslage nikla povezuju se s procesima u magmi i kori trošenja. Industrijska ležišta nikla (sulfidne rude) obično se sastoje od minerala nikla i bakra. Na površini zemlje, u biosferi, nikl je relativno slab migrant. Ima ga relativno malo u površinskim vodama i živoj materiji. U područjima gdje prevladavaju ultramafične stijene, tlo i biljke su obogaćene niklom.
Fizička svojstva nikla. U normalnim uslovima, nikl postoji u obliku β-modifikacije, koja ima kubičnu rešetku usmjerenu na lice (a = 3,5236Å). Ali nikl, podvrgnut katodnom raspršivanju u atmosferi H 2, formira α-modifikaciju koja ima heksagonalnu rešetku čvrstog pakovanja (a = 2,65 Å, c = 4,32 Å), koja se pretvara u kubnu rešetku kada se zagrije iznad 200 °C. Kompaktni kubni nikl ima gustinu od 8,9 g/cm 3 (20 °C), atomski radijus 1,24 Å, jonski radijusi: Ni 2+ 0,79 Å, Ni 3+ 0,72 Å; t pl 1453 °C; temperatura ključanja oko 3000 °C; specifični toplotni kapacitet na 20°C 0,440 kJ/(kg K); temperaturni koeficijent linearne ekspanzije 13,3·10 -6 (0-100 °C); toplotna provodljivost na 25°C 90,1 W/(m K); takođe na 500 °C 60,01 W/(m K). Specifična električna otpornost na 20°C 68,4 nom m, tj. 6,84 μΩ cm; temperaturni koeficijent električnog otpora 6,8·10 -3 (0-100 °C). Nikl je savitljiv i savitljiv metal; može se koristiti za izradu vrlo tankih limova i cijevi. Vlačna čvrstoća 400-500 MN/m2 (tj. 40-50 kgf/mm2); granica elastičnosti 80 Mn/m2, granica popuštanja 120 Mn/m2; relativno izduženje 40%; modul normalne elastičnosti 205 Gn/m2; Tvrdoća po Brinellu 600-800 Mn/m2. U temperaturnom opsegu od 0 do 631 K (gornja granica odgovara Kirijevoj tački) nikl je feromagnetičan. Feromagnetizam nikla je posljedica strukturnih karakteristika vanjskih elektronskih omotača (3d 8 4s 2) njegovih atoma. Nikl, zajedno sa Fe (3d 6 4s 2) i Co (3d 7 4s 2), takođe feromagnetima, pripada elementima sa nedovršenom 3d elektronskom ljuskom (prijelazni 3d metali). Elektroni nedovršene ljuske stvaraju nekompenzirani spin magnetni moment, čija je efektivna vrijednost za atome nikla 6 μ B, gdje je μ B Bohrov magneton. Pozitivna vrijednost međudjelovanja izmjene u kristalima nikla dovodi do paralelne orijentacije atomskih magnetnih momenata, odnosno do feromagnetizma. Iz istog razloga, legure i niz spojeva nikla (oksidi, halogenidi i drugi) su magnetski uređeni (imaju fero- ili rjeđe ferimagnetnu strukturu). Nikl je dio najvažnijih magnetnih materijala i legura sa minimalnim koeficijentom toplinskog širenja (permalloy, monel metal, invar i drugi).
Hemijska svojstva nikla. Hemijski, Ni je sličan Fe i Co, ali i Cu i plemenitim metalima. U jedinjenjima pokazuje promjenjivu valencu (najčešće 2-valenten). Nikl je metal srednje aktivnosti. Apsorbuje (posebno u fino usitnjenom stanju) velike količine gasova (H 2, CO i dr.); Zasićenost niklom gasovima pogoršava njegova mehanička svojstva. Reakcija s kisikom počinje na 500 °C; U fino dispergovanom stanju, nikl je piroforan i spontano se pali na vazduhu. Od oksida najvažniji je NiO - zelenkasti kristali, praktično nerastvorljivi u vodi (mineralni bunsenit). Hidroksid se taloži iz rastvora soli nikla kada se dodaju alkalije u obliku voluminoznog jabukastozelenog taloga. Kada se zagreje, nikl se kombinuje sa halogenima i formira NiX 2 . Sagorevanjem u pari sumpora proizvodi sulfid, po sastavu sličan Ni 3 S 2. NiS monosulfid se može dobiti zagrevanjem NiO sa sumporom.
Nikl ne reaguje sa azotom čak ni na visokim temperaturama (do 1400 °C). Rastvorljivost azota u čvrstom niklu je približno 0,07% težine (na 445 °C). Ni3N nitrid se može pripremiti propuštanjem NH3 preko NiF2, NiBr2 ili metalnog praha na 445 °C. Pod uticajem para fosfora na visokim temperaturama nastaje fosfid Ni 3 P 2 u obliku sive mase. U sistemu Ni-As utvrđeno je postojanje tri arsenida: Ni 5 As 2, Ni 3 As (mineral maučerit) i NiAs. Mnogi metalidi imaju strukturu tipa nikl-arsenid (u kojoj atomi As formiraju gusto heksagonalno pakiranje, čije su sve oktaedarske šupljine zauzete atomima Ni). Nestabilan Ni 3 C karbid se može dobiti sporom (stotinama sati) karburizacijom (cementacijom) nikla u prahu u atmosferi CO na 300 °C. U tečnom stanju, nikl otapa primjetnu količinu C, koji se taloži tokom hlađenja u obliku grafita. Kada se grafit oslobodi, nikl gubi svoju savitljivost i sposobnost obrade pod pritiskom.
U nizu napona, Ni je desno od Fe (njihovi normalni potencijali su -0,44 V i -0,24 V, respektivno) i stoga se otapa sporije od Fe u razrijeđenim kiselinama. Nikl je otporan na vodu. Organske kiseline djeluju na nikl tek nakon dužeg kontakta s njim. Sumporna i hlorovodonična kiselina polako otapaju nikl; razrijeđeni dušik - vrlo lako; koncentrirani HNO 3 pasivira nikl, ali u manjoj mjeri od željeza.
Pri interakciji sa kiselinama nastaju soli 2-valentnog Ni. Gotovo sve soli Ni(II) i jake kiseline su vrlo topljive u vodi, a njihove otopine imaju kiselu reakciju zbog hidrolize. Soli relativno slabih kiselina kao što su ugljena i fosforna kiselina su slabo rastvorljive. Većina soli nikla se raspada kada se zagrije (600-800 °C). Jedna od najčešće korišćenih soli, NiSO 4 sulfat, kristališe iz rastvora u obliku smaragdno zelenih kristala NiSO 4 ·7H 2 O - nikl sulfata. Jake alkalije ne utiču na nikl, ali se on rastvara u rastvorima amonijaka u prisustvu (NH 4) 2 CO 3 sa stvaranjem rastvorljivog amonijaka, obojenog intenzivno plavom bojom; Većinu njih karakteriše prisustvo kompleksa 2+ i . Hidrometalurške metode za vađenje nikla iz ruda zasnivaju se na selektivnom formiranju amonijaka. NaOCl i NaOBr se talože iz rastvora Ni (II) soli, Ni(OH) hidroksid 3 je crne boje. U kompleksnim jedinjenjima, Ni, za razliku od Co, je obično 2-valentan. Kompleksno jedinjenje Ni sa dimetilglioksimom (C 4 H 7 O 2 N) 2 Ni koristi se za analitičko određivanje Ni.
Na povišenim temperaturama, nikl stupa u interakciju sa dušikovim oksidima, SO 2 i NH 3. Kada CO djeluje na svoj fino mljeveni prah nakon zagrijavanja, nastaje karbonil Ni(CO) 4. Termičkom disocijacijom karbonila nastaje najčišći nikl.
Primanje nikla. Oko 80% nikla od ukupne proizvodnje dobija se iz sulfidnih bakar-nikl ruda. Nakon selektivnog obogaćivanja flotacijom, iz rude se izdvajaju koncentrati bakra, nikla i pirotita. Koncentrat rude nikla pomešan sa fluksovima se topi u električnim oknima ili reverberacionim pećima kako bi se odvojila otpadna stena i ekstrahovao nikl u sulfidnu talinu (mat) koja sadrži 10-15% Ni. Obično električnom topljenju prethodi parcijalno oksidativno prženje i aglomeracija koncentrata. Zajedno s Ni, dio Fe, Co i gotovo sav Cu i plemeniti metali prelaze u mat. Nakon što se Fe odvoji oksidacijom (duvavanjem tečnog mat u konvertorima), dobija se legura Cu i Ni sulfida - mat, koja se polako hladi, fino melje i šalje na flotaciju da se odvoje Cu i Ni. Koncentrat nikla se peče u fluidizovanom sloju do NiO. Metal se dobija redukcijom NiO u elektrolučnim pećima. Anode se lijevaju od grubog nikla i rafiniraju elektrolitički. Sadržaj nečistoća u elektrolitičkom niklu (klasa 110) je 0,01%.
Za razdvajanje Cu i Ni, takođe se koristi takozvani karbonil proces, zasnovan na reverzibilnosti reakcije: Ni + 4CO = Ni(CO) 4. Proizvodnja karbonila se vrši na 100-200 atm i na 200-250 °C, a njegova razgradnja se vrši bez pristupa vazduha na atm. pritisak i oko 200 °C. Razlaganje Ni(CO) 4 koristi se i za proizvodnju niklovanih premaza i proizvodnju raznih proizvoda (razgradnja na zagrijanoj matrici).
U modernim „autogenim“ procesima topljenje se vrši pomoću topline koja se oslobađa prilikom oksidacije sulfida zrakom obogaćenim kisikom. To omogućava eliminaciju goriva koja sadrže ugljen, dobijanje gasova bogatih SO 2 pogodnim za proizvodnju sumporne kiseline ili elementarnog sumpora, a takođe dramatično povećava efikasnost procesa. Najpotpunija i najperspektivnija je oksidacija tekućih sulfida. Sve su češći procesi bazirani na obradi koncentrata nikla rastvorima kiselina ili amonijaka u prisustvu kiseonika na povišenim temperaturama i pritiskom (autoklavski procesi). Tipično, nikl se prenosi u rastvor, iz kojeg se izoluje u obliku bogatog sulfidnog koncentrata ili metalnog praha (redukcijom sa vodonikom pod pritiskom).
Od silikatnih (oksidiranih) ruda, nikl se također može koncentrirati u mat uvođenjem fluksa - gipsa ili pirita - u punjenje za topljenje. Redukciono-sulfidaciono topljenje se obično vrši u pećima na vratilu; dobijeni mat sadrži 16-20% Ni, 16-18% S, ostatak je Fe. Tehnologija za izdvajanje nikla iz mat je slična onoj gore opisanoj, osim što se operacija odvajanja Cu često izostavlja. Ako je sadržaj Co u oksidiranim rudama nizak, preporučljivo je podvrgnuti ih redukcijskom topljenju kako bi se dobio feronikl koji se koristi za proizvodnju čelika. Za izdvajanje nikla iz oksidiranih ruda koriste se i hidrometalurške metode - luženje predreducirane rude amonijakom, autoklavno luženje sumpornom kiselinom i druge.
Upotreba nikla. Ogromna većina Ni se koristi za proizvodnju legura sa drugim metalima (Fe, Cr, Cu i drugi), koje karakterišu visoka mehanička, antikorozivna, magnetna ili električna i termoelektrična svojstva. U vezi s razvojem mlazne tehnologije i stvaranjem plinskih turbinskih jedinica, posebno su važne hrom-nikl legure otporne na toplinu i toplinu. Legure nikla koriste se u strukturama nuklearnih reaktora.
To znači da se količina nikla troši za proizvodnju alkalnih baterija i antikorozivnih premaza. Koviti nikl u svom čistom obliku koristi se za proizvodnju limova, cijevi itd. Također se koristi u hemijskoj industriji za proizvodnju specijalne hemijske opreme i kao katalizator za mnoge hemijske procese. Nikl je vrlo rijedak metal i, ako je moguće, treba ga zamijeniti drugim, jeftinijim i uobičajenijim materijalima.
Prerada ruda nikla je praćena oslobađanjem toksičnih gasova koji sadrže SO 2 i često As 2 O 3. CO koji se koristi u rafinaciji nikla karbonilnom metodom je vrlo toksičan; Ni(CO)4 je vrlo toksičan i vrlo isparljiv. Njegova mješavina sa zrakom eksplodira na 60 °C. Kontrolne mjere: nepropusnost opreme, pojačana ventilacija.
Nikl je esencijalni element u tragovima u tijelu. Njegov prosječni sadržaj u biljkama je 5,0·10 -5% sirovine, u tijelu kopnenih životinja 1,0·10 -6%, u morskim životinjama - 1,6·10 -4%. U životinjskom tijelu, nikl se nalazi u jetri, koži i endokrinim žlijezdama; akumulira se u keratiniziranim tkivima (posebno perju). Utvrđeno je da nikl aktivira enzim arginazu i utiče na oksidativne procese; u biljkama učestvuje u brojnim enzimskim reakcijama (karboksilacija, hidroliza peptidnih veza i dr.). Na tlima obogaćenim niklom, njegov sadržaj u biljkama može se povećati 30 puta ili više, što dovodi do endemičnih bolesti (kod biljaka - ružnih oblika, kod životinja - očnih bolesti povezanih s povećanim nakupljanjem nikla u rožnici: keratitis, keratokonjunktivitis).
(koordinacioni brojevi su navedeni u zagradama) Ni 2+ 0,069 nm (4), 0,077 nm (5), 0,083 nm (6).
Prosečan sadržaj nikla u zemljinoj kori je 8-10-3% mase, u okeanima 0,002 mg/l. Poznato cca. 50 nikla, od kojih su najvažniji: pentlandit (Fe,Ni) 9 S 8, milerit NiS, garnierit (Ni, Mg) 3 Si 4 O 10 (OH) 10. 4H 2 O, revdinskit (ne-puit) (Ni,Mg) 3 Si 2 O 5 (OH) 4, nikl NiAs, annabergit Ni 3 (AsO 4) 2 8H 2 O. Nikl se uglavnom vadi iz sulfida bakar-nikl ( Kanada, Australija, Južna Afrika) i od silikatnih oksidiranih (Nova Kaledonija, Kuba, Filipini, Indonezija itd.). Svjetske kopnene rezerve nikla procjenjuju se na 70 miliona tona.
Svojstva. Nikl-srebro-bijela. Kristalno. lice centrirana rešetka kubni, a = 0,35238 nm, z = 4, prostor. grupa RT3t. T. pl. 1455 °C. t. bale 2900 °C; splav 8,90 g/cm3; C 0 p 26.l J/( . K); DH 0 pl 17,5 kJ/, DH 0 isp 370 kJ/; S 0 298 29,9 JDmol K); nivo temperaturne zavisnosti za čvrsti nikl lgp(hPa) = 13,369-23013/T+0,520lgT+0,395T (298-1728K), za tečni lgp(hPa)=11,742-20830/T+ 0,618 lgT- (298-1728K)3170 K); temperaturni koeficijent linearna ekspanzija 13.5. 10 -6 K -1 (273-373 K); 94,1 W/(m x x K) na 273 K, 90,9 W/(m K) na 298 K; g 1,74 N/m (1520 °C); r 7,5 10 -8 Ohm m, temperaturni koeficijent. r 6,75. 10 -3 K -1 (298-398 K); , 631 K. Modul elastičnosti 196-210 GPa; s rast 280-720 MPa; odnosi izduženje 40-50%; prema Brinellu (žareno) 700-1000 MPa. Čisti nikl je veoma duktilan, može se dobro obraditi u hladnim i toplim uslovima, može se valjati, izvlačiti i kovati.
N Nikal je hemijski neaktivan, ali fino dispergovana jedinjenja nikla dobijena na niskim temperaturama su piroforna. Standard Ni 0 /Ni 2+ - 0,23 V. Na normalnim temperaturama nikl nije prekriven tankim slojem. Ne interakcija. sa i vlagom. Kada se zagreje Proizvodnja nikla počinje na ~ 800 °C. Nikl vrlo sporo reaguje sa hlorovodoničnom, sumpornom, fosfornom i fluorovodoničnom kiselinom. Ocat i drugi organi na to praktički ne utiču. vama, posebno u odsustvu . Dobro reaguje sa dil. HNO3, konc. HNO 3 je pasiviran. Rastvori i i, kao i tečni NH 3, nemaju uticaja na nikl. Prisutne vodene otopine NH 3. koreliraju nikal.
N Ikel u dispergovanom stanju ima velika katalitička svojstva. u okruzima,. Koriste ili skeletni nikl (Raney nikal), dobiven legiranjem sa Al ili Si s posljednjim. , ili nikla na .
N ikel apsorbuje H 2 i sa njim formira čvrste rastvore. NiH 2 (stabilan ispod 0°C) i stabilniji NiH dobijeni su indirektno. Skoro da se ne apsorbuje od nikla do 1400 °C, pH vrednost N 2 je 0,07% na 450 °C. Kompaktni nikl ne reaguje sa NH 3; dispergovani nikl sa njim formira Ni 3 N nitrid na 300-450 °C.
Rastopljeni nikl otapa C i formira karbid Ni 3 C, koji se raspada oslobađanjem; Ni 3 C u obliku sivo-crne boje (raspada se na ~450°C) dobija se karburizacijom nikla u CO na 250-400°C. Dispergovani nikl sa CO proizvodi isparljivi Ni(CO) 4 . Kada je legiran sa Si, formira silicijum dioksid; Ni 5 Si 2, Ni 2 Si i NiSi se tope kongruentno. na 1282, 1318 i 992 °C, Ni 3 Si i NiSi 2 - nekongruentni, respektivno. na 1165 i 1125°C, Ni 3 Si 2 se raspada bez topljenja na 845°C. Kada se stapa sa B daje boride: Ni 3 B (t.t. 1175°C), Ni 2 B (1240°C), Ni 3 B 2 (1163°C), Ni 4 B 3 (1580 °C), NiB 12 ( 2320 °C), NiB (razlaže se na 1600 °C). Sa Se, nikl formira selenide: NiSe (t.t. 980 °C), Ni 3 Se 2 i NiSe 2 (razlažu se na 800 i 850 ° C, respektivno), Ni 6 Se 5 i Ni 21 Se 20 (postoje samo u čvrstom stanju) . Kada se nikl legira sa Te, dobijaju se teluridi: NiTe i NiTe 2 (izmedju njih se očigledno formira široka oblast čvrstih rastvora) itd.
Arsenat Ni 3 (AsO 4) 2. 8H 2 O-zelena; p-stopa od 0,022%; to-tami se razgrađuje; iznad 200 °C dehidrira, na ~ 1000 °C se razgrađuje; dobijanje čvrste.
Silikat Ni 2 SiO 4 - svijetlozeleni sa rombičnim uzorkom. rešetka; gusto 4,85 g/cm3; raspada se bez topljenja na 1545°C; u nerastvorljivom; rudar K-tami se polako raspada kada se zagreje. Aluminat NiAl 2 O 4 (nikl spinel) - plavi sa kubnim. rešetka; m.p. 2110°C; gusto 4,50 g/cm3; ne sol. V ; polako se razgrađuje to-tami; .
Najvažnije složene veze. nikl-a m m i n s. Naib. Karakteristični su heksaamini, odnosno akvatetramini. 2+ i 2+. To su plavi ili ljubičasti kristali. in-va, obično sol. u, u rastvorima svetlo plava; kada se rastvori prokuvaju i kada su izloženi rastvoru, oni se raspadaju; nastaju u rastvorima tokom obrade nikla i kobalta amonijakom.
U kompleksima Ni(III) i Ni(IV) koordinacija broj nikla je 6. Primjeri su ljubičasti K 3 i crveni K 2, nastali djelovanjem F 2 na mješavinu NiCl 2 i KCl; jaka. Poznate su, na primjer, druge vrste hetero-polikiselina. (NH 4) 6 H 7. 5H 2 O, veliki broj intrakompleksnih jedinjenja. Ni(II). Vidi također Organo-nikl jedinjenja.
Potvrda. obrađuju piro- i hidrometalurške materijale. način. Za oksidaciju silikata (ne može se obogatiti) koristite bilo koji reduktor. topljenje da bi se dobio feronikl, koji se zatim podvrgava pročišćavanju u konvertoru radi obogaćivanja, ili topljenje za mat koji sadrži sumpor (FeS 2 ili CaSO 4). Dobijeni mat se puhuje u konverter da bi se uklonio Fe, a zatim se drobi i peče kako bi se smanjio NiO iz rezultirajućeg materijala. Metalni nikal se dobija topljenjem. Koncentrati nikla dobijeni obogaćivanjem sulfidnih koncentrata se sa zadnjim tope u mat. pročišćavanje u pretvaraču. Iz bakar-nikl mat, nakon njegovog sporog hlađenja, izdvaja se koncentrat Ni 3 S 2, koji se, slično kao i oksidirani mat, peče i reducira.
Jedan od načina hidroobrade oksidiranih ruda je redukcija ili mješavina H 2 i N 2 sa ovim posljednjim. rastvor NH 3 i CO 2 sa pročišćavanjem. Otopina je pročišćena od Co. Tokom razlaganja rastvora destilacijom NH 3 dolazi do taloženja nikl hidroksokarbonata koji se ili kalciniše i redukuje iz nastalog NiO. Nikl se dobija topljenjem ili ponovnim otapanjem. u rastvoru NH 3 i nakon destilacije NH 3 iz H2 pulpe, dobija se nikal. dr. način - oksidirana sumporna kiselina u. Iz dobijenog rastvora, nakon njegovog prečišćavanja, ispod se taloži nikl i dobijeni NiS koncentrat se obrađuje kao mat.
Hidroobrada nikl sulfidnih materijala (koncentrati, matovi) svodi se na oksidaciju u autoklavu. bilo rastvori NH 3 (sa niskim sadržajem Co) ili H 2 SO 4. Iz rastvora amonijaka, nakon odvajanja CuS, dolazi do taloženja nikla. Za odvajanje Ni,Također se koristi ekstrakcija Co i Cu iz otopina amonijaka. metode koje koriste, prije svega, helirajuće ekstrakte.
Oksidacija u autoklavu za dobijanje sulfatnih rastvora koristi se kako za obogaćene materijale (mat) sa prelaskom nikla i sl. u rastvor, tako i za siromašne pirotijum Fe 7 S 8 koncentrate. U potonjem slučaju, dominantna je oksidacija. pirotinom, koji omogućava izolaciju elementarnog S i sulfidnog koncentrata, koji se dalje topi u nikl mat.
Tokom godina, razvoj tehnologije je ostao popularna industrija koja se stalno razvija. Moderni materijali, legure i metali su osnova za njegovo unapređenje. Trenutno se aktivno razvijaju naftna i hemijska industrija, proizvodnja automobila i javnog prevoza. Teško je tvrditi da su se oduvijek temeljile na aktivnoj upotrebi metala visoke čvrstoće i visokog kvaliteta, među kojima je nikl posebno tražen i pažljiv. Iako zauzima tek 13. mjesto među metalima, po svojoj važnosti nije inferioran tako važnim materijalima kao što su krom, aluminij, pa čak i željezo.
Karakteristike i svojstva nikla
Ovaj materijal ima srebrno-bijelu boju. Karakterizira ga visoka duktilnost i savitljivost. Po brojnim svojstvima je blizak gvožđu (gustina, toplotna provodljivost, tačka topljenja, itd.). Ima prosječnu hemijsku aktivnost. U prostoriji sa sobnom temperaturom i suvim vazduhom, praktično ne reaguje sa kiseonikom. Oksidacija se javlja kada se nikl zagreje na 500 stepeni. Ne blijedi na otvorenom. Nikl se može kombinovati sa drugim materijalima, menjajući (dodavajući) njihova svojstva. Na primjer, povećava duktilnost i čvrstoću čelika, au kombinaciji s hromom omogućava postizanje odlične otpornosti na koroziju.
Područja primjene
Posjedujući čitav niz kvaliteta i karakteristika, materijal se može koristiti u raznim oblastima i područjima moderne tehnologije.
- To je osnova za mnoge specijalne legure (superlegure), uključujući materijale otporne na toplinu koji se široko koriste u zrakoplovnoj industriji. Nikl se koristi za izradu dijelova modernih elektrana. Vrijedi napomenuti da u industrijskom sektoru postoji oko 3 hiljade legura i spojeva metala sa niklom.
- Materijal je dio bijelog zlata, antikorozivnog monela metala, nihroma (legura hroma i nikla), invara, raznih hrom-nikl čelika, nikal srebra i dr. Prisutan je kao komponenta u nerđajućim čelicima.
- Koristi se u proizvodnji raznih baterija (nikl-cink, nikl-vodonik, željezo-nikl).
- Koristi se u medicini, posebno u stomatologiji za izradu ortodontskih aparatića i proteza.
- Nikl se koristi u proizvodnji kovanica u mnogim zemljama širom svijeta. Malo ljudi zna, ali američki novčić od pet centi se čak naziva i "nikl".
- Koristi se i u proizvodnji muzičkih instrumenata, a posebno za proizvodnju žica za namotavanje (gitare, violine itd.).
- Pronalazi primenu u savremenim tehnologijama zračenja.
- U nepromijenjenom obliku, materijal se koristi kao zaštitni premaz koji štiti od korozije. Takvi zaštitni premazi na želeu i drugim metalima mogu se dobiti pomoću dvije metode: galvanizacijom ili galvanizacijom.
Opseg primjene ovog materijala je zaista opsežan. Zbog toga potražnja za niklom trenutno raste i postao je dostupan u raznim zemljama. To se odnosi i na Kazahstan, gdje je na službenoj web stranici
– srebrno sivi, duktilni, savitljivi metal. Spada u prelazne metale, odnosno može pokazati i kisela i alkalna svojstva. U normalnim uslovima, nikl je prekriven oksidnim filmom i stoga je neaktivan. Razlika od drugih sličnih elemenata je u tome što njegov oksidni film ne smanjuje sjaj. A danas ćemo vam reći o upotrebi nikla u industriji, upotrebi njegovih legura u građevinarstvu i drugim područjima života.
Oksidni film štiti metal, dajući mu visoku otpornost na koroziju. Štaviše, njegov učinak je toliko jak da se ne ispostavlja da je neaktivan samo nikal, već i bilo koji drugi predmeti obloženi najtanjim slojem nikla. Upravo ta kvaliteta određuje jednu od najčešćih metoda primjene.
Ovaj video će vam reći o upotrebi nikla u svakodnevnom životu:
Nikeliranje
Niklovanje je proizvodnja niklovane prevlake galvanskom metodom na površini drugih metala - legura željeza, u pravilu, kako bi se potonje zaštitilo od korozije. U 2015. godini 7% iskopanog metala korišteno je za niklovanje. Takva "obrada" se susreće posvuda: posuđe, pribor za jelo, metalne cijevi koje se koriste u proizvodnji namještaja ili u dekorativne svrhe. Osim što štiti osnovnu leguru, metal također daje prekrasan srebrni sjaj koji ne blijedi s vremenom.
Nikl se koristi za zaštitu lijevanog željeza, željeza, magnezija, pa čak i aluminija, koji se sami smatraju prilično otpornim na koroziju. Međutim, nikal ima još jedno posebno svojstvo - izuzetnu otpornost na alkalije. Niklovanje metalnih proizvoda aktivno se koristi u hemijskoj industriji - za proizvodnju rezervoara za skladištenje i transport hemijski agresivnih materija, na primer, kao i za proizvodnju delova namenjenih za rad u najopasnijim uslovima: na primer, za štite duralumin lopatice aviona od korozije.
Ostala područja
- Metal se koristi u proizvodnji baterija - nikl-kadmijum, gvožđe-nikl, nikl-cink, nikl-vodik. Niklove elektrode su stabilne u elektrolitu, imaju dug vijek trajanja i pristupačne su. Dakle, cink-srebrna baterija pokazuje bolje performanse, ali je mnogo skuplja.
- Metal se koristi u hemijskoj industriji za proizvodnju raznih reagensa.
- U medicini se nikl koristi u proizvodnji protetika i proteza, jer je metal potpuno inertan i siguran. Isto svojstvo omogućuje upotrebu tvari u proizvodnji opreme za prehrambenu industriju.
- Međutim, mnogo veći udio nikla se troši na proizvodnju raznih legura. Legure gvožđa čine 67% iskopanih materija, a legure bez gvožđa 17%.
To je zbog činjenice da nikal daje legurama gotovo istu otpornost na koroziju koju i sam posjeduje. Kao rezultat toga, većina metala se koristi za proizvodnju širokog spektra nehrđajućih čelika. Iste legure gvožđa koje nisu legirane niklom podvrgnute su niklovanju radi zaštite. Jednostavno je nerealno nabrojati područja primjene nehrđajućih i konstrukcijskih čelika: nema područja nacionalne ekonomije gdje se ti proizvodi ne koriste.
Ništa manje zanimljivi su i drugi sastavi legura nikla, na primjer, legura nikla sa željezom, bakrom, kalajem, aluminijem, titanom, hromom i drugim metalima.
Legure na njegovoj osnovi
Legure nikla su izuzetno raznolike, a njihova svojstva su toliko važna za različite sektore nacionalne ekonomije da gotovo svi sastavi čine zasebne grupe.
Sa bakrom
Legure nikl-bakar - rijetka karakteristika koja je svojstvena takvom čvrstom rješenju je međusobna potpuna topljivost metala jedan u drugom. Kada se legira u bilo kojoj proporciji, dobija se jednofazna homogena legura koja prirodno i predvidljivo menja svoja svojstva. Koroziona svojstva takvih legura određena su samo udjelom tvari: sa udjelom većim od 50%, svojstva su bliža kvalitetu samog bakra, s udjelom nikla većim od 50%, legura pokazuje kvalitete svojstvene niklu.
Legure nikl-bakara otporne su i na kiseline i na baze. Koriste se u proizvodnji delova i rezervoara za opremu koja radi u okruženjima fosforne, sumporne, perhlorne kiseline, kao i za delove mašina koji trpe velika opterećenja.
- Najpoznatije kompozicije ove vrste uključuju Monele: 70% nikla i 1,5-2% gvožđa.
Monele se odlikuju odličnom mehaničkom čvrstoćom i tvrdoćom, izdržljivošću, otpornošću na habanje i neosjetljivošću na kiseline i baze. Koriste se za proizvodnju ventila, pumpi, osovina radnog kola, opruga, čaura, izmjenjivača topline itd.
- Kovanice se izrađuju od legura bakra i nikla.
- Constantan je legura od 40% nikla i 59% bakra, koja se koristi u proizvodnji visoko precizne opreme, jer je otporna na habanje i može izdržati velika opterećenja.
Upotreba nikla u modernoj tehnologiji predstavljena je u ovom videu:
Sa hromom
- Legure nikla i hroma– nihromi su poznati po svojoj otpornosti na toplinu, ali se u isto vrijeme odlikuju i visokom otpornošću na koroziju, uključujući i kiseline. Ovaj skup kvaliteta određuje i njegovu upotrebu: u proizvodnji muflnih peći, za proizvodnju izmjenjivača topline i cjevovoda, kao dijelova plinskih turbina. Legure sa udjelom nikla do 80% koriste se za izradu dijelova komore za izgaranje u mlaznim motorima i nuklearnim reaktorima. Najpoznatiji od njih su nimonic, incoloy raznih marki i inconel. Legure se koriste za izradu dijelova gdje je potrebna visoka čvrstoća na visokim temperaturama - kućišta grijaćih elemenata, cijevi drobilice i tako dalje.
- Kaljene legure nikl-hrom-gvožđe, s pravom se nazivaju super-jakim legurama. Kombinuju ekstremnu čvrstoću sa otpornošću na koroziju pri visokim temperaturama i otpornošću na puzanje. Koriste se za izradu dijelova plinskih turbina, lopatica i dijelova motora, dijelova peći, materijala za kovanje itd. Legure su dizajnirane da „rade“ na temperaturama do 600–850 C. Najpoznatiji su nimonic, kao i inkonel i udimet.
Sa molibdenom i drugim metalima
Kompozicija nikl-molibdena - na primjer, Hastelloy - otporna je na sumporne, fosforne, hlorovodonične i tako dalje kiseline, a na visokim temperaturama do ključanja. Od legure se izrađuju dijelovi opreme otporne na kiseline. Istovremeno se odlikuje visokom čvrstoćom, tako da služi kao punopravni konstrukcijski materijal u hemijskoj industriji.
Legure nikl-hrom-molibden otporne su na još širi spektar kiselina i drugih agresivnih okruženja - na primjer suvi klor.
- Metal ima svoje mjesto i u nakitu. Legura "bijelo zlato" sadrži 58% zlata i ligaturu nikla i srebra.
- Nikl je sam po sebi feromagnetičan. Njegove legure, alnico i magnico, su trajni magneti.
U nastavku ćemo govoriti o leguri željeza i nikla i njenim prednostima.
Sa gvožđem
To se odnosi na čvrste otopine u kojima nikal nije legirajući aditiv, kao u nehrđajućim čelicima, već "teža" komponenta - do 65%. Postoje 4 vrste takvih legura.
- Otporan na toplotu– njihova posebnost nije samo otpornost na temperature, već i sposobnost da izdrže velika opterećenja na visokim temperaturama. Udio nikla ovdje je obično 44-46%, a može uključivati i hrom, aluminijum, titan, molibden i tako dalje. Mehanička čvrstoća legura u normalnim uslovima je 600–850 MPa, a na temperaturama od 800–900 C – od 45 do 177 MPa.
Otpornost na toplinu bez opterećenja doseže 1000–1350 C, dok rad na visokim temperaturama ne utječe na fizička svojstva proizvoda. Legura se koristi za izradu dijelova za nuklearne reaktore, mlazne motore, plinske turbine i tako dalje.
- Magnetne legure– permalloje, pokazuju visoku magnetnu permeabilnost u slabom polju. Koriste se u elektrotehnici za proizvodnju dijelova s visokom magnetizacijom.
- Legure koje održavaju elastičnost i ukupne dimenzije– elinvar, na primjer, koji sadrži 36% nikla. Zadržava povećanu elastičnost na visokim temperaturama, budući da je ovakva kvaliteta legure zbog njenih magnetnih svojstava. Koristi se za proizvodnju termoelementa u pećima.
- Antikorozivne legure– u pravilu osim nikla sadrže i molibden ili hrom. Aktivno se koriste u proizvodnji hemijske opreme.
Upotreba materijala u građevinarstvu
Svjetska vrijednost 1887. godine bila je samo 600 tona. Metal je korišten za pravljenje kovanica. Ali već od 80-ih godina, industrija nikla počela se aktivno razvijati. Poticaj je bila visoka otpornost na koroziju metala i, što je najvažnije, njegovih legura.
- Niklovanje kao način „oplemenjivanja“ proizvoda takođe je počelo da se koristi od kraja 19. veka, a zamenjeno je hromiranjem tek 30-ih godina 20. veka. U građevinarstvu, niklovani dijelovi se još uvijek koriste u izgradnji širokog spektra ukrasnih konstrukcija.
- Iz istih razloga, niklovani dijelovi se koriste u proizvodnji namještaja. Metalni sloj ne samo da daje proizvodu sjaj i lijepu boju, već i štiti okvir od bilo kakvih vanjskih utjecaja.
- Dekorativne kvalitete određuju još jedno područje primjene - okovi za namještaj, prozore, vrata, kućanske aparate i tako dalje. Ručke, šarke i metalni ukrasi izgledaju sjajno i traju jako dugo.
- Niklovane slavine, slavine, tuš glave i ostali kupaonski pribor nikada ne izlaze iz mode, jer sloj nikla daje proizvodima odličan izgled i izuzetnu otpornost na koroziju bilo koje vrste. Naravno, ova opcija je inferiorna u pogledu dekorativnosti, jer je osnova ovdje čelik i nije savitljiv. Ali srebrna boja i neograničeni sjaj su također privlačni.
- Legure sa niklom se mnogo šire koriste, posebno razni nehrđajući i konstrukcijski čelici. Nerealno je zamisliti modernu gradnju bez učešća valjanog metala.
Nikl je metal koji je vrlo otporan na koroziju i sposoban je to postići. Ova kvaliteta je najčešće razlog za korištenje metala.
Ovaj video će vam reći o hemijskom niklovanju: