Le métal a été obtenu pour la première fois sous sa forme impure en 1751 par le chimiste suédois A. Kronstedt, qui a également proposé le nom de l'élément. Un métal beaucoup plus pur a été obtenu en 1804 par le chimiste allemand I. Richter. Le nom « Nickel » vient du minéral kupfernickel (NiAs), connu déjà au XVIIe siècle et qui induisait souvent les mineurs en erreur par sa ressemblance extérieure avec les minerais de cuivre (en allemand Kupfer - cuivre, Nickel - esprit de montagne, qui glissait prétendument des stériles aux mineurs au lieu de minerai). Depuis le milieu du XVIIIe siècle, le nickel n’est utilisé que comme composant d’alliages d’apparence similaire à l’argent. Le développement généralisé de l'industrie du nickel à la fin du XIXe siècle est associé à la découverte d'importants gisements de minerais de nickel en Nouvelle-Calédonie et au Canada et à la découverte de son effet « ennoblissant » sur les propriétés des aciers.
Répartition du Nickel dans la nature. Le nickel est un élément des profondeurs terrestres (dans les roches ultrabasiques du manteau, il représente 0,2 % en masse). Il existe une hypothèse selon laquelle le noyau terrestre est constitué de nickel-fer ; Ainsi, la teneur moyenne en Nickel du sol dans son ensemble est estimée à environ 3 %. Dans la croûte terrestre, où le nickel représente 5,8,10 -3%, il gravite également vers la couche plus profonde, appelée coquille de basalte. Ni dans la croûte terrestre est un satellite de Fe et de Mg, ce qui s'explique par la similitude de leur valence (II) et de leurs rayons ioniques ; Le nickel est inclus dans les minéraux divalents de fer et de magnésium en tant qu'impureté isomorphe. Les propres minéraux du nickel sont connus pour être au nombre de 53 ; la plupart d'entre eux se sont formés à des températures et des pressions élevées, lors de la solidification du magma ou à partir de solutions aqueuses chaudes. Les gisements de nickel sont associés à des processus dans le magma et dans la croûte d'altération. Les gisements industriels de nickel (minerais sulfurés) sont généralement composés de minéraux de nickel et de cuivre. A la surface de la Terre, dans la biosphère, le Nickel est un migrateur relativement faible. Il y en a relativement peu dans les eaux de surface et dans la matière vivante. Dans les zones où prédominent les roches ultramafiques, le sol et les plantes sont enrichis en nickel.
Propriétés physiques du Nickel. Dans des conditions normales, le nickel existe sous la forme d'une modification β, qui présente un réseau cubique à faces centrées (a = 3,5236Å). Mais le nickel, soumis à une pulvérisation cathodique dans une atmosphère de H 2, forme une modification α ayant un réseau hexagonal compact (a = 2,65 Å, c = 4,32 Å), qui se transforme en un réseau cubique lorsqu'il est chauffé au-dessus de 200 °C. Le nickel cubique compact a une densité de 8,9 g/cm 3 (20 °C), un rayon atomique de 1,24 Å, des rayons ioniques : Ni 2+ 0,79 Å, Ni 3+ 0,72 Å ; tpl 1453 °C ; température d'ébullition d'environ 3 000 °C ; capacité thermique spécifique à 20°C 0,440 kJ/(kg K) ; coefficient de température de dilatation linéaire 13,3·10 -6 (0-100 °C) ; conductivité thermique à 25°C 90,1 W/(m K) ; également à 500 °C 60,01 W/(m K). Résistivité électrique spécifique à 20°C 68,4 nom m, soit 6,84 µΩ cm ; coefficient de température de la résistance électrique 6,8·10 -3 (0-100 °C). Le nickel est un métal malléable et malléable ; il peut être utilisé pour fabriquer des feuilles et des tubes très fins. Résistance à la traction 400-500 MN/m2 (soit 40-50 kgf/mm2) ; limite élastique 80 Mn/m2, limite d'élasticité 120 Mn/m2 ; allongement relatif 40% ; module d'élasticité normal 205 Gn/m2 ; Dureté Brinell 600-800 Mn/m2. Dans la plage de température de 0 à 631 K (la limite supérieure correspond au point de Curie) le nickel est ferromagnétique. Le ferromagnétisme du nickel est dû aux caractéristiques structurelles des couches électroniques externes (3d 8 4s 2) de ses atomes. Le nickel, avec Fe (3d 6 4s 2) et Co (3d 7 4s 2), également ferromagnétiques, appartient aux éléments avec une couche électronique 3d inachevée (métaux 3d de transition). Les électrons de la coque inachevée créent un moment magnétique de spin non compensé, dont la valeur effective pour les atomes de nickel est de 6 μ B, où μ B est le magnéton de Bohr. La valeur positive de l'interaction d'échange dans les cristaux de nickel conduit à une orientation parallèle des moments magnétiques atomiques, c'est-à-dire au ferromagnétisme. Pour la même raison, les alliages et un certain nombre de composés de nickel (oxydes, halogénures et autres) sont ordonnés magnétiquement (ont une structure ferro-, ou moins communément, ferrimagnétique). Le nickel fait partie des matériaux et alliages magnétiques les plus importants avec un coefficient de dilatation thermique minimum (permalloy, monel métal, invar et autres).
Propriétés chimiques du nickel. Chimiquement, Ni est similaire à Fe et Co, mais aussi au Cu et aux métaux nobles. Dans les composés, il présente une valence variable (le plus souvent du 2-valentène). Le nickel est un métal d'activité moyenne. Absorbe (surtout à l'état finement broyé) de grandes quantités de gaz (H 2, CO et autres) ; La saturation du nickel avec des gaz détériore ses propriétés mécaniques. La réaction avec l'oxygène commence à 500 °C ; À l’état finement dispersé, le nickel est pyrophorique et s’enflamme spontanément dans l’air. Parmi les oxydes, le plus important est NiO - des cristaux verdâtres, pratiquement insolubles dans l'eau (bunsénite minérale). L'hydroxyde précipite à partir de solutions de sels de nickel lorsque des alcalis sont ajoutés sous la forme d'un volumineux précipité vert pomme. Lorsqu'il est chauffé, le nickel se combine avec les halogènes pour former NiX 2 . Brûlant dans des vapeurs de soufre, il produit du sulfure de composition similaire à Ni 3 S 2. Le monosulfure de NiS peut être préparé en chauffant NiO avec du soufre.
Le nickel ne réagit pas avec l'azote même à haute température (jusqu'à 1400 °C). La solubilité de l'azote dans le nickel solide est d'environ 0,07 % en poids (à 445 °C). Le nitrure de Ni3N peut être préparé en faisant passer du NH3 sur NiF2, NiBr2 ou une poudre métallique à 445 °C. Sous l'influence des vapeurs de phosphore à haute température, le phosphure Ni 3 P 2 se forme sous la forme d'une masse grise. Dans le système Ni-As, l'existence de trois arséniures a été établie : Ni 5 As 2, Ni 3 As (minéral mauchérite) et NiAs. De nombreux métallides ont une structure de type nickel-arséniure (dans laquelle les atomes d'As forment un emballage hexagonal dense, dont tous les vides octaédriques sont occupés par des atomes de Ni). Le carbure Ni 3 C instable peut être obtenu par carburation lente (centaines d'heures) (cémentation) de poudre de nickel dans une atmosphère de CO à 300 ° C. À l'état liquide, le nickel dissout une quantité notable de C, qui précipite lors du refroidissement sous forme de graphite. Lorsque le graphite est libéré, le nickel perd sa malléabilité et sa capacité à être traité sous pression.
Dans la série de tensions, Ni se trouve à droite de Fe (leurs potentiels normaux sont respectivement de -0,44 V et -0,24 V) et se dissout donc plus lentement que Fe dans les acides dilués. Le nickel résiste à l'eau. Les acides organiques n'agissent sur le Nickel qu'après un contact prolongé avec celui-ci. Les acides sulfurique et chlorhydrique dissolvent lentement le nickel ; azote dilué - très facile ; Le HNO 3 concentré passive le nickel, mais dans une moindre mesure que le fer.
Lors de l'interaction avec des acides, des sels de Ni 2-valent se forment. Presque tous les sels de Ni(II) et les acides forts sont hautement solubles dans l’eau ; leurs solutions ont une réaction acide due à l’hydrolyse. Les sels d'acides relativement faibles tels que les acides carbonique et phosphorique sont peu solubles. La plupart des sels de nickel se décomposent lorsqu'ils sont chauffés (600 à 800 °C). L'un des sels les plus couramment utilisés, le sulfate de NiSO 4, cristallise à partir de solutions sous forme de cristaux vert émeraude de NiSO 4 ·7H 2 O - sulfate de nickel. Les alcalis forts n'affectent pas le Nickel, mais il se dissout dans les solutions d'ammoniaque en présence de (NH 4) 2 CO 3 avec formation d'ammoniaque soluble, colorée en bleu intense ; La plupart d'entre eux sont caractérisés par la présence de complexes 2+ et . Les méthodes hydrométallurgiques d'extraction du nickel des minerais sont basées sur la formation sélective d'ammoniac. NaOCl et NaOBr sont précipités à partir de solutions de sels de Ni (II), l'hydroxyde de Ni (OH) 3 est noir. Dans les composés complexes, Ni, contrairement au Co, est généralement bivalent. Le composé complexe de Ni avec la diméthylglyoxime (C 4 H 7 O 2 N) 2 Ni est utilisé pour la détermination analytique de Ni.
À des températures élevées, le nickel interagit avec les oxydes d'azote, SO 2 et NH 3. Lorsque le CO agit sur sa poudre finement broyée lors du chauffage, du carbonyle Ni(CO) 4 se forme. La dissociation thermique du carbonyle produit le nickel le plus pur.
Recevoir du Nickel. Environ 80 % du nickel de sa production totale est obtenu à partir de minerais sulfurés de cuivre-nickel. Après enrichissement sélectif par flottation, les concentrés de cuivre, de nickel et de pyrrhotite sont séparés du minerai. Le concentré de minerai de nickel mélangé à des fondants est fondu dans des puits électriques ou des fours à réverbère pour séparer les stériles et extraire le nickel en une masse fondue de sulfure (mat) contenant 10 à 15 % de Ni. Généralement, la fusion électrique est précédée d'un grillage oxydatif partiel et d'une agglomération du concentré. Avec Ni, une partie du Fe, du Co et la quasi-totalité du Cu et des métaux nobles entrent dans la matte. Une fois Fe séparé par oxydation (en soufflant de la matte liquide dans des convertisseurs), un alliage de sulfures de Cu et de Ni est obtenu - la matte, qui est lentement refroidie, finement broyée et envoyée en flottation pour séparer Cu et Ni. Le concentré de nickel est cuit dans un lit fluidisé en NiO. Le métal est obtenu en réduisant NiO dans des fours à arc électrique. Les anodes sont coulées à partir de nickel brut et raffinées par électrolyse. La teneur en impuretés du nickel électrolytique (grade 110) est de 0,01 %.
Pour séparer Cu et Ni, on utilise également le procédé dit carbonyle, basé sur la réversibilité de la réaction : Ni + 4CO = Ni(CO) 4. La production du carbonyle s'effectue à 100-200 atm et à 200-250 °C, et sa décomposition s'effectue sans accès d'air à atm. pression et environ 200 °C. La décomposition du Ni(CO) 4 est également utilisée pour la réalisation de revêtements de nickel et la fabrication de divers produits (décomposition sur matrice chauffée).
Dans les procédés « autogènes » modernes, la fusion est réalisée en utilisant la chaleur dégagée lors de l'oxydation des sulfures avec de l'air enrichi en oxygène. Cela permet d'éliminer les combustibles carbonés, d'obtenir des gaz riches en SO 2 adaptés à la production d'acide sulfurique ou de soufre élémentaire, et également d'augmenter considérablement l'efficacité du procédé. La plus complète et la plus prometteuse est l'oxydation des sulfures liquides. Les procédés basés sur le traitement de concentrés de nickel avec des solutions d'acides ou d'ammoniac en présence d'oxygène à température et pression élevées (procédés en autoclave) sont de plus en plus courants. Généralement, le nickel est transféré en solution, à partir de laquelle il est isolé sous la forme d'un concentré riche en sulfures ou d'une poudre métallique (par réduction avec de l'hydrogène sous pression).
À partir de minerais silicatés (oxydés), le nickel peut également être concentré en matte en introduisant des fondants - gypse ou pyrite - dans la charge de fusion. La fusion par réduction-sulfuration est généralement réalisée dans des fours à cuve ; la matte résultante contient 16 à 20 % de Ni, 16 à 18 % de S, le reste est du Fe. La technologie d'extraction du Nickel de la matte est similaire à celle décrite ci-dessus, sauf que l'opération de séparation du Cu est souvent omise. Si la teneur en Co des minerais oxydés est faible, il est conseillé de les soumettre à une fusion par réduction pour produire du ferronickel, utilisé pour la production d'acier. Pour extraire le nickel des minerais oxydés, des méthodes hydrométallurgiques sont également utilisées - lixiviation à l'ammoniac du minerai pré-réduit, lixiviation en autoclave à l'acide sulfurique et autres.
Utilisation du nickel. L'écrasante majorité du Ni est utilisée pour produire des alliages avec d'autres métaux (Fe, Cr, Cu et autres), caractérisés par des propriétés mécaniques, anticorrosion, magnétiques ou électriques et thermoélectriques élevées. Dans le cadre du développement de la technologie des jets et de la création d'unités de turbine à gaz, les alliages chrome-nickel résistants à la chaleur et résistants à la chaleur sont particulièrement importants. Les alliages de nickel sont utilisés dans les structures des réacteurs nucléaires.
Cela signifie que la quantité de nickel est consommée pour la production de piles alcalines et de revêtements anticorrosion. Le nickel malléable sous sa forme pure est utilisé pour la fabrication de tôles, de tuyaux, etc. Il est également utilisé dans l'industrie chimique pour la fabrication d'équipements chimiques spéciaux et comme catalyseur pour de nombreux procédés chimiques. Le nickel est un métal très rare et devrait, si possible, être remplacé par d’autres matériaux moins chers et plus courants.
Le traitement des minerais de Nickel s'accompagne du rejet de gaz toxiques contenant du SO 2 et souvent de l'As 2 O 3. Le CO utilisé dans le raffinage du nickel par la méthode carbonyle est très toxique ; Le Ni(CO)4 est hautement toxique et très volatil. Son mélange avec l'air explose à 60 °C. Mesures de contrôle : étanchéité des équipements, ventilation renforcée.
Le nickel est un oligoélément essentiel à l’organisme. Sa teneur moyenne dans les plantes est de 5,0·10 -5% de matière première, dans le corps des animaux terrestres de 1,0·10 -6%, chez les animaux marins - de 1,6·10 -4%. Dans le corps animal, le nickel se trouve dans le foie, la peau et les glandes endocrines ; s'accumule dans les tissus kératinisés (notamment les plumes). Il a été établi que le nickel active l'enzyme arginase et affecte les processus oxydatifs ; chez les plantes, il participe à un certain nombre de réactions enzymatiques (carboxylation, hydrolyse des liaisons peptidiques et autres). Sur les sols enrichis en Nickel, sa teneur dans les plantes peut augmenter 30 fois ou plus, ce qui conduit à des maladies endémiques (chez les plantes - formes laides, chez les animaux - maladies oculaires associées à une accumulation accrue de Nickel dans la cornée : kératite, kératoconjonctivite).
(les numéros de coordination sont indiqués entre parenthèses) Ni 2+ 0,069 nm (4), 0,077 nm (5), 0,083 nm (6).
La teneur moyenne en nickel de la croûte terrestre est de 8 à 10 -3 % en masse, celle des océans de 0,002 mg/l. Connu env. 50 nickel, dont les plus importants sont : pentlandite (Fe,Ni) 9 S 8, millerite NiS, garniérite (Ni, Mg) 3 Si 4 O 10 (OH) 10. 4H 2 O, revdinskite (non-puite) (Ni,Mg) 3 Si 2 O 5 (OH) 4, nickel NiAs, annabergite Ni 3 (AsO 4) 2 8H 2 O. Le nickel est principalement extrait du sulfure de cuivre-nickel ( Canada, Australie, Afrique du Sud) et de ceux oxydés silicatés (Nouvelle-Calédonie, Cuba, Philippines, Indonésie, etc.). Les réserves mondiales de nickel à terre sont estimées à 70 millions de tonnes.
Propriétés. Nickel-argent-blanc. Cristallique. réseau centré sur la face cubique, a = 0,35238 nm, z = 4, espace. groupe RT3t. T. pl. 1455 °C. balle 2900 °C ; radeau 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); niveau de dépendance à la température pour le nickel solide lgp(hPa) = 13,369-23013/T+0,520lgT+0,395T (298-1728K), pour le nickel liquide lgp(hPa)=11,742-20830/T+ 0,618 lgT (1728-3170K); coéfficent de température expansion linéaire 13.5. 10-6K-1 (273-373K); 94,1 W/(m x x K) à 273 K, 90,9 W/(m K) à 298 K ; g 1,74 N/m (1 520 °C) ; r 7,5 10 -8 Ohm m, coefficient de température. 6,75 roupies. 10-3K-1 (298-398K); , 631 K. Module élastique 196-210 GPa ; s croissance 280-720 MPa ; se rapporte allongement 40-50% ; selon Brinell (recuit) 700-1000 MPa. Le nickel pur est très ductile, peut être bien traité dans des conditions froides et chaudes, peut être laminé, étiré et forgé.
N le nickel est chimiquement inactif, mais les composés de nickel finement dispersés obtenus à basse température sont pyrophoriques. Norme Ni 0 /Ni 2+ - 0,23 V. À températures normales, le nickel n'est pas recouvert d'une fine couche. Pas d'interaction. avec et de l'humidité. Lorsqu'il est chauffé La production de nickel commence à ~ 800 °C. Le nickel réagit très lentement avec les acides chlorhydrique, sulfurique, phosphorique et fluorhydrique. Le vinaigre et autres organismes n'ont pratiquement aucun effet sur lui. à vous, surtout en l'absence de . Réagit bien avec le dil. HNO3, conc. HNO 3 est passivé. Les solutions et et, ainsi que le NH 3 liquide, n'ont aucun effet sur le nickel. Solutions aqueuses NH 3 présentes. corréler le nickel.
N L'ickel à l'état dispersé possède de grandes propriétés catalytiques. dans les quartiers, . Ils utilisent soit du nickel squelettique (nickel de Raney), obtenu par alliage d'Al ou de Si avec ce dernier. , ou nickel sur .
N Ickel absorbe H 2 et forme avec lui des solutions solides. Du NiH 2 (stable en dessous de 0°C) et du NiH plus stable ont été obtenus indirectement. Il n'est pratiquement pas absorbé par le nickel jusqu'à 1400 °C, le pH du N 2 est de 0,07 % à 450 °C. Le nickel compact ne réagit pas avec le NH 3 ; le nickel dispersé forme avec lui du nitrure de Ni 3 N à 300-450 °C.
Le nickel fondu dissout le C pour former du carbure Ni 3 C, qui se décompose en libérant ; Le Ni 3 C sous forme de gris-noir (se décompose à ~ 450°C) est obtenu par cémentation du nickel dans CO à 250-400°C. Le nickel dispersé avec du CO produit du Ni(CO) 4 volatil. Lorsqu'il est allié avec Si, il forme de la silice ; Ni 5 Si 2, Ni 2 Si et NiSi fondent respectivement de manière congruente. à 1 282, 1 318 et 992 °C, Ni 3 Si et NiSi 2 - incongrus, respectivement. à 1165 et 1125°C, Ni 3 Si 2 se décompose sans fondre à 845°C. Lorsqu'il est fusionné avec B, il donne des borures : Ni 3 B (PF 1175°C), Ni 2 B (1240°C), Ni 3 B 2 (1163°C), Ni 4 B 3 (1580 °C), NiB 12 ( 2320 °C), NiB (se décompose à 1600 °C). Avec Se, le nickel forme des séléniures : NiSe (point de fusion 980 °C), Ni 3 Se 2 et NiSe 2 (se décomposent respectivement à 800 et 850 °C), Ni 6 Se 5 et Ni 21 Se 20 (existent uniquement à l'état solide) . Lorsque le nickel est allié à Te, on obtient des tellurures : NiTe et NiTe 2 (apparemment une large région de solutions solides se forme entre eux), etc.
Arséniate Ni 3 (AsO 4) 2. 8H 2 O-vert; taux p de 0,022 % ; to-tami se décompose ; au-dessus de 200 °C il se déshydrate, à ~ 1000 °C il se décompose ; obtenir du solide.
Silicate Ni 2 SiO 4 - vert clair avec motif rhombique. grille; dense 4,85 g/cm3 ; se décompose sans fondre à 1545°C ; en insoluble; mineur Le K-tami se décompose lentement lorsqu'il est chauffé. Aluminate NiAl 2 O 4 (spinelle de nickel) - bleu avec cubique. grille; m.p. 2110 °C ; dense 4,50 g/cm3 ; pas sol. V ; se décompose lentement en-tami ; .
Les connexions complexes les plus importantes. nickel-a m m i n s. Naïb. Les caractéristiques sont respectivement les hexaammines et les aquatétrammines. 2+ et 2+. Ce sont des cristaux bleus ou violets. in-va, généralement sol. dans, dans des solutions bleu vif ; lorsque les solutions sont bouillies et lorsqu'elles sont exposées à la solution, elles se décomposent ; se forment dans des solutions lors du traitement à l'ammoniac du nickel et du cobalt.
Dans les complexes Ni(III) et Ni(IV), la coordination le nombre de nickel est 6. Des exemples sont le K 3 violet et le K 2 rouge, formés par l'action de F 2 sur un mélange de NiCl 2 et de KCl ; fort. D'autres types d'hétéropolyacides sont par exemple connus. (NH4)6H7. 5H 2 O, un grand nombre de composés intra-complexes. Ni(II). Voir également Composés organo-nickel.
Reçu. traiter des matériaux pyro- et hydrométallurgiques. chemin. Pour les silicates oxydés (ne pouvant pas être enrichis), utilisez l'un ou l'autre des réducteurs. la fusion pour produire du ferronickel, qui est ensuite soumis à une purge dans un convertisseur à des fins d'enrichissement, ou la fusion de matte contenant du soufre (FeS 2 ou CaSO 4). La matte obtenue est soufflée dans un convertisseur pour éliminer le Fe, puis broyée et cuite pour réduire le NiO du matériau résultant. Le nickel métallique est obtenu par fusion. Les concentrés de nickel obtenus par enrichissement en concentrés de sulfures sont fondus en matte avec ces derniers. purge dans le convertisseur. De la matte de cuivre-nickel, après son lent refroidissement, un concentré de Ni 3 S 2 est isolé qui, comme les mattes oxydées, est cuit et réduit.
L'une des voies d'hydrotraitement des minerais oxydés est la réduction ou le mélange de H 2 et N 2 avec ces derniers. solution de NH 3 et CO 2 avec purge. La solution est purifiée à partir de Co. Lors de la décomposition de la solution avec distillation de NH 3, de l'hydroxocarbonate de nickel est précipité, qui est soit calciné et réduit du NiO résultant. Le nickel est obtenu par fusion ou par redissolution. dans la solution de NH 3 et après distillation du NH 3 de la pulpe H 2 , on obtient du nickel. Dr. manière - acide sulfurique oxydé. À partir de la solution résultante, après sa purification, du nickel est déposé et le concentré de NiS résultant est traité comme de la matte.
L'hydrotraitement des matériaux sulfurés de nickel (concentrés, mattes) est réduit à une oxydation en autoclave. soit des solutions de NH 3 (à faible teneur en Co) ou de H 2 SO 4. A partir des solutions d'ammoniaque, après séparation du CuS, le nickel est précipité en dessous. Pour la séparation du Ni,L'extraction du Co et du Cu à partir de solutions d'ammoniac est également utilisée. des méthodes utilisant, en premier lieu, des extractants chélatants.
L'oxydation en autoclave pour produire des solutions de sulfate est utilisée à la fois pour les matériaux enrichis (mates) avec transfert de nickel, etc. dans la solution, et pour les concentrés pauvres de pyrrhotium Fe 7 S 8. Dans ce dernier cas, le prédominant est oxydé. la pyrrhotite, qui permet d'isoler le S élémentaire et le concentré de sulfures, qui est ensuite fondu en matte de nickel.
Au fil des années, le développement technologique est resté une industrie populaire et en constante évolution. Les matériaux, alliages et métaux modernes constituent la base de son amélioration. À l'heure actuelle, les industries pétrolière et chimique, la production automobile et les transports publics se développent activement. Il est difficile de prétendre qu'ils ont toujours été basés sur l'utilisation active de métaux de haute résistance et de haute qualité, parmi lesquels le nickel est particulièrement demandé et pris en compte. Bien qu'il n'occupe que la 13ème position parmi les métaux, son importance n'est pas inférieure à des matériaux aussi importants que le chrome, l'aluminium et même le fer.
Caractéristiques et propriétés du nickel
Ce matériau a une couleur blanc argenté. Caractérisé par une ductilité et une malléabilité élevées. Par un certain nombre de propriétés, il est proche du fer (densité, conductivité thermique, point de fusion, etc.). Il a une activité chimique moyenne. Dans une pièce à température ambiante et à air sec, il ne réagit pratiquement pas avec l'oxygène. L'oxydation se produit lorsque le nickel est chauffé à 500 degrés. Ne se décolore pas à l'air libre. Le nickel peut être combiné avec d’autres matériaux, modifiant (ajoutant) leurs propriétés. Par exemple, il augmente la ductilité et la résistance de l’acier et, en combinaison avec le chrome, lui permet d’obtenir une excellente résistance à la corrosion.
Zones d'application
Possédant toute une gamme de qualités et de caractéristiques, le matériau peut être utilisé dans une grande variété de domaines et de domaines de la technologie moderne.
- Il constitue la base de nombreux alliages spéciaux (superalliages), notamment de matériaux résistants à la chaleur, largement utilisés dans l'industrie aérospatiale. Le nickel est utilisé dans la fabrication de pièces de centrales électriques modernes. Il convient de noter que dans le secteur industriel, il existe environ 3 000 alliages et composés de métaux avec du nickel.
- Le matériau fait partie de l'or blanc, du métal Monel anticorrosion, du nichrome (un alliage de chrome et de nickel), de l'invar, de divers aciers chrome-nickel, du maillechort et autres. Il est présent comme composant dans les aciers inoxydables.
- Il est utilisé dans la fabrication de diverses batteries (nickel-zinc, nickel-hydrogène, fer-nickel).
- Utilisé en médecine, notamment en dentisterie pour la fabrication d'appareils orthodontiques et de prothèses dentaires.
- Le nickel est utilisé dans la fabrication de pièces de monnaie dans de nombreux pays du monde. Peu de gens le savent, mais la pièce de cinq cents américaine est même appelée « nickel ».
- Il est également utilisé dans la fabrication d'instruments de musique, et notamment pour la fabrication de cordes de bobinage (guitares, violons...).
- Trouve une application dans les technologies de rayonnement modernes.
- Sous sa forme inchangée, le matériau est utilisé comme revêtement protecteur contre la corrosion. De tels revêtements protecteurs sur la gelée et d'autres métaux peuvent être obtenus en utilisant deux méthodes : la galvanoplastie ou le placage.
Le champ d'application de ce matériau est vraiment étendu. C'est pourquoi la demande de nickel augmente actuellement et il est devenu disponible dans divers pays. Cela s'applique également au Kazakhstan, où sur le site officiel
– métal gris argenté, ductile et malléable. Il appartient aux métaux de transition, c'est-à-dire qu'il peut présenter des propriétés acides et alcalines. Dans des conditions normales, le nickel est recouvert d'un film d'oxyde et est donc inactif. La différence avec d'autres éléments similaires est que son film d'oxyde ne réduit pas la brillance. Et aujourd'hui, nous vous parlerons de l'utilisation du nickel dans l'industrie, de l'utilisation de ses alliages dans la construction et dans d'autres domaines de la vie.
Le film d'oxyde protège le métal, lui conférant une haute résistance à la corrosion. De plus, son effet est si fort que non seulement le nickel lui-même s'avère inactif, mais également tout autre objet recouvert de la couche de nickel la plus fine. C'est cette qualité qui détermine l'une des méthodes d'application les plus courantes.
Cette vidéo vous parlera de l'utilisation du nickel au quotidien :
Nickelage
Le nickelage est la production d'un revêtement de nickel par méthode galvanique sur la surface d'autres métaux - des alliages de fer, en règle générale, afin de protéger ces derniers de la corrosion. En 2015, 7 % du métal extrait était utilisé pour le nickelage. Une telle « transformation » se retrouve partout : vaisselle, couverts, tuyaux métalliques utilisés dans la fabrication de meubles ou à des fins décoratives. En plus de protéger l'alliage de base, le métal confère également un bel éclat argenté qui ne s'estompe pas avec le temps.
Le nickel est utilisé pour protéger la fonte, le fer, le magnésium et même l’aluminium, eux-mêmes considérés comme assez résistants à la corrosion. Cependant, le nickel possède une autre propriété particulière : une résistance exceptionnelle aux alcalis. Le nickelage des produits métalliques est activement utilisé dans l'industrie chimique - pour la production de réservoirs pour le stockage et le transport de substances chimiquement agressives, par exemple, ainsi que pour la production de pièces destinées à fonctionner dans les conditions les plus dangereuses : par exemple, pour Protégez les pales d'avion en duralumin de la corrosion.
Autres endroits
- Le métal est utilisé dans la production de batteries - nickel-cadmium, fer-nickel, nickel-zinc, nickel-hydrogène. Les électrodes en nickel sont stables dans l'électrolyte, ont une longue durée de vie et sont abordables. Ainsi, une batterie zinc-argent démontre des performances plus élevées, mais est beaucoup plus chère.
- Le métal est utilisé dans l’industrie chimique pour produire une variété de réactifs.
- En médecine, le nickel est utilisé dans la fabrication de prothèses et de systèmes d'appareils orthopédiques, car le métal est totalement inerte et sûr. La même propriété permet à la substance d'être utilisée dans la fabrication d'équipements pour l'industrie alimentaire.
- Cependant, une part beaucoup plus importante du nickel est consacrée à la production de divers alliages. Les alliages de fer représentent 67 % de la substance extraite et les alliages non ferreux 17 %.
Cela est dû au fait que le nickel confère aux alliages presque la même résistance à la corrosion qu'il possède lui-même. En conséquence, la majeure partie du métal est utilisée pour produire une grande variété d’aciers inoxydables. Les mêmes alliages de fer qui ne sont pas alliés au nickel sont soumis à un placage au nickel pour plus de protection. Il est tout simplement irréaliste d'énumérer les domaines d'application des aciers inoxydables et de construction : il n'y a aucun domaine de l'économie nationale où ces produits ne sont pas utilisés.
D'autres compositions d'alliage de nickel ne sont pas moins intéressantes, par exemple un alliage de nickel avec du fer, du cuivre, de l'étain, de l'aluminium, du titane, du chrome et d'autres métaux.
Alliages basés sur celui-ci
Les alliages de nickel sont extrêmement divers et leurs propriétés sont si importantes pour divers secteurs de l'économie nationale que presque toutes les compositions forment des groupes distincts.
Avec du cuivre
Alliages nickel-cuivre - une caractéristique rare inhérente à une solution aussi solide est la solubilité mutuelle complète des métaux les uns dans les autres. Lorsqu'il est allié dans n'importe quelle proportion, on obtient un alliage homogène monophasé qui change ses propriétés de manière naturelle et prévisible. Les propriétés de corrosion de tels alliages sont déterminées uniquement par les proportions des substances : avec une part supérieure à 50 %, les propriétés sont plus proches des qualités du cuivre lui-même, avec une part de nickel supérieure à 50 %, l'alliage présente qualités inhérentes au nickel.
Les alliages nickel-cuivre résistent aux acides et aux alcalis. Ils sont utilisés dans la production de pièces et de réservoirs pour les équipements fonctionnant dans des environnements d'acide phosphorique, sulfurique et perchlorique, ainsi que de pièces de machines soumises à des charges portantes élevées.
- Les compositions de ce type les plus connues sont les Monels : 70 % de nickel et 1,5 à 2 % de fer.
Les monels se caractérisent par une excellente résistance mécanique et dureté, une durabilité, une résistance à l'usure et une insensibilité aux acides et aux alcalis. Ils sont utilisés pour produire des vannes, des pompes, des axes de turbine, des ressorts, des bagues, des échangeurs de chaleur, etc.
- Les pièces sont fabriquées à partir d’alliages cuivre-nickel.
- Constantan est un alliage composé à 40 % de nickel et à 59 % de cuivre, utilisé dans la fabrication d'équipements de haute précision, car il est résistant à l'usure et peut supporter des charges élevées.
L'utilisation du nickel dans la technologie moderne est présentée dans cette vidéo :
Avec du chrome
- Alliages de nickel et de chrome– les nichromes sont connus pour leur résistance à la chaleur, mais ils se distinguent en même temps par une résistance élevée à la corrosion, y compris aux acides. Cet ensemble de qualités détermine également son utilisation : dans la fabrication de fours à moufle, pour la réalisation d'échangeurs de chaleur et de canalisations, comme éléments de turbines à gaz. Des alliages contenant jusqu'à 80 % de nickel sont utilisés pour la fabrication de pièces de chambre de combustion dans les moteurs à réaction et les réacteurs nucléaires. Les plus célèbres d'entre eux sont le nimonic, l'incoloy de différentes marques et l'inconel. Les alliages sont utilisés pour la fabrication de pièces nécessitant une résistance élevée à des températures élevées - boîtiers d'éléments chauffants, tuyaux de concasseur, etc.
- Alliages trempés nickel-chrome-fer, sont appelés à juste titre des alliages ultra-résistants. Ils combinent une résistance extrême avec une résistance à la corrosion à haute température et une résistance au fluage. Ils sont utilisés pour fabriquer des pièces de turbines à gaz, des aubes et des pièces de moteurs, des pièces de fours, du matériel de forge, etc. Les alliages sont conçus pour « fonctionner » à des températures allant jusqu'à 600-850 C. Les plus connus sont le nimonic, ainsi que l'inconel et l'udimet.
Avec du molybdène et d'autres métaux
La composition nickel-molybdène - par exemple Hastelloy - résiste aux acides sulfurique, phosphorique, chlorhydrique, etc., ainsi qu'à des températures élevées jusqu'à l'ébullition. Les pièces des équipements résistants aux acides sont fabriquées à partir de cet alliage. En même temps, il se caractérise par une résistance élevée, de sorte qu'il sert de matériau de structure à part entière dans l'industrie chimique.
Les alliages nickel-chrome-molybdène résistent à une gamme encore plus large d'acides et d'autres environnements agressifs - le chlore sec, par exemple.
- Le métal a aussi sa place dans les bijoux. L'alliage « or blanc » contient 58 % d'or et une ligature de nickel et d'argent.
- Le nickel lui-même est ferromagnétique. Ses alliages, alnico et magnico, sont des aimants permanents.
Nous parlerons ci-dessous de l’alliage de fer et de nickel et de ses avantages.
Avec du fer
Il s'agit de solutions solides dans lesquelles le nickel n'est pas un additif d'alliage, comme dans les aciers inoxydables, mais un composant plus « lourd » - jusqu'à 65 %. Il existe 4 types de ces alliages.
- Résistant à la chaleur– leur particularité n'est pas seulement la résistance aux températures, mais aussi la capacité de résister à des charges élevées à des températures élevées. La part du nickel ici est généralement de 44 à 46 % et peut également inclure du chrome, de l'aluminium, du titane, du molybdène, etc. La résistance mécanique des alliages dans des conditions normales est de 600 à 850 MPa et à des températures de 800 à 900 C – de 45 à 177 MPa.
La résistance thermique sans charge atteint 1 000-1 350 C, tandis que le fonctionnement à haute température n'affecte pas les propriétés physiques des produits. Cet alliage est utilisé pour fabriquer des pièces pour des réacteurs nucléaires, des moteurs à réaction, des turbines à gaz, etc.
- Alliages magnétiques– les permalloys, présentent une perméabilité magnétique élevée en champ faible. Ils sont utilisés en électrotechnique pour produire des pièces à forte magnétisation.
- Alliages qui conservent l’élasticité et les dimensions hors tout– l'élinvar, par exemple, contenant 36% de nickel. Il conserve une élasticité accrue à haute température, puisque cette qualité de l'alliage est due à ses propriétés magnétiques. Utilisé pour la fabrication de thermocouples dans les fours.
- Alliages anticorrosion– en règle générale, outre le nickel, ils contiennent également du molybdène ou du chrome. Ils sont activement utilisés dans la production d'équipements chimiques.
Utilisation de matériaux dans la construction
La valeur mondiale n'était que de 600 tonnes en 1887. Le métal était utilisé pour fabriquer des pièces de monnaie. Mais dès les années 80, l’industrie du nickel a commencé à se développer activement. L'impulsion était la haute résistance à la corrosion du métal et, plus important encore, de ses alliages.
- Le nickelage comme moyen « d'ennoblir » un produit a également commencé à être utilisé à partir de la fin du 19e siècle et n'a été remplacé par le chromage que dans les années 30 du 20e siècle. Dans la construction, les pièces nickelées sont encore utilisées dans la construction d'une grande variété de structures décoratives.
- Pour les mêmes raisons, les pièces nickelées sont utilisées dans la production de meubles. La couche métallique donne non seulement au produit brillance et belle couleur, mais protège également le cadre de toute influence extérieure.
- Les qualités décoratives déterminent un autre domaine d'application : les ferrures pour meubles, fenêtres, portes, appareils électroménagers, etc. Les poignées, charnières et garnitures métalliques sont superbes et durent très longtemps.
- Les robinets, robinetteries, pommes de douche et autres accessoires de salle de bains nickelés ne se démodent jamais, car la couche de nickel confère aux produits un excellent aspect et une résistance exceptionnelle à la corrosion de toute nature. Bien entendu, cette option est inférieure en termes de caractère décoratif, car la base ici est en acier et elle n'est pas malléable. Mais la couleur argentée et la brillance qui ne se décolore pas sont également attrayantes.
- Les alliages avec du nickel sont beaucoup plus largement utilisés, notamment divers aciers inoxydables et de construction. Il est irréaliste d'imaginer une construction moderne sans la participation du métal laminé.
Le nickel est un métal très résistant à la corrosion et capable d’y parvenir. Cette qualité est le plus souvent la raison pour laquelle on utilise du métal.
Cette vidéo vous parlera du nickelage chimique :