שונות

סריג קריסטל ניקל. ניקל (Ni): הכל על המינרל ותפקידו בחיי האדם. יתרונות וחסרונות

המתכת הושגה לראשונה בצורתה הלא טהורה בשנת 1751 על ידי הכימאי השבדי A. Kronstedt, שגם הציע את שם היסוד. מתכת טהורה הרבה יותר הושגה בשנת 1804 על ידי הכימאי הגרמני I. Richter. השם "ניקל" מגיע מהמינרל קופפרניקל (NiAs), הידוע כבר במאה ה-17 ולעתים קרובות מטעה כורים בגלל הדמיון החיצוני שלו לעפרות נחושת (קופר גרמנית - נחושת, ניקל - רוח הרים, לכאורה מחליק פסולת לכורים במקום בֶּצֶר). מאז אמצע המאה ה-18, ניקל שימש רק כמרכיב של סגסוגות הדומות במראה לכסף. ההתפתחות הנרחבת של תעשיית הניקל בסוף המאה ה-19 הייתה קשורה לגילוי מרבצים גדולים של עפרות ניקל בקלדוניה החדשה ובקנדה ולגילוי השפעתה ה"מאדירה" על תכונות הפלדות.

הפצת ניקל בטבע.ניקל הוא יסוד במעמקי כדור הארץ (בסלעים אולטרה-בסיסיים של המעטפת הוא 0.2% במסה). יש השערה שליבת כדור הארץ מורכבת מברזל ניקל; בהתאם, תכולת הניקל הממוצעת בקרקע בכללותה מוערכת בכ-3%. בקרום כדור הארץ, שבו ניקל הוא 5.8·10 -3%, הוא נמשך גם לכיוון קליפת הבזלת העמוקה יותר, מה שנקרא. Ni בקרום כדור הארץ הוא לוויין של Fe ו-Mg, אשר מוסבר על ידי הדמיון בין הערכיות (II) והרדיוס היוניים שלהם; ניקל נכלל במינרלים דו ערכיים של ברזל ומגנזיום כטומאה איזומורפית. המינרלים של ניקל עצמו ידועים כ-53; רובם נוצרו בטמפרטורות ולחצים גבוהים, במהלך התמצקות מאגמה או מתמיסות מימיות חמות. מרבצי ניקל קשורים לתהליכים במאגמה ובקרום בליה. מרבצי ניקל תעשייתיים (עפרות סולפיד) מורכבים בדרך כלל ממינרלי ניקל ונחושת. על פני כדור הארץ, בביוספרה, ניקל הוא מהגר חלש יחסית. יש מעט יחסית ממנו במים עיליים ובחומר חי. באזורים שבהם שולטים סלעים אולטרה-מאפיים, האדמה והצמחים מועשרים בניקל.

תכונות פיזיקליות של ניקל.בתנאים רגילים, ניקל קיים בצורה של β-modification, שיש לו סריג מעוקב במרכז הפנים (a = 3.5236Å). אבל ניקל, נתון לקיתודה באטמוספירה של H 2, יוצר שינוי α בעל סריג משושה של אריזה קרובה (a = 2.65 Å, c = 4.32 Å), אשר הופך לסריג מעוקב כאשר הוא מחומם מעל 200 מעלות צלזיוס. לניקל מעוקב קומפקטי יש צפיפות של 8.9 גרם/ס"מ 3 (20 מעלות צלזיוס), רדיוס אטומי 1.24 Å, רדיוסים יוניים: Ni 2+ 0.79 Å, Ni 3+ 0.72 Å; t pl 1453 מעלות צלזיוס; טמפרטורת רתיחה כ-3000 מעלות צלזיוס; קיבולת חום ספציפית ב-20 מעלות צלזיוס 0.440 קילו-ג'יי/(ק"ג K); מקדם טמפרטורה של התפשטות ליניארית 13.3·10 -6 (0-100 מעלות צלזיוס); מוליכות תרמית ב-25°C 90.1 W/(m K); גם ב-500°C 60.01 W/(m K). התנגדות חשמלית ספציפית ב-20°C 68.4 nom m, כלומר. 6.84 μΩ ס"מ; מקדם טמפרטורה של התנגדות חשמלית 6.8·10 -3 (0-100 מעלות צלזיוס). ניקל היא מתכת ניתנת לגימור; ניתן להשתמש בה לייצור יריעות וצינורות דקים מאוד. חוזק מתיחה 400-500 MN/m2 (כלומר 40-50 kgf/mm2); גבול אלסטי 80 Mn/m2, חוזק תפוקה 120 Mn/m2; התארכות יחסית 40%; מודול גמישות נורמלית 205 Gn/m2; קשיות ברינל 600-800 Mn/m2. בטווח הטמפרטורות שבין 0 ל-631 K (הגבול העליון מתאים לנקודת הקורי) הניקל הוא פרומגנטי. פרומגנטיות של ניקל נובעת מהמאפיינים המבניים של קליפות האלקטרונים החיצוניות (3d 8 4s 2) של האטומים שלו. ניקל, יחד עם Fe (3d 6 4s 2) ו-Co (3d 7 4s 2), גם פרומגנטים, שייך ליסודות בעלי מעטפת אלקטרונים תלת מימדית לא גמורה (מתכות מעבר תלת מימדיות). האלקטרונים של הקליפה הבלתי גמורה יוצרים מומנט ספין מגנטי לא מפוצה, שערכו האפקטיבי עבור אטומי ניקל הוא 6 μ B, כאשר μ B הוא מגנטון בוהר. הערך החיובי של אינטראקציית החליפין בגבישי ניקל מוביל לכיוון מקביל של מומנטים מגנטיים אטומיים, כלומר לפרומגנטיות. מאותה סיבה, סגסוגות ומספר תרכובות ניקל (תחמוצות, הלידים ואחרות) מסודרות מגנטית (בעלות מבנה פרומגנטי, או פחות נפוץ,). ניקל הוא חלק מהחומרים המגנטיים והסגסוגות החשובים ביותר עם מקדם התפשטות תרמית מינימלי (פרמאללוי, מתכת מונל, אינוור ואחרים).

תכונות כימיות של ניקל.מבחינה כימית, Ni דומה ל-Fe ו-Co, אך גם ל-Cu ולמתכות אצילות. בתרכובות הוא מציג ערכיות משתנה (לרוב 2-ולנטין). ניקל היא מתכת בפעילות בינונית. סופג (במיוחד במצב מרוסק דק) כמויות גדולות של גזים (H 2, CO ואחרים); רוויה של ניקל בגזים מחמירה את התכונות המכניות שלו. תגובה עם חמצן מתחילה ב-500 מעלות צלזיוס; במצב מפוזר דק, ניקל הוא פירופורי ומתלקח באופן ספונטני באוויר. מבין התחמוצות, החשוב ביותר הוא NiO - גבישים ירקרקים, כמעט בלתי מסיסים במים (בונסניט מינרלי). ההידרוקסיד משקע מתמיסות של מלחי ניקל כאשר מוסיפים אלקליים בצורה של משקעים נפחיים בצבע ירוק תפוח. כאשר מחומם, ניקל משתלב עם הלוגנים ליצירת NiX 2. בוער באדי גופרית, הוא מייצר גופרית, הדומה בהרכבו ל- Ni 3 S 2. ניתן להכין NiS monosulfide על ידי חימום NiO עם גופרית.

ניקל אינו מגיב עם חנקן אפילו בטמפרטורות גבוהות (עד 1400 מעלות צלזיוס). המסיסות של חנקן בניקל מוצק היא בערך 0.07% לפי משקל (ב-445 מעלות צלזיוס). ניתן להכין Ni3N ניטריד על ידי העברת NH3 על NiF2, NiBr2 או אבקת מתכת ב-445 מעלות צלזיוס. בהשפעת אדי זרחן בטמפרטורות גבוהות, נוצר פוספיד Ni 3 P 2 בצורה של מסה אפורה. במערכת Ni-As, נקבע קיומם של שלושה ארסנידים: Ni 5 As 2, Ni 3 As (מינרל מאוצ'ריט) ו-NiAs. מטאלידים רבים הם בעלי מבנה מסוג ניקל-ארסניד (בו אטומי As יוצרים אריזה משושה צפופה, שכל החללים המתומנים תפוסים על ידי אטומי Ni). ניתן להשיג קרביד Ni 3 C לא יציב על ידי קרבוריזציה אטית (צמנטציה) של אבקת ניקל באווירת CO ב-300 מעלות צלזיוס. במצב נוזלי, ניקל ממיס כמות בולטת של C, אשר משקע במהלך הקירור בצורה של גרפיט. כאשר גרפיט משתחרר, ניקל מאבד את הגמישות שלו ואת יכולת העיבוד שלו תחת לחץ.

בסדרת המתח, Ni נמצא מימין ל-Fe (הפוטנציאלים הנורמליים שלהם הם -0.44 V ו-0.24 V, בהתאמה) ולכן מתמוסס לאט יותר מ-Fe בחומצות מדוללות. ניקל עמיד בפני מים. חומצות אורגניות פועלות על ניקל רק לאחר מגע ממושך איתו. חומצות גופרית וחומצות הידרוכלוריות ממיסות לאט ניקל; חנקן מדולל - קל מאוד; HNO 3 מרוכז פסיבי ניקל, אך במידה פחותה מברזל.

בעת אינטראקציה עם חומצות, נוצרים מלחים של Ni 2 ערכי. כמעט כל מלחי ה-Ni(II) והחומצות החזקות מסיסים מאוד במים; לתמיסותיהם יש תגובה חומצית עקב הידרוליזה. מלחים של חומצות חלשות יחסית כמו חומצות פחמן וזרחתיות מסיסים במשורה. רוב מלחי הניקל מתפרקים בחימום (600-800 מעלות צלזיוס). אחד המלחים הנפוצים ביותר בשימוש, NiSO 4 סולפט, מתגבש מתמיסות בצורה של גבישים ירוקי אמרלד של NiSO 4 ·7H 2 O - ניקל סולפט. אלקליים חזקים אינם משפיעים על ניקל, אך הוא מתמוסס בתמיסות אמוניה בנוכחות (NH 4) 2 CO 3 עם היווצרות אמוניה מסיסה, בצבע כחול עז; רובם מאופיינים בנוכחות קומפלקסים 2+ ו. שיטות הידרומטלורגיות להפקת ניקל מעפרות מבוססות על היווצרות סלקטיבית של אמוניה. NaOCl ו-NaOBr מושקעים מתמיסות של מלחי Ni(II), Ni(OH) הידרוקסיד 3 הוא שחור. בתרכובות מורכבות, Ni, בניגוד ל-Co, הוא בדרך כלל 2-valent. התרכובת המורכבת של Ni עם dimethylglyoxime (C 4 H 7 O 2 N) 2 Ni משמשת לקביעה אנליטית של Ni.

בטמפרטורות גבוהות, ניקל יוצר אינטראקציה עם תחמוצות חנקן, SO 2 ו- NH 3. כאשר CO פועל על האבקה הטחונה דק בחימום, נוצר קרבוניל Ni(CO) 4. ניתוק תרמי של קרבוניל מייצר את הניקל הטהור ביותר.

מקבל ניקל.כ-80% מהניקל מכלל הייצור שלו מתקבל מעפרות נחושת-ניקל גופרתי. לאחר העשרה סלקטיבית על ידי ציפה, מופרדים מהעפרה תרכיזי נחושת, ניקל ופיררוטיט. תרכיז עפרות ניקל מעורבב עם שטפים מותך בפירים חשמליים או בתנורי הדהוד כדי להפריד פסולת סלעים ולחלץ ניקל להמסה גופרית (מט) המכילה 10-15% Ni. בדרך כלל, התכה חשמלית קודמת לצלייה חמצונית חלקית וצבירה של התרכיז. יחד עם Ni, חלק מה-Fe, Co וכמעט כל ה-Cu והמתכות האצילות נכנסים למט. לאחר הפרדת Fe על ידי חמצון (על ידי ניפוח מט נוזלי בממירים), מתקבלת סגסוגת של סולפידים Cu ו-Ni - מט, שמתקרר באיטיות, טחון דק ונשלח לציפה להפרדת Cu ו-Ni. רכז הניקל נורה במיטה נוזלית ל-NiO. המתכת מתקבלת על ידי הפחתת NiO בתנורי קשת חשמליים. אנודות מיוצקות מניקל מחוספס ומעודנות אלקטרוליטי. תכולת הטומאה בניקל אלקטרוליטי (דרגה 110) היא 0.01%.

כדי להפריד בין Cu ל-Ni, נעשה שימוש גם בתהליך הנקרא קרבוניל, המבוסס על הפיכות התגובה: Ni + 4CO = Ni(CO) 4. ייצור הקרבוניל מתבצע ב-100-200 atm וב-200-250 מעלות צלזיוס, ופירוקו מתבצע ללא גישה לאוויר ב-atm. לחץ וכ-200 מעלות צלזיוס. הפירוק של Ni(CO) 4 משמש גם לייצור ציפוי ניקל וייצור מוצרים שונים (פירוק על מטריצה ​​מחוממת).

בתהליכים "אוטוגנים" מודרניים, ההתכה מתבצעת באמצעות החום המשתחרר במהלך החמצון של סולפידים עם אוויר מועשר בחמצן. זה מאפשר לסלק דלקים פחמניים, להשיג גזים עשירים ב-SO 2 המתאימים לייצור חומצה גופרתית או גופרית אלמנטרית, וגם להגביר באופן דרמטי את יעילות התהליך. השלם והמבטיח ביותר הוא החמצון של סולפידים נוזליים. תהליכים המבוססים על טיפול בתרכיזי ניקל עם תמיסות של חומצות או אמוניה בנוכחות חמצן בטמפרטורות ולחץ גבוהים (תהליכי חיטוי) הופכים נפוצים יותר ויותר. בדרך כלל, ניקל מועבר לתמיסה, ממנה הוא מבודד בצורה של תרכיז גופרתי עשיר או אבקת מתכת (על ידי הפחתה עם מימן בלחץ).

מעפרות סיליקט (מחומצנות), ניתן לרכז ניקל במט על ידי הכנסת שטפים - גבס או פיריט - למטען ההתכה. התכת הפחתה-סולפידציה מתבצעת בדרך כלל בתנורי פיר; המט שנוצר מכיל 16-20% Ni, 16-18% S, השאר הוא Fe. הטכנולוגיה להפקת ניקל ממט דומה לזו שתוארה לעיל, אלא שפעולת הפרדת Cu מושמטת לעתים קרובות. אם תכולת Co בעפרות מחומצנות נמוכה, רצוי להכפיף אותן להתכת הפחתה כדי לייצר פרוניקל, המשמש לייצור פלדה. כדי להפיק ניקל מעפרות מחומצנות, נעשה שימוש גם בשיטות הידרו-מטלורגיות - שטיפת אמוניה של עפרות מופחתות מראש, שטיפת חיטוי חומצה גופרתית ואחרות.

שימוש בניקל.הרוב המכריע של Ni משמש לייצור סגסוגות עם מתכות אחרות (Fe, Cr, Cu ואחרות), המאופיינות בתכונות מכניות גבוהות, אנטי קורוזיה, מגנטיות או חשמליות ותרמו-אלקטריות. בקשר לפיתוח טכנולוגיית הסילון ויצירת יחידות טורבינת גז, חשובות במיוחד סגסוגות כרום-ניקל עמידות חום ועמידות בחום. סגסוגות ניקל משמשות במבני כור גרעיני.

המשמעות היא שכמות הניקל נצרכת לייצור סוללות אלקליין וציפויים נגד קורוזיה. ניקל בר צורה בצורתו הטהורה משמש לייצור יריעות, צינורות ועוד. הוא משמש גם בתעשייה הכימית לייצור ציוד כימי מיוחד וכזרז לתהליכים כימיים רבים. ניקל היא מתכת נדירה ביותר ובמידת האפשר יש להחליף אותה בחומרים אחרים, זולים ונפוצים יותר.

העיבוד של עפרות ניקל מלווה בשחרור גזים רעילים המכילים SO 2 ולעתים קרובות As 2 O 3. CO המשמש בזיקוק ניקל בשיטת הקרבוניל הוא רעיל מאוד; Ni(CO)4 הוא רעיל מאוד ונדיף מאוד. התערובת שלו עם אוויר מתפוצצת ב-60 מעלות צלזיוס. אמצעי בקרה: אטימות ציוד, אוורור משופר.

ניקל הוא יסוד קורט חיוני בגוף. תכולתו הממוצעת בצמחים היא 5.0·10 -5% מחומר הגלם, בגוף של בעלי חיים יבשתיים 1.0·10 -6%, בבעלי חיים ימיים - 1.6·10 -4%. בגוף החי, ניקל נמצא בכבד, בעור ובבלוטות האנדוקריניות; מצטבר ברקמות קרטיניות (במיוחד נוצות). הוכח שניקל מפעיל את האנזים ארגינאז ומשפיע על תהליכי חמצון; בצמחים הוא לוקח חלק במספר תגובות אנזימטיות (קרבוקסילציה, הידרוליזה של קשרי פפטידים ואחרות). על קרקעות מועשרות בניקל, תכולתו בצמחים עלולה לעלות פי 30 ומעלה, מה שמוביל למחלות אנדמיות (בצמחים - צורות מכוערות, בבעלי חיים - מחלות עיניים הקשורות להצטברות מוגברת של ניקל בקרנית: קרטיטיס, קרטוקונג'ונקטיביטיס).

(מספרי קואורדינציה מצוינים בסוגריים) Ni 2+ 0.069 ננומטר (4), 0.077 ננומטר (5), 0.083 ננומטר (6).

תכולת הניקל הממוצעת בקרום כדור הארץ היא 8-10 -3% במסה, באוקיינוסים 0.002 מ"ג/ליטר. ידוע בערך. 50 ניקל, שהחשובים שבהם הם: פנטלנדיט (Fe,Ni) 9 S 8, millerite NiS, garnierite (Ni, Mg) 3 Si 4 O 10 (OH) 10. 4H 2 O, revdinskite (לא פייט) (Ni,Mg) 3 Si 2 O 5 (OH) 4, ניקל NiAs, annabergite Ni 3 (AsO 4) 2 8H 2 O. ניקל נכרה בעיקר מנחושת-ניקל גופרתי ( קנדה, אוסטרליה, דרום אפריקה) ומאלה מחומצנות סיליקט (קלדוניה החדשה, קובה, פיליפינים, אינדונזיה וכו'). מאגרי הניקל היבשתיים בעולם מוערכים ב-70 מיליון טון.

נכסים.ניקל-כסף-לבן. קריסטלי. סריג במרכז פנים מעוקב, a = 0.35238 ננומטר, z = 4, רווח. קבוצה RT3t. T. pl. 1455 מעלות צלזיוס. ט בייל 2900 מעלות צלזיוס; רַפסוֹדָה 8.90 גרם/סמ"ק; 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); רמת תלות הטמפרטורה עבור ניקל מוצק lgp(hPa) = 13.369-23013/T+0.520lgT+0.395T (298-1728K), עבור lgp(hPa) נוזלי=11.742-20830/T+ 0.618 lgT (1728K)3170 K); מקדם טמפרטורה התרחבות ליניארית 13.5. 10 -6 K -1 (273-373 K); 94.1 W/(m x x K) ב-273 K, 90.9 W/(m K) ב-298 K; g 1.74 N/m (1520 מעלות צלזיוס); r 7.5 10 -8 אוהם מ', מקדם טמפרטורה. r 6.75. 10 -3 K -1 (298-398 K); , 631 K. מודול אלסטי 196-210 GPa; s צמיחה 280-720 MPa; מתייחס התארכות 40-50%; לפי ברינל (מחוצף) 700-1000 MPa. ניקל טהור הוא מאוד רקיע, ניתן לעיבוד טוב בתנאים קרים וחמים, ניתן לגלגל, למשוך ולזייף.

נ ניקל אינו פעיל מבחינה כימית, אך תרכובות ניקל מפוזרות דק המתקבלות בטמפרטורות נמוכות הן פירופוריות. סטנדרטי Ni 0 /Ni 2+ - 0.23 V. בטמפרטורות רגילות, ניקל אינו מכוסה בשכבה דקה. לא אינטראקציה. עם ולחות. כאשר מחומם ייצור ניקל מתחיל ב-~ 800 מעלות צלזיוס. ניקל מגיב לאט מאוד עם חומצות הידרוכלוריות, גופריתיות, זרחניות והידרופלואוריות. לחומץ ולארגונים אחרים אין כמעט השפעה עליו. אליך, במיוחד בהיעדר . מגיב היטב עם שמיר. HNO3, קונצרן HNO 3 הוא פסיבי. לתמיסות ו, כמו גם NH 3 נוזלי, אין השפעה על ניקל. יש תמיסות מימיות NH 3. מתאם ניקל.

נ לאיקל במצב מפוזר יש תכונות קטליטיות נהדרות. במחוזות,. הם משתמשים בניקל שלד (Raney nickel), המתקבל על ידי סגסוגת עם Al או Si עם האחרון. , או ניקל על .

נ ickel סופג H 2 ויוצר איתו תמיסות מוצקות. NiH 2 (יציב מתחת ל-0°C) ו-NiH יציב יותר התקבלו בעקיפין. זה כמעט לא נספג בניקל עד 1400 מעלות צלזיוס, ערך ה-pH של N 2 הוא 0.07% ב-450 מעלות צלזיוס. ניקל קומפקטי אינו מגיב עם NH 3; ניקל מפוזר יוצר איתו Ni 3 N ניטריד ב-300-450 מעלות צלזיוס.

ניקל מותך ממיס C ליצירת קרביד Ni 3 C, אשר מתפרק עם שחרור; Ni 3 C בצורה של אפור-שחור (מתפרק ב-~450 מעלות צלזיוס) מתקבל על ידי קרבוריזציה של ניקל ב-CO ב-250-400 מעלות צלזיוס. ניקל מפוזר עם CO מייצר Ni(CO) 4 נדיף. כאשר סגסוגת עם Si, זה יוצר סיליקה; Ni 5 Si 2, Ni 2 Si ו- NiSi נמסים בהתאמה, בהתאמה. ב-1282, 1318 ו-992 מעלות צלזיוס, Ni 3 Si ו- NiSi 2 - אינם תואמים, בהתאמה. ב-1165 ו-1125 מעלות צלזיוס, Ni 3 Si 2 מתפרק מבלי להימס ב-845 מעלות צלזיוס. כאשר הוא מתמזג עם B הוא נותן בורידים: Ni 3 B (ממ"מ 1175°C), Ni 2 B (1240°C), Ni 3 B 2 (1163°C), Ni 4 B 3 (1580°C), NiB 12 ( 2320 מעלות צלזיוס), NiB (מתפרק ב-1600 מעלות צלזיוס). עם Se, ניקל יוצר סלנידים: NiSe (mp 980°C), Ni 3 Se 2 ו- NiSe 2 (מתפרקים ב-800 ו-850°C, בהתאמה), Ni 6 Se 5 ו- Ni 21 Se 20 (קיימים רק במצב מוצק) . כאשר ניקל מסויג עם Te, מתקבלים טלורידים: NiTe ו-NiTe 2 (ככל הנראה נוצר אזור רחב של תמיסות מוצקות ביניהם) וכו'.

Arsenate Ni 3 (AsO 4) 2. 8H 2 O-ירוק; p-rate של 0.022%; טו-תמי מתפרק; מעל 200°C הוא מתייבש, ב-~1000°C הוא מתפרק; קבלת מוצק.

Silicate Ni 2 SiO 4 - ירוק בהיר עם דוגמה מעוינים. לְגַרֵר; צָפוּף 4.85 גרם/סמ"ק; מתפרק ללא נמס ב-1545 מעלות צלזיוס; בבלתי מסיס; כּוֹרֶה K-tami מתפרק לאט בעת חימום. Aluminate NiAl 2 O 4 (ניקל ספינל) - כחול עם מעוקב. לְגַרֵר; m.p. 2110 מעלות צלזיוס; צָפוּף 4.50 גרם/סמ"ק; לא סול. V ; מתפרק לאט-טמי; .

הקשרים המורכבים החשובים ביותר. ניקל-א m m i n s. נאיב. מאפיינים הם הקסאאמינים ואקוואטטרמינים, בהתאמה. 2+ ו-2+. אלו הם גבישים כחולים או סגולים. in-va, בדרך כלל סול. ב, בתמיסות כחול בהיר; כאשר התמיסות מבושלות וכאשר נחשפות לתמיסה, הן מתפרקות; נוצרים בתמיסות במהלך עיבוד אמוניה של ניקל וקובלט.

במתחמי Ni(III) ו-Ni(IV), הקואורדינציה מספר הניקל הוא 6. דוגמאות הן סגול K 3 ו-K 2 אדום, שנוצרו על ידי הפעולה של F 2 על תערובת של NiCl 2 ו- KCl; חָזָק. ידועים סוגים אחרים של הטרו-פולי חומצות, למשל. (NH 4) 6 H 7. 5H 2 O, מספר רב של תרכובות תוך-מורכבות. Ni(II). ראה גם תרכובות אורגנו-ניקל.

קַבָּלָה.לעבד חומרים פירו-והידרומטאליים-לורגיים. דֶרֶך. עבור סיליקט מחומצן (לא ניתן להעשיר) השתמש בכל אחד מהמפחיתים. התכה לייצור פרוניקל, אשר לאחר מכן נתון לטיהור בממיר לצורך העשרה, או התכה עבור מט המכיל גופרית (FeS 2 או CaSO 4). המט המתקבל נשף בממיר כדי להסיר Fe, ולאחר מכן נמחץ ונורה כדי להפחית את ה-NiO מהחומר שנוצר. ניקל מתכתי מתקבל בהתכה. תרכיזי ניקל המתקבלים מהעשרת תרכיזי סולפיד נמסים למט עם האחרון. טיהור בממיר. ממט הנחושת-ניקל, לאחר הקירור האיטי שלו, מבודד תרכיז Ni 3 S 2, שבדומה למאטים מחומצנים, נורה ומצטמצם.

אחת הדרכים לעיבוד הידרו של עפרות מחומצנות היא הפחתה או תערובת של H 2 ו- N 2 עם האחרון. פתרון של NH 3 ו-CO 2 עם טיהור. התמיסה מטוהרת מ-Co. במהלך פירוק התמיסה עם זיקוק של NH 3, משקע ניקל הידרוקסוקרבונט, אשר מבושל ומופחת מה-NiO המתקבל. ניקל מתקבל בהתכה, או בהמסה מחדש. בתמיסת NH 3 ולאחר זיקוק ה-NH 3 מעיסת H 2, מתקבל ניקל. ד"ר. דרך - חומצה גופרתית מחומצנת פנימה. מהתמיסה המתקבלת, לאחר הטיהור שלה, ניקל מופקד מתחת ותרכיז ה-NiS המתקבל מעובד כמו מט.

עיבוד הידרו של חומרי ניקל גופרתי (תרכיזים, מאט) מצטמצם לחמצון חיטוי. או תמיסות של NH 3 (בתכולת Co נמוכה) או H 2 SO 4. מתמיסות אמוניה, לאחר הפרדת CuS, ניקל מושקע מתחת. להפרדת Ni,מיצוי של Co ו-Cu מתמיסות אמוניה משמש גם. שיטות המשתמשות קודם כל בחומרי מיצוי קלאטים.

חימצון החיטוי לייצור תמיסות סולפט משמש הן לחומרים מועשרים (מאט) עם העברת ניקל וכו' לתמיסה, והן לתרכיזי פירוטיום Fe 7 S 8 דל. במקרה האחרון, השולט מתחמצן. פיררוטיט, המאפשר לבודד S אלמנטרי ורכז סולפיד, המומס עוד יותר למט ניקל.

לאורך השנים, פיתוח טכנולוגי נותר תעשייה פופולרית ומתפתחת כל הזמן. חומרים מודרניים, סגסוגות ומתכות הם הבסיס לשיפור שלו. נכון לעכשיו, תעשיות הנפט והכימיקלים, ייצור כלי רכב ותחבורה ציבורית מתפתחות באופן פעיל. קשה לטעון שהם תמיד התבססו על שימוש פעיל במתכות חזקות ואיכותיות, ביניהן ניקל הוא ביקוש ותשומת לב במיוחד. למרות שהוא תופס רק מקום 13 מבין המתכות, בחשיבותו הוא אינו נחות מחומרים חשובים כמו כרום, אלומיניום ואפילו ברזל.

מאפיינים ותכונות של ניקל

לחומר זה צבע לבן-כסף. מאופיין בגמישות גבוהה וגמישות. מבחינת מספר תכונות הוא קרוב לברזל (צפיפות, מוליכות חום, נקודת התכה וכו'). יש לו פעילות כימית ממוצעת. בחדר עם טמפרטורת החדר ואוויר יבש, הוא כמעט אינו מגיב עם חמצן. חמצון מתרחש כאשר ניקל מחומם ל-500 מעלות. אינו דוהה באוויר הפתוח. ניתן לשלב ניקל עם חומרים אחרים, לשנות (להוסיף) את תכונותיהם. לדוגמה, הוא מגביר את המשיכות והחוזק של פלדה, ובשילוב עם כרום מאפשר לה להשיג עמידות מעולה נגד קורוזיה.

תחומי יישום

בעל מגוון שלם של איכויות ומאפיינים, החומר יכול לשמש במגוון רחב של תחומים ותחומי טכנולוגיה מודרנית.

  • זהו הבסיס לסגסוגות מיוחדות רבות (סגסוגות-על), כולל חומרים עמידים בחום בשימוש נרחב בתעשייה האווירית. ניקל משמש לייצור חלקים מתחנות כוח מודרניות. ראוי לציין כי במגזר התעשייתי יש כ-3,000 סגסוגות ותרכובות של מתכות עם ניקל.
  • החומר הוא חלק מזהב לבן, מתכת מונל נגד קורוזיה, ניכרום (סגסוגת של כרום וניקל), אינוור, פלדות כרום-ניקל שונות, כסף ניקל ועוד. הוא קיים כמרכיב בפלדות אל חלד.
  • הוא משמש בייצור סוללות שונות (ניקל-אבץ, ניקל-מימן, ברזל-ניקל).
  • משמש ברפואה, במיוחד ברפואת שיניים לייצור פלטות ותותבות אורתודונטיות.
  • ניקל משמש לייצור מטבעות במדינות רבות ברחבי העולם. לא הרבה אנשים יודעים, אבל המטבע האמריקאי של חמישה סנט נקרא אפילו "ניקל".
  • הוא משמש גם לייצור כלי נגינה, ובפרט לייצור מיתרים (גיטרות, כינורות וכו').
  • מוצא יישום בטכנולוגיות קרינה מודרניות.
  • בצורתו ללא שינוי, החומר משמש כציפוי מגן המגן מפני קורוזיה. ציפוי מגן כזה על ג'לי ומתכות אחרות ניתן להשיג בשתי שיטות: אלקטרוניקה או ציפוי.

היקף היישום של חומר זה הוא באמת נרחב. לכן הביקוש לניקל עולה כיום והוא הפך זמין במגוון מדינות. זה חל גם על קזחסטן, שם באתר הרשמי

– מתכת אפור-כסף, רקיע, ניתנת לגימור. הוא שייך למתכות מעבר, כלומר, הוא יכול להפגין תכונות חומציות ובסיסיות כאחד. בתנאים רגילים, ניקל מכוסה בסרט תחמוצת ולכן אינו פעיל. ההבדל מאלמנטים דומים אחרים הוא שסרט התחמוצת שלו אינו מפחית את הברק. והיום נספר לכם על השימוש בניקל בתעשייה, על השימוש בסגסוגות שלו בבנייה ובתחומי חיים נוספים.

סרט התחמוצת מגן על המתכת ומעניק לה עמידות גבוהה בפני קורוזיה. יתרה מכך, ההשפעה שלו כל כך חזקה שלא רק הניקל עצמו מתברר כלא פעיל, אלא גם כל חפץ אחר המצופה בשכבת הניקל הדקה ביותר. איכות זו היא הקובעת את אחת משיטות היישום הנפוצות ביותר.

סרטון זה יספר לכם על השימוש בניקל בחיי היומיום:

ציפוי ניקל

ציפוי ניקל הוא ייצור של ציפוי ניקל בשיטה גלוונית על פני השטח של מתכות אחרות - סגסוגות ברזל, ככלל, על מנת להגן על האחרון מפני קורוזיה. בשנת 2015, 7% מהמתכת שנכרה שימשה לציפוי ניקל. "עיבוד" כזה נתקל בכל מקום: כלים, סכו"ם, צינורות מתכת המשמשים לייצור רהיטים או למטרות דקורטיביות. בנוסף להגנה על סגסוגת הבסיס, המתכת גם מעניקה ברק כסף יפהפה שאינו דוהה עם הזמן.

ניקל משמש להגנה על ברזל יצוק, ברזל, מגנזיום ואפילו אלומיניום, אשר בעצמם נחשבים עמידים למדי בפני קורוזיה. עם זאת, לניקל יש תכונה מיוחדת נוספת - עמידות יוצאת דופן בפני אלקליות. ציפוי ניקל של מוצרי מתכת משמש באופן פעיל בתעשייה הכימית - לייצור מיכלים לאחסון והובלה של חומרים אגרסיביים מבחינה כימית, למשל, וכן לייצור חלקים המיועדים לעבוד בתנאים המסוכנים ביותר: למשל, להגן על להבי מטוס duralumin מפני קורוזיה.

אזורים אחרים

  • המתכת משמשת לייצור סוללות - ניקל-קדמיום, ברזל-ניקל, ניקל-אבץ, ניקל-מימן. אלקטרודות ניקל יציבות באלקטרוליט, בעלות חיי שירות ארוכים ובמחיר סביר. לפיכך, סוללת אבץ-כסף מפגינה ביצועים גבוהים יותר, אך היא הרבה יותר יקרה.
  • המתכת משמשת בתעשייה הכימית לייצור מגוון ריאגנטים.
  • ברפואה, ניקל משמש לייצור תותבות ומערכות סד, שכן המתכת אינרטית ובטוחה לחלוטין. אותה תכונה מאפשרת שימוש בחומר בייצור ציוד לתעשיית המזון.
  • עם זאת, חלק גדול בהרבה של ניקל מושקע על ייצור סגסוגות שונות. סגסוגות ברזל מהוות 67% מהחומר שנכרה, וסגסוגות שאינן ברזל מהוות 17%.

זאת בשל העובדה שניקל נותן לסגסוגות כמעט את אותה עמידות נגד קורוזיה שיש לה בעצמה. כתוצאה מכך, רוב המתכת משמשת לייצור מגוון רחב של פלדות אל חלד. אותן סגסוגות ברזל שאינן סגסוגות בניקל עוברות ציפוי ניקל להגנה. זה פשוט לא ריאלי לפרט את תחומי היישום של פלדות אל-חלד ומבניות: אין תחום בכלכלה הלאומית שבו מוצרים אלה אינם בשימוש.

לא פחות מעניין הם הרכבים אחרים של סגסוגת ניקל, למשל, סגסוגת של ניקל עם ברזל, נחושת, בדיל, אלומיניום, טיטניום, כרום ומתכות אחרות.

סגסוגות המבוססות עליו

סגסוגות ניקל מגוונות ביותר, ותכונותיהן כה חשובות עבור מגזרים שונים בכלכלה הלאומית, שכמעט כל ההרכבים יוצרים קבוצות נפרדות.

עם נחושת

סגסוגות ניקל-נחושת - תכונה נדירה הגלומה בפתרון מוצק שכזה היא המסיסות ההדדית המלאה של המתכות זו בזו. בסגסוגת בכל פרופורציה, מתקבלת סגסוגת הומוגנית חד פאזית המשנה את תכונותיה באופן טבעי וצפוי. תכונות הקורוזיה של סגסוגות כאלה נקבעות רק לפי הפרופורציות של החומרים: עם נתח של יותר מ-50%, התכונות קרובות יותר לאיכויות הנחושת עצמה, עם נתח ניקל של יותר מ-50%, הסגסוגת מציגה. תכונות הגלומות בניקל.

סגסוגות ניקל-נחושת עמידות גם לחומצות וגם בפני אלקליות. הם משמשים לייצור חלקים ומיכלים לציוד הפועל בסביבות זרחתיות, גופריתיות, חומצות פרכלוריות, כמו גם חלקי מכונות שחווים עומסים גבוהים.

  • הקומפוזיציות הידועות ביותר מסוג זה כוללות Monels: 70% ניקל ו-1.5-2% ברזל.

מונלים מאופיינים בחוזק וקשיות מכאניים מעולים, בעמידות, עמידות בפני בלאי וחוסר רגישות לחומצות ולאלקליות. הם משמשים לייצור שסתומים, משאבות, צירי אימפלר, קפיצים, תותבים, מחליפי חום וכו'.

  • מטבעות עשויים מסגסוגות נחושת ניקל.
  • Constantan היא סגסוגת של 40% ניקל ו-59% נחושת, המשמשת לייצור ציוד בעל דיוק גבוה, מכיוון שהיא עמידה בפני שחיקה ועמידה בעומסים גבוהים.

השימוש בניקל בטכנולוגיה מודרנית מוצג בסרטון זה:

עם כרום

  • סגסוגות ניקל וכרום– nichromes ידועים בעמידותם בחום, אך יחד עם זאת הם גם נבדלים בעמידות גבוהה בפני קורוזיה, כולל לחומצות. קבוצת איכויות זו קובעת גם את השימוש בו: בייצור תנורי מופל, לייצור מחליפי חום וצינורות, כחלקים מטורבינות גז. סגסוגות עם תכולת ניקל של עד 80% משמשות לייצור חלקי תאי בעירה במנועי סילון וכורים גרעיניים. המפורסמים שבהם הם nimonic, incoloy של מותגים שונים, ו-inconel. סגסוגות משמשות לייצור חלקים בהם נדרש חוזק גבוה בטמפרטורות גבוהות - מארזים של גופי חימום, צינורות מגרסה וכן הלאה.
  • סגסוגות מוקשות ניקל-כרום-ברזל, נקראות בצדק סגסוגות סופר חזקות. הם משלבים חוזק קיצוני עם עמידות בפני קורוזיה בטמפרטורה גבוהה ועמידות בזחילה. הם משמשים לייצור חלקים של טורבינות גז, להבים וחלקי מנוע, חלקי תנורים, חומרי פרזול וכן הלאה. הסגסוגות נועדו "לעבוד" בטמפרטורות של עד 600-850 C. המפורסמות ביותר הן nimonic, כמו גם inconel ו-udimet.

עם מוליבדן ומתכות אחרות

הרכב הניקל-מוליבדן - למשל, Hastelloy - עמיד לחומצות גופריתיות, זרחניות, הידרוכלוריות וכן הלאה, ובטמפרטורות גבוהות עד לרתיחה. חלקים של ציוד עמיד לחומצה עשויים מהסגסוגת. יחד עם זאת, הוא מאופיין בחוזק גבוה, כך שהוא משמש כחומר מבני מן המניין בתעשייה הכימית.

סגסוגות ניקל-כרום-מוליבדן עמידות בפני מגוון רחב אף יותר של חומצות וסביבות אגרסיביות אחרות - כלור יבש, למשל.

  • למתכת יש את מקומו גם בתכשיטים. הסגסוגת "זהב לבן" מכילה 58% זהב וקשירה של ניקל וכסף.
  • ניקל עצמו הוא פרומגנטי. הסגסוגות שלו, אלניקו ומאגניקו, הן מגנטים קבועים.

נדבר על סגסוגת הברזל והניקל והיתרונות שלה להלן.

עם ברזל

הכוונה היא לפתרונות מוצקים שבהם ניקל אינו תוסף מתג, כמו בפלדות אל חלד, אלא רכיב "כבד משקל" יותר - עד 65%. ישנם 4 סוגים של סגסוגות כאלה.

  • עמידות לחום- המוזרות שלהם היא לא רק התנגדות לטמפרטורות, אלא היכולת לעמוד בעומסים גבוהים בטמפרטורות גבוהות. חלקו של הניקל כאן הוא בדרך כלל 44-46%, והוא עשוי לכלול גם כרום, אלומיניום, טיטניום, מוליבדן וכן הלאה. החוזק המכני של סגסוגות בתנאים רגילים הוא 600-850 MPa, ובטמפרטורות של 800-900 C - בין 45 ל-177 MPa.

עמידות בחום ללא עומס מגיעה ל-1000-1350 C, בעוד שהפעלה בטמפרטורות גבוהות אינה משפיעה על התכונות הפיזיקליות של המוצרים. הסגסוגת משמשת לייצור חלקים לכורים גרעיניים, מנועי סילון, טורבינות גז וכו'.

  • סגסוגות מגנטיות– permalloys, מציגים חדירות מגנטית גבוהה בשדה חלש. הם משמשים בהנדסת חשמל לייצור חלקים בעלי מגנטיזציה גבוהה.
  • סגסוגות השומרות על גמישות וממדים כלליים– elinvar, למשל, המכיל 36% ניקל. הוא שומר על גמישות מוגברת בטמפרטורות גבוהות, שכן איכות זו של הסגסוגת נובעת מהתכונות המגנטיות שלה. משמש לייצור צמדים תרמיים בתנורים.
  • סגסוגות נגד קורוזיה- ככלל, בנוסף לניקל, הם מכילים גם מוליבדן או כרום. הם משמשים באופן פעיל בייצור של ציוד כימי.

שימוש בחומר בבנייה

ערכו של העולם בשנת 1887 היה רק ​​600 טון. המתכת שימשה לייצור מטבעות. אבל כבר משנות ה-80, תעשיית הניקל החלה להתפתח באופן פעיל. הדחף היה העמידות הגבוהה בפני קורוזיה של המתכת, והכי חשוב, הסגסוגות שלה.

  • ציפוי ניקל כדרך "להאציל" מוצר החל בשימוש גם מסוף המאה ה-19 והוחלף בציפוי כרום רק בשנות ה-30 של המאה ה-20. בבנייה, חלקים מצופים ניקל עדיין משמשים בבנייה של מגוון רחב של מבנים דקורטיביים.
  • מאותן סיבות, חלקים מצופים ניקל משמשים בייצור רהיטים. שכבת המתכת לא רק מעניקה למוצר ברק וצבע יפה, אלא גם מגנה על המסגרת מכל השפעות חיצוניות.
  • איכויות דקורטיביות קובעות תחום יישום נוסף - אביזרי ריהוט, חלונות, דלתות, מכשירי חשמל ביתיים וכן הלאה. ידיות, צירים וחיפויי מתכת נראים נהדר ומחזיקים מעמד זמן רב מאוד.
  • ברזים בציפוי ניקל, ברזים, ראשי מקלחת ושאר אביזרי אמבטיה לעולם לא יוצאים מהאופנה, שכן שכבת הניקל מספקת למוצרים מראה מעולה ועמידות יוצאת דופן בפני קורוזיה מכל סוג שהוא. כמובן, אפשרות זו נחותה מבחינת דקורטיביות, כי הבסיס כאן הוא פלדה, והיא אינה ניתנת לגיבוש. אבל הצבע הכסוף והברק הבלתי דוהה הם גם מושכים.
  • סגסוגות עם ניקל משמשות הרבה יותר, במיוחד פלדות אל חלד וקונסטרוקליות שונות. זה לא מציאותי לדמיין בנייה מודרנית ללא השתתפות של מתכת מגולגלת.

ניקל היא מתכת בעלת עמידות גבוהה בפני קורוזיה ומסוגלת להשיג זאת. איכות זו היא לרוב הסיבה לשימוש במתכת.

סרטון זה יספר לכם על ציפוי ניקל כימי: