Kov bol prvýkrát získaný v nečistej forme v roku 1751 švédskym chemikom A. Kronstedtom, ktorý tiež navrhol názov prvku. Oveľa čistejší kov získal v roku 1804 nemecký chemik I. Richter. Názov „nikel“ pochádza z minerálu kupfernikel (NiAs), známeho už v 17. storočí a často zavádzajúceho baníkov svojou vonkajšou podobnosťou s medenými rudami (nem. Kupfer – meď, Nikel – horský lieh, údajne podsúva hlušinu baníkom namiesto ruda). Od polovice 18. storočia sa nikel používal len ako zložka zliatin vzhľadovo podobných striebru. Široký rozvoj niklového priemyslu na konci 19. storočia súvisel s objavením veľkých ložísk niklových rúd v Novej Kaledónii a Kanade a objavením jeho „zušľachťovacieho“ účinku na vlastnosti ocelí.
Distribúcia niklu v prírode. Nikel je prvkom zemských hlbín (v ultrabázických horninách plášťa je to 0,2 % hmotnosti). Existuje hypotéza, že zemské jadro pozostáva z niklového železa; V súlade s tým sa priemerný obsah niklu v pôde ako celku odhaduje na približne 3 %. V zemskej kôre, kde je nikel 5,8·10 -3%, tiež gravituje smerom k hlbšej, takzvanej čadičovej schránke. Ni v zemskej kôre je satelitom Fe a Mg, čo sa vysvetľuje podobnosťou ich valencie (II) a iónových polomerov; Nikel je obsiahnutý v mineráloch dvojmocného železa a horčíka ako izomorfná nečistota. Vlastné minerály niklu sú známe ako 53; väčšina z nich vznikla pri vysokých teplotách a tlakoch, pri tuhnutí magmy alebo z horúcich vodných roztokov. Ložiská niklu sú spojené s procesmi v magme a zvetrávacej kôre. Priemyselné ložiská niklu (sulfidové rudy) sa zvyčajne skladajú z minerálov niklu a medi. Na zemskom povrchu, v biosfére, je nikel relatívne slabým migrantom. V povrchových vodách a živej hmote je ho relatívne málo. V oblastiach, kde prevládajú ultramafické horniny, sú pôda a rastliny obohatené o nikel.
Fyzikálne vlastnosti niklu. Za normálnych podmienok existuje nikel vo forme β-modifikácie, ktorá má plošne centrovanú kubickú mriežku (a = 3,5236 Á). Ale nikel, podrobený katódovému rozprašovaniu v atmosfére H2, tvorí a-modifikáciu, ktorá má šesťuholníkovú mriežku tesne zhutnenej (a = 2,65 Á, c = 4,32 Á), ktorá sa pri zahriatí nad 200 °C premení na kubickú mriežku. Kompaktný kubický nikel má hustotu 8,9 g/cm 3 (20 °C), atómový polomer 1,24 Á, iónové polomery: Ni 2+ 0,79 Å, Ni 3+ 0,72 Å; tpl 1453 °C; teplota varu asi 3000 °C; merná tepelná kapacita pri 20°C 0,440 kJ/(kg K); teplotný koeficient lineárnej rozťažnosti 13,3·10 -6 (0-100 °C); tepelná vodivosť pri 25 °C 90,1 W/(m K); tiež pri 500 °C 60,01 W/(m K). Merný elektrický odpor pri 20°C 68,4 nom m, t.j. 6,84 μΩ cm; teplotný koeficient elektrického odporu 6,8·10 -3 (0-100 °C). Nikel je kujný a kujný kov; možno z neho vyrobiť veľmi tenké plechy a rúrky. Pevnosť v ťahu 400-500 MN/m2 (t.j. 40-50 kgf/mm2); medza pružnosti 80 Mn/m2, medza klzu 120 Mn/m2; relatívne predĺženie 40 %; modul normálnej pružnosti 205 Gn/m2; Tvrdosť podľa Brinella 600-800 Mn/m2. V teplotnom rozsahu od 0 do 631 K (horná hranica zodpovedá Curieho bodu) je nikel feromagnetický. Feromagnetizmus niklu je spôsobený štruktúrnymi vlastnosťami vonkajších elektrónových obalov (3d 8 4s 2) jeho atómov. Nikel patrí spolu s Fe (3d 6 4s 2) a Co (3d 7 4s 2), tiež feromagnetmi, k prvkom s nedokončeným 3d elektrónovým obalom (prechodové 3d kovy). Elektróny nedokončeného obalu vytvárajú nekompenzovaný spinový magnetický moment, ktorého efektívna hodnota pre atómy niklu je 6 μ B, kde μ B je Bohrov magnetón. Kladná hodnota výmennej interakcie v kryštáloch niklu vedie k paralelnej orientácii atómových magnetických momentov, to znamená k feromagnetizmu. Z rovnakého dôvodu sú zliatiny a množstvo zlúčenín niklu (oxidy, halogenidy a iné) magneticky usporiadané (majú fero- alebo menej obyčajne ferimagnetickú štruktúru). Nikel je súčasťou najdôležitejších magnetických materiálov a zliatin s minimálnym koeficientom tepelnej rozťažnosti (permalloy, monel metal, invar a iné).
Chemické vlastnosti niklu. Chemicky je Ni podobný Fe a Co, ale aj Cu a ušľachtilým kovom. V zlúčeninách vykazuje premenlivú mocnosť (najčastejšie 2-valentné). Nikel je stredne aktívny kov. Absorbuje (najmä v jemne rozdrvenom stave) veľké množstvo plynov (H 2, CO a iné); Nasýtenie niklu plynmi zhoršuje jeho mechanické vlastnosti. Reakcia s kyslíkom začína pri 500 °C; V jemne rozptýlenom stave je nikel samozápalný a na vzduchu sa samovoľne vznieti. Z oxidov je najdôležitejší NiO - zelenkasté kryštály, prakticky nerozpustné vo vode (minerálny bunsenit). Hydroxid sa vyzráža z roztokov solí niklu po pridaní alkálií vo forme objemnej jablkovozelenej zrazeniny. Pri zahrievaní sa nikel spája s halogénmi za vzniku NiX2. Horením v sírových parách vzniká sulfid, ktorý má podobné zloženie ako Ni 3 S 2. Monosulfid NiS možno pripraviť zahrievaním NiO so sírou.
Nikel nereaguje s dusíkom ani pri vysokých teplotách (do 1400 °C). Rozpustnosť dusíka v tuhom nikle je približne 0,07 % hmotn. (pri 445 °C). Ni3N nitrid možno pripraviť prechodom NH3 cez NiF2, NiBr2 alebo kovový prášok pri 445 °C. Vplyvom pár fosforu pri vysokých teplotách vzniká fosfid Ni 3 P 2 vo forme šedej hmoty. V systéme Ni-As bola preukázaná existencia troch arzenidov: Ni 5 As 2, Ni 3 As (maucheritový minerál) a NiAs. Mnohé metalidy majú štruktúru nikel-arzenidového typu (v ktorej atómy As tvoria hustú hexagonálnu vrstvu, ktorej všetky oktaedrické dutiny sú obsadené atómami Ni). Nestabilný karbid Ni 3 C možno získať pomalou (stovky hodín) nauhličovaním (cementovaním) niklového prášku v atmosfére CO pri 300 °C. Nikel v kvapalnom stave rozpúšťa citeľné množstvo C, ktorý sa pri chladnutí vyzráža vo forme grafitu. Keď sa grafit uvoľní, nikel stráca svoju tvárnosť a schopnosť spracovania pod tlakom.
V napäťovej sérii je Ni napravo od Fe (ich normálne potenciály sú -0,44 V a -0,24 V), a preto sa v zriedených kyselinách rozpúšťa pomalšie ako Fe. Nikel je odolný voči vode. Organické kyseliny pôsobia na nikel až po dlhšom kontakte s ním. Kyselina sírová a chlorovodíková pomaly rozpúšťajú nikel; zriedený dusík - veľmi jednoduché; koncentrovaná HNO 3 pasivuje nikel, ale v menšej miere ako železo.
Pri interakcii s kyselinami vznikajú soli 2-mocného Ni. Takmer všetky Ni(II) soli a silné kyseliny sú vysoko rozpustné vo vode, ich roztoky majú kyslú reakciu v dôsledku hydrolýzy. Soli relatívne slabých kyselín, ako je kyselina uhličitá a kyselina fosforečná, sú ťažko rozpustné. Väčšina solí niklu sa pri zahrievaní (600-800 °C) rozkladá. Jedna z najčastejšie používaných solí, síran NiSO 4, kryštalizuje z roztokov vo forme smaragdovo zelených kryštálov NiSO 4 ·7H 2 O - síran nikelnatý. Silné alkálie nepôsobia na nikel, ale rozpúšťa sa v roztokoch amoniaku v prítomnosti (NH 4) 2 CO 3 za vzniku rozpustného amoniaku, sfarbeného intenzívne do modra; Väčšina z nich sa vyznačuje prítomnosťou komplexov 2+ a . Hydrometalurgické metódy získavania niklu z rúd sú založené na selektívnej tvorbe amoniaku. NaOCl a NaOBr sa vyzrážajú z roztokov Ni(II) solí, Ni(OH)hydroxid 3 je čierny. V komplexných zlúčeninách je Ni, na rozdiel od Co, zvyčajne 2-valentný. Na analytické stanovenie Ni sa používa komplexná zlúčenina Ni s dimetylglyoxímom (C 4 H 7 O 2 N) 2 Ni.
Pri zvýšených teplotách nikel interaguje s oxidmi dusíka, SO2 a NH3. Keď CO pri zahrievaní pôsobí na jemne mletý prášok, vytvára sa karbonyl Ni(CO)4. Tepelnou disociáciou karbonylu vzniká najčistejší nikel.
Príjem niklu. Asi 80 % niklu z jeho celkovej produkcie sa získava zo sulfidických medenoniklových rúd. Po selektívnom obohatení flotáciou sa z rudy oddelia koncentráty medi, niklu a pyrhotit. Koncentrát niklovej rudy zmiešaný s tavivami sa taví v elektrických šachtách alebo dozvukových peciach, aby sa oddelila odpadová hornina a extrahoval nikel do sulfidovej taveniny (kamene) obsahujúcej 10-15 % Ni. Elektrickému taveniu zvyčajne predchádza čiastočné oxidačné praženie a aglomerácia koncentrátu. Spolu s Ni prechádza do matovania časť Fe, Co a takmer všetka Cu a ušľachtilé kovy. Po oddelení Fe oxidáciou (vyfukovaním tekutého kamínku v konvertoroch) sa získa zliatina sulfidov Cu a Ni - kamienok, ktorý sa pomaly ochladzuje, jemne melie a posiela na flotáciu na oddelenie Cu a Ni. Niklový koncentrát sa vypáli vo fluidnom lôžku na NiO. Kov sa získava redukciou NiO v elektrických oblúkových peciach. Anódy sú odlievané z hrubého niklu a elektrolyticky rafinované. Obsah nečistôt v elektrolytickom nikle (trieda 110) je 0,01 %.
Na oddelenie Cu a Ni sa používa aj takzvaný karbonylový proces založený na reverzibilite reakcie: Ni + 4CO = Ni(CO) 4. Výroba karbonylu sa uskutočňuje pri 100-200 atm a pri 200-250 °C a jeho rozklad prebieha bez prístupu vzduchu pri atm. tlaku a asi 200 °C. Rozklad Ni(CO) 4 sa využíva aj na výrobu niklových povlakov a výrobu rôznych produktov (rozklad na zahriatej matrici).
V moderných „autogénnych“ procesoch sa tavenie uskutočňuje pomocou tepla uvoľneného počas oxidácie sulfidov vzduchom obohateným kyslíkom. To umožňuje eliminovať uhlíkaté palivá, získať plyny bohaté na SO 2 vhodné na výrobu kyseliny sírovej alebo elementárnej síry a tiež dramaticky zvýšiť účinnosť procesu. Najkompletnejšia a najsľubnejšia je oxidácia kvapalných sulfidov. Postupy založené na úprave niklových koncentrátov roztokmi kyselín alebo amoniaku v prítomnosti kyslíka pri zvýšených teplotách a tlaku (autoklávové procesy) sú čoraz bežnejšie. Typicky sa nikel prevedie do roztoku, z ktorého sa izoluje vo forme bohatého sulfidového koncentrátu alebo kovového prášku (redukciou vodíkom pod tlakom).
Z kremičitanových (oxidovaných) rúd možno nikel koncentrovať aj do kamínku zavedením taviva - sadry alebo pyritu - do taviacej vsádzky. Redukčno-sulfidačné tavenie sa zvyčajne vykonáva v šachtových peciach; výsledný mat obsahuje 16-20% Ni, 16-18% S, zvyšok je Fe. Technológia extrakcie niklu z matného kameňa je podobná tej, ktorá je opísaná vyššie, okrem toho, že operácia separácie Cu sa často vynecháva. Ak je obsah Co v oxidovaných rudách nízky, je vhodné ich podrobiť redukčnému taveniu na výrobu feronikelu, ktorý sa používa na výrobu ocele. Na extrakciu niklu z oxidovaných rúd sa využívajú aj hydrometalurgické metódy - čpavkové lúhovanie predredukovanej rudy, autoklávové lúhovanie kyselinou sírovou a iné.
Použitie niklu. Prevažná väčšina Ni sa používa na výrobu zliatin s inými kovmi (Fe, Cr, Cu a iné), ktoré sa vyznačujú vysokými mechanickými, antikoróznymi, magnetickými alebo elektrickými a termoelektrickými vlastnosťami. V súvislosti s rozvojom tryskovej techniky a vytváraním agregátov plynových turbín sú dôležité najmä žiaruvzdorné a žiaruvzdorné chrómniklové zliatiny. Zliatiny niklu sa používajú v konštrukciách jadrových reaktorov.
To znamená, že množstvo niklu sa spotrebuje na výrobu alkalických batérií a antikoróznych náterov. Kujný nikel v čistej forme sa používa na výrobu plechov, rúr atď. Používa sa tiež v chemickom priemysle na výrobu špeciálnych chemických zariadení a ako katalyzátor mnohých chemických procesov. Nikel je veľmi vzácny kov a ak je to možné, mal by byť nahradený inými, lacnejšími a bežnejšími materiálmi.
Spracovanie niklových rúd je sprevádzané uvoľňovaním toxických plynov obsahujúcich SO 2 a často As 2 O 3. CO používaný pri rafinácii niklu karbonylovou metódou je veľmi toxický; Ni(CO)4 je vysoko toxický a vysoko prchavý. Jeho zmes so vzduchom exploduje pri 60 °C. Kontrolné opatrenia: tesnosť zariadenia, zvýšená ventilácia.
Nikel je nevyhnutným stopovým prvkom v tele. Jeho priemerný obsah v rastlinách je 5,0·10 -5% suroviny, v tele suchozemských živočíchov 1,0·10 -6%, u morských živočíchov - 1,6·10 -4%. V tele zvierat sa nikel nachádza v pečeni, koži a endokrinných žľazách; sa hromadí v keratinizovaných tkanivách (najmä perie). Zistilo sa, že nikel aktivuje enzým arginázu a ovplyvňuje oxidačné procesy; v rastlinách sa zúčastňuje množstva enzymatických reakcií (karboxylácia, hydrolýza peptidových väzieb a iné). Na pôdach obohatených niklom sa jeho obsah v rastlinách môže zvýšiť 30-krát a viac, čo vedie k endemickým ochoreniam (u rastlín - škaredé formy, u zvierat - ochorenia očí spojené so zvýšenou akumuláciou niklu v rohovke: keratitída, keratokonjunktivitída).
(koordinačné čísla sú uvedené v zátvorkách) Ni2+ 0,069 nm (4), 0,077 nm (5), 0,083 nm (6).
Priemerný obsah niklu v zemskej kôre je 8-10 -3% hmotnosti, v oceánoch 0,002 mg/l. Známy cca. 50 niklu, z ktorých najvýznamnejšie sú: pentlandit (Fe,Ni) 9 S 8, millerit NiS, garnierit (Ni, Mg) 3 Si 4 O 10 (OH) 10. 4H 2 O, revdinskit (non-puit) (Ni,Mg) 3 Si 2 O 5 (OH) 4, nikel NiAs, annabergit Ni 3 (AsO 4) 2 8H 2 O. Nikel sa ťaží najmä zo sulfidovej medi-niklu ( Kanada, Austrália, Južná Afrika) a zo silikátovo oxidovaných (Nová Kaledónia, Kuba, Filipíny, Indonézia atď.). Svetové zásoby niklu na pevnine sa odhadujú na 70 miliónov ton.
Vlastnosti. Nikel-strieborno-biely. Kryštalický. tvárovo centrovaná mriežka kubický, a = 0,35238 nm, z = 4, priestor. skupina RT3t. T. pl. 1455 °C. t.bal 2900 °C; plť 8,90 g/cm3; Cop 26,1 J/(. K); DH 0 pl 17,5 kJ/, DH 0 isp 370 kJ/; S 0 298 29,9 JDmol K); úroveň teplotnej závislosti pre pevný nikel lgp(hPa) = 13,369-23013/T+0,520lgT+0,395T (298-1728K), pre kvapalný lgp(hPa)=11,742-20830/T+ 0,617 lg-T3170 K); teplotný koeficient lineárna expanzia 13.5. 10-6 K-1 (273-373 K); 94,1 W/(m x x K) pri 273 K, 90,9 W/(m K) pri 298 K; g 1,74 N/m (1520 °C); r 7,5 10 -8 Ohm m, teplotný koeficient. r 6,75. 10-3 K-1 (298-398 K); , 631 K. Modul pružnosti 196-210 GPa; s rast 280-720 MPa; sa týka predĺženie 40-50%; podľa Brinella (žíhaný) 700-1000 MPa. Čistý nikel je veľmi ťažný, dá sa dobre spracovať za studena aj za tepla, možno ho valcovať, ťahať a kovať.
N nikel je chemicky neaktívny, ale jemne dispergované zlúčeniny niklu získané pri nízkych teplotách sú samozápalné. Štandardné Ni 0 /Ni 2+ - 0,23 V. Pri bežných teplotách nie je nikel pokrytý tenkou vrstvou. Nie interakcia. s vlhkosťou. Pri zahriatí Výroba niklu začína pri ~ 800 °C. Nikel veľmi pomaly reaguje s kyselinou chlorovodíkovou, sírovou, fosforečnou a fluorovodíkovou. Ocot a iné org.na to nemajú prakticky žiadny vplyv. vám, najmä v neprítomnosti . Dobre reaguje s rozt. HNO3, konc. HNO 3 je pasivovaná. Roztoky a a rovnako ako kvapalný NH 3 nemajú žiadny vplyv na nikel. Prítomné vodné roztoky NH 3 . korelovať nikel.
N ikel v dispergovanom stave má skvelé katalytické vlastnosti. v okresoch, . Používajú buď skeletový nikel (Raneyov nikel), získaný legovaním s Al alebo Si s poslednou. , alebo nikel na .
N ickel absorbuje H 2 a tvorí s ním tuhé roztoky. Nepriamo sa získal NiH2 (stabilný pod 0 °C) a stabilnejší NiH. Do 1400 °C ho nikel takmer neabsorbuje, hodnota pH N 2 je 0,07 % pri 450 °C. Kompaktný nikel nereaguje s NH 3, dispergovaný nikel s ním vytvára nitrid Ni 3 N pri 300-450 °C.
Roztavený nikel rozpúšťa C za vzniku karbidu Ni 3 C, ktorý sa rozkladá s uvoľňovaním; Ni3C vo forme šedo-čiernej (rozkladá sa pri ~ 450 °C) sa získava nauhličovaním niklu v CO pri 250-400 °C. Dispergovaný nikel s CO vytvára prchavý Ni(CO)4. Keď je legovaný Si, tvorí oxid kremičitý; Ni5Si2, Ni2Si a NiSi sa topia kongruentne. pri 1282, 1318 a 992 °C, Ni3Si a NiSi2 - inkongruentné. pri 1165 a 1125 °C sa Ni3Si2 rozkladá bez topenia pri 845 °C. Pri fúzii s B poskytuje boridy: Ni3B (t.t. 1175 °C), Ni2B (1240 °C), Ni3B2 (1163 °C), Ni4B3 (1580 °C), NiB12 ( 2320 °C), NiB (rozkladá sa pri 1600 °C). So Se tvorí nikel selenidy: NiSe (t.t. 980 °C), Ni 3 Se 2 a NiSe 2 (rozkladajú sa pri 800 a 850 ° C, v tomto poradí), Ni 6 Se 5 a Ni 21 Se 20 (existujú iba v pevnom stave) . Pri legovaní niklu s Te sa získajú teluridy: NiTe a NiTe 2 (zrejme sa medzi nimi vytvorí široká oblasť tuhých roztokov) atď.
Arzeničnan Ni3 (As04) 2. 8H20-zelená; p-rate 0,022 %; to-tami sa rozkladá; nad 200 °C dehydratuje, pri ~ 1000 °C sa rozkladá; získanie pevnej látky.
Silikát Ni 2 SiO 4 - svetlozelený s kosoštvorcovým vzorom. rošt; hustý 4,85 g/cm3; rozkladá sa bez topenia pri 1545 °C; v nerozpustnom; baník K-tami sa pri zahrievaní pomaly rozkladá. Aluminát NiAl 2 O 4 (nikel spinel) - modrý s kub. rošt; t.t. 2110 °C; hustý 4,50 g/cm3; nie sol. V; pomaly sa rozkladá na-tami; .
Najdôležitejšie zložité spojenia. nikel-a m m i n s. Naíb. Charakteristické sú hexaamíny a aquatetramíny. 2+ a 2+. Sú to modré alebo fialové kryštály. in-va, obyčajne sol. v, v roztokoch jasne modrá; keď sa roztoky varia a keď sú vystavené roztoku, rozkladajú sa; vznikajú v roztokoch pri spracovaní amoniaku niklu a kobaltu.
V komplexoch Ni(III) a Ni(IV) je koordinácia počet niklu je 6. Príkladmi sú fialový K 3 a červený K 2, ktoré vznikajú pôsobením F 2 na zmes NiCl 2 a KCl; silný. Sú známe napríklad iné typy heteropolykyselín. (NH4)6H7. 5H20, veľké množstvo intrakomplexných zlúčenín. Ni(II). Pozri tiež Organické zlúčeniny niklu.
Potvrdenie. spracovávať pyro- a hydrometal-lurgické materiály. spôsobom. Pre kremičitany oxidované (nemožno obohacovať) použite ktorýkoľvek reduktor. tavenie na výrobu feronikelu, ktorý sa potom podrobí preplachovaniu v konvertore za účelom obohatenia, alebo tavenie na kamienok obsahujúci síru (FeS 2 alebo CaSO 4). Výsledný kamienok sa fúka v konvertore, aby sa odstránilo Fe, a potom sa drví a vypaľuje, aby sa z výsledného materiálu redukoval NiO. Kovový nikel sa získava tavením. Niklové koncentráty získané obohacovaním sulfidových koncentrátov sa roztavia na matný s poslednou. čistenie v konvertore. Z medenoniklového kamienku sa po jeho pomalom ochladení izoluje koncentrát Ni 3 S 2, ktorý sa podobne ako oxidované kamienky vypaľuje a redukuje.
Jedným zo spôsobov hydrospracovania oxidovaných rúd je redukcia alebo zmes H2 a N2 s N2. roztoku NH 3 a CO 2 s preplachovaním. Roztok sa čistí od Co. Pri rozklade roztoku destiláciou NH 3 sa vyzráža hydroxokarbonát nikelnatý, ktorý sa zo vzniknutého NiO buď kalcinuje a redukuje. Nikel sa získava tavením alebo opätovným rozpustením. v roztoku NH3 a po oddestilovaní NH3 z H2 buničiny sa získa nikel. DR. cesta - oxidovaná kyselina sírová v. Z výsledného roztoku sa po jeho vyčistení ukladá nikel a výsledný NiS koncentrát sa spracováva ako mat.
Hydrospracovanie materiálov sulfidu nikelnatého (koncentráty, kamienky) sa redukuje na autoklávovú oxidáciu. buď roztoky NH3 (s nízkym obsahom Co) alebo H2SO4. Z roztokov amoniaku sa po oddelení CuS vyzráža nikel pod. Pre separáciu Ni,Používa sa aj extrakcia Co a Cu z roztokov amoniaku. metódy využívajúce predovšetkým chelatačné extraktanty.
Autoklávová oxidácia na výrobu síranových roztokov sa používa ako pre obohatené materiály (kamienky) s prenosom niklu atď. do roztoku, tak aj pre chudobné koncentráty pyrhotia Fe 7 S 8 . V druhom prípade je prevažná časť oxidovaná. pyrhotit, ktorý umožňuje izolovať elementárny S a sulfidový koncentrát, ktorý sa ďalej taví na niklový kamienok.
Vývoj technológií zostal v priebehu rokov obľúbeným a neustále sa vyvíjajúcim odvetvím. Moderné materiály, zliatiny a kovy sú základom jeho zdokonaľovania. V súčasnosti sa aktívne rozvíja ropný a chemický priemysel, výroba automobilov a verejná doprava. Je ťažké tvrdiť, že boli vždy založené na aktívnom používaní vysoko pevných a kvalitných kovov, medzi ktorými je nikel obzvlášť žiadaný a pozorný. Aj keď medzi kovmi zaberá len 13. miesto, vo svojom význame nezaostáva za takými dôležitými materiálmi ako chróm, hliník a dokonca aj železo.
Charakteristika a vlastnosti niklu
Tento materiál má strieborno-bielu farbu. Vyznačuje sa vysokou ťažnosťou a kujnosťou. Z hľadiska množstva vlastností sa približuje železu (hustota, tepelná vodivosť, teplota topenia atď.). Má priemernú chemickú aktivitu. V miestnosti s izbovou teplotou a suchým vzduchom prakticky nereaguje s kyslíkom. K oxidácii dochádza pri zahriatí niklu na 500 stupňov. Nevybledne na čerstvom vzduchu. Nikel je možné kombinovať s inými materiálmi a meniť (pridávať) ich vlastnosti. Napríklad zvyšuje ťažnosť a pevnosť ocele a v kombinácii s chrómom umožňuje dosiahnuť vynikajúcu antikoróznu odolnosť.
Oblasti použitia
Materiál, ktorý má celý rad kvalít a vlastností, môže byť použitý v širokej škále oblastí a oblastí moderných technológií.
- Je základom pre mnohé špeciálne zliatiny (superzliatiny), vrátane tepelne odolných materiálov široko používaných v leteckom priemysle. Z niklu sa vyrábajú časti moderných elektrární. Stojí za zmienku, že v priemyselnom sektore existuje asi 3 000 zliatin a zlúčenín kovov s niklom.
- Materiál je súčasťou biele zlato, antikorózny kov Monel, nichróm (zliatina chrómu a niklu), invar, rôzne chrómniklové ocele, nikel striebro a iné. Je prítomný ako súčasť nehrdzavejúcich ocelí.
- Používa sa pri výrobe rôznych batérií (nikel-zinok, nikel-vodík, železo-nikel).
- Používa sa v medicíne, najmä v stomatológii na výrobu ortodontických strojčekov a zubných protéz.
- Nikel sa používa pri výrobe mincí v mnohých krajinách sveta. Málokto vie, ale americká päťcentová minca sa dokonca nazýva „nikel“.
- Používa sa aj pri výrobe hudobných nástrojov a najmä na výrobu navíjacích strún (gitary, husle a pod.).
- Nájde uplatnenie v moderných radiačných technológiách.
- V nezmenenej forme sa materiál používa ako ochranný náter, ktorý chráni pred koróziou. Takéto ochranné povlaky na želé a iných kovoch možno získať dvoma spôsobmi: galvanickým pokovovaním alebo pokovovaním.
Rozsah použitia tohto materiálu je skutočne široký. To je dôvod, prečo dopyt po nikle v súčasnosti rastie a je dostupný v rôznych krajinách. To platí aj pre Kazachstan, kde na oficiálnej stránke
– strieborno-sivý, tvárny, kujný kov. Patrí medzi prechodné kovy, to znamená, že môže vykazovať kyslé aj zásadité vlastnosti. Za normálnych podmienok je nikel pokrytý oxidovým filmom, a preto je neaktívny. Rozdiel od iných podobných prvkov je v tom, že jeho oxidový film neznižuje lesk. A dnes vám povieme o využití niklu v priemysle, využití jeho zliatin v stavebníctve a iných oblastiach života.
Oxidový film chráni kov a dodáva mu vysokú odolnosť proti korózii. Okrem toho je jeho účinok taký silný, že nielen nikel samotný sa ukáže ako neaktívny, ale aj akékoľvek iné predmety potiahnuté najtenšou vrstvou niklu. Práve táto kvalita určuje jeden z najbežnejších spôsobov aplikácie.
Toto video vám povie o používaní niklu v každodennom živote:
Niklovanie
Niklovanie je výroba niklového povlaku galvanickým spôsobom na povrchu iných kovov - zliatin železa, spravidla s cieľom chrániť ich pred koróziou. V roku 2015 sa 7 % vyťaženého kovu použilo na niklovanie. S takýmto „spracovaním“ sa stretávame všade: riad, príbor, kovové rúry používané pri výrobe nábytku alebo na dekoratívne účely. Okrem ochrany základnej zliatiny dodáva kovu aj krásny strieborný lesk, ktorý časom nevybledne.
Nikel sa používa na ochranu liatiny, železa, horčíka a dokonca aj hliníka, ktoré sa samy o sebe považujú za celkom odolné voči korózii. Nikel má však ešte jednu špeciálnu vlastnosť – výnimočnú odolnosť voči zásadám. Poniklovanie kovových výrobkov sa aktívne používa v chemickom priemysle - napríklad na výrobu nádrží na skladovanie a prepravu chemicky agresívnych látok, ako aj na výrobu dielov určených na prácu v najnebezpečnejších podmienkach: napr. chráni duralové lopatky lietadiel pred koróziou.
Ostatné oblasti
- Kov sa používa pri výrobe batérií – nikel-kadmium, železo-nikel, nikel-zinok, nikel-vodík. Niklové elektródy sú stabilné v elektrolyte, majú dlhú životnosť a sú cenovo dostupné. Zinkovo-strieborná batéria teda vykazuje vyšší výkon, ale je oveľa drahšia.
- Kov sa používa v chemickom priemysle na výrobu rôznych činidiel.
- V medicíne sa nikel používa pri výrobe protetických a ortézových systémov, pretože kov je úplne inertný a bezpečný. Rovnaká vlastnosť umožňuje použitie látky pri výrobe zariadení pre potravinársky priemysel.
- Oveľa väčší podiel niklu sa však vynakladá na výrobu rôznych zliatin. Zliatiny železa tvoria 67 % ťaženej látky a neželezné zliatiny tvoria 17 %.
Je to spôsobené tým, že nikel dáva zliatinám takmer rovnakú antikoróznu odolnosť, akú má on sám. Výsledkom je, že väčšina kovu sa používa na výrobu širokej škály nehrdzavejúcich ocelí. Rovnaké zliatiny železa, ktoré nie sú legované niklom, sú kvôli ochrane podrobené poniklovaniu. Je jednoducho nereálne vymenovať oblasti použitia nehrdzavejúcich a konštrukčných ocelí: neexistuje oblasť národného hospodárstva, kde by sa tieto výrobky nepoužívali.
Nemenej zaujímavé sú aj iné kompozície zliatin niklu, napríklad zliatina niklu so železom, meďou, cínom, hliníkom, titánom, chrómom a inými kovmi.
Zliatiny na jeho základe
Zliatiny niklu sú mimoriadne rozmanité a ich vlastnosti sú také dôležité pre rôzne odvetvia národného hospodárstva, že takmer všetky kompozície tvoria samostatné skupiny.
S meďou
Zliatiny niklu a medi - vzácnou vlastnosťou takéhoto tuhého roztoku je vzájomná úplná rozpustnosť kovov v sebe. Pri legovaní v akomkoľvek pomere sa získa jednofázová homogénna zliatina, ktorá prirodzene a predvídateľne mení svoje vlastnosti. Korózne vlastnosti takýchto zliatin sú určené iba pomermi látok: s podielom viac ako 50% sa vlastnosti približujú kvalitám samotnej medi, s podielom niklu viac ako 50%, zliatina vykazuje vlastnosti niklu.
Zliatiny niklu a medi sú odolné voči kyselinám aj zásadám. Používajú sa pri výrobe dielov a nádrží pre zariadenia pracujúce v prostredí kyseliny fosforečnej, sírovej, chloristej, ako aj súčiastok strojov vystavených vysokému zaťaženiu.
- Medzi najznámejšie kompozície tohto druhu patria Monels: 70 % niklu a 1,5–2 % železa.
Monely sa vyznačujú vynikajúcou mechanickou pevnosťou a tvrdosťou, trvanlivosťou, odolnosťou proti opotrebovaniu a necitlivosťou voči kyselinám a zásadám. Vyrábajú sa z nich ventily, čerpadlá, nápravy obežných kolies, pružiny, puzdrá, výmenníky tepla atď.
- Mince sú vyrobené zo zliatin medi a niklu.
- Constantan je zliatina 40% niklu a 59% medi, používaná pri výrobe vysoko presných zariadení, pretože je odolná voči opotrebovaniu a vydrží vysoké zaťaženie.
Použitie niklu v modernej technológii je uvedené v tomto videu:
S chrómom
- Zliatiny niklu a chrómu– nichrómy sú známe svojou tepelnou odolnosťou, no zároveň sa vyznačujú aj vysokou odolnosťou proti korózii, a to aj voči kyselinám. Tento súbor vlastností predurčuje aj jeho využitie: pri výrobe muflových pecí, na výrobu výmenníkov tepla a potrubí, ako súčasti plynových turbín. Zliatiny s obsahom niklu do 80 % sa používajú na výrobu častí spaľovacích komôr v prúdových motoroch a jadrových reaktoroch. Najznámejšie z nich sú nimonic, incoloy rôznych značiek a inconel. Zliatiny sa používajú na výrobu dielov, kde je potrebná vysoká pevnosť pri vysokých teplotách - plášte vykurovacích telies, rúrky drvičov atď.
- Kalené zliatiny nikel-chróm-železo, sa právom nazývajú superpevné zliatiny. Kombinujú extrémnu pevnosť s odolnosťou proti vysokoteplotnej korózii a odolnosťou proti tečeniu. Vyrábajú sa z nich časti plynových turbín, lopatky a časti motorov, časti pecí, kováčsky materiál a pod. Zliatiny sú navrhnuté tak, aby „pracovali“ pri teplotách do 600–850 C. Najznámejšie sú nimonic, ako aj inconel a udimet.
S molybdénom a inými kovmi
Zloženie niklu a molybdénu - napríklad Hastelloy - je odolné voči kyselinám sírovej, fosforečnej, chlorovodíkovej atď. a pri vysokých teplotách až do varu. Časti zariadenia odolného voči kyselinám sú vyrobené zo zliatiny. Zároveň sa vyznačuje vysokou pevnosťou, takže slúži ako plnohodnotný konštrukčný materiál v chemickom priemysle.
Zliatiny niklu, chrómu a molybdénu sú odolné voči ešte širšiemu spektru kyselín a iným agresívnym prostrediam – napríklad suchému chlóru.
- Kov má svoje miesto aj v šperkoch. Zliatina "biele zlato" obsahuje 58% zlata a ligatúru niklu a striebra.
- Samotný nikel je feromagnetický. Jeho zliatiny, alnico a magnico, sú permanentné magnety.
O zliatine železa a niklu a jej výhodách si povieme nižšie.
So železom
Vzťahuje sa to na tuhé roztoky, v ktorých nikel nie je legujúcou prísadou, ako v prípade nehrdzavejúcej ocele, ale „vážnejšou“ zložkou - až 65%. Existujú 4 typy takýchto zliatin.
- Tepluvzdorný– ich zvláštnosťou nie je len odolnosť voči teplotám, ale aj schopnosť odolávať vysokému zaťaženiu pri vysokých teplotách. Podiel niklu je tu zvyčajne 44–46% a môže zahŕňať aj chróm, hliník, titán, molybdén atď. Mechanická pevnosť zliatin za normálnych podmienok je 600 - 850 MPa a pri teplotách 800 - 900 C - od 45 do 177 MPa.
Tepelná odolnosť bez zaťaženia dosahuje 1000–1350 C, pričom prevádzka pri vysokých teplotách neovplyvňuje fyzikálne vlastnosti výrobkov. Zliatina sa používa na výrobu dielov pre jadrové reaktory, prúdové motory, plynové turbíny atď.
- Magnetické zliatiny– permalloy, vykazujú vysokú magnetickú permeabilitu v slabom poli. Používajú sa v elektrotechnike na výrobu dielov s vysokou magnetizáciou.
- Zliatiny, ktoré si zachovávajú elasticitu a celkové rozmery– napríklad elinvar obsahujúci 36 % niklu. Zachováva si zvýšenú elasticitu pri vysokých teplotách, pretože táto kvalita zliatiny je spôsobená jej magnetickými vlastnosťami. Používa sa na výrobu termočlánkov v peciach.
- Antikorózne zliatiny– spravidla okrem niklu obsahujú aj molybdén alebo chróm. Aktívne sa používajú pri výrobe chemických zariadení.
Použitie materiálu v stavebníctve
Svetová hodnota v roku 1887 bola len 600 ton.Kov sa používal na výrobu mincí. Ale už od 80. rokov sa niklový priemysel začal aktívne rozvíjať. Impulzom bola vysoká odolnosť kovu voči korózii, a čo je najdôležitejšie, jeho zliatin.
- Od konca 19. storočia sa začalo používať aj niklovanie ako spôsob „zušľachťovania“ výrobku, ktorý bol nahradený chrómovaním až v 30. rokoch 20. storočia. V stavebníctve sa poniklované diely stále používajú pri konštrukcii širokej škály dekoratívnych štruktúr.
- Z rovnakých dôvodov sa pri výrobe nábytku používajú poniklované diely. Kovová vrstva dodáva výrobku nielen lesk a krásnu farbu, ale zároveň chráni rám pred akýmikoľvek vonkajšími vplyvmi.
- Dekoratívne vlastnosti určujú ďalšiu oblasť použitia - kovanie pre nábytok, okná, dvere, domáce spotrebiče atď. Rukoväte, pánty a kovové lišty vyzerajú skvele a vydržia veľmi dlho.
- Poniklované batérie, vodovodné batérie, sprchové hlavice a iné kúpeľňové doplnky nikdy nevyjdú z módy, pretože niklová vrstva dodáva výrobkom vynikajúci vzhľad a výnimočnú odolnosť voči korózii akéhokoľvek druhu. Táto možnosť je, samozrejme, z hľadiska dekoratívnosti horšia, pretože základom je oceľ a nie je kujná. Príťažlivá je ale aj strieborná farba a neblednúci lesk.
- Zliatiny s niklom sa používajú oveľa širšie, najmä rôzne nehrdzavejúce a konštrukčné ocele. Je nereálne si predstaviť modernú konštrukciu bez účasti valcovaného kovu.
Nikel je kov, ktorý je vysoko odolný voči korózii a je schopný to dosiahnuť. Táto kvalita je najčastejšie dôvodom použitia kovu.
Toto video vám povie o chemickom pokovovaní niklom: