Metal ilk kez 1751 yılında elementin adını da öneren İsveçli kimyager A. Kronstedt tarafından saf olmayan formda elde edildi. 1804 yılında Alman kimyager I. Richter tarafından çok daha saf bir metal elde edildi. "Nikel" adı, 17. yüzyılda bilinen ve bakır cevherlerine dışsal benzerliği nedeniyle madencileri sıklıkla yanıltan kupfernickel (NiAs) mineralinden gelir (Alman Kupfer - bakır, Nikel - dağ ruhu, iddiaya göre atık kayayı madencilere itmek yerine madencilere kaydırıyor). cevher). 18. yüzyılın ortalarından bu yana nikel, yalnızca görünüş olarak gümüşe benzer alaşımların bir bileşeni olarak kullanıldı. 19. yüzyılın sonunda nikel endüstrisinin yaygın gelişimi, Yeni Kaledonya ve Kanada'da büyük nikel cevheri yataklarının keşfedilmesi ve bunun çeliklerin özellikleri üzerindeki "asilleştirici" etkisinin keşfedilmesiyle ilişkilendirildi.
Nikelin doğadaki dağılımı. Nikel dünyanın derinliklerinde bulunan bir elementtir (mantonun ultrabazik kayalarında kütlece %0,2'dir). Dünyanın çekirdeğinin nikel demirden oluştuğuna dair bir hipotez var; Buna göre bir bütün olarak topraktaki ortalama Nikel içeriğinin yaklaşık %3 olduğu tahmin edilmektedir. Nikel'in %5,8·10-3 olduğu yer kabuğunda, aynı zamanda bazalt kabuk adı verilen daha derinlere doğru da çekim yapar. Yer kabuğundaki Ni, Fe ve Mg'nin bir uydusudur ve bu, değerlik (II) ve iyonik yarıçaplarının benzerliğiyle açıklanmaktadır; Nikel, izomorfik bir safsızlık olarak iki değerlikli demir ve magnezyum minerallerine dahildir. Nikelin kendi minerallerinin 53 olduğu biliniyor; bunların çoğu yüksek sıcaklık ve basınçlarda, magmanın katılaşması sırasında veya sıcak sulu çözeltilerden oluşmuştur. Nikel yatakları magma ve ayrışma kabuğundaki süreçlerle ilişkilidir. Endüstriyel Nikel yatakları (sülfit cevherleri) genellikle Nikel ve bakır minerallerinden oluşur. Nikel, dünya yüzeyinde biyosferde nispeten zayıf bir göçmendir. Yüzey sularında ve canlı maddelerde nispeten az miktarda bulunur. Ultramafik kayaçların hakim olduğu bölgelerde toprak ve bitkiler nikel açısından zengindir.
Nikelin fiziksel özellikleri. Normal koşullar altında Nikel, yüz merkezli kübik kafese (a = 3.5236Å) sahip bir β-modifikasyonu formunda bulunur. Ancak H2 atmosferinde katot püskürtmeye tabi tutulan Nikel, 200 °C'nin üzerine ısıtıldığında kübik bir kafese dönüşen, altıgen bir sıkı paketlenme kafesine (a = 2,65 Å, c = 4,32 Å) sahip bir α-modifikasyonu oluşturur. Kompakt kübik Nikelin yoğunluğu 8,9 g/cm3 (20 °C), atom yarıçapı 1,24 Å, iyon yarıçapı: Ni 2+ 0,79 Å, Ni 3+ 0,72 Å; t pl 1453 °C; kaynama sıcaklığı yaklaşık 3000 °C; 20°C'de özgül ısı kapasitesi 0,440 kJ/(kg·K); doğrusal genleşme sıcaklık katsayısı 13,3·10 -6 (0-100 °C); 25°C'de termal iletkenlik 90,1 W/(m·K); ayrıca 500 °C'de 60,01 W/(m·K). 20°C'de spesifik elektriksel direnç 68,4 nom m, yani. 6,84 μΩ cm; elektrik direncinin sıcaklık katsayısı 6,8·10 -3 (0-100 °C). Nikel dövülebilir ve dövülebilir bir metaldir; çok ince levhalar ve tüpler yapmak için kullanılabilir. Çekme mukavemeti 400-500 MN/m2 (yani 40-50 kgf/mm2); elastiklik sınırı 80 Mn/m2, akma dayanımı 120 Mn/m2; bağıl uzama %40; normal elastikiyet modülü 205 Gn/m2; Brinell sertliği 600-800 Mn/m2. 0 ila 631 K sıcaklık aralığında (üst sınır Curie noktasına karşılık gelir) Nikel ferromanyetiktir. Nikelin ferromanyetizması, atomlarının dış elektron kabuklarının (3d 8 4s 2) yapısal özelliklerinden kaynaklanmaktadır. Nikel, Fe (3d 6 4s 2) ve Co (3d 7 4s 2) ile birlikte ferromanyetler, tamamlanmamış bir 3d elektron kabuğuna (geçiş 3d metalleri) sahip elementlere aittir. Bitmemiş kabuğun elektronları, nikel atomları için etkin değeri 6 μ B olan telafi edilmemiş bir spin manyetik momenti yaratır; burada μ B, Bohr magnetonudur. Nikel kristallerindeki değişim etkileşiminin pozitif değeri, atomik manyetik momentlerin paralel yönelimine, yani ferromanyetizmaya yol açar. Aynı nedenden dolayı, alaşımlar ve bir dizi Nikel bileşiği (oksitler, halojenürler ve diğerleri) manyetik olarak düzenlenmiştir (ferro- veya daha az yaygın olarak ferrimanyetik yapıya sahiptir). Nikel, minimum termal genleşme katsayısına (permalloy, monel metal, invar ve diğerleri) sahip en önemli manyetik malzemelerin ve alaşımların bir parçasıdır.
Nikelin kimyasal özellikleri. Kimyasal olarak Ni, Fe ve Co'ya benzer, aynı zamanda Cu ve soy metallere de benzer. Bileşiklerde değişken değerlik sergiler (çoğunlukla 2-valenten). Nikel orta aktiviteli bir metaldir. Büyük miktarda gazı (H2, CO ve diğerleri) emer (özellikle ince ezilmiş halde); Gazlarla nikel doygunluğu mekanik özelliklerini kötüleştirir. Oksijenle reaksiyon 500 °C'de başlar; İnce bir şekilde dağılmış haldeki Nikel piroforiktir ve havada kendiliğinden tutuşur. Oksitlerden en önemlisi, suda pratik olarak çözünmeyen (mineral bunsenit) NiO - yeşilimsi kristallerdir. Hidroksit, alkaliler hacimli elma yeşili çökelti şeklinde eklendiğinde nikel tuzlarının çözeltilerinden çöker. Nikel ısıtıldığında halojenlerle birleşerek NiX2 oluşturur. Sülfür buharında yanarak Ni 3 S 2'ye benzer bileşimde sülfür üretir. NiS monosülfür, NiO'nun kükürt ile ısıtılmasıyla hazırlanabilir.
Nikel, yüksek sıcaklıklarda (1400 °C'ye kadar) bile nitrojenle reaksiyona girmez. Nitrojenin katı Nikel içindeki çözünürlüğü ağırlıkça yaklaşık %0,07'dir (445 °C'de). Ni3N nitrür, NH3'ün NiF2, NiBr2 veya metal tozu üzerinden 445 °C'de geçirilmesiyle hazırlanabilir. Yüksek sıcaklıklarda fosfor buharının etkisi altında, gri bir kütle şeklinde fosfit Ni3P2 oluşur. Ni-As sisteminde üç arsenitin varlığı tespit edilmiştir: Ni 5 As 2, Ni 3 As (maucherit minerali) ve NiAs. Pek çok metalid nikel-arsenit tipi bir yapıya sahiptir (burada As atomları yoğun bir altıgen paket oluşturur ve bunların tüm oktahedral boşlukları Ni atomları tarafından doldurulur). Kararsız Ni3C karbür, Nikel tozunun 300 °C'de CO atmosferinde yavaş (yüzlerce saat) karbürizasyonu (sementasyon) yoluyla elde edilebilir. Sıvı haldeyken Nikel, soğuma sırasında grafit şeklinde çöken gözle görülür miktarda C'yi çözer. Grafit açığa çıktığında Nikel dövülebilirliğini ve basınç altında işlenebilme özelliğini kaybeder.
Gerilim serisinde Ni, Fe'nin sağındadır (normal potansiyelleri sırasıyla -0,44 V ve -0,24 V'dir) ve bu nedenle seyreltik asitlerde Fe'den daha yavaş çözünür. Nikel suya dayanıklıdır. Organik asitler Nikel üzerinde ancak onunla uzun süreli temastan sonra etki eder. Sülfürik ve hidroklorik asitler Nikeli yavaşça çözer; seyreltilmiş nitrojen - çok kolay; konsantre HNO 3 Nikeli pasifleştirir, ancak demirden daha az oranda.
Asitlerle etkileşime girdiğinde 2 değerlikli Ni tuzları oluşur. Hemen hemen tüm Ni(II) tuzları ve güçlü asitler suda yüksek oranda çözünür; çözeltileri hidroliz nedeniyle asidik reaksiyona girer. Karbonik ve fosforik asitler gibi nispeten zayıf asitlerin tuzları az çözünür. Nikel tuzlarının çoğu ısıtıldığında (600-800 °C) ayrışır. En yaygın kullanılan tuzlardan biri olan NiSO4 sülfat, NiSO4 ·7H2O - nikel sülfatın zümrüt yeşili kristalleri formundaki çözeltilerden kristalleşir. Güçlü alkaliler Nikeli etkilemez, ancak (NH4)2C03 varlığında amonyak çözeltilerinde çözünür, yoğun mavi renkli, çözünür amonyak oluşumuyla çözünür; Çoğu, 2+ ve komplekslerinin varlığı ile karakterize edilir. Cevherlerden nikelin çıkarılmasına yönelik hidrometalurjik yöntemler, amonyağın seçici oluşumuna dayanmaktadır. NaOCl ve NaOBr, Ni (II) tuzlarının çözeltilerinden çökeltilir, Ni(OH) hidroksit 3 siyahtır. Karmaşık bileşiklerde Ni, Co'dan farklı olarak genellikle 2 değerliklidir. Ni'nin dimetilglioksim (C4H7O2N)2Ni ile kompleks bileşiği, Ni'nin analitik olarak belirlenmesi için kullanılır.
Yüksek sıcaklıklarda Nikel nitrojen oksitler, SO2 ve NH3 ile etkileşime girer. CO, ısıtıldığında ince öğütülmüş tozuna etki ettiğinde karbonil Ni(CO)4 oluşur. Karbonilin termal ayrışması en saf Nikeli üretir.
Nikel alıyor. Toplam üretiminin nikelin yaklaşık %80'i sülfürlü bakır-nikel cevherlerinden elde edilmektedir. Flotasyon yoluyla seçici zenginleştirmeden sonra bakır, nikel ve pirotit konsantreleri cevherden ayrıştırılır. Eriyiklerle karıştırılmış nikel cevheri konsantresi, atık kayayı ayırmak ve Nikeli %10-15 Ni içeren bir sülfür eriyiği (mat) halinde çıkarmak için elektrikli şaftlarda veya yankılamalı fırınlarda eritilir. Tipik olarak elektrikli eritme işleminden önce konsantrenin kısmi oksidatif kavurma ve topaklaşması gelir. Ni ile birlikte Fe'nin bir kısmı, Co ve hemen hemen tüm Cu ve soy metaller matlaşır. Fe oksidasyonla ayrıldıktan sonra (dönüştürücülerde sıvı matın üflenmesiyle), bir Cu ve Ni sülfit alaşımı elde edilir - yavaş yavaş soğutulan, ince öğütülen ve Cu ve Ni'yi ayırmak için yüzdürmeye gönderilen mat. Nikel konsantresi akışkan yatakta NiO'ya ateşlenir. Metal, NiO'nun elektrik ark ocaklarında indirgenmesiyle elde edilir. Anotlar kaba Nikelden dökülür ve elektrolitik olarak rafine edilir. Elektrolitik Nikeldeki (derece 110) safsızlık içeriği %0,01'dir.
Cu ve Ni'yi ayırmak için reaksiyonun tersinirliğine dayanan karbonil işlemi de kullanılır: Ni + 4CO = Ni(CO)4. Karbonil üretimi 100-200 atm'de ve 200-250 °C'de, ayrışması ise atm'de havaya erişim olmadan gerçekleştirilir. basınç ve yaklaşık 200 °C. Ni(CO)4'ün ayrışması aynı zamanda nikel kaplamaların üretiminde ve çeşitli ürünlerin üretiminde de kullanılır (ısıtılmış bir matris üzerinde ayrışma).
Modern "otojen" işlemlerde eritme, sülfitlerin oksijenle zenginleştirilmiş hava ile oksidasyonu sırasında açığa çıkan ısı kullanılarak gerçekleştirilir. Bu, karbonlu yakıtların ortadan kaldırılmasına, sülfürik asit veya elementel kükürt üretimi için uygun SO2 bakımından zengin gazlar elde edilmesine ve ayrıca prosesin verimliliğinin önemli ölçüde arttırılmasına olanak tanır. En eksiksiz ve umut verici olanı sıvı sülfitlerin oksidasyonudur. Nikel konsantrelerinin asit veya amonyak çözeltileri ile oksijen varlığında yüksek sıcaklık ve basınçta işlenmesine dayalı işlemler (otoklav işlemleri) giderek yaygınlaşmaktadır. Tipik olarak Nikel, zengin bir sülfit konsantresi veya metal tozu formunda (basınç altında hidrojen ile indirgeme yoluyla) izole edildiği çözeltiye aktarılır.
Silikat (oksitlenmiş) cevherlerden Nikel, eritme yüküne akıların - alçı veya pirit - eklenmesiyle mat olarak da konsantre edilebilir. İndirgeme-sülfidasyon eritme işlemi genellikle şaft fırınlarında gerçekleştirilir; elde edilen mat %16-20 Ni, %16-18 S içerir, geri kalanı Fe'dir. Nikeli mattan çıkarma teknolojisi, Cu ayırma işleminin sıklıkla atlanması dışında yukarıda açıklanana benzer. Oksitlenmiş cevherlerdeki Co içeriği düşükse, çelik üretiminde kullanılan ferronikel üretmek için bunların indirgeme izabesine tabi tutulması tavsiye edilir. Nikeli oksitlenmiş cevherlerden çıkarmak için hidrometalurjik yöntemler de kullanılır - önceden indirgenmiş cevherin amonyakla liçi, sülfürik asit otoklavla liçi ve diğerleri.
Nikel Kullanımı. Ni'nin büyük çoğunluğu, yüksek mekanik, korozyon önleyici, manyetik veya elektriksel ve termoelektrik özelliklerle karakterize edilen diğer metallerle (Fe, Cr, Cu ve diğerleri) alaşımlar üretmek için kullanılır. Jet teknolojisinin gelişmesi ve gaz türbini ünitelerinin oluşturulmasıyla bağlantılı olarak ısıya dayanıklı ve ısıya dayanıklı krom-nikel alaşımları özellikle önemlidir. Nikel alaşımları nükleer reaktör yapılarında kullanılmaktadır.
Bu, alkalin pillerin ve korozyon önleyici kaplamaların üretimi için Nikel miktarının tüketildiği anlamına gelir. Dövülebilir Nikel saf haliyle levha, boru vb. imalatında kullanılır. Ayrıca kimya endüstrisinde özel kimyasal ekipmanların imalatında ve birçok kimyasal işlem için katalizör olarak kullanılır. Nikel çok nadir bulunan bir metaldir ve mümkünse daha ucuz ve daha yaygın olan diğer malzemelerle değiştirilmelidir.
Nikel cevherlerinin işlenmesine SO2 ve çoğunlukla As 2O3 içeren zehirli gazların salınması eşlik eder. Nikel'in karbonil yöntemi kullanılarak rafine edilmesinde kullanılan CO çok toksiktir; Ni(CO)4 oldukça zehirli ve oldukça uçucudur. Hava ile karışımı 60 °C'de patlar. Kontrol önlemleri: ekipmanın sıkılığı, gelişmiş havalandırma.
Nikel vücutta önemli bir eser elementtir. Bitkilerdeki ortalama içeriği %5,0·10 -5 ham madde, kara hayvanlarının vücudunda %1,0·10 -6, deniz hayvanlarında -%1,6·10 -4'tür. Hayvan vücudunda Nikel karaciğerde, deride ve endokrin bezlerinde bulunur; keratinize dokularda (özellikle tüylerde) birikir. Nikel'in arginaz enzimini aktive ettiği ve oksidatif süreçleri etkilediği tespit edilmiştir; bitkilerde bir dizi enzimatik reaksiyonda yer alır (karboksilasyon, peptid bağlarının hidrolizi ve diğerleri). Nikel bakımından zengin topraklarda, bitkilerdeki içeriği 30 kat veya daha fazla artabilir, bu da endemik hastalıklara yol açar (bitkilerde - çirkin formlar, hayvanlarda - korneada artan Nikel birikimi ile ilişkili göz hastalıkları: keratit, keratokonjonktivit).
(koordinasyon sayıları parantez içinde belirtilmiştir) Ni 2+ 0,069 nm (4), 0,077 nm (5), 0,083 nm (6).
Yer kabuğundaki ortalama nikel içeriği kütlece %8-10-3, okyanuslarda ise 0,002 mg/l'dir. Yaklaşık olarak biliniyor. 50 nikel, bunların en önemlileri şunlardır: pentlandit (Fe,Ni) 9 S 8, millerit NiS, garniyerit (Ni, Mg) 3 Si 4 O 10 (OH) 10. 4H 2 O, revdinskite (puit olmayan) (Ni, Mg) 3 Si 2 O 5 (OH) 4, nikel NiAs, annabergit Ni 3 (AsO 4) 2 8H 2 O. Nikel esas olarak sülfür bakır-nikelden çıkarılır ( Kanada, Avustralya, Güney Afrika) ve silikat oksitlenmiş olanlardan (Yeni Kaledonya, Küba, Filipinler, Endonezya vb.). Dünya karadaki nikel rezervlerinin 70 milyon ton olduğu tahmin ediliyor.
Özellikler. Nikel-gümüş-beyaz. Kristal. yüz merkezli kafes kübik, a = 0,35238 nm, z = 4, uzay. grup RT3t. T.pl. 1455°C. t.balya 2900°C; Sal 8,90 g/cm3; C 0 p 26.1 J/( . K); DH 0 pl 17,5 kJ/, DH 0 isp 370 kJ/; S 0 298 29.9 JDmol K); katı nikel için sıcaklığa bağımlılık seviyesi lgp(hPa) = 13,369-23013/T+0,520lgT+0,395T (298-1728K), sıvı lgp(hPa) için=11,742-20830/T+ 0,618 lgT (1728-3170 K); sıcaklık katsayısı doğrusal genişleme 13.5. 10-6K-1 (273-373K); 273 K'de 94,1 W/(m x x K), 298 K'de 90,9 W/(m K); g 1,74 N/m (1520 °C); r 7,5 10 -8 Ohm m, sıcaklık katsayısı. r6.75. 10-3K-1 (298-398K); , 631 K. Elastik modül 196-210 GPa; büyüme 280-720 MPa; ilgilidir uzama %40-50; Brinell'e göre (tavlanmış) 700-1000 MPa. Saf nikel çok sünektir, soğuk ve sıcak koşullarda iyi işlenebilir, haddelenebilir, çekilebilir ve dövülebilir.
N nikel kimyasal olarak aktif değildir, ancak düşük sıcaklıklarda elde edilen ince dağılmış nikel bileşikleri piroforiktir. Standart Ni 0 /Ni 2+ - 0,23 V. Normal sıcaklıklarda nikel ince bir tabaka ile kaplanmaz. Etkileşim değil. ve nem ile. Isıtıldığında Nikel üretimi ~800 °C'de başlar. Nikel hidroklorik, sülfürik, fosforik ve hidroflorik asitlerle çok yavaş reaksiyona girer. Sirke ve diğer organizmaların bunun üzerinde neredeyse hiçbir etkisi yoktur. sana, özellikle de yokluğunda. Dil ile iyi reaksiyona girer. HNO3, kons. HNO3 pasifleştirilir. Çözeltilerin ve ve sıvı NH3'ün nikel üzerinde hiçbir etkisi yoktur. Sulu çözeltiler NH3 mevcut. nikeli ilişkilendirin.
N Dağınık haldeki ickel mükemmel katalitik özelliklere sahiptir. ilçelerde, . Sonuncusu Al veya Si ile alaşımlanarak elde edilen iskelet nikelini (Raney nikeli) kullanırlar. veya nikel açık.
N ickel H2'yi emer ve onunla katı çözeltiler oluşturur. NiH2 (0°C'nin altında stabil) ve daha stabil NiH dolaylı olarak elde edildi. 1400 °C'ye kadar nikel tarafından hemen hemen absorbe edilmez, N2'nin pH değeri 450 °C'de %0,07'dir. Kompakt nikel, NH3 ile reaksiyona girmez; dağılmış nikel, 300-450 °C'de onunla Ni3N nitrür oluşturur.
Erimiş nikel, C'yi çözerek karbür Ni3C'yi oluşturur; bu, aşağıdakilerin serbest bırakılmasıyla ayrışır; Gri-siyah formundaki Ni 3C (~450°C'de ayrışır), nikelin 250-400°C'de CO içerisinde karbürlenmesiyle elde edilir. CO ile dağılmış nikel, uçucu Ni(CO)4 üretir. Si ile alaşımlandığında silika oluşturur; Ni 5 Si 2, Ni 2 Si ve NiSi sırasıyla uyumlu bir şekilde erir. 1282, 1318 ve 992 °C'de, sırasıyla Ni3Si ve NiSi2 uyumsuzdur. 1165 ve 1125°C'de Ni3Si2, 845°C'de erimeden ayrışır. B ile birleştirildiğinde borürler verir: Ni 3 B (en 1175°C), Ni 2 B (1240°C), Ni 3 B 2 (1163°C), Ni 4 B 3 (1580 °C), NiB 12 ( 2320 °C), NiB (1600 °C'de ayrışır). Se ile nikel selenitler oluşturur: NiSe (en 980 °C), Ni 3 Se 2 ve NiSe 2 (sırasıyla 800 ve 850 ° C'de ayrışır), Ni 6 Se 5 ve Ni 21 Se 20 (yalnızca katı halde bulunur) . Nikel Te ile alaşımlandığında tellürler elde edilir: NiTe ve NiTe 2 (görünüşe göre aralarında geniş bir katı çözelti bölgesi oluşur), vb.
Arsenat Ni 3 (AsO 4) 2. 8H20-yeşil; p oranı %0,022; to-tami ayrışır; 200 °C'nin üzerinde kurur, ~ 1000 °C'de ayrışır; katı elde etmek.
Silikat Ni 2 SiO 4 - eşkenar dörtgen desenli açık yeşil. ızgara; yoğun 4,85 g/cm3; 1545°C'de erimeden ayrışır; çözünmez; madenci K-tami ısıtıldığında yavaşça ayrışır. Alüminat NiAl 2 O 4 (nikel spinel) - kübik ve mavi. ızgara; e.p. 2110°C; yoğun 4,50 g/cm3; sol değil. V; yavaş yavaş tami'ye ayrışır; .
En önemli karmaşık bağlantılar. nikel-am min s. Naib. Karakteristik sırasıyla heksaaminler ve aquatetramminlerdir. 2+ ve 2+. Bunlar mavi veya mor kristallerdir. in-va, genellikle sol. parlak mavi çözümlerde; çözeltiler kaynatıldığında ve çözeltiye maruz bırakıldığında ayrışır; Nikel ve kobaltın amonyakla işlenmesi sırasında çözeltilerde oluşur.
Ni(III) ve Ni(IV) komplekslerinde koordinasyon nikel sayısı 6'dır. Örnekler, F2'nin bir NiCl2 ve KCl karışımı üzerindeki etkisiyle oluşan mor K3 ve kırmızı K2'dir; güçlü. Örneğin diğer hetero-poliasit türleri bilinmektedir. (NH4)6H7. 5H 2 O, çok sayıda kompleks içi bileşik. Ni(II). Ayrıca bkz. Organo-nikel bileşikleri.
Fiş. piro ve hidrometal-lurjik malzemeleri işler. yol. Silikatla oksitlenmiş (zenginleştirilemez) için redüktörlerden birini kullanın. ferronikel üretmek için eritme; bu daha sonra zenginleştirme amacıyla bir dönüştürücüde temizleme işlemine tabi tutulur veya kükürt içeren mat (FeS2 veya CaS04) için eritme işlemine tabi tutulur. Elde edilen mat, Fe'yi çıkarmak için bir dönüştürücüde üflenir ve daha sonra, elde edilen malzemeden NiO'yu azaltmak için ezilir ve ateşlenir. Metalik nikel eritilerek elde edilir. Sülfit konsantrelerinin zenginleştirilmesinden elde edilen nikel konsantreleri son olarak eritilerek mat hale getirilir. dönüştürücüde temizleme. Bakır-nikel matından, yavaş soğutulduktan sonra, oksitlenmiş matlara benzer şekilde ateşlenen ve indirgenen Ni 3 S2 konsantresi izole edilir.
Oksitlenmiş cevherlerin hidro-işlenmesinin yollarından biri indirgeme veya H2 ve N2'nin ikincisi ile karışımıdır. temizleme ile NH3 ve CO2 çözeltisi. Çözelti Co'dan saflaştırılır. Çözeltinin NH3'ün damıtılmasıyla ayrışması sırasında, nikel hidroksokarbonat çökelir; bu, ya kalsine edilir ya da elde edilen NiO'dan indirgenir. Nikel eritme veya yeniden eritme yoluyla elde edilir. NH3 çözeltisi içinde ve NH3'ün H2 hamurundan damıtılmasından sonra nikel elde edilir. Dr. yol - oksitlenmiş sülfürik asit. Ortaya çıkan çözeltinin saflaştırılmasından sonra nikel biriktirilir ve elde edilen NiS konsantresi mat gibi işlenir.
Nikel sülfür malzemelerinin (konsantreler, matlar) suyla işlenmesi otoklavlanmış oksidasyona indirgenir. ya NH3 (düşük Co içeriğinde) ya da H2S04 çözeltileri. Amonyak çözeltilerinden CuS ayrıldıktan sonra nikel çökelir. Ni ayrımı için,Amonyak çözeltilerinden Co ve Cu'nun ekstraksiyonu da kullanılır. öncelikle şelatlayıcı ekstraktanların kullanıldığı yöntemler.
Sülfat çözeltileri üretmek için otoklav oksidasyonu, hem çözeltiye nikel vb. aktarımıyla zenginleştirilmiş malzemeler (matlar) hem de zayıf pirotyum Fe7S8 konsantreleri için kullanılır. İkinci durumda, baskın olan oksitlenir. pirotit, elementel S ve sülfit konsantresinin izole edilmesini mümkün kılar ve bu da nikel matına daha da eritilir.
Yıllar geçtikçe teknoloji geliştirme popüler ve sürekli gelişen bir endüstri olarak kaldı. Modern malzemeler, alaşımlar ve metaller geliştirilmesinin temelini oluşturur. Şu anda petrol ve kimya endüstrileri, otomobil üretimi ve toplu taşıma aktif olarak gelişiyor. Bunların her zaman yüksek mukavemetli, yüksek kaliteli metallerin aktif kullanımına dayandığını iddia etmek zordur; bunlar arasında nikel özellikle talep ve ilgi görmektedir. Metaller arasında sadece 13. sırada yer almasına rağmen önemi açısından krom, alüminyum ve hatta demir gibi önemli malzemelerden aşağı değildir.
Nikelin özellikleri ve özellikleri
Bu malzeme gümüş-beyaz bir renge sahiptir. Yüksek süneklik ve dövülebilirlik ile karakterize edilir. Bir takım özellikler bakımından (yoğunluk, ısı iletkenliği, erime noktası vb.) demire yakındır. Ortalama kimyasal aktiviteye sahiptir. Oda sıcaklığında ve kuru hava bulunan bir odada pratik olarak oksijenle reaksiyona girmez. Nikel 500 dereceye kadar ısıtıldığında oksidasyon meydana gelir. Açık havada solmaz. Nikel, özelliklerini değiştirerek (ekleyerek) diğer malzemelerle birleştirilebilir. Örneğin çeliğin sünekliğini ve mukavemetini arttırır ve krom ile kombinasyon halinde mükemmel korozyon önleyici direnç elde edilmesini sağlar.
Uygulama alanları
Çok çeşitli nitelik ve özelliklere sahip olan malzeme, modern teknolojinin çok çeşitli alanlarında ve alanlarında kullanılabilir.
- Havacılık endüstrisinde yaygın olarak kullanılan ısıya dayanıklı malzemeler de dahil olmak üzere birçok özel alaşımın (süper alaşımlar) temelini oluşturur. Nikel, modern enerji santrallerinin parçalarını yapmak için kullanılır. Sanayi sektöründe nikelli metallerin yaklaşık 3 bin alaşımı ve bileşiğinin bulunduğunu belirtmekte fayda var.
- Malzeme beyaz altın, korozyon önleyici Monel metali, nikrom (krom ve nikel alaşımı), invar, çeşitli krom-nikel çelikleri, nikel gümüşü ve diğerlerinden oluşur. Paslanmaz çeliklerde bileşen olarak bulunur.
- Çeşitli pillerin (nikel-çinko, nikel-hidrojen, demir-nikel) üretiminde kullanılmaktadır.
- Tıpta, özellikle diş hekimliğinde ortodontik diş teli ve protez üretiminde kullanılır.
- Nikel dünyanın birçok ülkesinde madeni para üretiminde kullanılmaktadır. Pek çok kişi bilmiyor ama beş sentlik Amerikan parasına “nikel” bile deniyor.
- Ayrıca müzik aletlerinin imalatında ve özellikle tellerin (gitar, keman vb.) üretiminde de kullanılır.
- Modern radyasyon teknolojilerinde uygulama bulur.
- Değişmemiş haliyle malzeme, korozyona karşı koruma sağlayan koruyucu bir kaplama olarak kullanılır. Jöle ve diğer metaller üzerindeki bu tür koruyucu kaplamalar iki yöntem kullanılarak elde edilebilir: elektrokaplama veya kaplama.
Bu malzemenin uygulama kapsamı gerçekten geniştir. Nikele olan talebin şu anda artmasının ve çeşitli ülkelerde bulunabilmesinin nedeni budur. Bu aynı zamanda resmi web sitesinde yer alan Kazakistan için de geçerlidir.
– gümüş grisi, sünek, dövülebilir metal. Geçiş metallerine aittir, yani hem asidik hem de alkali özellikler sergileyebilir. Normal koşullar altında nikel bir oksit filmi ile kaplanmıştır ve bu nedenle aktif değildir. Diğer benzer elementlerden farkı oksit filminin parlaklığı azaltmamasıdır. Ve bugün size nikelin endüstride kullanımı, alaşımlarının inşaatta ve yaşamın diğer alanlarında kullanımından bahsedeceğiz.
Oksit filmi metali koruyarak ona yüksek korozyon direnci kazandırır. Üstelik etkisi o kadar güçlü ki, yalnızca nikelin kendisi değil, aynı zamanda en ince nikel tabakasıyla kaplanmış diğer nesneler de etkisiz hale geliyor. En yaygın uygulama yöntemlerinden birini belirleyen bu kalitedir.
Bu video size nikelin günlük hayatta kullanımını anlatacak:
Nikel kaplama
Nikel kaplama, diğer metallerin (kural olarak demir alaşımlarının) yüzeyinde, ikincisini korozyondan korumak için galvanik yöntemle nikel kaplamanın üretilmesidir. 2015 yılında çıkarılan metalin %7'si nikel kaplamada kullanıldı. Bu tür "işleme" her yerde karşılaşılır: tabaklar, çatal bıçak takımları, mobilya imalatında veya dekoratif amaçlı kullanılan metal borular. Metal, temel alaşımı korumanın yanı sıra, zamanla solmayan güzel bir gümüş parlaklığı da verir.
Nikel, korozyona karşı oldukça dayanıklı olduğu düşünülen dökme demir, demir, magnezyum ve hatta alüminyumu korumak için kullanılır. Bununla birlikte nikelin başka bir özel özelliği daha vardır; alkalilere karşı olağanüstü direnç. Metal ürünlerin nikel kaplaması kimya endüstrisinde aktif olarak kullanılmaktadır - örneğin kimyasal olarak agresif maddelerin depolanması ve taşınması için tankların üretimi ve ayrıca en tehlikeli koşullarda çalışması amaçlanan parçaların üretimi için: örneğin, duralumin uçak bıçaklarını korozyondan korur.
Diğer alanlar
- Metal, pillerin üretiminde kullanılır - nikel-kadmiyum, demir-nikel, nikel-çinko, nikel-hidrojen. Nikel elektrotlar elektrolit içinde stabildir, uzun ömürlüdür ve ekonomiktir. Bu nedenle çinko-gümüş pil daha yüksek performans gösterir, ancak çok daha pahalıdır.
- Metal kimya endüstrisinde çeşitli reaktifler üretmek için kullanılır.
- Tıpta nikel, metalin tamamen etkisiz ve güvenli olması nedeniyle protez ve destek sistemlerinin imalatında kullanılmaktadır. Aynı özellik, maddenin gıda endüstrisine yönelik ekipmanların imalatında kullanılmasına izin verir.
- Bununla birlikte, nikelin çok daha büyük bir kısmı çeşitli alaşımların üretilmesine harcanmaktadır. Çıkarılan maddenin %67'sini demir alaşımları, %17'sini ise demir dışı alaşımlar oluşturuyor.
Bunun nedeni nikelin alaşımlara kendisinin sahip olduğu neredeyse aynı korozyon önleyici direnci vermesidir. Sonuç olarak metalin çoğu, çok çeşitli paslanmaz çeliklerin üretiminde kullanılır. Nikel ile alaşımlandırılmayan aynı demir alaşımları, koruma amacıyla nikel kaplamaya tabi tutulur. Paslanmaz ve yapısal çeliklerin uygulama alanlarını listelemek kesinlikle gerçekçi değildir: Ülke ekonomisinde bu ürünlerin kullanılmadığı bir alan yoktur.
Diğer nikel alaşımı bileşimleri, örneğin demir, bakır, kalay, alüminyum, titanyum, krom ve diğer metallerle yapılan bir nikel alaşımı daha az ilgi çekici değildir.
Buna dayalı alaşımlar
Nikel alaşımları son derece çeşitlidir ve özellikleri ulusal ekonominin çeşitli sektörleri için o kadar önemlidir ki neredeyse tüm bileşimler ayrı gruplar oluşturur.
Bakır ile
Nikel-bakır alaşımları - böyle katı bir çözeltinin doğasında bulunan nadir bir özellik, metallerin birbirleri içinde karşılıklı tam çözünürlüğüdür. Herhangi bir oranda alaşımlandığında özelliklerini doğal ve öngörülebilir şekilde değiştiren tek fazlı homojen bir alaşım elde edilir. Bu tür alaşımların korozyon özellikleri yalnızca maddelerin oranlarıyla belirlenir: % 50'den fazla bir payla, özellikler bakırın niteliklerine daha yakındır, % 50'den fazla nikel payı ile alaşım sergiler. nikelin doğasında bulunan nitelikler.
Nikel-bakır alaşımları hem asitlere hem de alkalilere karşı dayanıklıdır. Fosforik, sülfürik, perklorik asit ortamlarında çalışan ekipmanların parça ve tanklarının yanı sıra yüksek yük taşıyan makine parçalarının üretiminde kullanılırlar.
- Bu türden en iyi bilinen bileşimler Monel'leri içerir: %70 nikel ve %1,5-2 demir.
Moneller mükemmel mekanik mukavemet ve sertlik, dayanıklılık, aşınma direnci ve asitlere ve alkalilere karşı duyarsızlık ile karakterize edilir. Valfler, pompalar, pervane aksları, yaylar, burçlar, ısı eşanjörleri vb. üretmek için kullanılırlar.
- Madeni paralar bakır-nikel alaşımlarından yapılır.
- Köstence, aşınmaya dayanıklı olduğu ve ağır yüklere dayanabildiği için yüksek hassasiyetli ekipmanların üretiminde kullanılan %40 nikel ve %59 bakırdan oluşan bir alaşımdır.
Nikelin modern teknolojide kullanımı bu videoda sunulmaktadır:
Krom ile
- Nikel ve krom alaşımları– nikromlar ısıya dayanıklılıklarıyla bilinirler ancak aynı zamanda asitlere karşı yüksek korozyon direnciyle de öne çıkarlar. Bu nitelikler aynı zamanda kullanımını da belirler: mufla fırınlarının imalatında, ısı eşanjörlerinin ve boru hatlarının üretiminde, gaz türbinlerinin parçaları olarak. Jet motorları ve nükleer reaktörlerdeki yanma odası parçalarının üretiminde %80'e kadar nikel içeriğine sahip alaşımlar kullanılmaktadır. Bunlardan en ünlüleri nimonic, çeşitli markaların incoloy'u ve inconel'dir. Alaşımlar, yüksek sıcaklıklarda yüksek mukavemetin gerekli olduğu parçaların (ısıtma elemanlarının mahfazaları, kırıcı borular vb.) üretiminde kullanılır.
- Sertleştirilmiş alaşımlar nikel-krom-demir, haklı olarak süper güçlü alaşımlar olarak adlandırılır. Aşırı mukavemeti, yüksek sıcaklık korozyonuna ve sürünme direncine karşı dirençle birleştirirler. Gaz türbinlerinin, kanatların ve motor parçalarının, fırın parçalarının, dövme malzemelerinin vb. yapımında kullanılırlar. Alaşımlar 600-850 C'ye kadar sıcaklıklarda "çalışmak" üzere tasarlanmıştır. En ünlüleri nimonik, inconel ve udimettir.
Molibden ve diğer metallerle
Nikel-molibden bileşimi - örneğin Hastelloy - sülfürik, fosforik, hidroklorik ve benzeri asitlere ve kaynamaya kadar yüksek sıcaklıklarda dayanıklıdır. Aside dayanıklı ekipmanın parçaları alaşımdan yapılır. Aynı zamanda kimya endüstrisinde tam teşekküllü bir yapı malzemesi olarak hizmet verecek şekilde yüksek mukavemet ile karakterize edilir.
Nikel-krom-molibden alaşımları daha geniş bir yelpazedeki asitlere ve diğer agresif ortamlara (örneğin kuru klor) karşı dayanıklıdır.
- Metalin takılarda da yeri vardır. "Beyaz altın" alaşımı% 58 altın ve bir nikel ve gümüş bağı içerir.
- Nikelin kendisi ferromanyetiktir. Alaşımları alniko ve magniko kalıcı mıknatıslardır.
Aşağıda demir-nikel alaşımından ve faydalarından bahsedeceğiz.
Demir ile
Bu, nikelin, paslanmaz çeliklerde olduğu gibi bir alaşım katkı maddesi olmadığı, ancak %65'e kadar daha "ağır" bir bileşen olduğu katı çözeltileri ifade eder. Bu tür alaşımların 4 tipi vardır.
- Isıya dayanıklı– onların özelliği sadece sıcaklıklara dayanıklılık değil, aynı zamanda yüksek sıcaklıklarda ağır yüklere dayanabilme yeteneğidir. Buradaki nikelin payı genellikle %44-46'dır ve ayrıca krom, alüminyum, titanyum, molibden vb. de içerebilir. Alaşımların normal koşullar altında mekanik mukavemeti 600-850 MPa, 800-900 C sıcaklıklarda ise 45 ila 177 MPa arasındadır.
Yüksüz ısı direnci 1000–1350 C'ye ulaşırken, yüksek sıcaklıklarda çalışması ürünlerin fiziksel özelliklerini etkilemez. Alaşım nükleer reaktörler, jet motorları, gaz türbinleri vb. için parçalar yapmak için kullanılır.
- Manyetik alaşımlar– permal alaşımlar, zayıf bir alanda yüksek manyetik geçirgenlik sergiler. Elektrik mühendisliğinde yüksek mıknatıslanmaya sahip parçalar üretmek için kullanılırlar.
- Esnekliği ve genel boyutları koruyan alaşımlar– örneğin %36 nikel içeren elinvar. Alaşımın bu kalitesi manyetik özelliklerinden kaynaklandığı için yüksek sıcaklıklarda artan esnekliği korur. Fırınlarda termokupl üretiminde kullanılır.
- Korozyon önleyici alaşımlar– kural olarak nikelin yanı sıra molibden veya krom da içerirler. Kimyasal ekipmanların üretiminde aktif olarak kullanılmaktadırlar.
İnşaatta malzeme kullanımı
1887 yılında dünyanın değeri sadece 600 tondu.Bu metal madeni para yapımında kullanılıyordu. Ancak 80'li yıllardan itibaren nikel endüstrisi aktif olarak gelişmeye başladı. İtici güç, metalin ve en önemlisi alaşımlarının yüksek korozyon direnciydi.
- Bir ürünü "asilleştirmenin" bir yolu olarak nikel kaplama da 19. yüzyılın sonlarından itibaren kullanılmaya başlandı ve yerini ancak 20. yüzyılın 30'lu yıllarında krom kaplama aldı. İnşaatta, çok çeşitli dekoratif yapıların yapımında hala nikel kaplı parçalar kullanılmaktadır.
- Aynı nedenlerden dolayı mobilya üretiminde nikel kaplı parçalar kullanılmaktadır. Metal katman ürüne parlaklık ve güzel renk kazandırmanın yanı sıra çerçeveyi her türlü dış etkenlerden korur.
- Dekoratif nitelikler başka bir uygulama alanını belirler - mobilya, pencere, kapı, ev aletleri vb. için bağlantı parçaları. Kulplar, menteşeler ve metal kaplamalar harika görünür ve çok uzun süre dayanır.
- Nikel kaplama musluklar, musluklar, duş başlıkları ve diğer banyo aksesuarlarının modası asla geçmez; çünkü nikel tabakası, ürünlere mükemmel bir görünüm ve her türlü korozyona karşı olağanüstü direnç sağlar. Tabii ki, bu seçenek dekoratiflik açısından daha düşüktür, çünkü buradaki temel çeliktir ve dövülebilir değildir. Ancak gümüş rengi ve solmayan parlaklığı da çekici.
- Nikelli alaşımlar, özellikle çeşitli paslanmaz ve yapı çelikleri çok daha yaygın olarak kullanılmaktadır. Haddelenmiş metalin katılımı olmadan modern inşaatı hayal etmek gerçekçi değildir.
Nikel korozyona karşı oldukça dayanıklı ve bunu başarabilen bir metaldir. Bu kalite çoğunlukla metal kullanılmasının nedenidir.
Bu video size kimyasal nikel kaplamayı anlatacak: