Никель — металл будущего

Этот металл известен людям не так давно, но без него современной промышленности не обойтись. Он равнодушен к агрессивной химии, супернагрузкам и температурам.

«Эру никеля» может породить производство транспорта будущего электромобилей.

металл Никель

Что представляет собой

Никель – это металл серебристо-белого цвета с желтоватым оттенком. Наделен ковкостью, пластичностью, хорошей полируемостью.

Относится к группе тяжелых металлов. Представляет собой смесь пяти природных изотопов плюс шесть созданных.

Химический элемент системы Менделеева (№28), международное обозначение – Ni, Niccolum.

Нанодоли процентов никеля содержат моря, растения, животные, организм человека.

История

Название металла имеет немецкое происхождение. Так именуют в немецком фольклоре духа гор. Он подбрасывал старателям, разыскивающим медь, ее имитацию (никелин).

Nickel по-немецки – озорник.

Путь к признанию был извилистым:

  • Промышленники обнаружили присутствие металла в «купферникеле» (по-немецки – «упрямая» медь) в 1751 году. Шведский металлург Август Кронштедт опознал соединение как никелево-мышьяковое.
  • Никель классифицировали как «полуметалл».
  • Спустя 24 года швед Томас Бергман доказал, что это просто металл.
  • Немецкий химик Иоганн Рихтер получил чистый никель восстановлением никелевого купороса (1804 год), дал его научное описание.

Металл обрел международный статус.

Физико-химические характеристики

Никель устойчив к окислению. Это свойство обеспечивает тонкая поверхностная пленка оксида NiO, появляющаяся при обычных температурах.

Никель металл

Свойства атома
Название, символ, номер Ни́кель / Niccolum (Ni), 28
Атомная масса
(молярная масса)
58,6934(4) а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация [Ar] 3d8 4s2
Радиус атома 124 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус 115 пм
Радиус иона (+2e) 69 пм
Электроотрицательность 1,91 (шкала Полинга)
Электродный потенциал -0,25 В
Степени окисления 0, +2, +3
Энергия ионизации
(первый электрон)
 736,2 (7,63) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.) 8,902 г/см³
Температура плавления 1726 K (1453 °C, 2647 °F)
Температура кипения 3005 K (2732 °C, 4949 °F)
Уд. теплота плавления 17,61 кДж/моль
Уд. теплота испарения 378,6 кДж/моль
Молярная теплоёмкость 26,1 Дж/(K·моль)
Молярный объём 6,6 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки кубическая гранецентрированая
Параметры решётки 3,524 Å
Температура Дебая 375 K
Прочие характеристики
Теплопроводность (300 K) 90,9 Вт/(м·К)
Номер CAS 7440-02-0

Центрированная по граням структура обуславливает стойкость к нагрузкам, а особенности строения электронных оболочек атомов – свойство намагничивания.

Месторождения

Никель не относится к редкоземельным металлам – на планете его достаточно (0,01% по массе). В земной коре обнаружен исключительно в связанном виде.

Предполагается, что из его сплава с железом состоит земное ядро.

добыча никеля

Второй источник самородного металла – железные метеориты.

Крупными залежами располагают страны Тихоокеанского бассейна:

  • Австралия;
  • Индонезия;
  • Новая Каледония;
  • Филиппины.

Мировые запасы никелевых руд исчисляются миллионами тонн.

Российские месторождения сосредоточены на Урале, в Воронежской и  Мурманской областях, возле Норильска.

Медно-никелевые руды залегают в зонах глубинных разломов на древних щитах. Их характерная особенность – постоянный минеральный состав руд, среди которых кобальт, платиноиды, золото.

Втрое богаче по запасам месторождения экзогенного типа.

Способы добычи и переработки

Почти весь никель получают из гарниерита (зеленой никелевой руды) и колчедана.

Добыча проходит стандартным для большинства руд закрытым (шахтным) способом.

Извлеченное сырье восстанавливают тремя методами:

  1. Взаимодействием с угольной пылью во вращающихся печах-трубах. Полученные железо-никелевые окатыши избавляют от серы, затем прокаливают, обрабатывают раствором аммиака. На  подкисленный раствор воздействуют электролитом, получая металл.
  2. Из оксидной руды металл восстанавливают алюминотермическим способом.
  3. Карбонильный метод. Из руды получают медно-никелевый штейн, над которым под давлением запускают СО. Получается тетракарбонилникель. Это летучее соединение, поэтому разлагается от воздействия тепла. Металл получается особо чистым.

Никелевая руда

Карбонильный способ фигурирует в литературе также как метод Монда.

Классификация сплавов

Классификация никелевых сплавов основывается на составе и свойствах.

Кислотостойкие

Сплавы с присадкой-легированием другими металлами:

  • Хром, вольфрам придают сплаву стойкости в агрессивных окислительных средах.
  • Соединения с медью или молибденом используются в агрессивных неокислительных средах.

Стойкость к коррозии обеспечивают кремний, алюминий.

Жаропрочные

Сплавы типа «никель + хром + присадка других легирующих элементов». Такими элементами выступают алюминий, вольфрам, титан, молибден, стронций, другие.

Такие сплавы металлов востребованы для изготовления узлов силовых установок, подверженных максимальным нагрузкам.

Сферы применения

О руде, по описанию похожей на медь, знали еще саксонские горняки в Средние века. Она использовалась как зеленый пигмент для окраски стекол.

применения Никеля

С тех пор, благодаря изучению свойств и характеристик металла, область применения расширилась.

Никель – один из лучших металлов-катализаторов. Другие плюсы: малая активность, устойчивость к агрессивной химии, вязкость, пластичность, ковкость.

Его применяют самостоятельно и в сплавах.

Чистый никель

Беспримесный никель востребован промышленным производством:

  • Покрытие, стойкое коррозии. Применяется для защиты железа, алюминия, магния, цинка, чугуна, нелегированных сталей. Попутно снижает стоимость изделий.
  • Приборы, котлы, тигли с постоянными физико-химическими характеристиками, устойчивые к коррозии.
  • Резервуары для перевозки и хранения химических реагентов (включая едкие щелочи), эфирных масел.
  • Трубы для перекачки щелочей, других агрессивных субстанций на предприятиях химического комплекса.
  • Инструментарий для науки, медицины.
  • Детали приборов радиолокации, телевидения, дистанционного управления процессами на атомных станциях.

Порошкообразный никель используют как катализатор при производстве спиртов, ароматических углеводородов, других соединений. Это связка при изготовлении сверхтвердых материалов, засыпка для фильтрования газообразных химических продуктов.

Сплавы

Известно более трех тысяч композиций никеля с металлами:

  • Самые распространенные – с железом, кобальтом, хромом, молибденом, алюминием, титаном, бериллием.

Все нержавеющие стали содержат никель, поскольку этот металл повышает химическую стойкость сплава.

  • Медно-никелевое соединение монель (никеля – две трети): химия, электротехника, медицина. А также оснастка для океанских лайнеров, морских судов, портов, защитные кожухи атомных реакторов, газовые турбины, двигатели реактивных самолетов.
  • Сплавы никеля вязкие, с малым коэффициентом термического расширения. Из них делают броню для нужд военно-промышленного комплекса.
  • Особая группа – сплавы на медной основе (нейзильбер, латунь, бронза, другие).
  • Никелевые сплавы – основа современных монет (например, пятицентовика в США), обмотки струн музыкальных инструментов, брекетов.

Продукция металлургических предприятий поставляется в виде трубки, проволоки, нити, фольги, ленты, порошка, других конфигураций.

Продукция из никеля востребована там, где обязательна стойкость материалов к коррозии в агрессивных средах.

Предостережения

В составе никеля содержатся природные и искусственно созданные радиоактивные изотопы.

Никель

Это чревато проблемами со здоровьем, на бытовом уровне:

  1. Это аллерген, что учитывают, выбирая украшения, часы, другие изделия, контактирующие с кожей. Они могут спровоцировать контактный дерматит.
  2. Наличие никеля в организме человека снижает артериальное давление, провоцирует витилиго.
  3. Избыток металла в почве – причина болезней животных, растений.
  4. Особо опасны летучие соединения вещества.

Мелкодисперсный никелевый порошок самовоспламеняется при комнатной температуре.

Эти минусы не фатальны, но ими не стоит пренебрегать.

Перспективы

Одна из главных сфер потребления никеля – щелочные батареи (аккумуляторы). Она актуализируется на волне интереса к выпуску электромобилей. Сегодня главный аккумуляторный компонент – кобальт, но он дорог, поставки из Африки проблемны. Разработаны более эффективные образцы с доминированием лития и никеля. Установлено, что благодаря никелю мощность аккумуляторов увеличивается. При этом его цена в шесть раз меньше кобальта, а предложение в 20 раз выше.

Специалисты прогнозируют рост спроса на никель к 2025 году до 400 000 тонн (с 75 000 тонн в 2016 году).

Рейтинг автора
Автор статьи
Петрова Вероника Александровна
Мне 36 и я специалист в области минералогии. Сейчас я в декрете и всё свободное время посвящаю самоцветам. В этом блоге я делюсь информацией про камни и их свойства — присоединяйтесь, задавайте вопросы и пишите комментарии!
Написано статей
410
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5 (1 оценок, среднее: 5,00 из 5)
Загрузка...

Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:


Adblock
detector