Fizička svojstva nikla. Gdje se nikal koristi u industriji Od čega se pravi nikal?

Ovaj srebrno-sivi metal pripada prelaznom metalu - ima i alkalna i kisela svojstva. Glavne prednosti metala su savitljivost, duktilnost i visoka antikorozivna svojstva. Gdje i kako se nikl koristi - pročitajte u nastavku.

Zbog prisustva oksidnog filma na površini, metal je obdaren sposobnošću da savršeno odoli koroziji. Osim toga, premaz ovog metala pouzdano štiti dijelove i predmete izrađene od drugih materijala od oksidacije. Zbog toga se nikl široko koristi u modernoj industriji.

Osim toga, element ima ne samo antikorozivna svojstva. Savršeno je otporan na djelovanje raznih alkalija. Zbog toga se koristi za zaštitu svih vrsta aluminijumskih, gvozdenih i livenih delova namenjenih za upotrebu u agresivnim sredinama. Uključujući proizvodnju lopatica aviona, rezervoara za transport opasnih materija i druge opreme za hemijsku industriju.

Ako govorimo o drugim područjima našeg života u kojima je upotreba nikla danas u velikim razmjerima, vrijedi spomenuti proizvodnju:

• Proteze i proteze za medicinske potrebe;
• baterije;
• hemijski reagensi;
• "bijelo zlato" u industriji nakita;
• namotaji za žice muzičkih instrumenata.

Legure

Zbog svojih antikorozivnih svojstava, element se naširoko koristi za proizvodnju raznih legura od gvožđa, bakra, titanijuma, kalaja, molibdena, itd. Za to se troši više od 80 odsto ukupne količine Ni iskopanog u svetu, nalazišta od kojih se nalaze u Rusiji (Ural, Murmansk i Voronjež regioni, Norilsk region), Južnoj Africi, Kanadi, Grčkoj, Albaniji i drugim zemljama. Ni se koristi za proizvodnju nerđajućeg čelika. Legure sa gvožđem koriste se u gotovo svim granama moderne industrije, kao iu izgradnji bilo kojih civilnih ili industrijskih objekata.

Kao rezultat različitih procentualnih kombinacija sa bakrom, dobijaju se legure Monel, Constantine i druge. Koriste se za proizvodnju kovanica, rezervoara za sumpornu, perhlornu ili fosfornu kiselinu, rezervnih delova i mašinskih delova (ventili, izmenjivači toplote, čaure, opruge, lopatice radnog kola) namenjenih za upotrebu pod velikim opterećenjima.

Legure s dodatkom hroma - nihrom - otporne su na toplinu i stoga se koriste za izradu konstrukcijskih elemenata plinskih turbina, dijelova mlaznih motora i opreme za nuklearne reaktore.

Dodatkom molibdena dobijaju se legure koje su otporne na kiseline i druga agresivna jedinjenja (suhi hlor).

Legure koje sadrže aluminij, željezo, bakar i kobalt - alnik i magneto - imaju svojstva trajnih magneta i koriste se u proizvodnji raznih radio mjernih instrumenata i električne opreme.

Proizvodi izrađeni od invara - legure s dodatkom željeza (Ni - 35 posto, Fe - 65%) imaju svojstvo da se pri zagrijavanju praktički ne rastežu.

Ostale aplikacije

Jedna od najčešćih upotreba nikla u industriji danas je nikliranje, što predstavlja nanošenje tankog sloja nikla (debljine u rasponu od 12 do 36 mikrometara) na površinu drugih metala metodom galvanizacije. Antikorozivna obrada se izvodi na sljedeći način:

• metalne cijevi;
• posuđe;
• pribor za jelo;
• slavine i slavine za kuhinju ili kupaonicu;
• okovi za namještaj i drugi dekorativni proizvodi.

Ovako obrađeni predmeti dugo će biti pouzdano zaštićeni od vlage, a zahvaljujući srebrnom premazu koji neće izblijedjeti s vremenom, zadržat će prezentabilan izgled.

Nikl je 17. hemijski element periodnog sistema Mendeljejeva sa atomskim brojem 28. Supstanca je prelazni metal, odlikuje se duktilnošću i karakterističnom srebrno-belom bojom. Ne pokazuje jaku hemijsku aktivnost. Sam naziv supstance u prijevodu s njemačkog znači "planinski duh". Ljudi su bili upoznati sa niklom još u 17. veku, ali on još nije bio izolovan kao posebna supstanca. Pronađen je u rudama bakra tokom vađenja bakra i nazvan je lažni bakar (kupfernikl) po duhu planina. Supstancu je izolovao kao poseban metal Axel Crostedt 1751. godine i nazvao je "nikl".

Sredinom 18. veka ljudi su poznavali 12 metala, kao i sumpor, fosfor, ugljenik i arsen. Istovremeno im je dodat nikal, koji je dobio 17. broj.

Karakteristike nikla

Novootkriveni element nije odmah našao svoju primjenu. Samo dva stoljeća kasnije ljudi su počeli aktivno koristiti metal. Posebno je postao popularan u metalurgiji. Kako se ispostavilo, nikl je odličan legirajući element za čelik i željezo. Tako su legure sa niklom vrlo otporne na različite kemijske utjecaje, nisu podložne oštećenju korozije, a mogu izdržati i vrlo visoke temperature. Na primjer, legura nikla i željeza, koja se u metalurgiji naziva invar, nije u stanju da se širi kada je izložena visokim temperaturama, što je jedan od glavnih razloga zašto se invar koristi za izradu šina za željeznice i mnogih drugih elemenata.

Fizička svojstva nikla

Nikl je metal sa karakterističnom žućkasto-srebrnom nijansom. Na otvorenom zadržava boju i sjaj i ne blijedi. Tvrdoća metala po Brinellu je 600-800 Mn/m2. Unatoč svojoj prilično visokoj tvrdoći, metal se dobro podnosi raznim fizičkim utjecajima i tretmanima, uključujući kovanje i poliranje. To omogućava da se nikl koristi za proizvodnju vrlo tankih i osjetljivih proizvoda.

Metal ima magnetna svojstva čak i na prilično niskim temperaturama (do -340 0 C). Otporan na oštećenja od korozije.

Hemijska svojstva nikla

Nikl ima atomski broj 28 i u hemijskoj nomenklaturi je označen simbolom Ni. Ima molarnu masu od 58,6934 g/mol. Atom nikla ima radijus od 124 pm. Njegova elektronegativnost po Paulingovoj skali je 1,94, a elektronski potencijal 0,25 V.

Metal nije izložen negativnim uticajima vazduha i vode. To je zbog stvaranja filma u obliku nikl oksida (NiO) na njegovoj površini, koji sprječava njegovu daljnju oksidaciju.

Reaguje sa kiseonikom samo pod određenim uslovima, posebno pod visokim temperaturama. Na visokim temperaturama također je sposoban za interakciju sa apsolutno svim halogenima.

Pokazuje burnu reakciju u azotnoj kiselini, kao iu rastvorima sa amonijakom. Međutim, neke soli, na primjer klorovodična i sumporna kiselina, otapaju metal prilično sporo. Ali se uopće ne otapa u fosfornoj kiselini.

Proizvodnja nikla

Glavni materijal za iskopavanje nikla su sulfidne rude bakra i nikla. Dakle, iz takvih ruda se dobija oko 80% nikla od ukupne svetske proizvodnje, ne računajući Rusiju. Rude se podvrgavaju selektivnom obogaćivanju flotacijom, nakon čega se iz rude izdvajaju koncentrati bakra, nikla i pirotita.

Za dobivanje čistog metala koristi se koncentrat rude nikla, koji se, zajedno s fluksovima, topi u električnim oknima ili reverberacijskim pećima. Kao rezultat ovog procesa, otpadna stijena se izdvaja i nikl se ekstrahira u obliku mat, koji sadrži do 15% nikla.

Ponekad se, prije nego što se koncentrat pošalje na topljenje, prži i peletizira. Sastav sulfidne taline (mat) nakon procesa topljenja sadrži i Fe, Co i skoro u potpunosti Cu, kao i plemenite metale. Zatim se odvaja željezo, nakon čega ostaje legura koja sadrži bakar i nikal. Legura se podvrgava sporom hlađenju, nakon čega se fino melje i šalje na dalju flotaciju radi razdvajanja dva elementa. Cu i Ni se takođe mogu razdvojiti takozvanim karbonilnim procesom, koji se zasniva na reverzibilnosti reakcije.

Tri najčešće metode za dobijanje nikla su:

1. Restorative. Osnova je silikatna ruda, iz koje se, uz učešće ugljene prašine, formiraju peleti željezo-nikl koji sadrže od 5% do 8% nikla. Za ovaj proces se koriste rotacione cevne peći. Nakon toga, pelete se čiste od sumpora, kalciniraju i tretiraju rastvorom amonijaka iz kojeg se nakon zakiseljavanja dobija nikal.
2. Karbonil. Ova metoda se naziva i Mondovom metodom. Bazira se na proizvodnji bakar-nikl mat iz sulfidne rude. CO prolazi kroz mat pod visokim pritiskom, što rezultira stvaranjem tetrakarbonilnikla iz kojeg se pod utjecajem visokih temperatura oslobađa visoko čisti nikal.
3. Aluminotermni. Ova metoda se zasniva na dobijanju nikla iz oksidne rude: 3NiO + 2Al = 3Ni +Al 2 O 3

Jedinjenja nikla

Nikl formira mnoga različita jedinjenja, kako organska tako i neorganska, od kojih se svaki koristi u određenim područjima ljudske aktivnosti.

Neorganska jedinjenja nikla

Među njima vrijedi istaknuti okside. Konkretno, njegov monoksid, čije stvaranje nastaje kao rezultat reakcije metala i kisika na prilično visokoj temperaturi većoj od 500 0 C, koristi se kao materijal od kojeg se izrađuju boje i emajli u proizvodnji keramike i stakla. A u proizvodnji anoda koje se koriste u alkalnim baterijama koristi se nikl seskvioksid Ni 2 O 3. Da bi se dobio, nikl nitrat ili nikl hlorat se podvrgava vrlo sporom zagrijavanju.

Ni najmanje mjesto je pridato nikal hidroksidima. Na primjer, Ni(OH) 2 nastaje kao rezultat djelovanja alkalija na vodene otopine soli nikla. Ovaj hidroksid karakterizira svijetlozelena boja. Od nikl hidroksida, pod utjecajem oksidacijskog sredstva u alkalnoj sredini, nastaje hidratizirani oksid na temelju kojeg radi Edison alkalna baterija. Prednost ove baterije je njena sposobnost da dugo ostane nenapunjena, dok konvencionalna olovna baterija ne može dugo ostati nenapunjena.

Soli nikla (II) obično nastaju kao rezultat interakcije NiO ili Ni(OH) 2 sa različitim kiselinama. Rastvorljive soli nikla, u većini slučajeva, formiraju kristalne hidrate. Nerastvorljive soli su Ni 3 (PO 4) 2 fosfat i Ni 2 SiO 4 silikat. Kristalni hidrati i rastvori se odlikuju zelenkastom bojom, a bezvodne soli žutom ili smeđkastožutom bojom.

Kompleksna jedinjenja nikla(II) takođe postoje. Da bi se formirali, nikl oksid se otopi u otopini amonijaka. Nikl dimetilglioksimat Ni(C 4 H 6 N 2 O 2) 2 se koristi kao reakcija na jone nikla. Karakterizira ga crveno obojenje kiselog okruženja.

Najmanje karakteristična jedinjenja nikla su jedinjenja nikla(III). Od njih je poznata crna tvar koja se dobiva kao rezultat reakcije oksidacije nikal (II) hidroksida u alkalnom mediju s hipokloritom ili halogenima:

2Ni(OH) 2 + 2NaOH + Br 2 = Ni 2 O 3 *H 2 O + 2NaBr + H 2 O

Organska jedinjenja nikla

Ni-C veza se javlja na dva načina:

1. Prema y-tipu. Takva jedinjenja se nazivaju y-kompleksi. Ovo uključuje spojeve koji imaju sljedeći oblik: i , gdje je R=Alk ili Ar, L=PR3, gdje je X acidoligand.
2. Po p-tipu. Zovu se p-kompleksi. To uključuje alkenske i polienske organsko-nikl jedinjenja, koja sadrže nikal u nultom oksidacionom stanju. Takve spojeve obično karakterizira trigonalna ili tetraedarska struktura.

(koordinacioni brojevi su navedeni u zagradama) Ni 2+ 0,069 nm (4), 0,077 nm (5), 0,083 nm (6).

Prosečan sadržaj nikla u zemljinoj kori je 8-10-3% mase, u okeanima 0,002 mg/l. Poznato cca. 50 nikla, od kojih su najvažniji: pentlandit (Fe,Ni) 9 S 8, milerit NiS, garnierit (Ni, Mg) 3 Si 4 O 10 (OH) 10. 4H 2 O, revdinskit (ne-puit) (Ni,Mg) 3 Si 2 O 5 (OH) 4, nikl NiAs, annabergit Ni 3 (AsO 4) 2 8H 2 O. Nikl se uglavnom vadi iz sulfida bakar-nikl ( Kanada, Australija, Južna Afrika) i od silikatnih oksidiranih (Nova Kaledonija, Kuba, Filipini, Indonezija itd.). Svjetske kopnene rezerve nikla procjenjuju se na 70 miliona tona.

Svojstva. Nikl-srebro-bijela. Kristalno. lice centrirana rešetka kubni, a = 0,35238 nm, z = 4, prostor. grupa RT3t. T. pl. 1455 °C. t 2900 °C; splav 8,90 g/cm3; C 0 p 26.l J/( . K); DH 0 pl 17,5 kJ/, DH 0 isp 370 kJ/; S 0 298 29,9 JDmol K); nivo temperaturne zavisnosti za čvrsti nikl lgp(hPa) = 13,369-23013/T+0,520lgT+0,395T (298-1728K), za tečni lgp(hPa)=11,742-20830/T+ 0,618 lgT- (298-1728K)3170 K); temperaturni koeficijent linearna ekspanzija 13.5. 10 -6 K -1 (273-373 K); 94,1 W/(m x x K) na 273 K, 90,9 W/(m K) na 298 K; g 1,74 N/m (1520 °C); r 7,5 10 -8 Ohm m, temperaturni koeficijent. r 6,75. 10 -3 K -1 (298-398 K); , 631 K. Modul elastičnosti 196-210 GPa; s rast 280-720 MPa; odnosi izduženje 40-50%; prema Brinellu (žareno) 700-1000 MPa. Čisti nikl je veoma duktilan, može se dobro obraditi u hladnim i toplim uslovima, može se valjati, izvlačiti i kovati.

N Nikal je hemijski neaktivan, ali fino dispergovana jedinjenja nikla dobijena na niskim temperaturama su piroforna. Standardni Ni 0 /Ni 2+ - 0,23 V. Na normalnim temperaturama nikl nije prekriven tankim slojem. Ne interakcija. sa i vlagom. Kada se zagreje Proizvodnja nikla počinje na ~ 800 °C. Nikl vrlo sporo reaguje sa hlorovodoničnom, sumpornom, fosfornom i fluorovodoničnom kiselinom. Ocat i druge organizacije praktički nemaju efekta. vama, posebno u odsustvu . Dobro reaguje sa dil. HNO3, konc. HNO 3 je pasiviran. Rastvori i i, kao i tečni NH 3, nemaju uticaja na nikl. Prisutne vodene otopine NH 3. koreliraju nikal.

N Ikel u dispergovanom stanju ima velika katalitička svojstva. u okruzima,. Koriste ili skeletni nikl (Raney nikal), dobiven legiranjem sa Al ili Si s posljednjim. , ili nikla na .

N ikel apsorbuje H 2 i sa njim formira čvrste rastvore. NiH 2 (stabilan ispod 0°C) i stabilniji NiH dobijeni su indirektno. Skoro da se ne apsorbuje od nikla do 1400 °C, pH vrednost N 2 je 0,07% na 450 °C. Kompaktni nikl ne reaguje sa NH 3 dispergovani nikl sa njim stvara Ni 3 N nitrid na 300-450 °C.

Rastopljeni nikl otapa C i formira karbid Ni 3 C, koji se raspada oslobađanjem; Ni 3 C u obliku sivo-crne boje (raspada se na ~450°C) dobija se karburizacijom nikla u CO na 250-400°C. Dispergovani nikl sa CO proizvodi isparljivi Ni(CO) 4 . Kada se legira sa Si, formira silicijum dioksid; Ni 5 Si 2, Ni 2 Si i NiSi se tope kongruentno. na 1282, 1318 i 992 °C, Ni 3 Si i NiSi 2 - nekongruentni, respektivno. na 1165 i 1125°C, Ni 3 Si 2 se raspada bez topljenja na 845°C. Kada se stapa sa B daje boride: Ni 3 B (t.t. 1175°C), Ni 2 B (1240°C), Ni 3 B 2 (1163°C), Ni 4 B 3 (1580 °C), NiB 12 ( 2320 °C), NiB (razlaže se na 1600 °C). Sa Se, nikl formira selenide: NiSe (t.t. 980 °C), Ni 3 Se 2 i NiSe 2 (razlažu se na 800 i 850 ° C, respektivno), Ni 6 Se 5 i Ni 21 Se 20 (postoje samo u čvrstom stanju) . Kada se nikl legira sa Te, dobijaju se teluridi: NiTe i NiTe 2 (izmedju njih se očigledno formira široka oblast čvrstih rastvora) itd.

Arsenat Ni 3 (AsO 4) 2. 8H 2 O-zelena; p-stopa od 0,022%; to-tami se razgrađuje; iznad 200 °C dehidrira, na ~ 1000 °C se razgrađuje; dobijanje čvrste.

Silikat Ni 2 SiO 4 - svijetlozeleni sa rombičnim uzorkom. rešetka; gusto 4,85 g/cm3; raspada se bez topljenja na 1545°C; u nerastvorljivom; rudar K-tami se polako razgrađuje kada se zagrije. Aluminat NiAl 2 O 4 (nikl spinel) - plavi sa kockastim. rešetka; m.p. 2110°C; gusto 4,50 g/cm3; ne sol. V ; polako se razgrađuje to-tami; .

Najvažnije složene veze. nikl-a m m i n s. Naib. Karakteristični su heksaamini, odnosno akvatetramini. 2+ i 2+. To su plavi ili ljubičasti kristali. in-va, obično sol. u, u rastvorima svetlo plava; kada se rastvori prokuvaju i kada su izloženi rastvoru, oni se raspadaju; nastaju u rastvorima tokom obrade nikla i kobalta amonijakom.

U kompleksima Ni(III) i Ni(IV) koordinacija broj nikla je 6. Primjeri su ljubičasti K 3 i crveni K 2, nastali djelovanjem F 2 na mješavinu NiCl 2 i KCl; jaka. Poznate su, na primjer, druge vrste hetero-polikiselina. (NH 4) 6 H 7. 5H 2 O, veliki broj intrakompleksnih jedinjenja. Ni(II). Vidi takođe Organo-nikl jedinjenja.

Potvrda. obrađuju piro- i hidrometalurške materijale. način. Za oksidaciju silikata (ne može se obogatiti) koristite bilo koji reduktor. topljenje da bi se dobio feronikl, koji se zatim podvrgava pročišćavanju u konvertoru radi obogaćivanja, ili topljenje za mat koji sadrži sumpor (FeS 2 ili CaSO 4). Dobijeni mat se puhuje u konverter da bi se uklonio Fe, a zatim se drobi i peče kako bi se smanjio NiO iz rezultirajućeg materijala. Metalni nikl se dobija topljenjem. Koncentrati nikla dobijeni obogaćivanjem sulfidnih koncentrata se sa zadnjim tope u mat. pročišćavanje u pretvaraču. Iz bakar-nikl mat, nakon njegovog sporog hlađenja, izdvaja se koncentrat Ni 3 S 2, koji se, slično kao i oksidirani mat, peče i reducira.

Jedan od načina hidroobrade oksidiranih ruda je redukcija ili mješavina H 2 i N 2 sa ovim posljednjim. rastvor NH 3 i CO 2 sa pročišćavanjem. Otopina je pročišćena od Co. Tokom razgradnje rastvora destilacijom NH 3, taloži se nikl hidroksokarbonat, koji se ili kalciniše i redukuje iz nastalog NiO. Nikl se dobija topljenjem, ili ponovnim otapanjem. u rastvoru NH 3 i nakon destilacije NH 3 iz H2 pulpe, dobija se nikal. dr. način - oksidirana sumporna kiselina u. Iz dobijenog rastvora, nakon njegovog prečišćavanja, ispod se taloži nikl i dobijeni NiS koncentrat se obrađuje kao mat.

Hidroobrada nikl sulfidnih materijala (koncentrati, matovi) svodi se na oksidaciju u autoklavu. bilo rastvori NH 3 (sa niskim sadržajem Co) ili H 2 SO 4. Iz rastvora amonijaka, nakon odvajanja CuS, dolazi do taloženja nikla. Za odvajanje Ni,Također se koristi ekstrakcija Co i Cu iz otopina amonijaka. metode koje koriste, prije svega, helirajuće ekstrakte.

Oksidacija u autoklavu za dobijanje sulfatnih rastvora koristi se kako za obogaćene materijale (mat) sa prelaskom nikla i sl. u rastvor, tako i za siromašne pirotijum Fe 7 S 8 koncentrate. U potonjem slučaju, dominantna je oksidacija. pirotit, koji omogućava izolaciju elementarnog S i sulfidnog koncentrata, koji se dalje topi u nikl mat.

Upotreba nikla u legurama

Nikl je osnova većine materijala otpornih na toplinu koji se koriste u zrakoplovnoj industriji za dijelove elektrana.

• Monel metal (65 - 67% Ni + 30 - 32% Cu + 1% Mn), otporan na toplotu do 500 °C, veoma otporan na koroziju;
• nihrom, otporna legura (60% Ni + 40% Cr);
• permaloja (76% Ni + 17% Fe + 5% Cu + 2% Cr), ima visoku magnetnu osetljivost sa vrlo malim gubicima na histerezi;
• invar (65% Fe + 35% Ni), gotovo se ne izdužuje pri zagrijavanju.
• Osim toga, legure nikla uključuju nikl i hrom-nikl čelik, nikal srebro i razne legure otpornosti kao što su konstantan, nikl i manganin.

Svi nerđajući čelici obavezno sadrže nikl, jer... Nikl povećava hemijsku otpornost legure. Legure nikla također se odlikuju visokom žilavošću i koriste se u proizvodnji izdržljivog oklopa. U proizvodnji najvažnijih dijelova raznih uređaja koristi se legura nikla i željeza (36-38% nikla) ​​koja ima nizak koeficijent toplinskog širenja.

U proizvodnji elektromagnetnih jezgara široko se koriste legure pod općim nazivom permalloy. Ove legure, pored gvožđa, sadrže od 40 do 80% nikla. Kovanice su kovani od legura nikla. Ukupan broj različitih legura nikla u praktičnoj upotrebi dostiže nekoliko hiljada.

Nikl se u svom čistom obliku uglavnom koristi kao zaštitni premaz protiv korozije u različitim hemijskim okruženjima. Zaštitni premazi na gvožđu i drugim metalima dobijaju se dvema poznatim metodama: oblaganjem i galvanizacijom. U prvoj metodi, obloženi sloj se stvara vrućim valjanjem tanke niklovane ploče sa debelim željeznim limom zajedno. Odnos debljine nikla i metala koji se oblaže je približno 1:10. U procesu valjanja spoja, zbog međusobne difuzije, ovi limovi se zavaruju i dobiva se monolitni dvoslojni ili čak troslojni metal, čija površina nikla štiti ovaj materijal od korozije.

Ova vrsta vruće metode stvaranja zaštitnih premaza nikla se široko koristi za zaštitu željeza i nelegiranih čelika od korozije. To značajno smanjuje troškove mnogih proizvoda i uređaja koji nisu napravljeni od čistog nikla, već od relativno jeftinog željeza ili čelika, ali obloženog tankim zaštitnim slojem nikla. Veliki rezervoari izrađuju se od niklovanih gvozdenih limova za transport i skladištenje, na primer, kaustičnih lužina, koje se takođe koriste u raznim hemijskim industrijama.

Metoda galvanizacije stvaranja zaštitnih premaza niklom jedna je od najstarijih metoda elektrohemijskih procesa. Ova operacija, nadaleko poznata u tehnologiji kao niklovanje, u principu je relativno jednostavan tehnološki proces. Uključuje neke pripremne radove u vrlo temeljnom čišćenju površine metala koji se oblaže i pripremi elektrolitičke kupke koja se sastoji od zakiseljene otopine soli nikla, obično nikal sulfata. Kod elektrolitskog oblaganja, materijal koji se oblaže služi kao katoda, a niklovana ploča služi kao anoda. U galvanskom kolu, nikl se taloži na katodi s ekvivalentnim prijelazom iz anode u otopinu. Metoda niklanja se široko koristi u inženjerstvu i u tu svrhu se troše velike količine nikla.

U novije vrijeme, metoda elektrolitičkog niklanja se koristi za stvaranje zaštitnih premaza na aluminiju, magneziju, cinku i lijevanom željezu. U radu je opisana upotreba metode niklovanja legura aluminijuma i magnezijuma, posebno za zaštitu duraluminijskih lopatica aviona na propelerski pogon. Drugi rad opisuje upotrebu niklovanih bubnjeva za sušenje od livenog gvožđa u proizvodnji papira; Utvrđeno je značajno povećanje otpornosti bubnja na koroziju i povećanje kvaliteta papira na niklovanim bubnjevima u odnosu na konvencionalne bubnjeve od livenog gvožđa bez niklovane.

Niklovanje se izvodi galvanizacijom pomoću elektrolita koji sadrže nikl(II) sulfat, natrijum hlorid, bor hidroksid, tenzide i sredstva za izbjeljivanje, te rastvorljive niklove anode. Debljina nastalog sloja nikla je 12 - 36 mikrona. Stabilan površinski sjaj može se osigurati naknadnim hromiranjem (debljina sloja hroma 0,3 mikrona).

Nestručno niklovanje se izvodi u otopini mješavine nikl(II) hlorida i natrijevog hipofosfita u prisustvu natrijevog citrata:

NiCl 2 + NaH 2 PO 2 + H 2 O = Ni + NaH 2 PO 3 + 2HCl

Proces se izvodi na pH 4 - 6 i 95 °C.

Proizvodnja gvožđe-nikl, nikl-kadmijum, nikl-cink, nikl-vodonik baterija.

Najčešći „protiv“ u hemijskim izvorima struje su cink, kadmijum, gvožđe, a najčešći „za“ su oksidi srebra, olova, mangana i nikla. Jedinjenja nikla se koriste u proizvodnji alkalnih baterija. Inače, željezo-nikl bateriju je 1900. godine izumio Thomas Alva Edison.

Pozitivne elektrode na bazi nikl oksida imaju prilično veliki pozitivni naboj, stabilne su u elektrolitu, jednostavne su za obradu, relativno su jeftine, traju dugo i ne zahtijevaju posebnu njegu. Ovaj skup svojstava učinio je elektrode od nikla najčešćim. Neke baterije, posebno cink-srebrne baterije, imaju bolje specifične karakteristike od željezo-nikl ili nikl-kadmijum baterija. Ali nikl je mnogo jeftiniji od srebra, a skupe baterije traju mnogo kraće.

Nikl oksidne elektrode za alkalne baterije izrađene su od paste koja sadrži nikl oksid hidrat i grafitni prah. Ponekad, umjesto grafita, funkcije provodljivog aditiva obavljaju tanke latice nikla ravnomjerno raspoređene u nikl hidroksidu. Ova aktivna masa je upakovana u provodne ploče različitih dizajna.

Posljednjih godina je još jedna metoda za proizvodnju nikl elektroda postala široko rasprostranjena. Ploče su presovane od vrlo finog praha nikl oksida sa potrebnim aditivima. Druga faza proizvodnje je sinterovanje mase u atmosferi vodika. Ovom metodom se proizvode porozne elektrode sa vrlo razvijenom površinom, a što je veća, to je veća struja. Baterije sa elektrodama napravljene ovom metodom su snažnije, pouzdanije, lakše, ali i skuplje. Stoga se koriste u najkritičnijim objektima - radioelektronskim krugovima, izvorima struje u svemirskim letjelicama itd.

Elektrode od nikla, napravljene od najfinijih prahova, takođe se koriste u gorivim ćelijama. Ovdje katalitička svojstva nikla i njegovih spojeva dobijaju posebnu važnost. Nikl je odličan katalizator za složene procese koji se odvijaju u ovim izvorima struje. Usput, u gorivnim ćelijama, nikal i njegova jedinjenja mogu se koristiti za stvaranje i "plus" i "minus". Jedina razlika je u aditivima.

Nuklid 63 Ni, koji emituje β+ čestice, ima poluživot od 100,1 godina i koristi se u kritronima. U mehaničkim prekidačima neutronskog snopa nedavno su korištene niklove ploče umjesto kadmijskih ploča kako bi se dobili neutronski impulsi visokih energetskih vrijednosti.

• Koristi se u proizvodnji sistema nosača.
• Protetika

Formiranje grimiznog precipitata pri dodavanju dimetilglioksima u otopinu amonijaka analizirane smjese najbolja je reakcija za kvalitativno i kvantitativno određivanje nikla. Ali nikl dimetilglioksimat nije potreban samo analitičarima. Prekrasna duboka boja ovog kompleksnog spoja privukla je pažnju parfimera: nikl dimetilglioksimat je uveden u sastav karmina. Neki od spojeva kao što je nikl dimetilglioksimat su osnova boja vrlo otpornih na svjetlost.

Postoje interesantne indicije o upotrebi niklovanih ploča u ultrazvučnim instalacijama, kako električnim tako i mehaničkim, kao iu modernim dizajnima telefonskih aparata.

Postoje neka područja tehnologije u kojima se čisti nikl koristi ili direktno u obliku praha ili u obliku različitih proizvoda dobivenih od čistog nikla u prahu.

Jedno od područja primjene nikla u prahu su katalitički procesi u reakcijama hidrogenacije nezasićenih ugljovodonika, cikličkih aldehida, alkohola i aromatičnih ugljovodonika.

Katalitička svojstva nikla su slična onima platine i paladija. Dakle, ovdje se odražava hemijska analogija elemenata iste grupe periodnog sistema. Nikl, kao metal jeftiniji od paladija i platine, široko se koristi kao katalizator u procesima hidrogenacije.

Za ove svrhe preporučljivo je koristiti nikl u obliku vrlo finog praha. Dobija se posebnim načinom redukcije nikl oksida vodonikom u temperaturnom opsegu od 300-350°.

Nikl je element grupe 10 tabele D.I. Mendeljejev. Poznat relativno nedavno, nedavno korišten u industriji. Nikl je dobio ime po imenu zlog gnoma, koji je umjesto toga bacio mineral nikal, koji uključuje nikal i arsen, rudarima. U ta davna vremena nisu znali da koriste nikl, pa je "lažni" metal počeo da se naziva "nestašlukom" od nemačkog nikla.

A danas ćemo pogledati fizička i hemijska svojstva i upotrebu nikla, dati mu opšti opis i proučavati legure i klase nikla.

To je prelazni metal, odnosno pokazuje i kisela i alkalna svojstva. Ima srebrno-bijeli sjaj, duktilna, savitljiva, ali tvrda. Molekularna težina je mala - 28, pa je klasifikovana kao laka supstanca.

Ovaj video će vam reći o karakteristikama nikla kao metala:

Koncept i karakteristike

Sa hemijske tačke gledišta, nikl je veoma zanimljiv i neobičan metal. S jedne strane, može reagirati i sa kiselinama i sa alkalijama, ali s druge strane, kemijski je inertan i čak odbija reagirati s koncentriranim alkalijama i kiselinama. Štaviše, ovo svojstvo je toliko izraženo da se nikal koristi u proizvodnji različite opreme otporne na kiseline i rezervoara za alkalije.

Metal se topi i zatim koristi u obliku šipki, limova i tako dalje. I u ovom stanju pokazuje uobičajena metalna svojstva niskoaktivne tvari. Ali nikl pretvoren u veoma fini prah postaje piroforan i sposoban je da se samozapali na vazduhu.

Tajna je u tome što je obična tvar u zraku, poput aluminija, na primjer, prekrivena oksidnim filmom, a ovaj film djeluje kao vrlo jak zaštitni sloj.

Ovaj kvalitet određuje jednu od najstarijih upotreba metala – niklovanje, odnosno nanošenje najtanjeg sloja nikla na površinu predmeta. Ovaj sloj u potpunosti štiti čelik, liveno gvožđe, magnezijum, aluminijum i tako dalje od korozije.

Proizvodi napravljeni od čistog nikla su rijetki i koriste se samo u posebno kritičnim područjima. Njegova upotreba u industriji je zbog još jednog jedinstvenog kvaliteta: u leguri, nikal daje materijalu istu odličnu otpornost na koroziju koju i sam posjeduje. Većina nehrđajućih i konstrukcijskih čelika uključuje nikal kao legirnu komponentu. To je ono što osigurava čvrstoću čelika i njegovu izdržljivost.

Legure na bazi nikla su vrlo raznolike i imaju izvanredna svojstva: čvrstoću, otpornost na toplinu, sposobnost da izdrže velika opterećenja na visokim temperaturama, otpornost na habanje, neosjetljivost na kemijski agresivne tvari i tako dalje. Od ukupne zapremine ekstrahovane supstance, oko 9% se koristi u čistom obliku. Još 7% se troši na niklovanje, a ostatak se troši na proizvodnju legura.

Nikl formira željeznu trijadu sa gvožđem i kobaltom. Grupa takođe uključuje platinu - osmijum, platinu, rodijum. Međutim, uprkos njihovoj relativnoj blizini, svojstva metala značajno se razlikuju. Po čvrstoći nikal nije mnogo inferiorniji od željeza, ima čak i veću gustoću, ali je za razliku od potonjeg vrlo otporan na koroziju, dok željezo brzo korodira na zraku, a posebno u dodiru s vodom.

U poređenju sa metalima platine, nikal je mnogo lakši, mnogo jeftiniji i mnogo aktivniji: platina, osmijum i drugi su plemeniti metali koji imaju pozitivan elektrodni potencijal i izuzetno su inertni.

Prednosti i nedostaci

Gotovo sva svojstva nikla u odnosu na nacionalnu ekonomiju su prednosti. Jedini nedostatak metala je njegova prisutnost u prirodi. Nikl se smatra uobičajenim elementom, ali se nalazi samo u vezanom obliku. Prirodni nikl pada na zemlju samo kao dio meteorita. Shodno tome, metal se dobija skupljim tehnologijama.

• Nikl ima dobru čvrstoću i tvrdoću, zadržavajući sposobnost kovanja i visoku žilavost: može se koristiti za proizvodnju najtanjih limova i šipki.
• Metal ima odličnu otpornost na koroziju. Štaviše, ovaj kvalitet prenosi na legure, koje sadrži kao legirajući element.
• Legure na bazi nikla su veoma raznovrsne i imaju izuzetne kvalitete. Tako se legure željeza i nikla otporne na toplinu koriste u proizvodnji dijelova nuklearnih reaktora i mlaznih motora. Do danas je opisano i korišteno oko 3000 različitih legura nikla.
• Premaz nikla se još uvijek aktivno koristi ne samo u proizvodnji instrumenata i alatnih strojeva, već iu svakodnevnom životu i građevinarstvu. Niklovano posuđe, pribor za jelo, pribor itd. nisu samo estetski atraktivni, već su i apsolutno higijenski, bezopasni i izuzetno izdržljivi. Inertnost i higijena metala određuju njegovu upotrebu u prehrambenoj industriji.
• Nikl je feromagnet, odnosno supstanca sklona spontanoj magnetizaciji. Ovo svojstvo omogućava da se metal koristi za proizvodnju trajnih magneta.
• Metal je relativno jeftin za nabavku i ima dobre karakteristike električne provodljivosti. Nikl zamjenjuje skupo srebro ili u proizvodnji baterija.

Struktura i hemijski sastav nikla su razmotreni u nastavku.

Struktura i sastav

Nikl, kao i drugi čisti metali, ima homogenu, dobro uređenu strukturu, koja ovim supstancama daje sposobnost provođenja struje. Međutim, fazni sastav materijala može biti različit, što utječe na njegova svojstva.

• U normalnim uslovima imamo posla sa β-modifikacijom nikla. Karakterizira ga kubična rešetka usmjerena na lice i određuje uobičajena svojstva metala - savitljivost, duktilnost, obradivost, feromagnetizam i tako dalje.
• Postoji i druga vrsta materijala. Nikl podvrgnut katodnom raspršivanju u atmosferi vodika ne reaguje, ali takođe menja svoju strukturu, pretvarajući se u α-modifikaciju. Potonji ima gustu heksagonalnu rešetku. Kada se zagrije na 200 C, α-faza se pretvara u β-fazu. U industriji se bave β-modifikacijom nikla.

Ovaj video će vam reći kako sami pretvoriti nikl-kadmijumsku bateriju u litijum-jonsku bateriju:

Svojstva i karakteristike

Karakteristike β-faze, kao glavne, su od većeg interesa, jer je samo postojanje α-faze ograničeno. Svojstva metala su:

• gustina pri normalnoj temperaturi – 8,9 g/cu. cm;
• tačka topljenja – 1453 C;
• tačka ključanja – 3000 C;
• veoma nizak koeficijent termičkog širenja – 13,5∙10 −6 K −1
• modul elastičnosti – 196–210 GPa;
• Granica elastičnosti je 80 MN/sq. m;
• granica popuštanja – 120 MN/m2. m:
• granica zatezanja 40-50 kgf/sq. mm;
• specifični toplotni kapacitet supstance – 0,440 kJ/(kg K);
• toplotna provodljivost – 90,1 W/(m K);
• specifični električni otpor – 0,0684 µOhm∙m.

Nikl je feromagnetičan, njegova Kirijeva tačka je 358 C.

U nastavku ćemo govoriti o proizvodnji i proizvođaču legura nikla.

Proizvodnja

Nikl se smatra prilično čestim - 13. među metalima. Međutim, njegova distribucija je donekle specifična. Nije uzalud što se metal naziva elementom zemaljskih dubina, jer ga u ultramafičnim stijenama ima 200 puta više nego u kiselim stijenama. Prema jednoj uobičajenoj teoriji, Zemljino jezgro se sastoji od gvožđa nikla.

Prirodni nikl se ne pojavljuje na Zemlji. U vezanom obliku, prisutan je u rudama bakra i nikla - koje sadrže arsen i sulfide. Ovo je nikl - crveni nikl pirit, isti onaj koji su rudari uzimali za pirit, hloantit - bijeli nikl pirit, garnijerit, bakarni pirit itd.

Sirovina je najčešće sulfidna ruda, uključujući nikal i nikal, tako da su uključeni dodatni koraci za odvajanje metala.

• Sulfidne rude obično sadrže mnogo vlage i glinenih tvari. Da bi ih se riješili, ruda se drobi, suši i briketira. Ako je sadržaj sumpora u rudi previsok, ona se prži.
• Mat topljenje se vrši u pećima na vratilu ili u reverberacijskim pećima. Dobija se legura nikla i željeznog sulfida, uključujući malu količinu bakra.
• Odvajanje nikla i bakra.
• Pečenje koncentrata nikla, redukciono topljenje i rafiniranje elektrolizom.

Metoda za dobivanje nikla iz oksidirane rude izgleda nešto drugačije.

• Ruda se podvrgava sulfidizirajućem topljenju uz djelomičnu redukciju.
• Primite mat - rastopljeni mat se u konverterima duva vazduhom.
• Feinstein je otpušten i očišćen od bakra;
• Zatim se nikl redukuje ili se izgoreli nikal topi u feronikl.

Koliko košta 1 kg nikla? Cijene takvog metala u velikoj mjeri su određene uspješnošću eksploatacije nalazišta. Tako je Kina 2013. godine povećala proizvodnju sirovog gvožđa koje sadrži nikl, što je dovelo do primjetnog pada cijena metala. U jesen 2016., cijena tone metala bila je 10.045 dolara.

Područje primjene

Sam nikl se rijetko koristi. Područje je mnogo šire.

• U svakodnevnom životu ljudi najčešće nailaze na niklovane proizvode - slavine, miksere, okove za namještaj. Metalni dijelovi namještaja često su presvučeni slojem srebrnog metala koji ne potamni. Isto važi i za pribor za jelo i posuđe.
• Druga poznata upotreba je bijelo zlato. Sastoji se od zlata određenog standarda i legure nikla.
• Niklove katode se široko koriste u elektrotehnici. Brojne baterije su nikl-kadmijum. Nikl, gvožđe-nikl i tako dalje se takmiče sa baterijom i mnogo su sigurniji.

Međutim, glavni potrošač nikla je obojena i crna metalurgija: 67% svih iskopanih metala koristi se za proizvodnju nehrđajućih čelika. I 17% - za proizvodnju drugih legura bez željeza.

• Konstrukcioni i nerđajući čelik se koriste bukvalno svuda: u građevinarstvu i mašinstvu, u elektrotehnici i proizvodnji cevovoda, u izradi instrumenata i konstrukciji nosivih okvira. Nikal je taj koji čelicima daje otpornost na koroziju.
• Legure nikl-bakar najčešće se koriste u proizvodnji opreme otporne na kiseline i raznih dijelova koji moraju raditi u agresivnim kemijskim sredinama.
• Legure nikla i hroma poznate su po svojoj otpornosti na toplotu i otpornosti na lužine i kiseline. Koriste se u pećima, nuklearnim reaktorima, motorima i tako dalje.
• Legure nikla, hroma i gvožđa, osim toga, ostaju otporne na velika opterećenja na veoma visokim temperaturama - do 900 C. Ovo je nezamjenjiv materijal za plinske turbine.

Nikl je metal sa . Izdržljiv, savitljiv, otporan na kiseline i alkalije i sposoban da prenese ova svojstva gotovo svakoj leguri. Nije iznenađujuće da se nikl tako široko koristi.

Jednostavan i pouzdan način obnavljanja nikl-kadmijumskih baterija razmatran je u videu ispod: