Proprietà fisiche del Nichel. Dove viene utilizzato il nichel nell'industria Di cosa è fatto il nichel?

Questo metallo grigio-argento appartiene al metallo di transizione: ha proprietà sia alcaline che acide. I principali vantaggi del metallo sono la malleabilità, la duttilità e le elevate proprietà anticorrosive. Dove e come viene utilizzato il nichel: leggi sotto.

Per la presenza di un film di ossido sulla superficie, il metallo è dotato della capacità di resistere perfettamente alla corrosione. Inoltre, il rivestimento di questo metallo protegge in modo affidabile dall'ossidazione parti e oggetti realizzati con altri materiali. Questo è il motivo per cui il nichel è ampiamente utilizzato nell'industria moderna.

Inoltre, l'elemento non ha solo proprietà anticorrosive. Resiste perfettamente agli effetti di vari alcali. Per questo motivo viene utilizzato per proteggere tutti i tipi di pezzi in alluminio, ferro e ghisa destinati all'uso in ambienti aggressivi. Anche per la produzione di pale di aerei, serbatoi per il trasporto di sostanze pericolose e altre attrezzature per l'industria chimica.

Se parliamo di altri ambiti della nostra vita in cui oggi l'uso del nichel è su larga scala, vale la pena menzionare la produzione:

• protesi e tutori per esigenze mediche;
• batterie;
• reagenti chimici;
• "oro bianco" nel settore della gioielleria;
• avvolgimenti per corde di strumenti musicali.

Leghe

Grazie alle sue proprietà anticorrosive, l'elemento è ampiamente utilizzato per la produzione di varie leghe di ferro, rame, titanio, stagno, molibdeno, ecc. Per questo viene consumato oltre l'80% del volume totale di Ni estratto in tutto il mondo, i depositi di cui si trovano in Russia (regioni degli Urali, Murmansk e Voronezh, regione di Norilsk), Sud Africa, Canada, Grecia, Albania e altri paesi. Il Ni viene utilizzato per produrre l'acciaio inossidabile. Le leghe con ferro sono utilizzate in quasi tutti i rami dell'industria moderna, nonché nella costruzione di qualsiasi struttura civile o industriale.

Come risultato di diverse combinazioni percentuali con il rame, si ottengono le leghe Monel, Constantine e altre. Sono utilizzati per la fabbricazione di monete, serbatoi di stoccaggio per acido solforico, perclorico o fosforico, pezzi di ricambio e parti di macchine (valvole, scambiatori di calore, boccole, molle, pale della girante) destinati all'uso con carichi elevati.

Le leghe con l'aggiunta di cromo - nicromo - sono resistenti al calore e pertanto vengono utilizzate per la fabbricazione di elementi strutturali di turbine a gas, parti di motori a reazione e apparecchiature per reattori nucleari.

Con l'aggiunta di molibdeno si ottengono leghe resistenti agli acidi e ad altri composti aggressivi (cloro secco).

Le leghe contenenti alluminio, ferro, rame e cobalto - alnico e magneto - hanno le proprietà dei magneti permanenti e vengono utilizzate nella produzione di vari strumenti di misura radio e apparecchiature elettriche.

I prodotti a base di invar, una lega con aggiunta di ferro (Ni - 35%, Fe - 65%), hanno la proprietà di praticamente non allungarsi quando riscaldati.

Altre applicazioni

Uno degli usi più comuni del nichel nell'industria odierna è la nichelatura, che è l'applicazione di un sottile strato di nichel (di spessore compreso tra 12 e 36 micrometri) sulla superficie di altri metalli utilizzando un metodo di elettroplaccatura. Il trattamento anticorrosivo viene effettuato in questo modo:

• tubi metallici;
• piatti;
• stoviglie;
• rubinetti e rubinetti per la cucina o il bagno;
• accessori per mobili e altri prodotti decorativi.

Gli oggetti trattati in questo modo saranno protetti in modo affidabile dall'umidità per lungo tempo e, inoltre, grazie al rivestimento in argento che non si sbiadirà nel tempo, manterranno un aspetto presentabile.

Il nichel è il 17° elemento chimico della tavola periodica di Mendeleev con numero atomico 28. La sostanza è un metallo di transizione, caratterizzato dalla sua duttilità e dal caratteristico colore bianco-argento. Non presenta una forte attività chimica. Il nome stesso della sostanza tradotto dal tedesco significa "spirito di montagna". Già nel XVII secolo si conosceva il nichel, ma non era ancora stato isolato come sostanza separata. È stato trovato nei minerali di rame durante l'estrazione del rame ed è stato chiamato falso rame (kupfernickel) dallo spirito delle montagne. La sostanza fu isolata come metallo separato da Axel Crostedt nel 1751 e la chiamò "nichel".

A metà del XVIII secolo si conoscevano 12 metalli, oltre allo zolfo, al fosforo, al carbonio e all'arsenico. Allo stesso tempo, è stato aggiunto loro il nichel, a cui è stato assegnato il 17 ° numero.

Caratteristiche del nichel

L'elemento appena scoperto non ha trovato immediatamente la sua applicazione. Solo due secoli dopo le persone iniziarono a utilizzare attivamente il metallo. È diventato particolarmente popolare nella metallurgia. A quanto pare, il nichel è un eccellente elemento di lega per acciaio e ferro. Pertanto, le leghe con nichel sono molto resistenti a vari influssi chimici, non sono soggette a danni da corrosione e possono resistere anche a temperature molto elevate. Ad esempio, una lega di nichel e ferro, chiamata invar in metallurgia, non è in grado di espandersi se esposta a temperature elevate, che è uno dei motivi principali per cui l'invar viene utilizzato per realizzare rotaie ferroviarie e molti altri elementi.

Proprietà fisiche del nichel

Il nichel è un metallo con una caratteristica tinta giallo-argento. All'aria aperta mantiene il suo colore e la sua lucentezza e non sbiadisce. La durezza Brinell del metallo è 600-800 Mn/m2. Nonostante la sua durezza piuttosto elevata, il metallo si presta bene a vari influssi fisici e trattamenti, tra cui forgiatura e lucidatura. Ciò consente di utilizzare il nichel per la produzione di prodotti molto sottili e delicati.

Il metallo ha proprietà magnetiche anche a temperature abbastanza basse (fino a -340 0 C). Resistente ai danni da corrosione.

Proprietà chimiche del nichel

Il nichel ha numero atomico 28 ed è indicato nella nomenclatura chimica con il simbolo Ni. Ha una massa molare di 58,6934 g/mol. L'atomo di nichel ha un raggio di 124 pm. La sua elettronegatività sulla scala Pauling è 1,94 e il suo potenziale elettronico è 0,25 V.

Il metallo non è esposto agli influssi negativi dell'aria e dell'acqua. Ciò è dovuto alla formazione di una pellicola sotto forma di ossido di nichel (NiO) sulla sua superficie, che ne impedisce l'ulteriore ossidazione.

Reagisce con l'ossigeno solo in determinate condizioni, in particolare a calore elevato. Ad alte temperature è anche in grado di interagire con assolutamente tutti gli alogeni.

Mostra una reazione violenta nell'acido nitrico e nelle soluzioni con ammoniaca. Tuttavia, alcuni sali, ad esempio l'acido cloridrico e solforico, dissolvono il metallo piuttosto lentamente. Ma non si dissolve affatto nell'acido fosforico.

Produzione di nichel

Il materiale principale per l'estrazione del nichel sono i minerali di solfuro di rame-nichel. Pertanto, è da tali minerali che si ottiene circa l'80% del nichel della produzione totale del mondo, esclusa la Russia. I minerali vengono sottoposti ad arricchimento selettivo mediante flottazione, dopo di che i concentrati di rame, nichel e pirrotite vengono separati dal minerale.

Per ottenere il metallo puro, viene utilizzato il concentrato di minerale di nichel che, insieme ai flussi, viene fuso in alberi elettrici o forni a riverbero. Come risultato di questo processo, la roccia di scarto viene separata e il nichel viene estratto sotto forma di metallo opaco, che contiene fino al 15% di nichel.

A volte, prima che il concentrato venga inviato alla fusione, viene tostato e pellettizzato. La composizione del solfuro fuso (opaco) dopo il processo di fusione contiene anche Fe, Co e quasi completamente Cu, oltre a metalli nobili. Successivamente, il ferro viene separato, dopo di che rimane una lega, che contiene rame e nichel. La lega viene sottoposta ad un lento raffreddamento, dopodiché viene macinata finemente e inviata ad ulteriore flottazione per separare i due elementi. Cu e Ni possono anche essere separati mediante il cosiddetto processo carbonilico, che si basa sulla reversibilità della reazione.

I tre metodi più comuni per ottenere il nichel sono:

1. Restaurativo. La base è il minerale di silicato, dal quale, con la partecipazione di polvere di carbone, si formano pellet di ferro-nichel contenenti dal 5% all'8% di nichel. Per questo processo vengono utilizzati forni a tubi rotanti. Successivamente i pellet vengono ripuliti dallo zolfo, calcinati e trattati con una soluzione di ammoniaca, dalla quale si ottiene il nichel dopo acidificazione.
2. Carbonile. Questo metodo è anche chiamato metodo di Mond. Basato sulla produzione di rame-nichel opaco da minerale solforato. La CO viene fatta passare sulla opaca ad alta pressione, dando luogo alla formazione di tetracarbonilnichel, dal quale, sotto l'influenza delle alte temperature, viene rilasciato nichel altamente puro.
3. Alluminotermico. Questo metodo si basa sul recupero del nichel dal minerale di ossido: 3NiO + 2Al = 3Ni +Al 2 O 3

Composti del nichel

Il nichel forma molti composti diversi, sia organici che inorganici, ciascuno dei quali viene utilizzato in determinate aree dell'attività umana.

Composti inorganici del nichel

Tra questi sono da segnalare gli ossidi. In particolare, il suo monossido, la cui formazione avviene a seguito della reazione di metallo e ossigeno a una temperatura sufficientemente elevata superiore a 500 0 C, viene utilizzato come materiale da cui vengono realizzate vernici e smalti nella produzione di ceramica e vetro. E nella produzione di anodi utilizzati nelle batterie alcaline, viene utilizzato il sesquiossido di nichel Ni 2 O 3. Per ottenerlo, il nitrato di nichel o il clorato di nichel viene sottoposto a un riscaldamento molto lento.

Non ultimo posto è dato agli idrossidi di nichel. Ad esempio, Ni(OH) 2 si forma a seguito dell'azione degli alcali su soluzioni acquose di sali di nichel. Questo idrossido è caratterizzato da un colore verde chiaro. Dall'idrossido di nichel, sotto l'influenza di un agente ossidante in un ambiente alcalino, si forma un ossido idrato, sulla base del quale funziona la batteria alcalina Edison. Il vantaggio di questa batteria è la capacità di rimanere scarica per molto tempo, mentre una batteria al piombo convenzionale non può rimanere scarica per molto tempo.

I sali di nichel (II) si formano solitamente come risultato dell'interazione di NiO o Ni(OH) 2 con vari acidi. I sali solubili di nichel, nella maggior parte dei casi, formano idrati cristallini. I sali insolubili sono il fosfato Ni 3 (PO 4) 2 e il silicato Ni 2 SiO 4. Gli idrati e le soluzioni cristallini sono caratterizzati da un colore verdastro e i sali anidri sono caratterizzati da un colore giallo o giallo-brunastro.

Esistono anche composti complessi di nichel (II). Per formarli, l'ossido di nichel viene sciolto in una soluzione di ammoniaca. Il dimetilgliossimato di nichel Ni(C 4 H 6 N 2 O 2) 2 viene utilizzato come reazione agli ioni nichel. È caratterizzato dalla colorazione di un ambiente acido rosso.

I composti del nichel meno caratteristici sono i composti del nichel (III). Di questi, è nota una sostanza nera, che si ottiene a seguito della reazione di ossidazione dell'idrossido di nichel (II) in un mezzo alcalino con ipoclorito o alogeni:

2Ni(OH)2 + 2NaOH + Br2 = Ni2O3 *H2O + 2NaBr + H2O

Composti organici del nichel

Il legame Ni-C avviene in due modi:

1. Tipo Y. Tali composti sono chiamati complessi y. Questi includono composti aventi la seguente forma: e , dove R=Alk o Ar, L=PR3, dove X è un acidoligando.
2. Per tipo p. Si chiamano complessi p. Questi includono composti organo-nichel di alcheni e polieni, che contengono nichel nello stato di ossidazione zero. Tali composti sono solitamente caratterizzati da una struttura trigonale o tetraedrica.

(i numeri di coordinazione sono indicati tra parentesi) Ni 2+ 0,069 nm (4), 0,077 nm (5), 0,083 nm (6).

Il contenuto medio di nichel nella crosta terrestre è dell'8-10-3% in massa, negli oceani 0,002 mg/l. Conosciuto ca. 50 nichel, di cui i più importanti sono: pentlandite (Fe,Ni) 9 S 8, millerite NiS, garnierite (Ni, Mg) 3 Si 4 O 10 (OH) 10. 4H 2 O, revdinskite (non-puite) (Ni,Mg) 3 Si 2 O 5 (OH) 4, nichel NiAs, annabergite Ni 3 (AsO 4) 2 8H 2 O. Il nichel viene estratto principalmente dal solfuro di rame-nichel ( Canada, Australia, Sud Africa) e da quelli ossidati ai silicati (Nuova Caledonia, Cuba, Filippine, Indonesia, ecc.). Le riserve mondiali di nichel onshore sono stimate a 70 milioni di tonnellate.

Proprietà. Alpacca-argento-bianco. Cristallino. reticolo a facce centrate cubico, a = 0,35238 nm, z = 4, spazio. gruppo RT3t. T.pl. 1455°C. balla 2900°C; zattera 8,90 g/cm3; C0p26.lJ/( .K); DH 0 pl 17,5 kJ/, DH 0 isp 370 kJ/; S 0 298 29,9 JDmol K); livello di dipendenza dalla temperatura per nichel solido lgp(hPa) = 13,369-23013/T+0,520lgT+0,395T (298-1728K), per liquido lgp(hPa)=11,742-20830/T+ 0,618 lgT (1728-3170 K); coefficiente di temperatura espansione lineare 13.5. 10 -6 K -1 (273-373 K); 94,1 W/(m x x K) a 273 K, 90,9 W/(m K) a 298 K; g 1,74 N/m (1520 °C); r 7,5 10 -8 Ohm m, coefficiente di temperatura. € 6,75. 10 -3 K -1 (298-398 K); , 631 K. Modulo elastico 196-210 GPa; s crescita 280-720 MPa; si riferisce allungamento 40-50%; secondo Brinell (ricotto) 700-1000 MPa. Il nichel puro è molto duttile, può essere lavorato bene in condizioni fredde e calde, può essere laminato, trafilato e forgiato.

N il nichel è chimicamente inattivo, ma i composti di nichel finemente dispersi ottenuti a basse temperature sono piroforici. Standard Ni 0 /Ni 2+ - 0,23 V. A temperature normali, il nichel non è ricoperto da uno strato sottile. Non interazione. con e umidità. Quando riscaldato La produzione del nichel inizia a circa 800 °C. Il nichel reagisce molto lentamente con gli acidi cloridrico, solforico, fosforico e fluoridrico. L'aceto e altre sostanze organiche non hanno praticamente alcun effetto su di esso. a te, soprattutto in assenza di . Reagisce bene con dil. HNO3, concentrato HNO 3 è passivato. Le soluzioni ee, così come l'NH 3 liquido, non hanno alcun effetto sul nichel. Sono presenti soluzioni acquose NH 3 . correlano il nichel.

N il nichel allo stato disperso ha grandi proprietà catalitiche. nei distretti, . Utilizzano sia nichel scheletrico (nichel Raney), ottenuto legando con Al, sia Si con quest'ultimo. , o nichel a .

N il nichel assorbe H 2 e forma con esso soluzioni solide. NiH 2 (stabile al di sotto di 0°C) e NiH più stabile sono stati ottenuti indirettamente. Fino a 1400 °C non viene quasi assorbito dal nichel, a 450 °C il valore pH dell'N 2 è dello 0,07%. Il nichel compatto non reagisce con NH 3; il nichel disperso forma con esso il nitruro Ni 3 N a 300-450 °C.

Il nichel fuso dissolve il C per formare il carburo Ni 3 C, che si decompone con il rilascio di; Ni 3 C sotto forma di grigio-nero (si decompone a ~ 450 ° C) si ottiene carburando il nichel in CO a 250-400 ° C. Il nichel disperso con CO produce Ni(CO) 4 volatile. Quando legato con Si, forma silice; Ni 5 Si 2, Ni 2 Si e NiSi fondono rispettivamente congruentemente. a 1282, 1318 e 992 °C, Ni 3 Si e NiSi 2 - incongruenti, rispettivamente. a 1165 e 1125°C, Ni 3 Si 2 si decompone senza fondere a 845°C. Quando fuso con B dà boruri: Ni 3 B (pf 1175°C), Ni 2 B (1240°C), Ni 3 B 2 (1163°C), Ni 4 B 3 (1580 °C), NiB 12 ( 2320 °C), NiB (si decompone a 1600 °C). Con il Se, il nichel forma seleniuri: NiSe (pf 980 °C), Ni 3 Se 2 e NiSe 2 (si decompongono rispettivamente a 800 e 850 °C), Ni 6 Se 5 e Ni 21 Se 20 (esistono solo allo stato solido) . Quando il nichel viene legato al Te, si ottengono i tellururi: NiTe e NiTe 2 (tra loro apparentemente si forma un'ampia regione di soluzioni solide), ecc.

Arsenato Ni 3 (AsO 4) 2. 8H 2 O-verde; tasso p dello 0,022%; to-tami si decompone; sopra i 200 °C si disidrata, a ~ 1000 °C si decompone; ottenendo solido.

Silicato Ni 2 SiO 4 - verde chiaro con motivo rombico. grattugiare; denso 4,85 g/cm3; si decompone senza sciogliersi a 1545°C; in insolubile; minatore K-tami si decompone lentamente se riscaldato. Alluminato NiAl 2 O 4 (nichel spinello) - blu con cubico. grattugiare; p.f. 2110°C; denso 4,50 g/cm3; non sol. V; si decompone lentamente to-tami; .

Le connessioni complesse più importanti. nichel-a m i n s. Naib. Caratteristiche sono rispettivamente le esaammine e le acquatetrammine. 2+ e 2+. Questi sono cristalli blu o viola. in-va, solitamente sol. in, in soluzioni blu brillante; quando le soluzioni vengono bollite e quando esposte alla soluzione si decompongono; si formano in soluzioni durante la lavorazione dell'ammoniaca di nichel e cobalto.

Nei complessi Ni(III) e Ni(IV), la coordinazione il numero del nichel è 6. Esempi sono il viola K 3 e il rosso K 2, formati dall'azione di F 2 su una miscela di NiCl 2 e KCl; forte. Sono noti ad esempio altri tipi di eteropoliacidi. (NH4) 6H7. 5H 2 O, un gran numero di composti intracomplessi. Ni(II). Vedi anche Composti organo-nichel.

Ricevuta. trattare materiali piro- e idrometallurgici. modo. Per i silicati ossidati (non arricchibili) utilizzare uno dei due riduttori. fusione per produrre ferronichel, che viene poi sottoposto a spurgo in un convertitore a scopo di arricchimento, o fusione per metallina contenente zolfo (FeS 2 o CaSO 4). La finitura opaca risultante viene soffiata in un convertitore per rimuovere il Fe, quindi frantumata e cotta per ridurre il NiO dal materiale risultante. Il nichel metallico si ottiene mediante fusione. I concentrati di nichel ottenuti dall'arricchimento dei concentrati di solfuro vengono fusi in opaca con quest'ultimo. spurgo nel convertitore. Dalla matte di rame-nichel, dopo il suo lento raffreddamento, si isola il concentrato di Ni 3 S 2 che, analogamente alle matte ossidate, viene cotto e ridotto.

Uno dei modi di idrotrattamento dei minerali ossidati è la riduzione o una miscela di H 2 e N 2 con quest'ultimo. soluzione di NH 3 e CO 2 con spurgo. La soluzione viene purificata da Co. Durante la decomposizione della soluzione con la distillazione di NH 3, precipita l'idrossicarbonato di nichel, che viene calcinato e ridotto dal NiO risultante. Il nichel si ottiene mediante fusione o ridiscioglimento. nella soluzione di NH 3 e dopo aver distillato l'NH 3 dalla pasta di H 2 si ottiene il nichel. Dott. modo - acido solforico ossidato in. Dalla soluzione risultante, dopo la sua purificazione, viene depositato nichel e il concentrato NiS risultante viene lavorato come opaco.

L'idrotrattamento dei materiali a base di solfuro di nichel (concentrati, metallizzati) viene ridotto all'ossidazione in autoclave. sia soluzioni di NH 3 (a basso contenuto di Co) che di H 2 SO 4. Dalle soluzioni di ammoniaca, dopo la separazione del CuS, si precipita il nichel. Per la separazione del Ni,Come estrattori vengono utilizzati anche Co e Cu provenienti da soluzioni di ammoniaca. metodi che utilizzano innanzitutto estratti chelanti.

L'ossidazione in autoclave per produrre soluzioni di solfato viene utilizzata sia per materiali arricchiti (matt) con trasferimento di nichel, ecc. nella soluzione, sia per concentrati poveri di pirrozio Fe 7 S 8. In quest'ultimo caso, il preim è ossidato. pirrotite, che rende possibile isolare S elementare e concentrato di solfuro, che viene ulteriormente fuso in nichel opaco.

Utilizzo del nichel nelle leghe

Il nichel è la base della maggior parte dei materiali resistenti al calore utilizzati nell'industria aerospaziale per le parti delle centrali elettriche.

• Metallo monel (65 - 67% Ni + 30 - 32% Cu + 1% Mn), resistente al calore fino a 500 °C, molto resistente alla corrosione;
• nichelcromo, lega resistente (60% Ni + 40% Cr);
• permalloy (76% Ni + 17% Fe + 5% Cu + 2% Cr), ha un'elevata suscettibilità magnetica con perdite per isteresi molto basse;
• invar (65% Fe + 35% Ni), quasi non si allunga se riscaldato.
• Inoltre, le leghe di nichel comprendono acciai al nichel e cromo-nichel, alpacca e varie leghe resistenti come costantana, nichel e manganina.

Tutti gli acciai inossidabili contengono necessariamente nichel, perché... Il nichel aumenta la resistenza chimica della lega. Le leghe di nichel sono inoltre caratterizzate da elevata tenacità e vengono utilizzate nella produzione di armature durevoli. Nella produzione delle parti più importanti di vari dispositivi, viene utilizzata una lega di nichel-ferro (36-38% di nichel), che ha un basso coefficiente di dilatazione termica.

Nella produzione di nuclei elettromagnetici, sono ampiamente utilizzate le leghe con il nome generale di permalloy. Queste leghe, oltre al ferro, contengono dal 40 all'80% di nichel. Le monete sono coniate da leghe di nichel. Il numero totale di diverse leghe di nichel nell'uso pratico raggiunge diverse migliaia.

Il nichel nella sua forma pura viene utilizzato principalmente come rivestimenti protettivi contro la corrosione in vari ambienti chimici. I rivestimenti protettivi su ferro e altri metalli si ottengono mediante due metodi ben noti: placcatura e galvanica. Nel primo metodo, lo strato rivestito viene creato laminando a caldo insieme una sottile piastra di nichel con una spessa lamiera di ferro. Il rapporto tra lo spessore del nichel e quello del metallo da rivestire è di circa 1:10. Nel processo di laminazione dei giunti, a causa della diffusione reciproca, questi fogli vengono saldati e si ottiene un metallo monolitico a due strati o anche a tre strati, la cui superficie in nichel protegge questo materiale dalla corrosione.

Questo tipo di metodo a caldo per creare rivestimenti protettivi di nichel è ampiamente utilizzato per proteggere il ferro e gli acciai non legati dalla corrosione. Ciò riduce significativamente il costo di molti prodotti e dispositivi realizzati non con nichel puro, ma con ferro o acciaio relativamente economico, ma rivestiti con un sottile strato protettivo di nichel. I grandi serbatoi sono realizzati con lamiere di ferro nichelate per il trasporto e lo stoccaggio, ad esempio, degli alcali caustici, utilizzati anche in varie industrie chimiche.

Il metodo galvanico per creare rivestimenti protettivi con nichel è uno dei metodi più antichi dei processi elettrochimici. Questa operazione, ampiamente conosciuta nella tecnologia come nichelatura, è in linea di principio un processo tecnologico relativamente semplice. Implica alcuni lavori preparatori per pulire molto accuratamente la superficie del metallo da rivestire e preparare un bagno elettrolitico costituito da una soluzione acidificata di un sale di nichel, solitamente solfato di nichel. Nella placcatura elettrolitica, il materiale da rivestire funge da catodo e una piastra di nichel funge da anodo. In un circuito galvanico il nichel si deposita sul catodo con transizione equivalente dall'anodo alla soluzione. Il metodo di nichelatura è ampiamente utilizzato in ingegneria e per questo scopo vengono consumate grandi quantità di nichel.

Recentemente, il metodo della nichelatura elettrolitica è stato utilizzato per creare rivestimenti protettivi su alluminio, magnesio, zinco e ghisa. L'articolo descrive l'utilizzo del metodo di nichelatura delle leghe di alluminio e magnesio, in particolare per la protezione delle pale in duralluminio di aerei ad elica. Un altro articolo descrive l'uso di tamburi di essiccazione in ghisa nichelata nella produzione della carta; È stato riscontrato un aumento significativo della resistenza alla corrosione dei tamburi e un aumento della qualità della carta sui tamburi nichelati rispetto ai tamburi convenzionali in ghisa senza nichelatura.

La nichelatura viene effettuata mediante elettrodeposizione utilizzando elettroliti contenenti solfato di nichel (II), cloruro di sodio, idrossido di boro, tensioattivi e agenti brillantanti e anodi di nichel solubili. Lo spessore dello strato di nichel risultante è di 12-36 micron. La brillantezza superficiale stabile può essere garantita mediante successiva cromatura (spessore dello strato di cromo 0,3 micron).

La nichelatura senza corrente viene effettuata in una soluzione di una miscela di cloruro di nichel (II) e ipofosfito di sodio in presenza di citrato di sodio:

NiCl2 + NaH2 PO2 + H2O = Ni + NaH2 PO3 + 2HCl

Il processo viene effettuato a pH 4 - 6 e 95 °C.

Produzione di batterie ferro-nichel, nichel-cadmio, nichel-zinco, nichel-idrogeno.

I “contro” più comuni nelle fonti di corrente chimica sono zinco, cadmio, ferro, mentre i “pro” più comuni sono gli ossidi di argento, piombo, manganese e nichel. I composti del nichel vengono utilizzati nella produzione di batterie alcaline. A proposito, la batteria ferro-nichel fu inventata nel 1900 da Thomas Alva Edison.

Gli elettrodi positivi a base di ossidi di nichel hanno una carica positiva sufficientemente grande, sono stabili nell'elettrolita, sono facili da lavorare, sono relativamente economici, durano a lungo e non richiedono cure particolari. Questo insieme di proprietà ha reso gli elettrodi di nichel i più comuni. Alcune batterie, in particolare le batterie zinco-argento, hanno caratteristiche specifiche migliori rispetto alle batterie ferro-nichel o nichel-cadmio. Ma il nichel è molto più economico dell’argento e le batterie costose durano molto meno.

Gli elettrodi all'ossido di nichel per batterie alcaline sono costituiti da una pasta contenente ossido di nichel idrato e polvere di grafite. A volte, invece della grafite, le funzioni di additivo conduttivo vengono eseguite da sottili petali di nichel distribuiti uniformemente nell'idrossido di nichel. Questa massa attiva è racchiusa in piastre conduttrici di vari design.

Negli ultimi anni si è diffuso un altro metodo per produrre elettrodi di nichel. Le lastre vengono pressate da una polvere finissima di ossidi di nichel con i necessari additivi. La seconda fase della produzione prevede la sinterizzazione della massa in atmosfera di idrogeno. Questo metodo produce elettrodi porosi con una superficie molto sviluppata e maggiore è la superficie, maggiore è la corrente. Le batterie con elettrodi realizzate con questo metodo sono più potenti, più affidabili, più leggere, ma anche più costose. Pertanto, vengono utilizzati negli oggetti più critici: circuiti radioelettronici, sorgenti di corrente nei veicoli spaziali, ecc.

Gli elettrodi di nichel, realizzati con le polveri più fini, vengono utilizzati anche nelle celle a combustibile. Qui acquistano particolare importanza le proprietà catalitiche del nichel e dei suoi composti. Il nichel è un eccellente catalizzatore per i processi complessi che si verificano in queste fonti attuali. A proposito, nelle celle a combustibile, il nichel e i suoi composti possono essere utilizzati per creare sia il “più” che il “meno”. L'unica differenza sta negli additivi.

Il nuclide 63 Ni, che emette particelle β+, ha un tempo di dimezzamento di 100,1 anni e viene utilizzato nei krytron. Recentemente sono state utilizzate piastre di nichel al posto di piastre di cadmio negli interruttori meccanici di fasci di neutroni per ottenere impulsi di neutroni con elevati valori di energia.

• Utilizzato nella produzione di sistemi di staffe.
• Protesi

La formazione di un precipitato scarlatto quando si aggiunge dimetilgliossima ad una soluzione di ammoniaca della miscela analizzata è la migliore reazione per la determinazione qualitativa e quantitativa del nichel. Ma il dimetilgliossimato di nichel non è necessario solo agli analisti. Il bel colore profondo di questo composto complesso ha attirato l'attenzione dei profumieri: il dimetilgliossimato di nichel viene introdotto nel rossetto. Alcuni di questi composti simili al nichel-dimetilgliossimato costituiscono la base di vernici molto resistenti alla luce.

Ci sono indicazioni interessanti sull'uso delle piastre di nichel negli impianti a ultrasuoni, sia elettrici che meccanici, nonché nella moderna progettazione di apparecchi telefonici.

Esistono alcuni settori della tecnologia in cui il nichel puro viene utilizzato direttamente sotto forma di polvere o sotto forma di vari prodotti ottenuti da polveri di nichel puro.

Uno dei campi di applicazione del nichel in polvere sono i processi catalitici nelle reazioni di idrogenazione di idrocarburi insaturi, aldeidi cicliche, alcoli e idrocarburi aromatici.

Le proprietà catalitiche del nichel sono simili a quelle del platino e del palladio. Pertanto, qui si riflette l'analogia chimica degli elementi dello stesso gruppo della tavola periodica. Il nichel, essendo un metallo più economico del palladio e del platino, è ampiamente utilizzato come catalizzatore nei processi di idrogenazione.

Per questi scopi è consigliabile utilizzare il nichel sotto forma di polvere molto fine. Si ottiene mediante una speciale modalità di riduzione dell'ossido di nichel con idrogeno nell'intervallo di temperature di 300-350°.

Il nichel è un elemento del gruppo 10 della tabella D.I. Mendeleev. Conosciuto relativamente di recente, recentemente utilizzato anche nell'industria. Il nichel prende il nome dal nome dello gnomo malvagio, che invece gettò ai minatori il minerale nichel, che comprende nichel e arsenico. In quei tempi antichi non si sapeva come usare il nichel, quindi il metallo “falso” cominciò a essere chiamato “malizia” dal tedesco Nickel.

E oggi esamineremo le proprietà fisiche e chimiche e gli usi del nichel, ne daremo una descrizione generale e studieremo le leghe e i gradi di nichel.

È un metallo di transizione, cioè presenta proprietà sia acide che alcaline. Ha una lucentezza bianco-argentea, duttile, malleabile, ma dura. Il peso molecolare è piccolo - 28, quindi è classificato come sostanza leggera.

Questo video ti parlerà delle caratteristiche del nichel come metallo:

Concetto e caratteristiche

Da un punto di vista chimico, il nichel è un metallo molto interessante e insolito. Da un lato è in grado di reagire sia con acidi che con alcali, ma dall'altro è chimicamente inerte e rifiuta persino di reagire con alcali e acidi concentrati. Inoltre, questa proprietà è così pronunciata che il nichel viene utilizzato nella produzione di varie apparecchiature resistenti agli acidi e serbatoi per alcali.

Il metallo viene fuso e poi utilizzato sotto forma di barre, fogli e così via. E in questo stato presenta le consuete proprietà metalliche di una sostanza a bassa attività. Ma il nichel convertito in polvere finissima diventa piroforico ed è capace di autoinfiammarsi nell'aria.

Il segreto è che una sostanza comune nell'aria, come ad esempio l'alluminio, è ricoperta da una pellicola di ossido e questa pellicola agisce come uno strato protettivo molto resistente.

Questa qualità determina uno degli usi più antichi del metallo: la nichelatura, ovvero l'applicazione dello strato più sottile di nichel sulla superficie degli oggetti. Questo strato protegge completamente l'acciaio, la ghisa, il magnesio, l'alluminio e così via dalla corrosione.

I prodotti a base di nichel puro sono rari e vengono utilizzati solo in aree particolarmente critiche. Il suo utilizzo nell'industria è dovuto ad un'altra qualità unica: nella lega, il nichel conferisce al materiale la stessa eccellente resistenza alla corrosione che esso stesso possiede. La maggior parte degli acciai inossidabili e strutturali includono il nichel come componente di lega. È questo che garantisce la resistenza dell'acciaio e la sua durata.

Le leghe a base di nichel sono molto diverse e hanno proprietà notevoli: robustezza, resistenza al calore, capacità di resistere a carichi elevati ad alte temperature, resistenza all'usura, insensibilità alle sostanze chimicamente aggressive e così via. Del volume totale della sostanza estratta, circa il 9% viene utilizzato nella sua forma pura. Un altro 7% viene speso nella nichelatura e il resto nella produzione di leghe.

Il nichel forma la triade del ferro con ferro e cobalto. Il gruppo comprende anche platino: osmio, platino, rodio. Tuttavia, nonostante la loro relativa vicinanza, le proprietà dei metalli differiscono notevolmente. In termini di resistenza, il nichel non è molto inferiore al ferro, ha anche una densità maggiore, ma a differenza di quest'ultimo è molto resistente alla corrosione, mentre il ferro si corrode rapidamente nell'aria, soprattutto a contatto con l'acqua.

Rispetto ai metalli del platino, il nichel è molto più leggero, molto più economico e molto più attivo: platino, osmio e altri sono metalli nobili che hanno un potenziale di elettrodo positivo e sono estremamente inerti.

Vantaggi e svantaggi

Quasi tutte le proprietà del nichel in relazione all'economia nazionale sono vantaggi. L'unico svantaggio del metallo è la sua presenza in natura. Il nichel è considerato un elemento comune, ma si trova solo in forma legata. Il nichel nativo raggiunge la terra solo come parte dei meteoriti. Di conseguenza, il metallo viene ottenuto utilizzando tecnologie più costose.

• Il nichel ha una buona resistenza e durezza, pur mantenendo la capacità di forgiatura e un'elevata tenacità: può essere utilizzato per produrre le lastre e le barre più sottili.
• Il metallo ha un'eccellente resistenza alla corrosione. Inoltre, trasferisce questa qualità alle leghe, che contiene come elemento legante.
• Le leghe a base di nichel sono molto diverse e hanno qualità eccezionali. Pertanto, le leghe ferro-nichel resistenti al calore vengono utilizzate nella produzione di parti di reattori nucleari e motori a reazione. Ad oggi sono state descritte e utilizzate circa 3.000 diverse leghe di nichel.
• Il rivestimento in nichel è ancora utilizzato attivamente non solo nella produzione di strumenti e macchine utensili, ma anche nella vita di tutti i giorni e nell'edilizia. Piatti, posate, accessori ecc. nichelati non sono solo esteticamente attraenti, ma anche assolutamente igienici, innocui ed estremamente durevoli. L'inerzia e l'igiene del metallo ne determinano l'utilizzo nell'industria alimentare.
• Il nichel è un ferromagnete, cioè una sostanza soggetta a magnetizzazione spontanea. Questa proprietà consente di utilizzare il metallo per produrre magneti permanenti.
• Il metallo è relativamente economico da ottenere e ha buone caratteristiche di conduttività elettrica. Il nichel sostituisce il costoso argento o nella produzione di batterie.

La struttura e la composizione chimica del nichel sono discusse di seguito.

Struttura e composizione

Il nichel, come altri metalli puri, ha una struttura omogenea e ben ordinata, che conferisce a queste sostanze la capacità di condurre corrente. Tuttavia, la composizione di fase del materiale può essere diversa, il che influisce sulle sue proprietà.

• In condizioni normali, si occupano della modificazione β del nichel. È caratterizzato da un reticolo cubico a facce centrate e determina le proprietà usuali del metallo: malleabilità, duttilità, lavorabilità, ferromagnetismo e così via.
• Esiste anche un altro tipo di materiale. Il nichel sottoposto a sputtering catodico in un'atmosfera di idrogeno non reagisce, ma cambia anche la sua struttura, trasformandosi nella modificazione α. Quest'ultimo ha un denso reticolo esagonale. Quando riscaldata a 200 C, la fase α si trasforma in fase β. Nell'industria si occupano della modificazione β del nichel.

Questo video ti spiegherà come convertire da solo una batteria al nichel-cadmio in una batteria agli ioni di litio:

Proprietà e caratteristiche

Le caratteristiche della fase β, come quella principale, sono di maggiore interesse, poiché l'esistenza stessa della fase α è limitata. Le proprietà del metallo sono:

• densità a temperatura normale – 8,9 g/cu. cm;
• punto di fusione – 1453 C;
• punto di ebollizione – 3000 C;
• coefficiente di dilatazione termica molto basso – 13,5∙10 −6 K −1
• modulo elastico – 196–210 GPa;
• Il limite elastico è 80 MN/mq. M;
• carico di snervamento – 120 MN/sq. M:
• limite di trazione 40–50 kgf/mq. mm;
• capacità termica specifica della sostanza – 0,440 kJ/(kg K);
• conduttività termica – 90,1 W/(m·K);
• resistenza elettrica specifica – 0,0684 µOhm∙m.

Il nichel è ferromagnetico, il suo punto Curie è 358 C.

Parleremo della produzione e del produttore di leghe di nichel di seguito.

Produzione

Il nichel è considerato abbastanza comune, al 13° posto tra i metalli. Tuttavia, la sua distribuzione è alquanto specifica. Non per niente il metallo è chiamato un elemento delle profondità terrestri, poiché nelle rocce ultramafiche è 200 volte più abbondante che nelle rocce acide. Secondo una teoria comune, il nucleo della terra è costituito da ferro-nichel.

Il nichel nativo non è presente sulla Terra. In forma legata, è presente nei minerali di rame-nichel - contenenti arsenico e solfuro. Questo è nichel - pirite di nichel rossa, la stessa che i minatori scambiavano per pirite, cloantite - pirite di nichel bianco, garnierite, pirite di rame e così via.

La materia prima è molto spesso minerale di solfuro, che comprende sia nichel che nichel, quindi sono inclusi passaggi aggiuntivi per la separazione dei metalli.

• I minerali di solfuro di solito contengono molta umidità e sostanze argillose. Per eliminarli, il minerale viene frantumato, essiccato e bricchettato. Se il contenuto di zolfo nel minerale è troppo elevato, viene arrostito.
• La fusione della opaca viene effettuata in forni a tino o a riverbero. Si ottiene una lega di nichel e solfuro di ferro, comprendente una piccola quantità di rame.
• Separazione del nichel e del rame.
• Tostatura del concentrato di nichel, fusione di riduzione e raffinazione mediante elettrolisi.

Il metodo per ottenere il nichel dal minerale ossidato sembra leggermente diverso.

• Il minerale è sottoposto a fusione solforata con riduzione parziale.
• Ricevi matte: la matte fusa viene soffiata con aria nei convertitori.
• Feinstein viene licenziato e ripulito dal rame;
• Quindi il nichel viene ridotto oppure il nichel bruciato viene fuso in ferronichel.

Quanto costa 1 kg di nichel? I prezzi di tale metallo sono in gran parte determinati dal successo dello sfruttamento dei giacimenti. Pertanto, nel 2013, la Cina ha aumentato la produzione di ghisa contenente nichel, il che ha portato a un notevole calo dei prezzi dei metalli. Nell’autunno del 2016, il costo di una tonnellata di metallo era di 10.045 dollari.

Area di applicazione

Il nichel stesso è usato raramente. L'area è molto più ampia.

• Nella vita di tutti i giorni, le persone si imbattono spesso in prodotti nichelati: rubinetti, miscelatori, accessori per mobili. Le parti metalliche dei mobili sono spesso rivestite con uno strato di metallo argentato che non si ossida. Lo stesso vale per posate e stoviglie.
• Un altro uso noto è l'oro bianco. È costituito da oro di un certo standard e da una lega di nichel.
• I catodi di nichel sono ampiamente utilizzati nell'ingegneria elettrica. Numerose batterie sono al nichel-cadmio. Nichel, ferro-nichel ecc. competono con la batteria e sono molto più sicuri.

Tuttavia, il principale consumatore di nichel è la metallurgia non ferrosa e ferrosa: il 67% di tutto il metallo estratto viene utilizzato per produrre acciai inossidabili. E il 17% - per la produzione di altre leghe non ferrose.

• L'acciaio strutturale e l'acciaio inossidabile sono utilizzati letteralmente ovunque: nell'edilizia e nell'ingegneria meccanica, nell'ingegneria elettrica e nella produzione di condutture, nella costruzione di strumenti e nella costruzione di telai portanti. È il nichel che conferisce agli acciai la resistenza alla corrosione.
• Le leghe di nichel-rame vengono spesso utilizzate nella produzione di apparecchiature resistenti agli acidi e di varie parti che devono funzionare in ambienti chimici aggressivi.
• Le leghe di nichel e cromo sono famose per la loro resistenza al calore e agli alcali e agli acidi. Sono utilizzati in forni, reattori nucleari, motori e così via.
• Le leghe di nichel, cromo e ferro, inoltre, rimangono resistenti ai carichi elevati a temperature molto elevate, fino a 900 C. Questo è un materiale indispensabile per le turbine a gas.

Il nichel è un metallo con . Durevole, malleabile, resistente agli acidi e agli alcali e capace di conferire queste proprietà a quasi tutte le leghe. Non sorprende che il nichel sia utilizzato così ampiamente.

Un modo semplice e affidabile per ripristinare le batterie al nichel-cadmio è discusso nel video qui sotto: