Niķeļa fizikālās īpašības. Kur rūpniecībā izmanto niķeli No kā izgatavots niķelis?

Šis sudrabaini pelēkais metāls pieder pie pārejas metāla – tam piemīt gan sārmainas, gan skābas īpašības. Metāla galvenās priekšrocības ir kaļamība, lokanība un augstas pretkorozijas īpašības. Kur un kā tiek izmantots niķelis - lasiet tālāk.

Pateicoties oksīda plēves klātbūtnei uz virsmas, metāls ir apveltīts ar spēju lieliski izturēt koroziju. Turklāt šī metāla pārklājums droši aizsargā daļas un priekšmetus, kas izgatavoti no citiem materiāliem, no oksidēšanās. Tāpēc niķelis tiek plaši izmantots mūsdienu rūpniecībā.

Turklāt elementam ir ne tikai pretkorozijas īpašības. Tas lieliski iztur dažādu sārmu iedarbību. Sakarā ar to to izmanto visu veidu alumīnija, dzelzs un čuguna detaļu aizsardzībai, kas paredzētas lietošanai agresīvā vidē. Tostarp lidaparātu lāpstiņu, bīstamo vielu transportēšanas cisternu un citu ķīmiskās rūpniecības iekārtu ražošanai.

Ja mēs runājam par citām mūsu dzīves jomām, kurās mūsdienās tiek plaši izmantots niķelis, ir vērts pieminēt ražošanu:

• Protēzes un breketes medicīniskām vajadzībām;
• akumulatori;
• ķīmiskie reaģenti;
• "baltais zelts" juvelierizstrādājumu nozarē;
• tinumi mūzikas instrumentu stīgām.

Sakausējumi

Pateicoties pretkorozijas īpašībām, elements tiek plaši izmantots dažādu sakausējumu ražošanai no dzelzs, vara, titāna, alvas, molibdēna uc Šim nolūkam tiek patērēti vairāk nekā 80 procenti no visa pasaulē iegūtā Ni apjoma, nogulsnes. no kuriem atrodas Krievijā (Urālu, Murmanskas un Voroņežas apgabali, Noriļskas apgabals) Dienvidāfrikā, Kanādā, Grieķijā, Albānijā un citās valstīs. Ni izmanto nerūsējošā tērauda ražošanā. Sakausējumi ar dzelzi tiek izmantoti gandrīz visās mūsdienu rūpniecības nozarēs, kā arī jebkuru civilo vai rūpniecisko objektu celtniecībā.

Dažādu procentuālo kombināciju rezultātā ar varu tiek iegūti sakausējumi Monel, Constantine un citi. Tos izmanto monētu, sērskābes, perhlorskābes vai fosforskābes uzglabāšanas tvertņu, rezerves daļu un mašīnu detaļu (vārstu, siltummaiņu, bukses, atsperes, lāpstiņriteņa lāpstiņas) ražošanai, kas paredzētas lietošanai ar lielu slodzi.

Sakausējumi ar hroma - nihroma piedevu ir karstumizturīgi un tāpēc tiek izmantoti gāzturbīnu konstrukcijas elementu, reaktīvo dzinēju daļu un kodolreaktoru iekārtu ražošanā.

Pievienojot molibdēnu, tiek iegūti sakausējumi, kas ir izturīgi pret skābēm un citiem agresīviem savienojumiem (sausais hlors).

Alumīniju, dzelzi, varu un kobaltu saturošiem sakausējumiem – alnic un magneto – piemīt pastāvīgo magnētu īpašības un tos izmanto dažādu radio mērinstrumentu un elektrisko iekārtu ražošanā.

Produktiem, kas izgatavoti no invara - sakausējuma ar dzelzs piedevu (Ni - 35 procenti, Fe - 65%), ir īpašība karsējot praktiski neizstiepties.

Citas lietojumprogrammas

Viens no mūsdienās izplatītākajiem niķeļa izmantošanas veidiem rūpniecībā ir niķeļa pārklāšana, kas ir plāna niķeļa slāņa (biezums no 12 līdz 36 mikrometriem) uzklāšana uz citu metālu virsmām, izmantojot galvanizācijas metodi. Pretkorozijas apstrāde tiek veikta šādi:

• metāla caurules;
• trauki;
• galda piederumi;
• maisītāji un krāni virtuvei vai vannas istabai;
• mēbeļu furnitūra un citi dekoratīvie izstrādājumi.

Šādi apstrādāti priekšmeti ilgu laiku tiks droši aizsargāti no mitruma, kā arī, pateicoties sudraba pārklājumam, kas laika gaitā neizbalēs, saglabās reprezentatīvu izskatu.

Niķelis ir Mendeļejeva periodiskās tabulas 17. ķīmiskais elements ar atomskaitli 28. Viela ir pārejas metāls, kas izceļas ar plastiskumu un raksturīgu sudrabbaltu krāsu. Neuzrāda spēcīgu ķīmisko aktivitāti. Pats vielas nosaukums tulkojumā no vācu valodas nozīmē “kalnu gars”. Cilvēkiem niķelis bija pazīstams jau 17. gadsimtā, taču tas vēl nebija izolēts kā atsevišķa viela. Tas tika atrasts vara rūdās vara ieguves laikā un tika saukts par viltus varu (kupfernickel) no kalnu gara. Vielu kā atsevišķu metālu izolēja Aksels Krosteds 1751. gadā un nosauca to par “niķeli”.

18. gadsimta vidū cilvēki pazina 12 metālus, kā arī sēru, fosforu, oglekli un arsēnu. Tajā pašā laikā tiem tika pievienots niķelis, kuram tika piešķirts 17. numurs.

Niķeļa īpašības

Jaunatklātais elements ne uzreiz atrada savu pielietojumu. Tikai divus gadsimtus vēlāk cilvēki sāka aktīvi izmantot metālu. Īpaši populārs tas kļuva metalurģijā. Kā izrādās, niķelis ir lielisks tērauda un dzelzs leģējošais elements. Tādējādi sakausējumi ar niķeli ir ļoti izturīgi pret dažādām ķīmiskām ietekmēm, nav pakļauti korozijas bojājumiem, kā arī var izturēt ļoti augstu temperatūru. Piemēram, niķeļa un dzelzs sakausējums, ko metalurģijā sauc par invaru, nespēj izplesties, pakļaujot to augstām temperatūrām, kas ir viens no galvenajiem iemesliem, kāpēc invaru izmanto, lai izgatavotu sliedes dzelzceļiem un daudzus citus elementus.

Niķeļa fizikālās īpašības

Niķelis ir metāls ar raksturīgu dzeltenīgi sudraba nokrāsu. Brīvā dabā tas saglabā savu krāsu un spīdumu un neizbalē. Metāla Brinela cietība ir 600-800 Mn/m2. Neskatoties uz diezgan augsto cietību, metāls ir labi piemērots dažādām fiziskām ietekmēm un apstrādei, tostarp kalšanai un pulēšanai. Tas ļauj niķeli izmantot ļoti plānu un smalku izstrādājumu ražošanai.

Metālam ir magnētiskas īpašības pat diezgan zemā temperatūrā (līdz -340 0 C). Izturīgs pret korozijas bojājumiem.

Niķeļa ķīmiskās īpašības

Niķeļa atomu skaits ir 28, un ķīmiskajā nomenklatūrā tas apzīmēts ar simbolu Ni. Tā molārā masa ir 58,6934 g/mol. Niķeļa atoma rādiuss ir 124 pm. Tā elektronegativitāte pēc Polinga skalas ir 1,94, un tā elektroniskais potenciāls ir 0,25 V.

Metāls nav pakļauts negatīvai gaisa un ūdens ietekmei. Tas ir saistīts ar plēves veidošanos uz tās virsmas niķeļa oksīda (NiO) veidā, kas novērš tā tālāku oksidēšanos.

Reaģē ar skābekli tikai noteiktos apstākļos, īpaši augstā karstumā. Augstās temperatūrās tas spēj mijiedarboties arī ar absolūti visiem halogēniem.

Parāda vardarbīgu reakciju slāpekļskābē, kā arī šķīdumos ar amonjaku. Tomēr daži sāļi, piemēram, sālsskābe un sērskābe, metālu izšķīdina diezgan lēni. Bet tas nemaz nešķīst fosforskābē.

Niķeļa ražošana

Galvenais materiāls niķeļa ieguvei ir sulfīda vara-niķeļa rūdas. Tādējādi no šādām rūdām tiek iegūti aptuveni 80% niķeļa no kopējās produkcijas pasaulē, neskaitot Krieviju. Rūdas tiek pakļautas selektīvai bagātināšanai ar flotāciju, pēc kuras no rūdas tiek atdalīti vara, niķeļa un pirotīta koncentrāti.

Lai iegūtu tīru metālu, tiek izmantots niķeļa rūdas koncentrāts, kas kopā ar kušņiem tiek izkausēts elektriskajās šahtās vai reverberācijas krāsnīs. Šī procesa rezultātā tiek atdalīti atkritumi un niķelis tiek iegūts matēta veidā, kas satur līdz 15% niķeļa.

Dažreiz, pirms koncentrāts tiek nosūtīts kausēšanai, tas tiek grauzdēts un granulēts. Sulfīda kausējuma (matētais) sastāvs pēc kausēšanas procesa satur arī Fe, Co un gandrīz pilnībā Cu, kā arī cēlmetālus. Tālāk tiek atdalīts dzelzs, pēc tam paliek sakausējums, kas satur varu un niķeli. Sakausējums tiek pakļauts lēnai dzesēšanai, pēc tam tas tiek smalki samalts un nosūtīts tālākai flotācijai, lai atdalītu divus elementus. Cu un Ni var atdalīt arī ar tā saukto karbonilprocesu, kura pamatā ir reakcijas atgriezeniskums.

Trīs visizplatītākās niķeļa iegūšanas metodes ir:

1. Atjaunojošs. Pamats ir silikāta rūda, no kuras, piedaloties ogļu putekļiem, veidojas dzelzs-niķeļa granulas, kas satur no 5% līdz 8% niķeļa. Šim procesam tiek izmantotas rotācijas cauruļu krāsnis. Pēc tam granulas attīra no sēra, kalcinē un apstrādā ar amonjaka šķīdumu, no kura pēc paskābināšanas iegūst niķeli.
2. Karbonils. Šo metodi sauc arī par Monda metodi. Pamatojoties uz vara-niķeļa matējuma ražošanu no sulfīda rūdas. CO tiek izvadīts pa matētu zem augsta spiediena, kā rezultātā veidojas tetrakarbonilniķelis, no kura augstas temperatūras ietekmē izdalās ļoti tīrs niķelis.
3. Aluminotermisks. Šīs metodes pamatā ir niķeļa atgūšana no oksīda rūdas: 3NiO + 2Al = 3Ni +Al 2 O 3

Niķeļa savienojumi

Niķelis veido daudz dažādu savienojumu, gan organisku, gan neorganisku, no kuriem katrs tiek izmantots noteiktās cilvēka darbības jomās.

Neorganiskie niķeļa savienojumi

Starp tiem ir vērts atzīmēt oksīdus. Jo īpaši tā monoksīds, kura veidošanās notiek metāla un skābekļa reakcijas rezultātā diezgan augstā temperatūrā, kas pārsniedz 500 0 C, tiek izmantots kā materiāls, no kura tiek izgatavotas krāsas un emaljas keramikas un stikla ražošanā. Un anodu ražošanā, ko izmanto sārma baterijās, tiek izmantots niķeļa seskvioksīds Ni 2 O 3. Lai to iegūtu, niķeļa nitrāts vai niķeļa hlorāts tiek pakļauts ļoti lēnai karsēšanai.

Ne mazākā vieta ir niķeļa hidroksīdiem. Piemēram, Ni(OH) 2 veidojas sārmu iedarbības rezultātā uz niķeļa sāļu ūdens šķīdumiem. Šim hidroksīdam ir raksturīga gaiši zaļa krāsa. No niķeļa hidroksīda oksidētāja ietekmē sārmainā vidē veidojas hidratēts oksīds, uz kura pamata darbojas Edison sārma baterija. Šī akumulatora priekšrocība ir tā spēja palikt neuzlādētam ilgu laiku, savukārt parastais svina akumulators nevar palikt neuzlādēts ilgu laiku.

Niķeļa (II) sāļi parasti veidojas NiO vai Ni(OH) 2 mijiedarbības rezultātā ar dažādām skābēm. Šķīstošie niķeļa sāļi vairumā gadījumu veido kristāliskus hidrātus. Nešķīstošie sāļi ir Ni 3 (PO 4) 2 fosfāts un Ni 2 SiO 4 silikāts. Kristālu hidrātiem un šķīdumiem ir raksturīga zaļgana krāsa, bet bezūdens sāļiem ir dzeltena vai brūngani dzeltena krāsa.

Pastāv arī niķeļa (II) kompleksie savienojumi. Lai tos izveidotu, niķeļa oksīdu izšķīdina amonjaka šķīdumā. Niķeļa dimetilglioksāts Ni(C 4 H 6 N 2 O 2) 2 tiek izmantots kā reakcija uz niķeļa joniem. To raksturo skābās vides sarkanā krāsa.

Vismazāk raksturīgie niķeļa savienojumi ir niķeļa(III) savienojumi. No tiem ir zināma melna viela, kas iegūta niķeļa (II) hidroksīda oksidācijas reakcijas rezultātā sārmainā vidē ar hipohlorītu vai halogēniem:

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

Organiskie niķeļa savienojumi

Ni-C saistīšana notiek divos veidos:

1. Y-veida. Šādus savienojumus sauc par y-kompleksiem. Tie ietver savienojumus ar šādu formu: un , kur R = Alk vai Ar, L = PR3, kur X ir acidoligands.
2. Pēc p veida. Tos sauc par p-kompleksiem. Tajos ietilpst alkēna un poliēna organiskie niķeļa savienojumi, kas satur niķeli nulles oksidācijas stāvoklī. Šādiem savienojumiem parasti ir raksturīga trigonāla vai tetraedriska struktūra.

(koordinācijas skaitļi norādīti iekavās) Ni 2+ 0,069 nm (4), 0,077 nm (5), 0,083 nm (6).

Vidējais niķeļa saturs zemes garozā ir 8-10 -3 masas%, okeānos 0,002 mg/l. Zināms apm. 50 niķeļa, no kuriem svarīgākie ir: pentlandīts (Fe,Ni) 9S 8, millerīts NiS, garnierīts (Ni, Mg) 3 Si 4 O 10 (OH) 10. 4H 2 O, revdinskīts (nepuite) (Ni,Mg) 3 Si 2 O 5 (OH) 4, niķelis NiAs, annabergīts Ni 3 (AsO 4) 2 8H 2 O. Niķeli galvenokārt iegūst no sulfīda vara-niķeļa ( Kanāda, Austrālija, Dienvidāfrika) un no silikātu oksidētajām (Jaunkaledonija, Kuba, Filipīnas, Indonēzija utt.). Tiek lēsts, ka pasaules krasta niķeļa rezerves ir 70 miljoni tonnu.

Īpašības. Niķelis-sudraba-balts. Kristālisks. seju centrēts režģis kub., a = 0,35238 nm, z = 4, atstarpe. grupa RT3t. T. pl. 1455 °C. t 2900 °C; plosts 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); temperatūras atkarības līmenis cietam niķelim lgp(hPa) = 13,369-23013/T+0,520lgT+0,395T (298-1728K), šķidram lgp(hPa)=11,742-20830/T+ 0,618 lgT (1728)3170 K); temperatūras koeficients lineārā izplešanās 13.5. 10 -6 K -1 (273-373 K); 94,1 W/(m x x K) pie 273 K, 90,9 W/(m K) pie 298 K; g 1,74 N/m (1520 °C); r 7,5 10 -8 Ohm m, temperatūras koeficients. r 6,75. 10 -3 K -1 (298-398 K); , 631 K. Elastības modulis 196-210 GPa; s pieaugums 280-720 MPa; attiecas pagarinājums 40-50%; pēc Brinela (atkvēlināta) 700-1000 MPa. Tīrs niķelis ir ļoti elastīgs, labi apstrādājams aukstā un karstā vidē, var velmēt, stiept un kalt.

N niķelis ir ķīmiski neaktīvs, bet smalki izkliedētie niķeļa savienojumi, kas iegūti zemā temperatūrā, ir pirofori. Standarta Ni 0 /Ni 2+ - 0,23 V. Normālā temperatūrā niķelis nav pārklāts ar plānu kārtu. Nevis mijiedarbība. ar un mitrumu. Sildot Niķeļa ražošana sākas pie ~ 800 °C. Niķelis ļoti lēni reaģē ar sālsskābi, sērskābi, fosforskābi un fluorūdeņražskābi. Etiķis un citi org praktiski nekādi neietekmē. jums, it īpaši, ja nav . Labi reaģē ar dil. HNO3, konc. HNO 3 ir pasivēts. Šķīdumi un un, kā arī šķidrais NH 3 neietekmē niķeli. Ir NH 3 ūdens šķīdumi. korelē niķeli.

N ikelam izkliedētā stāvoklī ir lieliskas katalītiskās īpašības. rajonos, . Tie izmanto vai nu skeleta niķeli (Raney niķeli), ko iegūst, sakausējot ar Al vai Si ar pēdējo. , vai niķelis uz .

N niķelis absorbē H 2 un veido ar to cietus šķīdumus. NiH 2 (stabils zem 0 ° C) un stabilāks NiH tika iegūts netieši. Niķelis to gandrīz neuzsūc līdz 1400 °C, N 2 pH vērtība ir 0,07% 450 °C temperatūrā. Kompaktais niķelis nereaģē ar NH 3, 300-450 °C temperatūrā ar to veidojas Ni 3 N nitrīds.

Izkausēts niķelis izšķīdina C, veidojot karbīdu Ni 3 C, kas sadalās, atbrīvojoties; Ni 3 C pelēki melna formā (sadalās ~ 450 ° C temperatūrā) iegūst, karburējot niķeli CO 250-400 ° C temperatūrā. Disperģēts niķelis ar CO rada gaistošu Ni(CO) 4 . Leģējot ar Si, tas veido silīcija dioksīdu; Ni 5 Si 2, Ni 2 Si un NiSi kūst attiecīgi kongruenti. pie 1282, 1318 un 992 °C, attiecīgi Ni 3 Si un NiSi 2 - neatbilstoši. 1165 un 1125°C temperatūrā Ni 3 Si 2 sadalās bez kušanas 845°C temperatūrā. Sakausējot ar B, tas dod borīdus: Ni 3 B (temp. 1175 °C), Ni 2 B (1240 °C), Ni 3 B 2 (1163 °C), Ni 4 B 3 (1580 °C), NiB 12 ( 2320 °C), NiB (sadalās 1600 °C temperatūrā). Ar Se niķelis veido selenīdus: NiSe (temp. 980 °C), Ni 3 Se 2 un NiSe 2 (sadalās attiecīgi 800 un 850 ° C temperatūrā), Ni 6 Se 5 un Ni 21 Se 20 (pastāv tikai cietā stāvoklī) . Kad niķeli sakausē ar Te, tiek iegūti telurīdi: NiTe un NiTe 2 (acīmredzot, starp tiem veidojas plašs cieto šķīdumu apgabals) utt.

Arsenāts Ni 3 (AsO 4) 2. 8H 2 O-zaļš; p-likme 0,022%; to-tami sadalās; virs 200 °C atūdeņojas, ~ 1000 °C temperatūrā sadalās; iegūstot cieto vielu.

Silikāts Ni 2 SiO 4 - gaiši zaļš ar rombveida rakstu. režģis; blīvs 4,85 g/cm3; sadalās bez kušanas 1545°C temperatūrā; nešķīstošā; kalnracis K-tami karsējot lēnām sadalās. Alumināts NiAl 2 O 4 (niķeļa spinelis) - zils ar kub. režģis; m.p. 2110°C; blīvs 4,50 g/cm3; ne sol. V ; lēnām sadalās līdz tami; .

Svarīgākie kompleksie savienojumi. niķelis-a m m i n s. Naib. Raksturīgi ir attiecīgi heksaamīni un akvatetramīni. 2+ un 2+. Tie ir zili vai violeti kristāli. in-va, parasti sol. in, šķīdumos spilgti zils; šķīdumus vārot un pakļaujot šķīduma iedarbībai, tie sadalās; veidojas šķīdumos niķeļa un kobalta amonjaka apstrādes laikā.

Ni(III) un Ni(IV) kompleksos koordinācija niķeļa skaits ir 6. Piemēri ir violets K 3 un sarkans K 2, kas veidojas, iedarbojoties F 2 uz NiCl 2 un KCl maisījumu; stiprs. Ir zināmi, piemēram, citi heteropoliskābju veidi. (NH4) 6H 7. 5H 2 O, liels skaits iekšējo kompleksu savienojumu. Ni(II). Skatīt arī Organo-niķeļa savienojumus.

Kvīts. apstrādāt piro- un hidrometālurģiskos materiālus. veidā. Silikātu oksidētiem (nevar bagātināt) izmantojiet jebkuru reducētāju. kausēšana, lai iegūtu feroniķeli, kas pēc tam tiek pakļauts attīrīšanai pārveidotājā, lai bagātinātu, vai kausēšanai, lai iegūtu sēru (FeS 2 vai CaSO 4) saturošu matējumu. Iegūtais matējums tiek izpūsts pārveidotājā, lai noņemtu Fe, un pēc tam sasmalcināts un apdedzināts, lai no iegūtā materiāla samazinātu NiO. Metālisko niķeli iegūst kausējot. Niķeļa koncentrāti, kas iegūti, bagātinot sulfīdu koncentrātus, tiek izkausēti matēti ar pēdējo. iztukšošana pārveidotājā. No vara-niķeļa matējuma pēc tā lēnas atdzesēšanas tiek izdalīts Ni 3 S 2 koncentrāts, kas, līdzīgi oksidētajiem matiņiem, tiek apdedzināts un reducēts.

Viens no oksidēto rūdu hidroapstrādes veidiem ir reducēšana vai H 2 un N 2 sajaukšana ar pēdējo. NH 3 un CO 2 šķīdums ar attīrīšanu. Šķīdumu attīra no Co. Šķīduma sadalīšanās laikā, destilējot NH 3, tiek nogulsnēts niķeļa hidroksokarbonāts, kas tiek vai nu kalcinēts, vai reducēts no iegūtā NiO. Niķeli iegūst, kausējot vai atkārtoti izšķīdinot. NH 3 šķīdumā un pēc NH 3 destilācijas no H 2 celulozes iegūst niķeli. Dr. veids - oksidēta sērskābe iekšā. No iegūtā šķīduma pēc tā attīrīšanas zem tā tiek nogulsnēts niķelis un iegūtais NiS koncentrāts tiek apstrādāts kā matēts.

Niķeļa sulfīda materiālu (koncentrātu, matējumu) hidroapstrāde tiek reducēta līdz oksidācijai ar autoklāvu. vai nu NH 3 (ar zemu Co saturu) vai H 2 SO 4 šķīdumus. No amonjaka šķīdumiem pēc CuS atdalīšanas niķelis tiek nogulsnēts zem. Ni atdalīšanai,Kā ekstraktorus izmanto arī Co un Cu no amonjaka šķīdumiem. metodes, izmantojot, pirmkārt, helātus veidojošos ekstraktantus.

Autoklāva oksidēšana, lai iegūtu sulfātu šķīdumus, tiek izmantota gan bagātinātiem materiāliem (matējumiem) ar niķeļa u.c. pārnešanu šķīdumā, gan vājiem pirocija Fe 7 S 8 koncentrātiem. Pēdējā gadījumā preim tiek oksidēts. pirotītu, kas ļauj izolēt elementāro S un sulfīdu koncentrātu, kas tālāk tiek kausēts niķeļa matētā.

Niķeļa izmantošana sakausējumos

Niķelis ir pamats lielākajai daļai karstumizturīgu materiālu, ko kosmosa rūpniecībā izmanto spēkstaciju daļām.

• Monel metāls (65 - 67% Ni + 30 - 32% Cu + 1% Mn), karstumizturīgs līdz 500 °C, ļoti izturīgs pret koroziju;
• nihroms, pretestības sakausējums (60% Ni + 40% Cr);
• permalojs (76% Ni + 17% Fe + 5% Cu + 2% Cr), ir augsta magnētiskā jutība ar ļoti zemiem histerēzes zudumiem;
• invar (65% Fe + 35% Ni), karsējot gandrīz nepagarinās.
• Turklāt niķeļa sakausējumi ietver niķeļa un hroma-niķeļa tēraudus, niķeļa sudrabu un dažādus pretestības sakausējumus, piemēram, konstantānu, niķeli un manganīnu.

Visi nerūsējošie tēraudi obligāti satur niķeli, jo... Niķelis palielina sakausējuma ķīmisko izturību. Niķeļa sakausējumiem ir arī raksturīga augsta izturība, un tos izmanto izturīgu bruņu ražošanā. Dažādu ierīču svarīgāko detaļu ražošanā tiek izmantots niķeļa-dzelzs sakausējums (36-38% niķeļa), kam ir zems termiskās izplešanās koeficients.

Elektromagnētisko serdeņu ražošanā plaši izmanto sakausējumus ar vispārīgo nosaukumu permalloy. Šie sakausējumi papildus dzelzs satur no 40 līdz 80% niķeļa. Monētas tiek kaltas no niķeļa sakausējumiem. Kopējais dažādu niķeļa sakausējumu skaits praktiskajā lietošanā sasniedz vairākus tūkstošus.

Niķelis tīrā veidā galvenokārt tiek izmantots kā aizsargpārklājums pret koroziju dažādās ķīmiskās vidēs. Dzelzs un citu metālu aizsargpārklājumus iegūst ar divām labi zināmām metodēm: apšuvumu un galvanizāciju. Pirmajā metodē plaķētais slānis tiek izveidots, karsti velmējot plānu niķeļa plāksni ar biezu dzelzs loksni. Niķeļa un pārklājamā metāla biezuma attiecība ir aptuveni 1:10. Savienojumu velmēšanas procesā savstarpējas difūzijas dēļ šīs loksnes tiek sametinātas, un tiek iegūts monolīts divslāņu vai pat trīsslāņu metāls, kura niķeļa virsma aizsargā šo materiālu no korozijas.

Šāda veida karstā metode aizsargājošu niķeļa pārklājumu izveidošanai tiek plaši izmantota, lai aizsargātu dzelzi un neleģētu tēraudu no korozijas. Tas ievērojami samazina izmaksas daudziem produktiem un ierīcēm, kas izgatavotas nevis no tīra niķeļa, bet gan no salīdzinoši lētas dzelzs vai tērauda, ​​bet pārklātas ar plānu niķeļa aizsargkārtu. Lielas tvertnes ir izgatavotas no niķelētām dzelzs loksnēm, piemēram, kodīgo sārmu transportēšanai un uzglabāšanai, ko izmanto arī dažādās ķīmijas nozarēs.

Galvanizācijas metode aizsargpārklājumu veidošanai ar niķeli ir viena no vecākajām elektroķīmisko procesu metodēm. Šī darbība, kas tehnoloģijās plaši pazīstama kā niķeļa pārklājums, principā ir samērā vienkāršs tehnoloģisks process. Tas ietver dažus sagatavošanās darbus, ļoti rūpīgi notīrot pārklājamā metāla virsmu un sagatavojot elektrolītisku vannu, kas sastāv no paskābināta niķeļa sāls, parasti niķeļa sulfāta, šķīduma. Elektrolītiskajā pārklājumā pārklājamais materiāls kalpo kā katods, un niķeļa plāksne kalpo kā anods. Galvaniskajā ķēdē niķelis tiek nogulsnēts uz katoda ar līdzvērtīgu pāreju no anoda uz šķīdumu. Niķeļa pārklājuma metodi plaši izmanto inženierzinātnēs, un šim nolūkam tiek patērēts liels niķeļa daudzums.

Nesen elektrolītiskā niķeļa pārklājuma metode tika izmantota, lai izveidotu alumīnija, magnija, cinka un čuguna aizsargpārklājumus. Darbā ir aprakstīta niķeļa pārklājuma metodes izmantošana alumīnija un magnija sakausējumiem, jo ​​īpaši propelleru lidmašīnu duralumīnija lāpstiņu aizsardzībai. Citā rakstā ir aprakstīta niķelēta čuguna žāvēšanas mucu izmantošana papīra ražošanā; Ir konstatēts ievērojams tvertņu izturības pret koroziju pieaugums un papīra kvalitātes paaugstināšanās uz niķelētām mucām salīdzinājumā ar parastajām čuguna mucām bez niķeļa pārklājuma.

Niķeļa pārklājumu veic ar galvanizāciju, izmantojot elektrolītus, kas satur niķeļa(II) sulfātu, nātrija hlorīdu, bora hidroksīdu, virsmaktīvās vielas un balinātājus, kā arī šķīstošos niķeļa anodus. Iegūtā niķeļa slāņa biezums ir 12 - 36 mikroni. Stabilu virsmas spīdumu var nodrošināt ar sekojošu hromēšanu (hroma slāņa biezums 0,3 mikroni).

Bezstrāvas niķeļa pārklājumu veic niķeļa(II)hlorīda un nātrija hipofosfīta maisījuma šķīdumā nātrija citrāta klātbūtnē:

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

Process tiek veikts pie pH 4 - 6 un 95 °C.

Dzelzs-niķeļa, niķeļa-kadmija, niķeļa-cinka, niķeļa-ūdeņraža akumulatoru ražošana.

Visizplatītākie "mīnusi" ķīmiskajos strāvas avotos ir cinks, kadmijs, dzelzs, un visizplatītākie "plusi" ir sudraba, svina, mangāna un niķeļa oksīdi. Niķeļa savienojumus izmanto sārma bateriju ražošanā. Starp citu, dzelzs-niķeļa akumulatoru 1900. gadā izgudroja Tomass Alva Edisons.

Pozitīviem elektrodiem, kuru pamatā ir niķeļa oksīdi, ir diezgan liels pozitīvais lādiņš, tie ir stabili elektrolītā, ir viegli apstrādājami, ir salīdzinoši lēti, kalpo ilgu laiku un neprasa īpašu aprūpi. Šis īpašību kopums ir padarījis niķeļa elektrodus par visizplatītākajiem. Dažām baterijām, īpaši cinka-sudraba baterijām, ir labākas specifiskās īpašības nekā dzelzs-niķeļa vai niķeļa-kadmija baterijām. Bet niķelis ir daudz lētāks nekā sudrabs, un dārgas baterijas kalpo daudz mazāk.

Niķeļa oksīda elektrodi sārma baterijām ir izgatavoti no pastas, kas satur niķeļa oksīda hidrātu un grafīta pulveri. Dažreiz grafīta vietā vadošas piedevas funkcijas veic plānas niķeļa ziedlapiņas, kas vienmērīgi sadalītas niķeļa hidroksīdā. Šī aktīvā masa ir iepakota dažāda dizaina vadošās plāksnēs.

Pēdējos gados ir kļuvusi plaši izplatīta cita metode niķeļa elektrodu ražošanai. Plāksnes tiek presētas no ļoti smalka niķeļa oksīdu pulvera ar nepieciešamajām piedevām. Otrais ražošanas posms ir masas saķepināšana ūdeņraža atmosfērā. Ar šo metodi tiek iegūti poraini elektrodi ar ļoti attīstītu virsmu, un jo lielāka ir virsma, jo lielāka ir strāva. Baterijas ar elektrodiem, kas izgatavotas ar šo metodi, ir jaudīgākas, uzticamākas, vieglākas, bet arī dārgākas. Tāpēc tos izmanto viskritiskākajos objektos – radioelektroniskajās shēmās, strāvas avotos kosmosa kuģos u.c.

Kurināmā elementos tiek izmantoti arī niķeļa elektrodi, kas izgatavoti no vislabākajiem pulveriem. Šeit īpašu nozīmi iegūst niķeļa un tā savienojumu katalītiskās īpašības. Niķelis ir lielisks katalizators sarežģītiem procesiem, kas notiek šajos strāvas avotos. Starp citu, kurināmā elementos niķeli un tā savienojumus var izmantot gan “plus”, gan “mīnus” iegūšanai. Vienīgā atšķirība ir piedevās.

Nuklīda 63 Ni, kas izstaro β+ daļiņas, pussabrukšanas periods ir 100,1 gads, un to izmanto kritronos. Niķeļa plāksnes nesen tika izmantotas kadmija plākšņu vietā mehāniskajos neitronu staru pārtraucējos, lai iegūtu neitronu impulsus ar augstu enerģijas vērtību.

• Izmanto kronšteinu sistēmu ražošanā.
• Protezēšana

Koši nogulšņu veidošanās, pievienojot analizējamā maisījuma amonjaka šķīdumam dimetilglioksīmu, ir labākā reakcija niķeļa kvalitatīvai un kvantitatīvai noteikšanai. Taču niķeļa dimetilglioksimāts nav vajadzīgs tikai analītiķiem. Šī sarežģītā savienojuma skaistā dziļā krāsa ir piesaistījusi parfimēru uzmanību: lūpu krāsā tiek ievadīts niķeļa dimetilglioksāts. Daži savienojumi, piemēram, niķeļa dimetilglioksimāts, ir ļoti gaismas izturīgu krāsu pamatā.

Ir interesantas norādes par niķeļa plākšņu izmantošanu ultraskaņas instalācijās, gan elektriskās, gan mehāniskās, kā arī mūsdienu tālruņu aparātu dizainā.

Ir dažas tehnoloģijas jomas, kurās tīru niķeli izmanto vai nu tieši pulvera veidā, vai dažādu produktu veidā, kas iegūti no tīra niķeļa pulveriem.

Viena no pulverveida niķeļa pielietošanas jomām ir katalītiskie procesi nepiesātināto ogļūdeņražu, ciklisko aldehīdu, spirtu un aromātisko ogļūdeņražu hidrogenēšanas reakcijās.

Niķeļa katalītiskās īpašības ir līdzīgas platīna un pallādija katalītiskajām īpašībām. Tādējādi šeit ir atspoguļota vienas un tās pašas periodiskās tabulas grupas elementu ķīmiskā līdzība. Niķelis kā metāls, kas ir lētāks par pallādiju un platīnu, tiek plaši izmantots kā katalizators hidrogenēšanas procesos.

Šiem nolūkiem ir vēlams izmantot niķeli ļoti smalka pulvera veidā. To iegūst ar īpašu niķeļa oksīda reducēšanas režīmu ar ūdeņradi temperatūras diapazonā no 300-350°.

Niķelis ir D.I. tabulas 10. grupas elements. Mendeļejevs. Pazīstams salīdzinoši nesen, nesen arī izmantots rūpniecībā. Niķelis savu nosaukumu ieguva no ļaunā rūķa vārda, kurš tā vietā iemeta kalnračiem minerālu niķeli, kurā ietilpst niķelis un arsēns. Tajos senos laikos viņi nezināja, kā izmantot niķeli, tāpēc “viltus” metālu sāka saukt par “nerātnību” no vācu niķeļa.

Un šodien mēs apskatīsim niķeļa fizikālās un ķīmiskās īpašības un lietojumu, sniegsim tam vispārīgu aprakstu un pētīsim niķeļa sakausējumus un kategorijas.

Tas ir pārejas metāls, tas ir, tam piemīt gan skābas, gan sārmainas īpašības. Tam ir sudrabaini balts spīdums, elastīgs, kaļams, bet ciets. Molekulmasa ir maza - 28, tāpēc tā tiek klasificēta kā viegla viela.

Šis video pastāstīs par niķeļa kā metāla īpašībām:

Koncepcija un īpašības

No ķīmiskā viedokļa niķelis ir ļoti interesants un neparasts metāls. No vienas puses, tas spēj reaģēt gan ar skābēm, gan sārmiem, bet, no otras puses, ir ķīmiski inerts un pat atsakās reaģēt ar koncentrētiem sārmiem un skābēm. Turklāt šī īpašība ir tik izteikta, ka niķeli izmanto dažādu skābju izturīgu iekārtu un sārmu tvertņu ražošanā.

Metālu izkausē un pēc tam izmanto stieņu, lokšņu un tā tālāk veidā. Un šajā stāvoklī tam piemīt zemas aktīvās vielas parastās metāliskās īpašības. Bet niķelis, kas pārvērsts ļoti smalkā pulverī, kļūst pirofors un spēj pašaizdegties gaisā.

Noslēpums ir tāds, ka parasta viela gaisā, piemēram, alumīnijs, ir pārklāta ar oksīda plēvi, un šī plēve darbojas kā ļoti spēcīgs aizsargslānis.

Šī kvalitāte nosaka vienu no senākajiem metāla lietojumiem – niķeļa pārklājumu, tas ir, visplānākā niķeļa slāņa uzklāšanu uz priekšmetu virsmas. Šis slānis pilnībā aizsargā tēraudu, čugunu, magniju, alumīniju un tā tālāk no korozijas.

Produkti, kas izgatavoti no tīra niķeļa, ir reti sastopami un tiek izmantoti tikai īpaši kritiskās vietās. Tā izmantošana rūpniecībā ir saistīta ar citu unikālu kvalitāti: sakausējumā niķelis piešķir materiālam tādu pašu izcilu izturību pret koroziju, kāda tam piemīt. Lielākajā daļā nerūsējošā un strukturālo tēraudu kā leģējošā sastāvdaļa ir niķelis. Tas ir tas, kas nodrošina tērauda izturību un tā izturību.

Niķeļa sakausējumi ir ļoti dažādi, un tiem piemīt ievērojamas īpašības: izturība, karstumizturība, spēja izturēt lielas spēka slodzes augstā temperatūrā, nodilumizturība, nejutīgums pret ķīmiski agresīvām vielām utt. No kopējā ekstrahētās vielas tilpuma apmēram 9% tiek izmantoti tīrā veidā. Vēl 7% tiek tērēti niķeļa pārklājumam, bet pārējie tiek tērēti sakausējumu ražošanai.

Niķelis veido dzelzs triādi ar dzelzi un kobaltu. Grupā ietilpst arī platīns - osmijs, platīns, rodijs. Tomēr, neskatoties uz to relatīvo tuvumu, metālu īpašības ievērojami atšķiras. Stiprības ziņā niķelis nav daudz zemāks par dzelzi, tam ir pat lielāks blīvums, taču atšķirībā no pēdējā tas ir ļoti izturīgs pret koroziju, savukārt dzelzs ātri korodē gaisā, un īpaši saskarē ar ūdeni.

Salīdzinot ar platīna metāliem, niķelis ir daudz vieglāks, daudz lētāks un daudz aktīvāks: platīns, osmijs un citi ir cēlmetāli, kuriem ir pozitīvs elektrodu potenciāls un kuri ir ārkārtīgi inerti.

Priekšrocības un trūkumi

Gandrīz visas niķeļa īpašības saistībā ar valsts ekonomiku ir priekšrocības. Vienīgais metāla trūkums ir tā klātbūtne dabā. Niķelis tiek uzskatīts par kopīgu elementu, bet ir sastopams tikai saistītā veidā. Vietējais niķelis nokrīt uz zemes tikai kā daļa no meteorītiem. Attiecīgi metāls tiek iegūts, izmantojot dārgākas tehnoloģijas.

• Niķelim ir laba izturība un cietība, vienlaikus saglabājot kalšanas spēju un augstu stingrību: to var izmantot, lai izgatavotu plānākās loksnes un stieņus.
• Metālam ir lieliska izturība pret koroziju. Turklāt tas nodod šo kvalitāti sakausējumiem, kas tajā ir kā leģējošais elements.
• Niķeļa sakausējumi ir ļoti dažādi, un tiem ir izcilas īpašības. Tādējādi karstumizturīgie dzelzs-niķeļa sakausējumi tiek izmantoti kodolreaktoru un reaktīvo dzinēju detaļu ražošanā. Līdz šim ir aprakstīti un izmantoti aptuveni 3000 dažādu niķeļa sakausējumu.
• Niķeļa pārklājums joprojām tiek aktīvi izmantots ne tikai instrumentu un darbgaldu ražošanā, bet arī ikdienā un celtniecībā. Niķelētie trauki, galda piederumi, aksesuāri u.c. ir ne tikai estētiski pievilcīgi, bet arī absolūti higiēniski, nekaitīgi un ārkārtīgi izturīgi. Metāla inerce un higiēna nosaka tā izmantošanu pārtikas rūpniecībā.
• Niķelis ir feromagnēts, tas ir, viela, kas ir pakļauta spontānai magnetizācijai. Šis īpašums ļauj metālu izmantot pastāvīgo magnētu ražošanai.
• Metālu ir salīdzinoši lēti iegūt, un tam ir labas elektrovadītspējas īpašības. Niķelis aizstāj dārgo sudrabu vai bateriju ražošanā.

Niķeļa struktūra un ķīmiskais sastāvs ir aplūkoti turpmāk.

Struktūra un sastāvs

Niķelim, tāpat kā citiem tīriem metāliem, ir viendabīga, sakārtota struktūra, kas nodrošina šīm vielām spēju vadīt strāvu. Tomēr materiāla fāzes sastāvs var būt atšķirīgs, kas ietekmē tā īpašības.

• Normālos apstākļos tie nodarbojas ar niķeļa β-modifikāciju. To raksturo seju centrēta kubiskā režģis un nosaka metāla parastās īpašības - kaļamību, lokanību, apstrādājamību, feromagnētismu utt.
• Ir arī cita veida materiāls. Niķelis, kas pakļauts katoda izsmidzināšanai ūdeņraža atmosfērā, nereaģē, bet arī maina savu struktūru, pārvēršoties α-modifikācijā. Pēdējam ir blīvs sešstūra režģis. Sildot līdz 200 C, α-fāze pārvēršas β-fāzē. Rūpniecībā tie nodarbojas ar niķeļa β-modifikāciju.

Šis video pastāstīs, kā pats pārveidot niķeļa-kadmija akumulatoru par litija jonu akumulatoru:

Īpašības un īpašības

β-fāzes kā galvenās īpašības rada lielāku interesi, jo pati α-fāzes esamība ir ierobežota. Metāla īpašības ir šādas:

• blīvums normālā temperatūrā – 8,9 g/cu. cm;
• kušanas temperatūra – 1453 C;
• viršanas temperatūra – 3000 C;
• ļoti zems termiskās izplešanās koeficients – 13,5∙10 −6 K −1
• elastības modulis – 196–210 GPa;
• Elastības robeža ir 80 MN/kv. m;
• tecēšanas robeža – 120 MN/kv. m:
• stiepes robeža 40–50 kgf/kv. mm;
• vielas īpatnējā siltumietilpība – 0,440 kJ/(kg K);
• siltumvadītspēja – 90,1 W/(m K);
• īpatnējā elektriskā pretestība – 0,0684 µOhm∙m.

Niķelis ir feromagnētisks, tā Kirī punkts ir 358 C.

Tālāk mēs runāsim par niķeļa sakausējumu ražošanu un ražotāju.

Ražošana

Niķelis tiek uzskatīts par diezgan izplatītu - 13. vietu starp metāliem. Tomēr tā izplatība ir nedaudz specifiska. Ne velti metālu sauc par zemes dzīļu elementu, jo ultramafiskajos iežos tā ir 200 reizes vairāk nekā skābajos iežos. Saskaņā ar vienu izplatītu teoriju Zemes kodols sastāv no niķeļa dzelzs.

Vietējais niķelis uz Zemes nav sastopams. Saistītā veidā tas atrodas vara-niķeļa rūdās - arsēnu saturošajās un sulfīdās. Tas ir niķelis - sarkanais niķeļa pirīts, tas pats, ko kalnrači izmantoja pirītam, hloantīts - baltais niķeļa pirīts, garnierīts, vara pirīts utt.

Izejviela visbiežāk ir sulfīda rūda, kas ietver gan niķeli, gan niķeli, tāpēc ir iekļautas papildu darbības metālu atdalīšanai.

• Sulfīdu rūdas parasti satur daudz mitruma un māla vielu. Lai no tiem atbrīvotos, rūdu sasmalcina, žāvē un briketē. Ja sēra saturs rūdā ir pārāk augsts, tas tiek grauzdēts.
• Matēta kausēšana tiek veikta šahtas vai reverberācijas krāsnīs. Tiek iegūts niķeļa un dzelzs sulfīda sakausējums, ieskaitot nelielu daudzumu vara.
• Niķeļa un vara atdalīšana.
• Niķeļa koncentrāta grauzdēšana, reducējošā kausēšana un attīrīšana ar elektrolīzi.

Niķeļa iegūšanas metode no oksidētas rūdas izskatās nedaudz atšķirīga.

• Rūda tiek pakļauta sulfidējošai kausēšanai ar daļēju reducēšanu.
• Saņem matētu - izkausētais mats tiek izpūsts ar gaisu pārveidotājos.
• Feinšteins tiek atlaists un atbrīvots no vara;
• Pēc tam niķelis tiek reducēts vai sadedzinātais niķelis tiek izkausēts feroniķelī.

Cik maksā 1 kg niķeļa? Šāda metāla cenas lielā mērā nosaka atradņu izmantošanas panākumi. Tādējādi 2013. gadā Ķīna palielināja niķeli saturoša čuguna ražošanu, kas izraisīja ievērojamu metālu cenu kritumu. 2016. gada rudenī metāla tonnas izmaksas bija 10 045 USD.

Pielietojuma zona

Pats niķelis tiek izmantots reti. Teritorija ir daudz plašāka.

• Ikdienā cilvēki visbiežāk sastopas ar niķelētiem izstrādājumiem - krāniem, maisītājiem, mēbeļu furnitūru. Mēbeļu metāla daļas bieži tiek pārklātas ar sudrabainu, neaptraipošu metālu. Tas pats attiecas uz galda piederumiem un traukiem.
• Vēl viens zināms lietojums ir baltais zelts. Tas sastāv no noteikta standarta zelta un niķeļa sakausējuma.
• Niķeļa katodus plaši izmanto elektrotehnikā. Daudzas baterijas ir niķeļa-kadmija. Niķelis, dzelzs-niķelis un tā tālāk konkurē ar akumulatoru un ir daudz drošāki.

Tomēr galvenais niķeļa patērētājs ir krāsainā un melnā metalurģija: 67% no visa iegūtā metāla tiek izmantoti nerūsējošā tērauda ražošanai. Un 17% - citu, nedzelzs sakausējumu ražošanai.

• Konstrukciju un nerūsējošais tērauds tiek izmantots burtiski visur: celtniecībā un mašīnbūvē, elektrotehnikā un cauruļvadu ražošanā, instrumentu ražošanā un nesošo karkasu būvē. Tas ir niķelis, kas nodrošina tērauda izturību pret koroziju.
• Niķeļa-vara sakausējumus visbiežāk izmanto skābju izturīgu iekārtu un dažādu detaļu ražošanā, kurām jādarbojas agresīvā ķīmiskā vidē.
• Niķeļa un hroma sakausējumi ir slaveni ar savu karstumizturību un izturību pret sārmiem un skābēm. Tos izmanto krāsnīs, kodolreaktoros, dzinējos utt.
• Niķeļa, hroma un dzelzs sakausējumi turklāt saglabājas izturīgi pret lielām slodzēm ļoti augstā temperatūrā – līdz 900 C. Tas ir neaizstājams materiāls gāzturbīnām.

Niķelis ir metāls ar . Izturīgs, kaļams, izturīgs pret skābēm un sārmiem un spēj piešķirt šīs īpašības gandrīz jebkuram sakausējumam. Nav brīnums, ka niķelis tiek izmantots tik plaši.

Vienkāršs un uzticams veids, kā atjaunot niķeļa-kadmija baterijas, ir apskatīts zemāk esošajā videoklipā: