Właściwości fizyczne niklu. Gdzie wykorzystuje się nikiel w przemyśle? Z czego wykonany jest nikiel?

Ten srebrzystoszary metal należy do metali przejściowych - ma zarówno właściwości alkaliczne, jak i kwaśne. Głównymi zaletami metalu są kowalność, ciągliwość i wysokie właściwości antykorozyjne. Gdzie i jak wykorzystuje się nikiel – przeczytaj poniżej.

Ze względu na obecność warstwy tlenku na powierzchni metal jest odporny na korozję. Ponadto powłoka tego metalu niezawodnie chroni części i przedmioty wykonane z innych materiałów przed utlenianiem. Z tego powodu nikiel jest szeroko stosowany w nowoczesnym przemyśle.

Ponadto element ma nie tylko właściwości antykorozyjne. Doskonale opiera się działaniu różnych zasad. Z tego powodu znajduje zastosowanie do zabezpieczania wszelkiego rodzaju części aluminiowych, żelaznych i żeliwnych przeznaczonych do pracy w agresywnym środowisku. M.in. do produkcji śmigieł lotniczych, zbiorników do transportu substancji niebezpiecznych i innego sprzętu dla przemysłu chemicznego.

Jeśli mówimy o innych obszarach naszego życia, w których wykorzystanie niklu jest dziś na dużą skalę, warto wspomnieć o produkcji:

• protezy i aparaty ortodontyczne do celów medycznych;
• baterie;
• odczynniki chemiczne;
• „białe złoto” w branży jubilerskiej;
• uzwojenia do strun instrumentów muzycznych.

Stopy

Ze względu na swoje właściwości antykorozyjne pierwiastek jest szeroko stosowany do produkcji różnych stopów żelaza, miedzi, tytanu, cyny, molibdenu itp. Na to zużywa się ponad 80 procent całkowitej ilości niklu wydobywanego na świecie, złoża z nich znajdują się w Rosji (obwody Uralu, Murmańska i Woroneża, obwód Norylski), Afryce Południowej, Kanadzie, Grecji, Albanii i innych krajach. Ni służy do produkcji stali nierdzewnej. Stopy z żelazem znajdują zastosowanie w niemal wszystkich gałęziach współczesnego przemysłu, a także przy budowie wszelkich obiektów cywilnych czy przemysłowych.

W wyniku różnych procentowych kombinacji z miedzią otrzymuje się stopy Monel, Constantine i inne. Wykorzystuje się je do produkcji monet, zbiorników magazynujących kwas siarkowy, nadchlorowy czy fosforowy, części zamiennych i części maszyn (zawory, wymienniki ciepła, tuleje, sprężyny, łopatki wirników) przeznaczonych do pracy pod dużymi obciążeniami.

Stopy z dodatkiem chromu – nichromu – są żaroodporne i dlatego wykorzystywane są do produkcji elementów konstrukcyjnych turbin gazowych, części silników odrzutowych i urządzeń reaktorów jądrowych.

Dodając molibden uzyskuje się stopy odporne na działanie kwasów i innych agresywnych związków (suchy chlor).

Stopy zawierające aluminium, żelazo, miedź i kobalt – alinowe i magneto – mają właściwości magnesów trwałych i są wykorzystywane do produkcji różnych radiowych przyrządów pomiarowych i sprzętu elektrycznego.

Produkty wykonane z inwaru - stopu z dodatkiem żelaza (Ni - 35 procent, Fe - 65%) mają tę właściwość, że praktycznie nie rozciągają się po podgrzaniu.

Inne aplikacje

Jednym z najpowszechniejszych zastosowań niklu w dzisiejszym przemyśle jest niklowanie, czyli nakładanie cienkiej warstwy niklu (o grubości od 12 do 36 mikrometrów) na powierzchnię innych metali metodą galwaniczną. Obróbkę antykorozyjną przeprowadza się w następujący sposób:

• rury metalowe;
• dania;
• zastawa stołowa;
• baterie i krany do kuchni lub łazienki;
• okucia meblowe i inne produkty dekoracyjne.

Przedmioty poddane takiej obróbce będą przez długi czas niezawodnie chronione przed wilgocią, a także dzięki srebrnej powłoce, która nie blaknie z biegiem czasu, zachowają reprezentacyjny wygląd.

Nikiel to 17. pierwiastek chemiczny układu okresowego Mendelejewa o liczbie atomowej 28. Substancja jest metalem przejściowym, wyróżniającym się ciągliwością i charakterystycznym srebrno-białym kolorem. Nie wykazuje silnej aktywności chemicznej. Już sama nazwa substancji przetłumaczona z języka niemieckiego oznacza „ducha gór”. Nikiel był znany już w XVII wieku, lecz nie wyizolowano go jeszcze jako odrębnej substancji. Znaleziono go w rudach miedzi podczas wydobycia miedzi i nazwano go fałszywą miedzią (kupfernikiel) od ducha gór. Substancja została wyizolowana jako odrębny metal przez Axela Crostedta w 1751 roku i nazwana „niklem”.

W połowie XVIII wieku ludzie znali 12 metali, a także siarkę, fosfor, węgiel i arsen. Jednocześnie dodano do nich nikiel, któremu przypisano 17. liczbę.

Charakterystyka niklu

Nowo odkryty pierwiastek nie od razu znalazł zastosowanie. Dopiero dwa wieki później ludzie zaczęli aktywnie wykorzystywać metal. Stało się szczególnie popularne w metalurgii. Jak się okazuje, nikiel jest doskonałym pierwiastkiem stopowym stali i żelaza. Dlatego stopy z niklem są bardzo odporne na różne wpływy chemiczne, nie ulegają uszkodzeniom korozyjnym, a także wytrzymują bardzo wysokie temperatury. Na przykład stop niklu i żelaza, nazywany w metalurgii inwarem, nie może rozszerzać się pod wpływem wysokich temperatur, co jest jednym z głównych powodów, dla których inwar wykorzystuje się do produkcji szyn kolejowych i wielu innych elementów.

Właściwości fizyczne niklu

Nikiel to metal o charakterystycznym żółtawo-srebrnym zabarwieniu. Na świeżym powietrzu zachowuje swój kolor i połysk oraz nie blaknie. Twardość metalu w skali Brinella wynosi 600-800 Mn/m2. Pomimo dość wysokiej twardości metal dobrze poddaje się różnym wpływom fizycznym i obróbce, w tym kuciu i polerowaniu. Pozwala to na wykorzystanie niklu do produkcji bardzo cienkich i delikatnych wyrobów.

Metal ma właściwości magnetyczne nawet w dość niskich temperaturach (do -340 0 C). Odporny na uszkodzenia korozyjne.

Właściwości chemiczne niklu

Nikiel ma liczbę atomową 28 i jest oznaczony w nomenklaturze chemicznej symbolem Ni. Ma masę molową 58,6934 g / mol. Atom niklu ma promień 124 pm. Jego elektroujemność w skali Paulinga wynosi 1,94, a potencjał elektronowy 0,25 V.

Metal nie jest narażony na negatywne wpływy powietrza i wody. Dzieje się tak dzięki utworzeniu się na jego powierzchni filmu w postaci tlenku niklu (NiO), który zapobiega jego dalszemu utlenianiu.

Reaguje z tlenem tylko w określonych warunkach, zwłaszcza pod wpływem wysokiej temperatury. W wysokich temperaturach może również oddziaływać z absolutnie wszystkimi halogenami.

Wykazuje gwałtowną reakcję w kwasie azotowym, a także w roztworach z amoniakiem. Jednak niektóre sole, na przykład kwas solny i siarkowy, dość powoli rozpuszczają metal. Ale w ogóle nie rozpuszcza się w kwasie fosforowym.

Produkcja niklu

Głównym materiałem do wydobycia niklu są rudy siarczkowe miedzi i niklu. Zatem z takich rud uzyskuje się około 80% niklu z całej produkcji na świecie, z wyłączeniem Rosji. Rudy poddawane są selektywnemu wzbogacaniu metodą flotacji, po czym z rudy oddzielane są koncentraty miedzi, niklu i pirotytu.

Do otrzymania czystego metalu stosuje się koncentrat rudy niklu, który wraz z topnikami topi się w szybach elektrycznych lub piecach pogłosowych. W wyniku tego procesu oddzielana jest skała płonna i wydobywany jest nikiel w postaci kamienia, który zawiera do 15% niklu.

Czasami przed przesłaniem koncentratu do wytapiania poddaje się go prażeniu i aglomerowaniu. W składzie wytopu siarczku (kamienia) po procesie wytapiania znajdują się także Fe, Co i prawie całkowicie Cu, a także metale szlachetne. Następnie oddziela się żelazo, po czym pozostaje stop zawierający miedź i nikiel. Stop poddawany jest powolnemu chłodzeniu, po czym jest drobno mielony i kierowany do dalszej flotacji w celu rozdzielenia obu pierwiastków. Cu i Ni można także rozdzielić w tzw. procesie karbonylowym, który opiera się na odwracalności reakcji.

Trzy najpopularniejsze metody otrzymywania niklu to:

1. Naprawczy. Podstawą jest ruda krzemianowa, z której przy udziale pyłu węglowego powstają pelety żelazowo-niklowe zawierające od 5% do 8% niklu. Do tego procesu wykorzystywane są piece rurowe obrotowe. Następnie pelety oczyszcza się z siarki, kalcynuje i traktuje roztworem amoniaku, z którego po zakwaszeniu otrzymuje się nikiel.
2. Karbonyl. Metoda ta nazywana jest także metodą Monda. Opiera się na produkcji kamienia miedziowo-niklowego z rudy siarczkowej. CO przepuszczany jest nad kamieniem pod wysokim ciśnieniem, w wyniku czego powstaje tetrakarbonylonikiel, z którego pod wpływem wysokich temperatur wydziela się bardzo czysty nikiel.
3. Aluminiotermiczny. Metoda ta polega na odzyskiwaniu niklu z rudy tlenkowej: 3NiO + 2Al = 3Ni +Al 2 O 3

Związki niklu

Nikiel tworzy wiele różnych związków, zarówno organicznych, jak i nieorganicznych, z których każdy jest wykorzystywany w określonych obszarach działalności człowieka.

Nieorganiczne związki niklu

Wśród nich warto zwrócić uwagę na tlenki. W szczególności jego tlenek, powstający w wyniku reakcji metalu z tlenem w dość wysokiej temperaturze przekraczającej 500 0 C, jest stosowany jako materiał, z którego wykonuje się farby i emalie w produkcji ceramiki i szkła. A do produkcji anod stosowanych w bateriach alkalicznych stosuje się półtoratlenek niklu Ni 2 O 3. Aby go otrzymać, azotan niklu lub chloran niklu poddaje się bardzo powolnemu ogrzewaniu.

Nie najmniej miejsce zajmuje wodorotlenki niklu. Na przykład Ni(OH) 2 powstaje w wyniku działania zasad na wodne roztwory soli niklu. Wodorotlenek ten charakteryzuje się jasnozieloną barwą. Z wodorotlenku niklu pod wpływem środka utleniającego w środowisku zasadowym powstaje uwodniony tlenek, na bazie którego działa bateria alkaliczna Edisona. Zaletą tego akumulatora jest jego zdolność do długotrwałego pozostawania w stanie nienaładowanym, podczas gdy konwencjonalny akumulator ołowiowy nie może pozostawać przez długi czas w stanie nienaładowanym.

Sole niklu (II) powstają najczęściej w wyniku oddziaływania NiO lub Ni(OH) 2 z różnymi kwasami. Rozpuszczalne sole niklu w większości przypadków tworzą krystaliczne hydraty. Nierozpuszczalne sole to fosforan Ni 3 (PO 4) 2 i krzemian Ni 2 SiO 4. Kryształowe hydraty i roztwory charakteryzują się zielonkawą barwą, a bezwodne sole charakteryzują się barwą żółtą lub brązowożółtą.

Istnieją również złożone związki niklu (II). Aby je utworzyć, tlenek niklu rozpuszcza się w roztworze amoniaku. Dimetyloglioksymian niklu Ni(C 4 H 6 N 2 O 2) 2 stosuje się w reakcji na jony niklu. Charakteryzuje się zabarwieniem kwaśnego środowiska na czerwono.

Najmniej charakterystycznymi związkami niklu są związki niklu(III). Spośród nich znana jest czarna substancja, którą otrzymuje się w wyniku reakcji utleniania wodorotlenku niklu (II) w środowisku alkalicznym z podchlorynem lub halogenami:

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

Organiczne związki niklu

Wiązanie Ni-C zachodzi na dwa sposoby:

1. Według typu y. Takie związki nazywane są kompleksami y. Należą do nich związki mające następującą postać: i , gdzie R = Alk lub Ar, L = PR3, gdzie X oznacza kwasoligand.
2. Według typu p. Nazywa się je kompleksami p. Należą do nich alkenowe i polienowe związki niklowo-organiczne, które zawierają nikiel na zerowym stopniu utlenienia. Związki takie charakteryzują się zazwyczaj budową trójkątną lub czworościenną.

(liczby koordynacyjne podano w nawiasach) Ni 2+ 0,069 nm (4), 0,077 nm (5), 0,083 nm (6).

Średnia zawartość niklu w skorupie ziemskiej wynosi 8-10 -3% masowych, w oceanach 0,002 mg/l. Znany ok. 50 niklu, z których najważniejsze to: pentlandyt (Fe,Ni) 9 S 8, milleryt NiS, garnieryt (Ni, Mg) 3 Si 4 O 10 (OH) 10. 4H 2 O, revdinskite (nie puit) (Ni, Mg) 3 Si 2 O 5 (OH) 4, nikiel NiAs, annabergit Ni 3 (AsO 4) 2 8H 2 O. Nikiel wydobywa się głównie z siarczku miedzi i niklu ( Kanada, Australia, Republika Południowej Afryki) oraz z utlenionych krzemianami (Nowa Kaledonia, Kuba, Filipiny, Indonezja itp.). Światowe lądowe zasoby niklu szacuje się na 70 milionów ton.

Nieruchomości. Niklowo-srebrno-biały. Krystaliczny. siatka skupiona na twarzy sześcienny, a = 0,35238 nm, z = 4, przestrzeń. grupa RT3t. T. pl. 1455°C. bela 2900°C; tratwa 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); poziom zależności temperaturowej dla niklu stałego lgp(hPa) = 13,369-23013/T+0,520lgT+0,395T (298-1728K), dla ciekłego lgp(hPa)=11,742-20830/T+ 0,618 lgT (1728-3170 K); współczynnik temperatury rozszerzalność liniowa 13.5. 10-6 K-1 (273-373 K); 94,1 W/(m x K) przy 273 K, 90,9 W/(m K) przy 298 K; g 1,74 N/m (1520°C); r 7,5 10 -8 Ohm m, współczynnik temperaturowy. r 6,75. 10-3 K-1 (298-398 K); , 631 K. Moduł sprężystości 196-210 GPa; wzrost 280-720 MPa; dotyczy wydłużenie 40-50%; według Brinella (wyżarzane) 700-1000 MPa. Czysty nikiel jest bardzo plastyczny, można go dobrze przetwarzać w niskich i wysokich temperaturach, można go walcować, ciągnić i kuć.

N nikiel jest chemicznie nieaktywny, ale drobno zdyspergowane związki niklu otrzymane w niskich temperaturach są piroforyczne. Standard Ni 0 /Ni 2+ - 0,23 V. W normalnych temperaturach nikiel nie pokrywa się cienką warstwą. Nie interakcja. z wilgocią. Po podgrzaniu Produkcja niklu rozpoczyna się w temperaturze ~ 800°C. Nikiel reaguje bardzo powoli z kwasami solnym, siarkowym, fosforowym i fluorowodorowym. Ocet i inne org praktycznie nie mają na to wpływu. do Ciebie, szczególnie w przypadku braku . Dobrze reaguje z dil. HNO3, stęż. HNO 3 jest pasywowany. Roztwory i oraz ciekły NH3 nie mają wpływu na nikiel. Obecne roztwory wodne NH3. korelować z niklem.

N nikiel w stanie rozproszonym ma doskonałe właściwości katalityczne. w dzielnicach, . Używają niklu szkieletowego (niklu Raneya), otrzymywanego przez stapianie z Al lub Si z tym ostatnim. lub nikiel.

N nikiel absorbuje H2 i tworzy z nim stałe roztwory. Pośrednio otrzymano NiH2 (stabilny poniżej 0°C) i bardziej stabilny NiH. Prawie nie jest absorbowany przez nikiel do 1400°C, wartość pH N2 wynosi 0,07% przy 450°C. Nikiel kompaktowy nie reaguje z NH 3; rozproszony nikiel tworzy z nim azotek Ni 3 N w temperaturze 300-450 °C.

Stopiony nikiel rozpuszcza C, tworząc węglik Ni 3 C, który rozkłada się z uwolnieniem; Ni 3 C w postaci szaro-czarnej (rozkłada się w temperaturze ~450°C) otrzymujemy poprzez nawęglanie niklu w CO w temperaturze 250-400°C. Zdyspergowany nikiel z CO wytwarza lotny Ni(CO) 4 . Po połączeniu z Si tworzy krzemionkę; Ni 5 Si 2, Ni 2 Si i NiSi topią się odpowiednio. w 1282, 1318 i 992 °C, odpowiednio Ni 3 Si i NiSi 2 - niespójne. w temperaturze 1165 i 1125°C Ni 3Si 2 rozkłada się bez topienia w temperaturze 845°C. Po stopieniu z B daje borki: 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 (rozkłada się w 1600°C). Z Se nikiel tworzy selenki: NiSe (t.t. 980 °C), Ni 3 Se 2 i NiSe 2 (rozkładają się odpowiednio w 800 i 850 ° C), Ni 6 Se 5 i Ni 21 Se 20 (występują tylko w stanie stałym) . Kiedy nikiel stapia się z Te, otrzymuje się tellurki: NiTe i NiTe 2 (najwyraźniej tworzy się między nimi szeroki obszar roztworów stałych) itp.

Arsenian Ni 3 (AsO 4) 2. 8H2O-zielony; współczynnik p 0,022%; to-tami rozkłada się; powyżej 200°C ulega odwodnieniu, w ~1000°C ulega rozkładowi; uzyskanie ciała stałego.

Krzemian Ni 2 SiO 4 - jasnozielony z rombowym wzorem. ruszt; gęsty 4,85 g/cm3; rozkłada się bez topienia w temperaturze 1545°C; w nierozpuszczalnym; górnik K-tami powoli rozkłada się po podgrzaniu. Glinian NiAl 2 O 4 (spinel niklowy) - niebieski z sześciennym. ruszt; poseł. 2110°C; gęsty 4,50 g/cm3; nie sol. V ; powoli rozkłada się na-tami; .

Najważniejsze złożone połączenia. nikiel-am m i n s. Naib. Charakterystyczne są odpowiednio heksaaminy i akwatetraaminy. 2+ i 2+. Są to kryształy w kolorze niebieskim lub fioletowym. in-va, zwykle sol. w, w roztworach jasnoniebieskich; po zagotowaniu roztwory i wystawieniu na działanie roztworu ulegają rozkładowi; powstają w roztworach podczas przetwarzania amoniaku niklu i kobaltu.

W kompleksach Ni(III) i Ni(IV) koordynacja liczba niklu wynosi 6. Przykładami są fioletowy K3 i czerwony K2, utworzone przez działanie F2 na mieszaninę NiCl2 i KCl; mocny. Znane są na przykład inne typy heteropolikwasów. (NH4)6H7. 5H 2 O, duża liczba związków wewnątrzkompleksowych. Ni(II). Zobacz także związki niklu organicznego.

Paragon. przetwarzać materiały piro- i hydrometalurgiczne. sposób. W przypadku krzemianów utlenionych (nie wzbogaconych) należy zastosować dowolny reduktor. wytapianie w celu wytworzenia żelazoniklu, który następnie poddaje się oczyszczaniu w konwertorze w celu wzbogacenia, lub wytapianie w celu uzyskania kamienia zawierającego siarkę (FeS 2 lub CaSO 4). Powstały kamień jest przedmuchiwany w konwertorze w celu usunięcia Fe, a następnie kruszony i wypalany w celu redukcji NiO z powstałego materiału. Nikiel metaliczny otrzymuje się przez wytapianie. Koncentraty niklu otrzymane ze wzbogacenia koncentratów siarczkowych jako ostatnie przetapia się na kamień. czyszczenie w konwerterze. Z kamienia miedziowo-niklowego po jego powolnym ochłodzeniu wyodrębnia się koncentrat Ni 3 S 2, który podobnie jak kamienie utlenione wypala się i redukuje.

Jednym ze sposobów hydroprzeróbki utlenionych rud jest redukcja lub mieszanina H 2 i N 2 z tym ostatnim. roztwór NH3 i CO2 z przedmuchem. Roztwór oczyszcza się z Co. Podczas rozkładu roztworu przez destylację NH3 wytrąca się wodorowęglan niklu, który kalcynuje się i redukuje z powstałego NiO. Nikiel otrzymuje się przez wytapianie lub ponowne rozpuszczenie. w roztworze NH3 i po oddestylowaniu NH3 z pulpy H2 otrzymuje się nikiel. Dr. sposób - utleniony kwas siarkowy w. Z powstałego roztworu po jego oczyszczeniu osadza się nikiel i powstały koncentrat NiS przetwarza się jak kamień.

Hydroobróbka materiałów siarczku niklu (koncentraty, kamienie) sprowadza się do utleniania w autoklawie. albo roztwory NH3 (o niskiej zawartości Co) albo H2SO4. Z roztworów amoniaku po oddzieleniu CuS wytrąca się nikiel. W przypadku separacji Ni,Jako ekstraktory stosuje się także Co i Cu z roztworów amoniaku. metody wykorzystujące przede wszystkim ekstrahenty chelatujące.

Utlenianie w autoklawie w celu wytworzenia roztworów siarczanów stosuje się zarówno w przypadku materiałów wzbogaconych (kamień) z przeniesieniem niklu itp. do roztworu, jak i w przypadku słabych koncentratów pirotu Fe 7 S 8. W tym drugim przypadku premia jest utleniona. pirotyn, który umożliwia wyodrębnienie pierwiastkowego S i koncentratu siarczkowego, który następnie przetapia się na kamień niklowy.

Zastosowanie niklu w stopach

Nikiel jest podstawą większości żaroodpornych materiałów stosowanych w przemyśle lotniczym na części elektrowni.

• Monel metaliczny (65 - 67% Ni + 30 - 32% Cu + 1% Mn), żaroodporny do 500°C, bardzo odporny na korozję;
• nichrom, stop oporowy (60% Ni + 40% Cr);
• permalloj (76% Ni + 17% Fe + 5% Cu + 2% Cr), charakteryzuje się wysoką podatnością magnetyczną przy bardzo małych stratach histerezy;
• inwar (65% Fe + 35% Ni), prawie nie wydłuża się po podgrzaniu.
• Ponadto stopy niklu obejmują stale niklowe i chromowo-niklowe, srebro niklowe i różne stopy oporowe, takie jak konstantan, nikiel i mangan.

Wszystkie stale nierdzewne koniecznie zawierają nikiel, ponieważ... Nikiel zwiększa odporność chemiczną stopu. Stopy niklu charakteryzują się również dużą wytrzymałością i są wykorzystywane do produkcji trwałych zbroi. Do produkcji najważniejszych części różnych urządzeń stosuje się stop niklowo-żelazowy (36-38% niklu), który ma niski współczynnik rozszerzalności cieplnej.

Do produkcji rdzeni elektromagnesów szeroko stosuje się stopy pod ogólną nazwą permalloy. Stopy te, oprócz żelaza, zawierają od 40 do 80% niklu. Monety są bite ze stopów niklu. Całkowita liczba różnych stopów niklu w praktycznym zastosowaniu sięga kilku tysięcy.

Nikiel w czystej postaci stosowany jest głównie jako powłoki zabezpieczające przed korozją w różnych środowiskach chemicznych. Powłoki ochronne na żelazie i innych metalach uzyskuje się dwiema dobrze znanymi metodami: napawaniem i galwanizacją. W pierwszym sposobie warstwa platerowana powstaje poprzez walcowanie na gorąco cienkiej blachy niklowej z grubą blachą żelazną. Stosunek grubości niklu do pokrywanego metalu wynosi w przybliżeniu 1:10. W procesie walcowania złącza, na skutek wzajemnej dyfuzji, blachy te zostają zespawane i otrzymujemy monolityczny dwuwarstwowy lub nawet trójwarstwowy metal, którego powierzchnia niklu chroni ten materiał przed korozją.

Ten rodzaj gorącej metody tworzenia ochronnych powłok niklowych jest szeroko stosowany do ochrony żelaza i stali niestopowych przed korozją. To znacznie obniża koszt wielu produktów i urządzeń wykonanych nie z czystego niklu, ale ze stosunkowo taniego żelaza lub stali, ale pokrytych cienką warstwą ochronną niklu. Duże zbiorniki wykonane są z niklowanej blachy żelaznej do transportu i przechowywania np. zasad żrących, które znajdują także zastosowanie w różnych gałęziach przemysłu chemicznego.

Galwaniczna metoda tworzenia powłok ochronnych niklem jest jedną z najstarszych metod procesów elektrochemicznych. Operacja ta, powszechnie znana w technice jako niklowanie, jest w zasadzie stosunkowo prostym procesem technologicznym. Polega na wykonaniu prac przygotowawczych polegających na bardzo dokładnym oczyszczeniu powierzchni pokrywanego metalu i przygotowaniu kąpieli elektrolitycznej składającej się z zakwaszonego roztworu soli niklu, najczęściej siarczanu niklu. W przypadku galwanizacji elektrolitycznej pokrywany materiał służy jako katoda, a płyta niklowa służy jako anoda. W obwodzie galwanicznym nikiel osadza się na katodzie z równoważnym przejściem z anody do roztworu. Metoda niklowania jest szeroko stosowana w inżynierii i do tego celu zużywa się duże ilości niklu.

Od niedawna metodą niklowania elektrolitycznego można uzyskać powłoki ochronne na aluminium, magnezie, cynku i żeliwie. W artykule opisano zastosowanie metody niklowania stopów aluminium i magnezu, w szczególności do ochrony duraluminiowych łopatek samolotów o napędzie śmigłowym. W innym artykule opisano zastosowanie bębnów suszących z żeliwa niklowanego w papiernictwie; Stwierdzono znaczny wzrost odporności korozyjnej bębnów oraz wzrost jakości papieru na bębnach niklowanych w porównaniu do konwencjonalnych bębnów żeliwnych bez niklowania.

Niklowanie przeprowadza się metodą galwaniczną przy użyciu elektrolitów zawierających siarczan niklu(II), chlorek sodu, wodorotlenek boru, środki powierzchniowo czynne i rozjaśniacze oraz rozpuszczalne anody niklowe. Grubość powstałej warstwy niklu wynosi 12 - 36 mikronów. Stabilny połysk powierzchni można zapewnić poprzez późniejsze chromowanie (grubość warstwy chromu 0,3 mikrona).

Niklowanie bezprądowe przeprowadza się w roztworze mieszaniny chlorku niklu(II) i podfosforynu sodu w obecności cytrynianu sodu:

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

Proces prowadzi się przy pH 4 - 6 i temperaturze 95°C.

Produkcja akumulatorów żelazowo-niklowych, niklowo-kadmowych, niklowo-cynkowych, niklowo-wodorowych.

Najczęstszymi „wadami” źródeł prądu chemicznego są cynk, kadm, żelazo, a najczęstszymi „zaletami” są tlenki srebra, ołowiu, manganu i niklu. Do produkcji baterii alkalicznych wykorzystuje się związki niklu. Nawiasem mówiąc, bateria żelazowo-niklowa została wynaleziona w 1900 roku przez Thomasa Alvę Edisona.

Elektrody dodatnie na bazie tlenków niklu mają dość duży ładunek dodatni, są stabilne w elektrolicie, są łatwe w obróbce, są stosunkowo niedrogie, wytrzymują długo i nie wymagają szczególnej pielęgnacji. Dzięki temu zestawowi właściwości elektrody niklowe są najpopularniejsze. Niektóre akumulatory, szczególnie cynkowo-srebrowe, mają lepsze właściwości niż akumulatory żelazowo-niklowe lub niklowo-kadmowe. Ale nikiel jest znacznie tańszy niż srebro, a drogie baterie wytrzymują znacznie krócej.

Elektrody tlenkowe do akumulatorów alkalicznych wykonane są z pasty zawierającej hydrat tlenku niklu i proszek grafitowy. Czasami zamiast grafitu funkcje dodatku przewodzącego pełnią cienkie płatki niklu równomiernie rozmieszczone w wodorotlenku niklu. Ta aktywna masa jest zapakowana w przewodzące płytki o różnych konstrukcjach.

W ostatnich latach upowszechniła się kolejna metoda wytwarzania elektrod niklowych. Płyty tłoczone są z bardzo drobnego proszku tlenków niklu z niezbędnymi dodatkami. Drugim etapem produkcji jest spiekanie masy w atmosferze wodoru. Metodą tą powstają porowate elektrody o bardzo rozwiniętej powierzchni, a im większa powierzchnia, tym większy prąd. Baterie z elektrodami wykonane tą metodą są mocniejsze, bardziej niezawodne, lżejsze, ale i droższe. Dlatego stosuje się je w najbardziej krytycznych obiektach - obwodach radioelektronicznych, źródłach prądu w statkach kosmicznych itp.

Elektrody niklowe, wykonane z najdrobniejszych proszków, są również stosowane w ogniwach paliwowych. Szczególnego znaczenia nabierają tu właściwości katalityczne niklu i jego związków. Nikiel jest doskonałym katalizatorem złożonych procesów zachodzących w tych źródłach prądu. Nawiasem mówiąc, w ogniwach paliwowych nikiel i jego związki można wykorzystać zarówno do wytworzenia „plus”, jak i „minus”. Jedyna różnica dotyczy dodatków.

Nuklid 63 Ni, który emituje cząstki β+, ma okres półtrwania wynoszący 100,1 lat i jest stosowany w krytronach. Ostatnio w mechanicznych przerywaczach wiązki neutronów w celu uzyskania impulsów neutronowych o wysokich wartościach energii zaczęto stosować płytki niklowe zamiast płytek kadmowych.

• Stosowany do produkcji systemów wsporników.
• Protetyka

Najlepszym sposobem na jakościowe i ilościowe oznaczenie niklu jest powstawanie szkarłatnego osadu podczas dodawania dimetyloglioksymu do roztworu amoniaku analizowanej mieszaniny. Ale dimetyloglioksymian niklu jest potrzebny nie tylko analitykom. Piękny, głęboki kolor tego złożonego związku przyciągnął uwagę perfumiarzy: do składu pomadki do ust dodano dimetyloglioksynian niklu. Niektóre związki, takie jak dimetyloglioksymian niklu, są podstawą farb bardzo odpornych na światło.

Istnieją ciekawe przesłanki dotyczące stosowania płytek niklowych w instalacjach ultradźwiękowych, zarówno elektrycznych, jak i mechanicznych, a także w nowoczesnych konstrukcjach aparatów telefonicznych.

Istnieją pewne obszary technologii, w których czysty nikiel wykorzystuje się bezpośrednio w postaci proszku lub w postaci różnych produktów otrzymywanych z proszków czystego niklu.

Jednym z obszarów zastosowań sproszkowanego niklu są procesy katalityczne w reakcjach uwodornienia węglowodorów nienasyconych, aldehydów cyklicznych, alkoholi i węglowodorów aromatycznych.

Właściwości katalityczne niklu są podobne do właściwości platyny i palladu. Zatem odzwierciedlona jest tutaj chemiczna analogia pierwiastków tej samej grupy układu okresowego. Nikiel, jako metal tańszy od palladu i platyny, znajduje szerokie zastosowanie jako katalizator w procesach uwodornienia.

Do tych celów zaleca się stosowanie niklu w postaci bardzo drobnego proszku. Otrzymuje się go poprzez specjalny sposób redukcji tlenku niklu wodorem w zakresie temperatur 300-350°.

Nikiel jest pierwiastkiem grupy 10 tabeli D.I. Mendelejew. Znany stosunkowo niedawno, od niedawna także stosowany w przemyśle. Nikiel wziął swoją nazwę od imienia złego gnoma, który zamiast tego rzucił górnikom mineralny nikiel, w skład którego wchodzi nikiel i arsen. W tamtych czasach nie wiedzieli, jak używać niklu, więc „fałszywy” metal zaczęto nazywać „psotą” od niemieckiego niklu.

Dzisiaj przyjrzymy się właściwościom fizycznym i chemicznym oraz zastosowaniom niklu, przedstawimy mu ogólny opis oraz przeanalizujemy stopy i gatunki niklu.

Jest metalem przejściowym, to znaczy wykazuje zarówno właściwości kwasowe, jak i zasadowe. Ma srebrzystobiały połysk, jest plastyczny, kowalny, ale twardy. Masa cząsteczkowa jest niewielka – 28, dlatego zaliczana jest do substancji lekkich.

W tym filmie dowiesz się o cechach niklu jako metalu:

Koncepcja i funkcje

Z chemicznego punktu widzenia nikiel jest metalem bardzo interesującym i niezwykłym. Z jednej strony potrafi reagować zarówno z kwasami, jak i zasadami, z drugiej jednak jest chemicznie obojętny i nie reaguje nawet ze stężonymi zasadami i kwasami. Co więcej, ta właściwość jest tak wyraźna, że ​​nikiel wykorzystuje się do produkcji różnych urządzeń kwasoodpornych i zbiorników na zasady.

Metal jest wytapiany, a następnie wykorzystywany w postaci prętów, arkuszy i tak dalej. I w tym stanie wykazuje zwykłe właściwości metaliczne substancji o niskiej zawartości aktywnej. Ale nikiel przekształcony w bardzo drobny proszek staje się piroforyczny i może samozapalić się w powietrzu.

Sekret polega na tym, że zwykła substancja w powietrzu, jak na przykład aluminium, pokryta jest warstwą tlenku, która działa jak bardzo silna warstwa ochronna.

Ta cecha wyznacza jedno z najstarszych zastosowań metalu – niklowanie, czyli nakładanie najcieńszej warstwy niklu na powierzchnię przedmiotów. Warstwa ta całkowicie chroni stal, żeliwo, magnez, aluminium i tak dalej przed korozją.

Produkty wykonane z czystego niklu są rzadkie i stosowane tylko w szczególnie krytycznych obszarach. Jego zastosowanie w przemyśle wynika z innej wyjątkowej właściwości: nikiel zawarty w stopie nadaje materiałowi tę samą doskonałą odporność na korozję, którą sam posiada. Większość stali nierdzewnych i konstrukcyjnych zawiera nikiel jako składnik stopowy. To właśnie zapewnia wytrzymałość stali i jej trwałość.

Stopy na bazie niklu są bardzo różnorodne i mają niezwykłe właściwości: wytrzymałość, odporność na ciepło, zdolność do wytrzymywania dużych obciążeń siłowych w wysokich temperaturach, odporność na zużycie, niewrażliwość na substancje agresywne chemicznie i tak dalej. Z całkowitej objętości wyekstrahowanej substancji około 9% wykorzystuje się w czystej postaci. Kolejne 7% przeznacza się na niklowanie, a resztę na produkcję stopów.

Nikiel tworzy żelazną triadę z żelazem i kobaltem. W grupie tej znajdują się także platyna – osm, platyna, rod. Jednak pomimo względnej bliskości właściwości metali znacznie się różnią. Pod względem wytrzymałości nikiel niewiele ustępuje żelazu, ma nawet większą gęstość, ale w przeciwieństwie do tego ostatniego jest bardzo odporny na korozję, podczas gdy żelazo szybko koroduje w powietrzu, a zwłaszcza w kontakcie z wodą.

W porównaniu z metalami platynowymi nikiel jest znacznie lżejszy, znacznie tańszy i znacznie bardziej aktywny: platyna, osm i inne to metale szlachetne, które mają dodatni potencjał elektrodowy i są wyjątkowo obojętne.

Zalety i wady

Prawie wszystkie właściwości niklu w odniesieniu do gospodarki narodowej są zaletami. Jedyną wadą metalu jest jego obecność w przyrodzie. Nikiel jest uważany za powszechny pierwiastek, ale występuje tylko w postaci związanej. Nikiel rodzimy spada na ziemię jedynie w postaci meteorytów. W związku z tym metal uzyskuje się przy użyciu droższych technologii.

• Nikiel charakteryzuje się dobrą wytrzymałością i twardością, przy zachowaniu zdolności do kucia i dużej wytrzymałości: można z niego wytwarzać najcieńsze blachy i pręty.
• Metal ma doskonałą odporność na korozję. Ponadto przenosi tę jakość na stopy, które zawiera jako pierwiastek stopowy.
• Stopy na bazie niklu są bardzo różnorodne i mają wyjątkowe właściwości. Dlatego żaroodporne stopy żelaza i niklu stosuje się do produkcji części reaktorów jądrowych i silników odrzutowych. Do chwili obecnej opisano i zastosowano około 3000 różnych stopów niklu.
• Powłoka niklowa jest nadal aktywnie wykorzystywana nie tylko w produkcji przyrządów i obrabiarek, ale także w życiu codziennym i budownictwie. Niklowane naczynia, sztućce, akcesoria itp. są nie tylko atrakcyjne estetycznie, ale także całkowicie higieniczne, nieszkodliwe i wyjątkowo trwałe. Obojętność i higiena metalu determinuje jego zastosowanie w przemyśle spożywczym.
• Nikiel jest ferromagnetykiem, czyli substancją podatną na samoistne namagnesowanie. Ta właściwość pozwala na wykorzystanie metalu do produkcji magnesów trwałych.
• Metal jest stosunkowo tani w uzyskaniu i ma dobre właściwości przewodności elektrycznej. Nikiel zastępuje drogie srebro lub jest stosowany w produkcji baterii.

Strukturę i skład chemiczny niklu omówiono poniżej.

Struktura i skład

Nikiel, podobnie jak inne czyste metale, ma jednorodną, ​​uporządkowaną strukturę, która zapewnia tym substancjom zdolność przewodzenia prądu. Jednak skład fazowy materiału może być inny, co wpływa na jego właściwości.

• W normalnych warunkach zajmują się one β-modyfikację niklu. Charakteryzuje się siatką sześcienną skupioną na ścianie i określa typowe właściwości metalu - ciągliwość, plastyczność, skrawalność, ferromagnetyzm i tak dalej.
• Istnieje również inny rodzaj materiału. Nikiel poddany rozpylaniu katodowemu w atmosferze wodoru nie reaguje, ale także zmienia swoją strukturę, przechodząc w modyfikację α. Ten ostatni ma gęstą sześciokątną siatkę. Po podgrzaniu do 200°C faza α przekształca się w fazę β. W przemyśle zajmują się β-modyfikację niklu.

W tym filmie dowiesz się, jak samodzielnie zamienić akumulator niklowo-kadmowy na akumulator litowo-jonowy:

Właściwości i cechy

Charakterystyka fazy β, jako głównej, jest bardziej interesująca, ponieważ samo istnienie fazy α jest ograniczone. Właściwości metalu to:

• gęstość w normalnej temperaturze – 8,9 g/m3. cm;
• temperatura topnienia – 1453 C;
• temperatura wrzenia – 3000 C;
• bardzo niski współczynnik rozszerzalności cieplnej – 13,5∙10 −6 K −1
• moduł sprężystości – 196–210 GPa;
• Granica elastyczności wynosi 80 MN/m2. M;
• granica plastyczności – 120 MN/m2 M:
• granica rozciągania 40–50 kgf/m2 mm;
• ciepło właściwe substancji – 0,440 kJ/(kg · K);
• przewodność cieplna – 90,1 W/(m·K);
• właściwy opór elektryczny – 0,0684 µOhm∙m.

Nikiel jest ferromagnetykiem, jego punkt Curie wynosi 358 C.

Poniżej porozmawiamy o produkcji i producencie stopów niklu.

Produkcja

Nikiel jest uważany za dość powszechny - 13. miejsce wśród metali. Jednak jego dystrybucja jest dość specyficzna. Nie bez powodu metal nazywany jest elementem głębin ziemi, gdyż w skałach ultramaficznych jest go 200 razy więcej niż w skałach kwaśnych. Według jednej powszechnej teorii rdzeń Ziemi składa się z żelaza niklowego.

Nikiel rodzimy nie występuje na Ziemi. W postaci związanej występuje w rudach miedzi i niklu - zawierających arsen i siarczkach. To nikiel - czerwony piryt niklu, ten sam, który górnicy wzięli za piryt, chloantyt - biały piryt niklu, garnieryt, piryt miedzi i tak dalej.

Surowcem jest najczęściej ruda siarczkowa, która obejmuje zarówno nikiel, jak i nikiel, dlatego uwzględniane są dodatkowe etapy oddzielania metali.

• Rudy siarczkowe zwykle zawierają dużo wilgoci i substancji ilastych. Aby się ich pozbyć, rudę kruszy się, suszy i brykietuje. Jeśli zawartość siarki w rudzie jest zbyt wysoka, jest ona prażona.
• Wytapianie kamienia odbywa się w piecach szybowych lub pogłosowych. Otrzymuje się stop niklu i siarczku żelaza z niewielką ilością miedzi.
• Oddzielenie niklu i miedzi.
• Prażenie koncentratu niklu, wytapianie redukcyjne i rafinacja metodą elektrolizy.

Nieco inaczej wygląda metoda otrzymywania niklu z utlenionej rudy.

• Rudę poddaje się wytopowi siarczkowemu z częściową redukcją.
• Odbiór kamienia - stopiony kamień jest przedmuchiwany powietrzem w konwertorach.
• Feinstein jest wypalany i oczyszczany z miedzi;
• Następnie nikiel jest redukowany lub spalony nikiel topi się w żelazonikiel.

Ile kosztuje 1 kg niklu? Ceny takiego metalu w dużej mierze zależą od powodzenia eksploatacji złóż. Tym samym w 2013 roku Chiny zwiększyły produkcję surówki zawierającej nikiel, co doprowadziło do zauważalnego spadku cen metali. Jesienią 2016 roku tona metalu kosztowała 10 045 dolarów.

Obszar zastosowań

Sam nikiel jest rzadko używany. Obszar jest znacznie szerszy.

• W życiu codziennym ludzie najczęściej spotykają się z produktami niklowanymi – kranami, bateriami, okuciami meblowymi. Metalowe części mebli często pokrywane są warstwą srebrzystego, niematowiącego metalu. To samo dotyczy sztućców i naczyń.
• Innym znanym zastosowaniem jest białe złoto. Składa się ze złota o określonym standardzie i stopu niklu.
• Katody niklowe są szeroko stosowane w elektrotechnice. Wiele akumulatorów jest niklowo-kadmowych. Nikiel, żelazonikiel i tak dalej konkurują z baterią i są znacznie bezpieczniejsze.

Jednak głównym konsumentem niklu jest hutnictwo metali nieżelaznych i żelaza: 67% całego wydobywanego metalu wykorzystuje się do produkcji stali nierdzewnych. A 17% - do produkcji innych stopów nieżelaznych.

• Stal konstrukcyjna i stal nierdzewna znajdują zastosowanie dosłownie wszędzie: w budownictwie i inżynierii mechanicznej, elektrotechnice i produkcji rurociągów, przy budowie przyrządów i budowie ram nośnych. To nikiel nadaje stali odporność na korozję.
• Stopy niklowo-miedziowe są najczęściej wykorzystywane do produkcji urządzeń kwasoodpornych i różnych części, które muszą pracować w agresywnym środowisku chemicznym.
• Stopy niklu i chromu słyną ze swojej odporności na ciepło oraz odporność na zasady i kwasy. Stosuje się je w piecach, reaktorach jądrowych, silnikach i tak dalej.
• Stopy niklu, chromu i żelaza dodatkowo pozostają odporne na duże obciążenia w bardzo wysokich temperaturach - do 900 C. Jest to niezastąpiony materiał do turbin gazowych.

Nikiel jest metalem o. Trwały, plastyczny, odporny na kwasy i zasady, zdolny nadać te właściwości niemal każdemu stopowi. Nic dziwnego, że nikiel jest tak szeroko stosowany.

Prosty i niezawodny sposób na regenerację akumulatorów niklowo-kadmowych omówiono w poniższym filmie: