Punctul de topire al nichelului. Ce este nichelul și pentru ce este? Masa atomică și moleculară a nichelului

NICHEL, Ni, un element chimic din grupa VIII a sistemului periodic, aparținând triadei așa-numitului. metale de fier (Fe, Co, Ni). Greutatea atomică 58,69 (se cunosc 2 izotopi cu greutăți atomice 58 și 60); numărul de serie 28; Valența obișnuită a Ni este 2, mai rar 4, 6 și 8. În scoarța terestră, nichelul este mai abundent decât cobaltul, reprezentând aproximativ 0,02% în greutate. În stare liberă, nichelul se găsește numai în fierul meteoric (uneori până la 30%); în formațiunile geologice este conținut exclusiv sub formă de compuși - oxigen, sulf, arsen, silicați etc. (vezi minereuri de nichel).

Proprietățile nichelului. Nichelul pur este un metal alb-argintiu cu o strălucire puternică care nu se estompează atunci când este expus la aer. Este dur, refractar și ușor de lustruit; în absența impurităților (în special a sulfului), este foarte flexibil, maleabil și maleabil, capabil să fie rulat în foi foarte subțiri și tras în sârmă cu un diametru mai mic de 0,5 mm. Forma cristalină a nichelului este cub. Greutate specifică 8,9; produsele turnate au o greutate specifică de ~8,5; rostogolindu-se el ar putea. a crescut la 9,2. Duritate Mohs ~5, Brinell 70. Rezistenta maxima la tractiune 45-50 kg/mm ​​​​2, cu alungire 25-45%; Modulul Young E 20 = (2,0-2,2)x10 6 kg)cm2; modul de forfecare 0,78 10 6 kg/cm2; Raportul lui Poisson μ =0,3; compresibilitate 0,52·10 -6 cm 2 /kg; punctul de topire al nichelului, conform celor mai recente definiții cele mai precise, este de 1455°C; punctul de fierbere este în intervalul 2900-3075°C.

Coeficient liniar de dilatare termică 0,0000128 (la 20°C). Capacitate termică: specific 0,106 cal/g, atomic 6,24 cal (la 18°C); căldură de fuziune 58,1 cal/g; conductivitate termică 0,14 cal cm/cm 2 sec. °C (la 18°C). Viteza de transmisie a sunetului 4973,4 m/sec. Rezistivitatea electrică a nichelului la 20°C este de 6,9-10 -6 Ω-cm cu un coeficient de temperatură de (6,2-6,7)·10 -3. Nichelul aparține grupului de substanțe feromagnetice, dar proprietățile sale magnetice sunt inferioare celor ale fierului și cobaltului; pentru nichel la 18°C ​​limita de magnetizare este J m = 479 (pentru fier J m = 1706); Punct Curie 357,6°C; permeabilitatea magnetică atât a nichelului în sine, cât și a feroaliajelor sale este semnificativă (vezi mai jos). La temperaturi obișnuite, nichelul este destul de rezistent la influențele atmosferice; apa și alcaliile, chiar și atunci când sunt încălzite, nu au niciun efect asupra acesteia. Nichelul se dizolvă ușor în acid azotic diluat cu eliberarea de hidrogen și este mult mai dificil de dizolvat în HCI, H2SO4 și HNO3 concentrat. Când este încălzit în aer, nichelul se oxidează de la suprafață, dar numai la o adâncime mică; când este încălzit, se combină ușor cu halogenuri, sulf, fosfor și arsen. Calitățile de piață ale nichelului metalic sunt următoarele: a) nichelul metalurgic obișnuit, obținut prin reducerea oxizilor săi folosind cărbune, conține de obicei de la 1,0 până la 1,5% impurități; b) nichelul maleabil, obţinut din cel precedent prin retopire cu adaos de aproximativ 0,5% magneziu sau mangan, conţine un amestec de Mg sau Mn şi aproape deloc nu conţine sulf; c) nichelul preparat după metoda Mond (prin nichel carbonil) este cel mai pur produs (99,8-99,9% Ni). Impuritățile comune din nichelul metalurgic sunt: ​​cobaltul (până la 0,5%), fierul, cuprul, carbonul, siliciul, oxizii de nichel, sulful și gazele ocluzate. Toate aceste substanțe, cu excepția sulfului, au un efect redus asupra proprietăților tehnice ale nichelului, reducându-i doar conductivitatea electrică și crescându-i ușor duritatea. Sulful (prezent sub formă de sulfură de nichel) reduce drastic maleabilitatea și rezistența mecanică a nichelului, în special la temperaturi ridicate, ceea ce este vizibil chiar și atunci când conține<0,005% S. Вредное влияние серы объясняется тем, что сульфид никеля, растворяясь в металле, дает хрупкий и низкоплавкий (температура плавления около 640°С) твердый раствор, образующий прослойки между кристаллитами чистого никеля.

Aplicații de nichel. Cea mai mare parte a nichelului metalurgic este utilizată pentru producerea de oțel de nichel și nichel. Un consumator major de nichel este și producția de diferite aliaje speciale (vezi mai jos) pentru industria electrică, inginerie mecanică și fabricarea echipamentelor chimice; Această zonă de aplicare a nichelului a arătat o tendință de creștere în creștere în ultimii ani. Aparatele și ustensilele de laborator (creuzete, căni), bucătărie și vesela sunt pregătite din nichel maleabil. Cantități mari de nichel sunt utilizate pentru placarea cu nichel a produselor din fier, oțel și cupru și în producția de baterii electrice. Electrozii lămpii pentru echipamente radio sunt fabricați din nichel pur chimic. În cele din urmă, nichelul pur redus sub formă de pulbere este catalizatorul cel mai frecvent utilizat pentru toate tipurile de reacții de hidrogenare (și dehidrogenare), de exemplu, în hidrogenarea grăsimilor, hidrocarburilor aromatice, compușilor carbonilici etc.

Aliaje de nichel . Compoziția calitativă și cantitativă a aliajelor de nichel utilizate este foarte diversă. Aliajele de nichel cu cupru, fier și crom (cel mai recent și cu aluminiu) sunt de importanță tehnică - adesea cu adăugarea unui al treilea metal (zinc, molibden, wolfram, mangan etc.) și cu un anumit conținut de carbon sau siliciu. . Conținutul de nichel din aceste aliaje variază de la 1,5 la 85%.

Aliaje Ni-Cu formează o soluție solidă în orice raport de componente. Sunt rezistente la alcalii, H 2 SO 4 diluat și încălzire până la 800 ° C; proprietățile lor anticorozive cresc odată cu creșterea conținutului de Ni. Carcasele de gloanțe sunt fabricate dintr-un aliaj de 85% Cu + 15% Ni, iar monedele mici sunt realizate dintr-un aliaj de 75% Cu + 25% Ni. Aliajele cu 20-40% Ni se folosesc la fabricarea tevilor in unitati de condensare; aceleași aliaje sunt folosite pentru căptușirea meselor din bucătării și bufete și pentru realizarea decorațiunilor ornamentale ștanțate. Aliajele cu 30-45% Ni se folosesc pentru producerea sârmei reostatice și a rezistențelor electrice standard; Aceasta include, de exemplu, nichel și constantan. Aliajele Ni-Cu cu un conținut ridicat de Ni (până la 70%) se caracterizează printr-o rezistență chimică ridicată și sunt utilizate pe scară largă în aparatura și inginerie mecanică. Metalul Monel este cel mai utilizat.

Aliaje Ni-Cu-Zn destul de rezistent la acizi organici (acetic, tartric, lactic); cu un conținut de aproximativ 50% cupru, ele sunt denumite colectiv nichel-argint. Ambarak din aliajul hardware bogat în cupru conține 20% Ni, 75% Cu și 5% Zn; În ceea ce privește stabilitatea, este inferior metalului Monel. Aliajele precum bronzul sau alama care conțin nichel sunt uneori numite și bronz nichel.

Aliaje Ni-Cu-Mn, care conțin 2-12% Ni, numite manganina, sunt folosite pentru rezistențe electrice; la aparatele electrice de masura se foloseste un aliaj de 45-55% Ni, 15-40% Mn si 5-40% Cu.

Aliaje Ni-Cu-Cr rezistent la alcaline și acizi, cu excepția HCl.

Aliaje Ni-Cu-W au câștigat recent o mare importanță ca materiale valoroase rezistente la acid pentru echipamentele chimice; cu un continut de 2-10% W si nu mai mult de 45% Cu, sunt bine laminate si foarte rezistente la H2SO4 fierbinte. Aliajul compoziției are cele mai bune calități: 52% Ni, 43% Cu, 5% W; O cantitate mică de Fe este acceptabilă.

Aliaje Ni-Cr. Cromul se dizolvă în nichel până la 60%, nichelul în crom până la 7%; în aliajele de compoziţie intermediară există reţele cristaline de ambele tipuri. Aceste aliaje sunt rezistente la aer umed, alcalii, acizi diluați și H 2 SO 4; cu un continut de 25% Cr sau mai mult, sunt rezistente si la HNO3; adăugarea de ~2% Ag le face ușor de rulat. La 30% nichel, aliajul Ni-Cr este complet lipsit de proprietăți magnetice. Un aliaj care contine 80-85% Ni si 15-20% Cr, alaturi de rezistenta electrica mare, este foarte rezistent la oxidare la temperaturi ridicate (rezista la incalzire pana la 1200°C); se foloseste in cuptoare cu rezistenta electrica si aparate de incalzire casnica (fiare de calcat electrice, braziere, sobe). În SUA, Ni-Cr este folosit pentru a face țevi turnate pentru presiuni înalte utilizate în echipamentele uzinei.

Aliaje Ni-Mo Au rezistență ridicată la acizi (la >15% Mo), dar nu s-au răspândit pe scară largă datorită costului lor ridicat.

Aliaje Ni-Mn(cu 1,5-5,0% Mn) rezistent la alcalii si umezeala; aplicarea lor tehnică este limitată.

Aliaje Ni-Fe formează o serie continuă de soluții solide; formează un grup mare și important din punct de vedere tehnic; în funcție de conținutul de carbon, acestea sunt fie din oțel, fie din fontă. Clasele convenționale de oțel cu nichel (structură perlită) conțin 1,5-8% Ni și 0,05-0,50% C. Aditivul de nichel face oțelul foarte dur și crește semnificativ limita elastică și rezistența la impact la încovoiere, fără a afecta ductilitatea și sudarea. Piesele critice ale mașinii sunt preparate din oțel nichel, cum ar fi arbori de transmisie, osii, fusuri, osii, ambreiaje cu angrenaje etc., precum și multe părți ale structurilor de artilerie; oţel cu 4-8% Ni şi<0,15% С хорошо поддается цементации. Введение никеля в чугуны(>1,7% C) favorizează eliberarea carbonului (grafit) și distrugerea cementitei; Nichelul crește duritatea fontei, rezistența la tracțiune și la încovoiere, promovează distribuția uniformă a durității în piese turnate, facilitează prelucrarea, conferă granulație fină și reduce formarea de goluri în piese turnate. Fontă cu nichel utilizat ca material rezistent la alcali pentru echipamente chimice; Cele mai potrivite în acest scop sunt fontele care conțin 10-12% Ni și ~1% Si. Aliajele de tip oțel cu un conținut mai mare de nichel (25-46% Ni la 0,1-0,8% C) au o structură austenitică; sunt foarte rezistente la oxidare, la actiunea gazelor fierbinti, alcalinelor si acidului acetic, au rezistenta electrica mare si un coeficient de dilatare foarte mic. Aceste aliaje sunt aproape nemagnetice; când conținutul de Ni este în 25-30%, își pierd complet proprietățile magnetice; permeabilitatea lor magnetică (în câmpuri cu intensitate scăzută) crește odată cu creșterea conținutului de nichel și m.b. îmbunătățit în continuare prin tratament termic special. Aliajele din această categorie includ: a) feronic (25% Ni la 0,3-0,5% C), utilizat pentru fabricarea supapelor de motoare și a altor piese de mașini care funcționează la temperaturi ridicate, precum și părți nemagnetice ale mașinilor electrice și sârmei reostatice ; b) invar; c) platinita (46% Ni la 0,15% C) este folosită în lămpile electrice în loc de platină pentru lipirea firelor în sticlă. Aliajul permalloy (78% Ni la 0,04% C) are o permeabilitate magnetică μ = 90000 (în câmp de 0,06 gauss); limita de magnetizare I m ​​= 710. Unele aliaje de acest tip sunt utilizate la fabricarea cablurilor electrice subacvatice.

Aliaje Ni-Fe-Cr- de asemenea un grup tehnic foarte important. Oțel crom-nichel, utilizat în construcția mecanică și a motoarelor, conține de obicei 1,2-4,2% Ni, 0,3-2,0% Cr și 0,12-0,33% C. Pe lângă vâscozitatea ridicată, are și duritate și rezistență semnificativă la uzură; rezistența temporară la tracțiune, în funcție de natura tratamentului termic, variază între 50 și 200 kg/mm2; este utilizat pentru fabricarea arborilor cotiți și a altor părți ale motoarelor cu ardere internă, părți de mașini-unelte și mașini, precum și armuri de artilerie. Pentru a crește duritatea, în oțelul pentru paletele turbinei cu abur se introduce o cantitate mare de crom (de la 10 la 14%). Otelurile crom-nichel cu un continut de >25% Ni rezista bine actiunii gazelor fierbinti si au o fluiditate minima: pot fi supuse unor forte semnificative la temperaturi ridicate (300-400°C) fara a detecta deformatii reziduale; utilizate pentru fabricarea supapelor pentru motoare, piese de turbine cu gaz și transportoare pentru instalații de temperatură înaltă (de exemplu, cuptoare de recoacere a sticlei). Aliajele Ni-Fe-Cr care conțin >60% Ni sunt utilizate pentru fabricarea pieselor de mașini turnate și a pieselor la temperatură joasă ale dispozitivelor electrice de încălzire. Ca materiale hardware, aliajele Ni-Fe-Cr au proprietăți anticorozive ridicate și sunt destul de rezistente la HNO 3. În fabricarea aparaturii chimice se folosește oțelul crom-nichel, care conține 2,5-9,5% Ni și 14-23% Cr la 0,1-0,4% C; este aproape nemagnetic, rezistent la HNO 3, amoniac fierbinte si oxidare la temperaturi ridicate; Aditivul Mo sau Cu mărește rezistența la gazele acide fierbinți (SO2, HCl); Creșterea conținutului de Ni crește prelucrabilitatea oțelului și rezistența acestuia la H2SO4, dar îi reduce rezistența la HNO3. Aceasta include oțelurile inoxidabile Krupp (V1M,V5M) și oteluri rezistente la acizi(V2A, V2H etc.); Tratamentul lor termic constă în încălzire la ~ 1170°C și stingere în apă. Folosit ca material rezistent la alcali fontă nichel-crom(5-6% Ni și 5-6% Cr cu un conținut >1,7% C). Aliajul de nicrom, care conține 54-80% Ni, 10-22% Cr și 5-27% Fe, uneori cu adaos de Cu și Mn, este rezistent la oxidare la temperaturi de până la 800 ° C și este utilizat în dispozitive de încălzire (uneori cu acelaşi nume denotă aliajele Ni-Cr descrise mai sus care nu conţin Fe).

Aliaje Ni-Fe-Mo au fost oferite ca material hardware. Un aliaj de 55-60% Ni, 20% Fe și 20% Mo are cea mai mare rezistență la acid și proprietăți anticorozive, atunci când conține< 0,2% С; присадка небольшого количества V еще более повышает кислотоупорность; Мn м. б. вводим в количестве до 3%. Сплав вполне устойчив по отношению к холодным кислотам (НСl, H 2 SO 4), за исключением HNO 3 , и к щелочам, но разрушается хлором и окислителями в присутствии кислот; он имеет твердость по Бринеллю >200, bine laminate, forjate, turnate si prelucrate la masini.

Aliaje Ni-Fe-Cu folosit in echipamente chimice (otel cu 6-11% Ni si 16-20% Cu).

Aliaje Ni-Fe-Si. Pentru a construi echipamente rezistente la acizi, se folosesc oțeluri silicon-nichel marca Durimet, care conțin 20-25% Ni (sau Ni și Cr în raport de 3:1) și ~ 5% Si, uneori cu adaos de Cu. Sunt rezistente la acizi reci si fierbinti (H 2 SO 4, HNO 3, CH 3 COOH) si la solutii sarate, mai putin rezistente la HCl; Disponibil la prelucrare la cald și la rece.

În aliaje Ni-AI are loc formarea unui compus chimic AINi, dizolvându-se în exces a unuia dintre componentele aliajului.

Aliajele bazate pe sistem încep să capete importanță tehnică. Ni-AI-Si. S-au dovedit a fi foarte rezistente la HNO 3 și la rece și fierbinte H 2 SO 4, dar sunt aproape imposibil de prelucrat. Astfel, de exemplu, este un nou aliaj rezistent la acizi pentru produsele turnate, care conține aproximativ 85% Ni, 10% Si și 5% Al (sau Al + Cu); duritatea sa Brinell este de aproximativ 360 (se reduce la 300 prin recoacere la 1050°C).

Metalurgia nichelului . Domeniul principal de aplicare a nichelului este producția de clase speciale de oțel. În timpul războiului din 1914-18. cel puțin 75% din tot nichelul a fost cheltuit în acest scop; in conditii normale ~65%. Nichelul este, de asemenea, utilizat pe scară largă în aliajele sale cu metale neferoase (neferoase), Ch. arr. cu cupru (~15%). Cantitatea rămasă de nichel este utilizată: pentru producția de anozi de nichel - 5%, nichel maleabil - 5% și diverse produse - 10%.

Centrele de producție de nichel s-au mutat în mod repetat dintr-o zonă a globului în alta, ceea ce s-a explicat prin prezența zăcămintelor de minereu fiabile și situația economică generală. Topirea industrială a nichelului din minereuri a început în 1825-26 în Falun (Suedia), unde s-a găsit nichel care conținea pirit de sulf. În anii 90 ai secolului trecut, zăcămintele suedeze erau aparent aproape epuizate. Abia în timpul războiului din 1914-18, din cauza creșterii cererii de nichel metal, Suedia a furnizat câteva zeci de tone din acest metal (maximum 49 de tone în 1917). În Norvegia, producția a început în 1847-50.

Minereul principal aici a fost pirotita cu un conținut mediu de 0,9-1,5% Ni. Producția în Norvegia la scară mică (maximum - aproximativ 700 de tone pe an în timpul războiului din 1914-18) continuă până în prezent. La mijlocul secolului trecut, centrul industriei nichelului era concentrat în Germania și Austro-Ungaria. La început s-a bazat aici exclusiv pe minereurile de arsenic din Pădurea Neagră și Gladbach, iar din 1901, și mai ales în timpul războiului din 1914-18, pe minereurile oxidate din Silezia (Frankenstein). Dezvoltarea zăcămintelor de nichel din Noua Caledonie a început în 1877. Datorită utilizării acestor minereuri, producția mondială de nichel a ajuns în 1882 la aproape 1000 de tone. Minereul extras aici a fost prelucrat local doar în cantități limitate, dar cea mai mare parte a fost trimis în Europa. Abia în ultimii ani, din cauza majorării tarifelor de transport, hl. arr. mate bogate care conțin 75-78% Ni, în cantitate de nichel aproximativ 5000 de tone pe an. În prezent, se propune obținerea de nichel metalic în Noua Caledonie, scop în care Societatea Nichelului construiește o uzină de rafinare care va folosi energia electrică a unei centrale hidroelectrice de pe râul Yate. Industria nichelului din Canada (America de Nord) a început la sfârșitul anilor 1980. ultimul secol. Până de curând, aici erau două companii; o engleză - Mond Nickel Co. și un alt american - International Nickel Co. La sfârșitul anului 1928, ambele companii au fuzionat într-un puternic trust global numit International Nickel Company of Canada, aprovizionând piața cu aproximativ 90% din producția mondială de nichel și exploatând zăcămintele situate în apropierea orașului Sedbury. Mond Nickel Co. își topește minereurile la o fabrică din Coniston în mată, care este trimisă în Anglia pentru procesare ulterioară la o fabrică din Claydach. International Nickel Co. Mata topită la uzina Conpercliffe este trimisă la uzina din Port Colborne pentru producția de metal. Producția mondială de nichel a ajuns la 40.000 de tone în ultimii ani.

Prelucrarea minereurilor de nichel se realizează exclusiv prin metode uscate. Metodele hidrometalurgice, care au fost recomandate în mod repetat pentru prelucrarea minereului, nu și-au găsit încă aplicație în practică. Aceste metode se aplică în prezent uneori doar la prelucrarea produselor intermediare (mate) obținute ca urmare a prelucrării uscate a minereurilor. Utilizarea rutei uscate pentru prelucrarea minereurilor de nichel (atât cu sulf, cât și oxidate) se caracterizează prin implementarea aceluiași principiu de concentrare treptată a componentelor valoroase ale minereului sub formă de anumite produse, care sunt apoi prelucrate în metale pentru fi extras. Prima etapă a unei astfel de concentrații de componente de spumă a minereurilor de nichel este realizată prin topirea minereului în mată. În cazul minereurilor sulfuroase, acestea din urmă sunt topite în stare brută sau pre-arse în cuptoare cu arbore sau cu flacără. Minereurile oxidate sunt topite în cuptoare cu arbore cu adaos de materiale care conțin sulf la încărcătura lor. Mata de topire a minereului, rostein, se dovedește a fi nepotrivită pentru prelucrarea sa directă în metalele valoroase pe care le conține, datorită concentrației lor relativ scăzute în acest produs. Având în vedere acest lucru, mata de topire a minereului este supusă unei concentrări suplimentare fie prin ardere urmată de topire într-un cuptor cu ax, fie prin topire oxidativă pe fundul unui cuptor cu flacără, fie într-un convertor. Aceste topituri mate contractile, sau concentrate, produse în practică o dată sau de mai multe ori, au ca scop final obținerea celei mai pure mate concentrate (fin mate), constând numai din sulfuri de metale valoroase cu o anumită cantitate din acestea din urmă într-un mod liber. stat. Matele finite obținute în practică sunt de două tipuri în funcție de compoziția lor. La prelucrarea minereurilor oxidate din Noua Caledonie care nu conțin metale valoroase, altele decât nichelul, mata este un aliaj de sulfură de nichel (Ni 3 S 2) cu o anumită cantitate de nichel metalic. Ca rezultat al prelucrării minereurilor canadiene sulfuroase care conțin atât nichel, cât și cupru, mata rezultată este un aliaj de sulfuri de cupru și nichel cu o anumită cantitate din aceste metale în stare liberă. În funcție de compoziția matei, se modifică și procesarea lor în metale pure. Cea mai simplă este prelucrarea matei care conțin doar nichel; prelucrarea matei cupru-nichel este mai dificilă și poate efectuate în diverse moduri. Procesarea minereurilor oxidate în mată cu aditivi care conțin sulf (gips) a fost propusă de Garnieri în 1874. Prelucrarea acestor minereuri la Frankenstein (Germania) s-a efectuat astfel. La amestecul de minereu s-au adăugat 4,75% Ni, 10% gips sau 7% anhidrit și 20% calcar; aici a fost adăugată și o anumită cantitate de spat fluor. Întregul amestec a fost bine amestecat, zdrobit și apoi presat în cărămizi, care, după uscare, au fost topite într-un cuptor cu arbore cu un consum de cocs de 28-30% din greutatea minereului. Productivitatea zilnică a cuptorului cu arbore a ajuns la 25 de tone de minereu. Secțiunea transversală a cuptorului la nivelul tuierei este de 1,75 m2; înălțimea sa este de 5 m. Partea inferioară a puțului până la o înălțime de 2 m avea cămăși de apă. Zgura este foarte acide; 15% Ni s-a pierdut în ele. Compoziție Rostein: 30-31% Ni; 48-50% Fe și 14-15% S. Mata a fost granulată, zdrobită, arsă și topită într-un cuptor cupolar în amestec cu 20% cuarț și la un consum de cocs de 12-14% din greutatea matei prăjite. pentru o mată concentrată cu următoarea compoziție medie: 65% Ni, 15% Fe și 20% S. Acesta din urmă a fost transformat în mată: 77,75% Ni, 21% S, 0,25-0,30% Fe și 0,15-0,20% Cu. Mate zdrobită cu grijă se arde în cuptoare aprinse (cu greblare manuală sau mecanică) până când sulful este complet îndepărtat. La sfârșitul arderii, la masa arsă se adaugă o anumită cantitate de NaNO 3 și Na 2 CO 3, nu numai pentru a facilita arderea sulfului, ci și pentru a transforma As și Sb uneori prezente în mată în antimoniu și arsen. săruri acide, care sunt apoi apa scursă din produsul calcinat. NiO obținut în urma arderii este supus reducerii, pentru care se amestecă oxidul de nichel cu făină și apă și din aluatul rezultat se formează cuburi care apoi se încălzesc în creuzete sau retorte. La sfârșitul reducerii, temperatura crește la 1250°C, ceea ce favorizează sudarea particulelor individuale de Ni reduse într-o masă solidă.

International Nickel Co. își prelucrează urmele de minereuri sulfuroase. arr. Topirea minereului, în funcție de mărimea acestora, se realizează fie în puț, fie în cuptoare cu flacără. Minereurile bulgăre sunt preprăjite în grămezi; durata de ardere este de la 8 la 10 luni. Minereul prăjit este topit amestecat cu ceva minereu neprăjit în cuptoarele cu arbore. Nu se adaugă fluxuri, deoarece minereul se autofluxează. Consumul de cocs este de 10,5% din greutatea amestecului de minereu. Aproximativ 500 de tone de minereu sunt topite în cuptor pe zi. Mata de topire a minereului este transformată în mată de calitate superioară. Zgura convertizorului este parțial returnată la convertor și parțial intră în sarcina de topire a minereului. Compoziția minereurilor și a produselor este dată în tabel:

Minereul fin este prăjit în cuptoarele Wedja până la un conținut de sulf de 10-11% și apoi topit într-un cuptor cu flacără. Zgura de convertizor conținând 79,5% (Cu + Ni), 20% S și 0,30% Fe este prelucrată prin procedeul Orford, care constă în topirea matei în prezența Na2S. Acesta din urmă determină delaminarea produselor de topire în două straturi: cea superioară, reprezentând aliaj Cu 2 S + Na 2 S, iar cea inferioară, conţinând sulfură de nichel aproape pură. Fiecare dintre aceste straturi este prelucrat într-un metal corespunzător. Stratul superior, care conține cupru, după ce Na 2 S este separat de acesta, este supus conversiei, iar stratul inferior, de nichel, este supus la prăjire cu clorurare, levigare (și este eliberat de o anumită cantitate de cupru conținută în el). ), iar rezultatul astfel. Oxidul de nichel este redus. O anumită cantitate de mată cupru-nichel este supusă prăjirii prin oxidare și topirii prin reducere ulterioară într-un aliaj de cupru-nichel cunoscut sub numele de metal Monel.

Mond Nickel Co. își îmbogățește minereurile; concentratele rezultate sunt supuse sinterizării pe mașini Dwight-Lloyd, aglomeratul din care intră în cuptorul cu arbore. Mata de topire a minereului este transformată, mata rezultată este prelucrată folosind metoda Mond, pentru care mata este zdrobită, arsă și levigata cu H 2 SO 4 pentru a îndepărta cea mai mare parte a cuprului sub formă de CuSO 4 . Reziduul, care conține NiO cu puțin cupru, este uscat și introdus în aparat, unde este redus la 300°C cu hidrogen (apă gazoasă). Nichelul redus, mărunțit fin intră în aparatul următor, unde este adus în contact cu CO; în acest caz, se formează carbonat de nichel volatil - Ni(CO)4, care este transferat la al treilea aparat, unde temperatura este menținută la 150°C. La această temperatură, Ni(CO)4 se descompune în Ni metalic și CO. Metalul nichel rezultat conține 99,80% Ni.

Pe lângă cele două metode de mai sus de producere a nichelului din mată cupru-nichel, există și metoda Hybinette, care face posibilă obținerea de nichel prin mijloace electrolitice. Nichelul electrolitic conține: 98,25% Ni; 0,75% Co; 0,03% Cu; 0,50% Fe; 0,10% C și 0,20% Pb.

Problema producției de nichel în URSS are o istorie de o sută de ani. Deja în anii 20 ai secolului trecut, minereurile de nichel erau cunoscute în Urali; La un moment dat, zăcămintele de minereu de nichel Ural, care conțineau aproximativ 2% Ni, erau considerate una dintre principalele surse de materii prime pentru industria mondială de nichel. După descoperirea minereurilor de nichel în Urali, M. Danilov, P. A. Demidov și G. M. Permikin au efectuat o serie de experimente în prelucrarea lor. În Revidinsk pentru 1873-77. S-au obţinut 57,3 tone de nichel metalic. Dar rezolvarea ulterioară a sarcinii a fost oprită după descoperirea unor zăcăminte mai bogate și mai puternice de minereuri de nichel în Noua Caledonie. Problema nichelului autohton a fost din nou adusă în discuție sub influența circumstanțelor cauzate de războiul din 1914-18. În vara anului 1915, la uzina Ufaleysky, P. M. Butyrin și V. E. Vasiliev au efectuat experimente în topirea matei într-un cuptor cu flacără. În același timp, au fost efectuate experimente privind extracția nichelului din minereurile Ufaley la Institutul Politehnic din Sankt Petersburg G. A. Kashchenko sub îndrumarea prof. A. A. Baikov, iar în toamna anului 1915, s-au efectuat topituri de testare într-un cuptor cu foc de la uzină. În vara anului 1916, la uzina Revdinsky s-au efectuat experimente în topirea matei de cupru-nichel din minereuri de nichel de calitate scăzută (0,86% Ni) și pirite cu conținut scăzut de cupru (1,5% Cu). Topirea a fost efectuată într-un cuptor cu arbore. În același timp, minereurile de fier brune care conțineau nichel Revda au fost topite într-un furnal în fontă de nichel (tot minereul de nichel este concentrat în fontă), care a fost furnizat în baza unui contract cu departamentul maritim fabricilor sale din Leningrad. Toate studiile de mai sus, din cauza unui număr de circumstanțe, nu au fost finalizate la acel moment sub forma proceselor corespunzătoare din fabrică. În ultimii ani, problema obținerii de nichel din minereurile din Ural a apărut din nou pentru rezolvare, iar implementarea sa practică, în conformitate cu conținutul de nichel din minereuri, ar trebui să se desfășoare în două direcții. Conținutul de nichel din minereurile Ural este scăzut și, conform acestuia, minereurile sunt împărțite în două clase: 1 și 2. Minereurile de gradul 1, potrivite pentru prelucrarea pirometalurgică, conțin în medie aproximativ 3% Ni; Minereu de clasa a 2-a - aproximativ 1,5% și mai jos. Ultimele minereuri nu pot fi prelucrate prin topire fără îmbogățire prealabilă. O altă posibilitate de prelucrare a minereurilor de nichel de calitate scăzută este ruta hidrometalurgică; el d.b. încă studiat. În prezent, în Urali se construiește o fabrică pentru procesarea minereurilor de prima calitate.

Nichelul este al 17-lea element chimic al tabelului periodic al lui Mendeleev cu număr atomic 28. Substanța este un metal de tranziție, care se distinge prin ductilitate și având o culoare caracteristică alb-argintie. Nu prezintă activitate chimică puternică. Însuși numele substanței tradus din germană înseamnă „spirit de munte”. Oamenii erau familiarizați cu nichelul încă din secolul al XVII-lea, dar acesta nu fusese încă izolat ca substanță separată. A fost găsit în minereurile de cupru în timpul exploatării cuprului și a fost numit cupru fals (kupfernickel) din spiritul munților. Substanța a fost izolată ca metal separat de Axel Crostedt în 1751 și a numit-o „nichel”.

La mijlocul secolului al XVIII-lea, oamenii cunoșteau 12 metale, precum și sulf, fosfor, carbon și arsen. În același timp, li s-a adăugat nichel, căruia i s-a atribuit al 17-lea număr.

Caracteristicile nichelului

Elementul nou descoperit nu și-a găsit aplicația imediat. Doar două secole mai târziu oamenii au început să folosească în mod activ metalul. A devenit deosebit de popular în metalurgie. După cum se dovedește, nichelul este un element de aliere excelent pentru oțel și fier. Astfel, aliajele cu nichel sunt foarte rezistente la diferite influențe chimice, nu sunt supuse deteriorarii coroziunii și pot rezista și la temperaturi foarte ridicate. De exemplu, un aliaj de nichel și fier, numit invar în metalurgie, nu se poate extinde atunci când este expus la temperaturi ridicate, acesta fiind unul dintre principalele motive pentru care invarul este folosit pentru a face șine pentru căi ferate și multe alte elemente.

Proprietățile fizice ale nichelului

Nichelul este un metal cu o nuanță caracteristică gălbuie-argintie. În aer liber își păstrează culoarea și strălucirea și nu se estompează. Duritatea Brinell a metalului este de 600-800 Mn/m2. În ciuda durității sale destul de ridicate, metalul se pretează bine la diferite influențe și tratamente fizice, inclusiv forjare și lustruire. Acest lucru permite utilizarea nichelului pentru producerea de produse foarte subțiri și delicate.

Metalul are proprietăți magnetice chiar și la temperaturi destul de scăzute (până la -340 0 C). Rezistent la deteriorarea coroziunii.

Proprietățile chimice ale nichelului

Nichelul are numărul atomic 28 și este desemnat în nomenclatura chimică prin simbolul Ni. Are o masă molară de 58,6934 g/mol. Atomul de nichel are o rază de 124 pm. Electronegativitatea sa pe scara Pauling este de 1,94, iar potențialul său electronic este de 0,25 V.

Metalul nu este expus influențelor negative ale aerului și apei. Acest lucru se datorează formării unei pelicule sub formă de oxid de nichel (NiO) pe suprafața sa, care împiedică oxidarea ulterioară a acestuia.

Reacționează cu oxigenul numai în anumite condiții, în special la căldură ridicată. La temperaturi ridicate este, de asemenea, capabil să interacționeze cu absolut toți halogenii.

Prezintă o reacție violentă în acidul azotic, precum și în soluții cu amoniac. Cu toate acestea, unele săruri, de exemplu acidul clorhidric și sulfuric, dizolvă metalul destul de lent. Dar nu se dizolvă deloc în acid fosforic.

Producția de nichel

Principalul material pentru exploatarea nichelului este minereurile sulfurate de cupru-nichel. Astfel, din astfel de minereuri se obține aproximativ 80% din nichelul din producția totală din lume, cu excepția Rusiei. Minereurile sunt supuse îmbogățirii selective prin flotație, după care concentratele de cupru, nichel și pirotită sunt separate de minereu.

Pentru obținerea metalului pur se folosește concentratul de minereu de nichel, care, împreună cu fluxurile, este topit în puțuri electrice sau cuptoare reverberative. Ca urmare a acestui proces, roca sterilă este separată și nichelul este extras sub formă de mată, care conține până la 15% nichel.

Uneori, înainte ca concentratul să fie trimis la topire, acesta este prăjit și aglomerat. Compoziția topiturii de sulfuri (mate) după procesul de topire conține și Fe, Co și aproape în totalitate Cu, precum și metale nobile. În continuare, fierul este separat, după care rămâne un aliaj, care conține cupru și nichel. Aliajul este supus unei răciri lente, după care este măcinat fin și trimis la plutire pentru a separa cele două elemente. Cu și Ni pot fi de asemenea separate prin așa-numitul proces carbonil, care se bazează pe reversibilitatea reacției.

Cele mai comune trei metode de obținere a nichelului sunt:

1. Restauratoare. Baza este minereul de silicat, din care, cu participarea prafului de cărbune, se formează pelete de fier-nichel care conțin de la 5% până la 8% nichel. Pentru acest proces se folosesc cuptoare cu tuburi rotative. După aceasta, peletele sunt curățate de sulf, calcinate și tratate cu o soluție de amoniac, din care se obține nichel după acidificare.
2. Carbonil. Această metodă este numită și metoda lui Mond. Bazat pe producția de mată cupru-nichel din minereu sulfurat. CO este trecut peste mată sub presiune ridicată, rezultând formarea de tetracarbonilnichel, din care, sub influența temperaturilor ridicate, se eliberează nichel foarte pur.
3. Aluminotermic. Această metodă se bazează pe recuperarea nichelului din minereu de oxid: 3NiO + 2Al = 3Ni +Al 2 O 3

Compuși de nichel

Nichelul formează mulți compuși diferiți, atât organici, cât și anorganici, fiecare dintre acestea fiind utilizat în anumite domenii ale activității umane.

Compuși anorganici de nichel

Printre acestea, merită remarcat oxizii. În special, monoxidul său, a cărui formare are loc ca urmare a reacției metalului și oxigenului la o temperatură destul de ridicată, care depășește 500 0 C, este utilizat ca material din care sunt realizate vopsele și emailuri în producția de ceramică și sticlă. Și în producția de anozi care sunt utilizați în bateriile alcaline, se folosește sesquioxidul de nichel Ni 2 O 3. Pentru a-l obține, azotatul de nichel sau cloratul de nichel este supus unei încălziri foarte lente.

Nu cel mai mic loc este acordat hidroxizilor de nichel. De exemplu, Ni(OH)2 se formează ca rezultat al acțiunii alcaline asupra soluțiilor apoase de săruri de nichel. Acest hidroxid se caracterizează printr-o culoare verde deschis. Din hidroxid de nichel, sub influența unui agent oxidant într-un mediu alcalin, se formează un oxid hidratat, pe baza căruia funcționează bateria alcalină Edison. Avantajul acestei baterii este capacitatea sa de a rămâne neîncărcat pentru o perioadă lungă de timp, în timp ce o baterie convențională cu plumb nu poate rămâne neîncărcată pentru o perioadă lungă de timp.

Sărurile de nichel (II) se formează de obicei ca rezultat al interacțiunii NiO sau Ni(OH) 2 cu diferiți acizi. Sărurile de nichel solubile, în cele mai multe cazuri, formează hidrați cristalini. Sărurile insolubile sunt Ni 3 (PO 4 ) 2 fosfat și Ni 2 SiO 4 silicat. Hidrații și soluțiile de cristal se caracterizează printr-o culoare verzuie, iar sărurile anhidre se caracterizează printr-o culoare galbenă sau galben-maronie.

Există și compuși complecși de nichel(II). Pentru a le forma, oxidul de nichel este dizolvat într-o soluție de amoniac. Dimetilglioximatul de nichel Ni(C4H6N2O2)2 este utilizat ca reacție la ionii de nichel. Se caracterizează prin colorarea unui mediu acid în roșu.

Compușii de nichel cei mai puțin caracteristici sunt compușii de nichel (III). Dintre acestea, se cunoaște o substanță neagră, care se obține ca urmare a reacției de oxidare a hidroxidului de nichel (II) într-un mediu alcalin cu hipoclorit sau halogeni:

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

Compuși organici de nichel

Legătura Ni-C are loc în două moduri:

1. După tipul y. Astfel de compuși sunt numiți complexe y. Aceştia includ compuşi având următoarea formă: şi, unde R=Alk sau Ar, L=PR3, în care X este un acidoligand.
2. După tipul p. Ele sunt numite p-complexe. Acestea includ compuși organo-nichel alchenă și polienă, care conțin nichel în stare de oxidare zero. Astfel de compuși sunt de obicei caracterizați printr-o structură trigonală sau tetraedrică.

– metal gri-argintiu, ductil, maleabil. Aparține metalelor de tranziție, adică poate prezenta atât proprietăți acide, cât și alcaline. În condiții normale, nichelul este acoperit cu o peliculă de oxid și, prin urmare, este inactiv. Diferența față de alte elemente similare este că filmul său de oxid nu reduce strălucirea. Și astăzi vă vom spune despre utilizarea nichelului în industrie, utilizarea aliajelor sale în construcții și în alte domenii ale vieții.

Filmul de oxid protejează metalul, oferindu-i rezistență ridicată la coroziune. În plus, efectul său este atât de puternic încât nu numai nichelul în sine se dovedește a fi inactiv, ci și orice alte obiecte acoperite cu cel mai subțire strat de nichel. Această calitate este cea care determină una dintre cele mai comune metode de aplicare.

Acest videoclip vă va spune despre utilizarea nichelului în viața de zi cu zi:

Placare cu nichel

Placarea cu nichel este producerea unei acoperiri cu nichel prin metoda galvanică pe suprafața altor metale - aliaje de fier, de regulă, pentru a le proteja pe acestea din urmă de coroziune. În 2015, 7% din metalul extras a fost folosit pentru placarea cu nichel. O astfel de „prelucrare” se întâlnește peste tot: vase, tacâmuri, țevi metalice folosite la fabricarea mobilei sau în scopuri decorative. Pe lângă protejarea aliajului de bază, metalul conferă și o strălucire argintie frumoasă care nu se estompează în timp.

Nichelul este folosit pentru a proteja fonta, fierul, magneziul și chiar aluminiul, care ele însele sunt considerate destul de rezistente la coroziune. Cu toate acestea, nichelul are o altă proprietate specială - rezistența excepțională la alcalii. Placarea cu nichel a produselor metalice este utilizată activ în industria chimică - pentru producția de rezervoare pentru depozitarea și transportul de substanțe chimic agresive, de exemplu, precum și pentru producția de piese destinate să funcționeze în cele mai periculoase condiții: de exemplu, pentru a protejați palele aeronavelor din duraluminiu împotriva coroziunii.

Alte domenii

• Metalul este folosit la producerea bateriilor - nichel-cadmiu, fier-nichel, nichel-zinc, nichel-hidrogen. Electrozii de nichel sunt stabili în electrolit, au o durată de viață lungă și sunt la prețuri accesibile. Astfel, o baterie zinc-argint demonstrează performanțe mai mari, dar este mult mai scumpă.
• Metalul este folosit în industria chimică pentru a produce o varietate de reactivi.
• În medicină, nichelul este folosit la fabricarea protezelor și a sistemelor de bretele, deoarece metalul este complet inert și sigur. Aceeași proprietate permite ca substanța să fie utilizată la fabricarea de echipamente pentru industria alimentară.
• Cu toate acestea, o parte mult mai mare de nichel este cheltuită pentru producerea diferitelor aliaje. Aliajele de fier reprezintă 67% din substanța extrasă, iar aliajele fără fier reprezintă 17%.

Acest lucru se datorează faptului că nichelul conferă aliajelor aproape aceeași rezistență la coroziune pe care o posedă el însuși. Ca rezultat, cea mai mare parte a metalului este folosită pentru a produce o mare varietate de oțeluri inoxidabile. Aceleași aliaje de fier care nu sunt aliate cu nichel sunt supuse la placare cu nichel pentru protecție. Este pur și simplu nerealist să enumerați domeniile de aplicare ale oțelurilor inoxidabile și structurale: nu există nicio zonă a economiei naționale în care aceste produse să nu fie utilizate.

Nu mai puțin interes sunt alte compoziții de aliaj de nichel, de exemplu, un aliaj de nichel cu fier, cupru, staniu, aluminiu, titan, crom și alte metale.

Aliaje pe baza acestuia

Aliajele de nichel sunt extrem de diverse, iar proprietățile lor sunt atât de importante pentru diverse sectoare ale economiei naționale încât aproape toate compozițiile formează grupuri separate.

Cu cupru

Aliaje de nichel-cupru - o caracteristică rară inerentă unei astfel de soluții solide este solubilitatea completă reciprocă a metalelor unul în celălalt. Atunci când este aliat în orice proporție, se obține un aliaj omogen monofazat care își schimbă proprietățile în mod natural și previzibil. Proprietățile de coroziune ale unor astfel de aliaje sunt determinate numai de proporțiile substanțelor: cu o pondere de peste 50%, proprietățile sunt mai apropiate de calitățile cuprului însuși, cu o cotă de nichel de peste 50%, aliajul prezintă calități inerente nichelului.

Aliajele de nichel-cupru sunt rezistente atât la acizi, cât și la alcalii. Sunt utilizate în producția de piese și rezervoare pentru echipamente care funcționează în medii cu acid fosforic, sulfuric, percloric, precum și piesele de mașini care suferă sarcini portante mari.

• Cele mai cunoscute compoziții de acest fel includ Monele: 70% nichel și 1,5–2% fier.

Monelele se caracterizează prin rezistență mecanică și duritate excelente, durabilitate, rezistență la uzură și insensibilitate la acizi și alcalii. Sunt utilizate pentru producerea supapelor, pompelor, axelor rotorului, arcuri, bucșe, schimbătoare de căldură etc.

• Monedele sunt fabricate din aliaje de cupru-nichel.
• Constantan este un aliaj de 40% nichel si 59% cupru, folosit la fabricarea echipamentelor de inalta precizie, deoarece este rezistent la uzura si poate rezista la sarcini mari.

Utilizarea nichelului în tehnologia modernă este prezentată în acest videoclip:

Cu crom

• Aliaje de nichel și crom– nicromii sunt cunoscuți pentru rezistența la căldură, dar în același timp se remarcă și prin rezistența ridicată la coroziune, inclusiv la acizi. Acest set de calități determină și utilizarea sa: în fabricarea cuptoarelor cu mufă, pentru producția de schimbătoare de căldură și conducte, ca părți ale turbinelor cu gaz. Aliajele cu un conținut de nichel de până la 80% sunt utilizate pentru fabricarea pieselor camerelor de ardere din motoarele cu reacție și reactoarele nucleare. Cele mai cunoscute dintre ele sunt nimonic, incoloy de diverse mărci și inconel. Aliajele sunt utilizate pentru fabricarea pieselor în care este necesară o rezistență ridicată la temperaturi ridicate - carcase ale elementelor de încălzire, țevi de concasor și așa mai departe.
• Aliaje întărite nichel-crom-fier, sunt numite pe bună dreptate aliaje super-rezistente. Acestea combină rezistența extremă cu rezistența la coroziune la temperaturi ridicate și rezistența la fluaj. Ele sunt utilizate pentru a face piese de turbine cu gaz, palete și piese de motor, părți de cuptoare, material de forjare și așa mai departe. Aliajele sunt proiectate să „funcționeze” la temperaturi de până la 600–850 C. Cele mai cunoscute sunt nimonice, precum și inconel și udimet.

Cu molibden și alte metale

Compoziția de nichel-molibden - de exemplu, Hastelloy - este rezistentă la acizi sulfuric, fosforic, clorhidric și așa mai departe și la temperaturi ridicate până la fierbere. Piesele echipamentelor rezistente la acizi sunt fabricate din aliaj. În același timp, se caracterizează prin rezistență ridicată, astfel încât servește ca material structural cu drepturi depline în industria chimică.

Aliajele nichel-crom-molibden sunt rezistente la o gamă și mai largă de acizi și alte medii agresive - clorul uscat, de exemplu.

• Metalul își are locul și în bijuterii. Aliajul „aur alb” conține 58% aur și o ligatură de nichel și argint.
• Nichelul în sine este feromagnetic. Aliajele sale, alnico și magnico, sunt magneți permanenți.

Despre aliajul de fier și nichel și despre beneficiile acestuia vom vorbi mai jos.

Cu fier

Aceasta se referă la soluții solide în care nichelul nu este un aditiv de aliere, ca în oțelurile inoxidabile, ci o componentă mai „greută” - până la 65%. Există 4 tipuri de astfel de aliaje.

• Rezistent la caldura– particularitatea lor nu este doar rezistența la temperaturi, ci și capacitatea de a rezista la sarcini mari la temperaturi ridicate. Cota de nichel aici este de obicei de 44-46% și poate include, de asemenea, crom, aluminiu, titan, molibden și așa mai departe. Rezistența mecanică a aliajelor în condiții normale este de 600–850 MPa, iar la temperaturi de 800–900 C – de la 45 la 177 MPa.

Rezistența la căldură fără sarcină atinge 1000–1350 C, în timp ce funcționarea la temperaturi ridicate nu afectează proprietățile fizice ale produselor. Aliajul este folosit pentru a face piese pentru reactoare nucleare, motoare cu reacție, turbine cu gaz și așa mai departe.

• Aliaje magnetice– permaloys, prezintă permeabilitate magnetică ridicată într-un câmp slab. Ele sunt utilizate în inginerie electrică pentru a produce piese cu magnetizare ridicată.
• Aliaje care mențin elasticitatea și dimensiunile de gabarit– elinvar, de exemplu, care conține 36% nichel. El păstrează o elasticitate crescută la temperaturi ridicate, deoarece această calitate a aliajului se datorează proprietăților sale magnetice. Folosit pentru fabricarea de termocupluri în cuptoare.
• Aliaje anticorozive– de regulă, pe lângă nichel, conțin și molibden sau crom. Ele sunt utilizate în mod activ în producția de echipamente chimice.

Utilizarea materialelor în construcții

Valoarea lumii în 1887 era de numai 600 de tone. Metalul a fost folosit la fabricarea monedelor. Dar deja din anii 80, industria nichelului a început să se dezvolte activ. Impulsul a fost rezistența ridicată la coroziune a metalului și, cel mai important, aliajele sale.

• Placarea cu nichel ca modalitate de a „înnobila” un produs a început să fie, de asemenea, utilizată de la sfârșitul secolului al XIX-lea și a fost înlocuită cu placarea cu crom abia în anii 30 ai secolului al XX-lea. În construcții, piesele placate cu nichel sunt încă folosite în construcția unei mari varietăți de structuri decorative.
• Din aceleași motive, piesele placate cu nichel sunt folosite în producția de mobilă. Stratul metalic nu numai că oferă produsului strălucire și culoare frumoasă, dar protejează și cadrul de orice influențe externe.
• Calitățile decorative determină un alt domeniu de aplicare - accesorii pentru mobilier, ferestre, uși, aparate de uz casnic și așa mai departe. Mânerele, balamalele și ornamentele metalice arată grozav și durează foarte mult timp.
• Bateriile, robinetele, capetele de duș și alte accesorii de baie nichelate nu se demodează niciodată, deoarece stratul de nichel oferă produselor un aspect excelent și o rezistență excepțională la coroziune de orice fel. Desigur, această opțiune este inferioară în ceea ce privește decorativitatea, deoarece baza aici este oțelul și nu este maleabilă. Dar culoarea argintie și strălucirea care nu se estompează sunt, de asemenea, atractive.
• Aliajele cu nichel sunt folosite mult mai pe scară largă, în special diverse oțeluri inoxidabile și structurale. Este nerealist să ne imaginăm construcția modernă fără participarea metalului laminat.

Nichelul este un metal care este foarte rezistent la coroziune și este capabil să realizeze acest lucru. Această calitate este cel mai adesea motivul pentru utilizarea metalului.

Acest videoclip vă va spune despre placarea chimică cu nichel:

Utilizarea nichelului în aliaje

Nichelul este baza celor mai multe materiale rezistente la căldură utilizate în industria aerospațială pentru piesele centralelor electrice.

• Monel metal (65 - 67% Ni + 30 - 32% Cu + 1% Mn), rezistent la căldură până la 500 °C, foarte rezistent la coroziune;
• nicrom, aliaj rezistent (60% Ni + 40% Cr);
• permalloy (76% Ni + 17% Fe + 5% Cu + 2% Cr), are susceptibilitate magnetică mare cu pierderi de histerezis foarte mici;
• invar (65% Fe + 35% Ni), aproape că nu se alungește când este încălzit.
• În plus, aliajele de nichel includ oțeluri nichel și crom-nichel, nichel-argint și diferite aliaje de rezistență, cum ar fi constantan, nichel și manganina.

Toate oțelurile inoxidabile conțin neapărat nichel, deoarece... Nichelul crește rezistența chimică a aliajului. Aliajele de nichel se caracterizează, de asemenea, prin rezistență ridicată și sunt utilizate la fabricarea armurii durabile. La fabricarea celor mai importante piese ale diverselor dispozitive se folosește un aliaj de nichel-fier (36-38% nichel), care are un coeficient scăzut de dilatare termică.

La fabricarea miezurilor de electromagneți, aliajele sub denumirea generală de permalloy sunt utilizate pe scară largă. Aceste aliaje, pe lângă fier, conțin de la 40 la 80% nichel. Monedele sunt batute din aliaje de nichel. Numărul total de aliaje de nichel diferite în utilizare practică ajunge la câteva mii.

Nichelul în formă pură este utilizat în principal ca acoperiri de protecție împotriva coroziunii în diferite medii chimice. Acoperirile de protecție pe fier și alte metale sunt obținute prin două metode binecunoscute: placare și galvanizare. În prima metodă, stratul placat este creat prin rularea la cald a unei plăci subțiri de nichel împreună cu o foaie groasă de fier. Raportul dintre grosimea nichelului și metalul acoperit este de aproximativ 1:10. În procesul de laminare a îmbinării, datorită difuziei reciproce, aceste foi sunt sudate și se obține un metal monolit cu două sau chiar trei straturi, a cărui suprafață de nichel protejează acest material de coroziune.

Acest tip de metodă fierbinte de a crea acoperiri de protecție cu nichel este utilizat pe scară largă pentru a proteja fierul și oțelurile nealiate de coroziune. Acest lucru reduce semnificativ costul multor produse și dispozitive fabricate nu din nichel pur, ci din fier sau oțel relativ ieftin, dar acoperite cu un strat protector subțire de nichel. Rezervoarele mari sunt fabricate din foi de fier nichelate pentru transportul și depozitarea, de exemplu, alcalii caustici, care sunt, de asemenea, utilizate în diverse industrii chimice.

Metoda de galvanizare de creare a straturilor de protecție cu nichel este una dintre cele mai vechi metode de procese electrochimice. Această operație, cunoscută pe scară largă în tehnologie ca nichelare, este în principiu un proces tehnologic relativ simplu. Implică unele lucrări pregătitoare în curățarea foarte minuțioasă a suprafeței metalului acoperit și prepararea unei băi electrolitice constând dintr-o soluție acidulată dintr-o sare de nichel, de obicei sulfat de nichel. În placarea electrolitică, materialul care este acoperit servește drept catod, iar o placă de nichel servește drept anod. Într-un circuit galvanic, nichelul este depus pe catod cu o tranziție echivalentă de la anod la soluție. Metoda de placare cu nichel este utilizată pe scară largă în inginerie și se consumă cantități mari de nichel în acest scop.

Recent, metoda de nichelare electrolitică a fost folosită pentru a crea acoperiri de protecție pe aluminiu, magneziu, zinc și fontă. Lucrarea descrie utilizarea metodei de placare cu nichel pentru aliajele de aluminiu și magneziu, în special pentru protecția palelor de duraluminiu ale aeronavelor cu elice. O altă lucrare descrie utilizarea tobelor de uscare din fontă nichelată în fabricarea hârtiei; S-a stabilit o creștere semnificativă a rezistenței la coroziune a tamburilor și o creștere a calității hârtiei pe tamburi nichelat în comparație cu tamburele convenționale din fontă fără placare cu nichel.

Placarea cu nichel se realizează prin galvanizare folosind electroliți care conțin sulfat de nichel (II), clorură de sodiu, hidroxid de bor, agenți tensioactivi și agenți de strălucire și anozi de nichel solubili. Grosimea stratului de nichel rezultat este de 12 - 36 microni. Un luciu stabil al suprafeței poate fi asigurat prin cromarea ulterioară (grosimea stratului de crom 0,3 microni).

Placarea fără curent cu nichel se realizează într-o soluție dintr-un amestec de clorură de nichel (II) și hipofosfit de sodiu în prezența citratului de sodiu:

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

Procesul se efectuează la pH 4 - 6 și 95 °C.

Producția de baterii fier-nichel, nichel-cadmiu, nichel-zinc, nichel-hidrogen.

Cele mai comune „contra” în sursele de curent chimic sunt zincul, cadmiul, fierul, iar cele mai comune „pro” sunt oxizii de argint, plumb, mangan și nichel. Compușii de nichel sunt utilizați la producerea bateriilor alcaline. Apropo, bateria fier-nichel a fost inventată în 1900 de Thomas Alva Edison.

Electrozii pozitivi pe bază de oxizi de nichel au o sarcină pozitivă destul de mare, sunt stabili în electrolit, sunt ușor de prelucrat, sunt relativ ieftini, durează mult timp și nu necesită îngrijire specială. Acest set de proprietăți a făcut ca electrozii de nichel să fie cei mai obișnuiți. Unele baterii, în special bateriile zinc-argint, au caracteristici specifice mai bune decât bateriile fier-nichel sau nichel-cadmiu. Dar nichelul este mult mai ieftin decât argintul, iar bateriile scumpe durează mult mai puțin.

Electrozii de oxid de nichel pentru bateriile alcaline sunt fabricați dintr-o pastă care conține oxid de nichel hidrat și pulbere de grafit. Uneori, în loc de grafit, funcțiile unui aditiv conductor sunt îndeplinite de petale subțiri de nichel distribuite uniform în hidroxid de nichel. Această masă activă este ambalată în plăci conductoare de diferite modele.

În ultimii ani, o altă metodă de producere a electrozilor de nichel a devenit răspândită. Plăcile sunt presate dintr-o pulbere foarte fină de oxizi de nichel cu aditivii necesari. A doua etapă de producție este sinterizarea masei într-o atmosferă de hidrogen. Această metodă produce electrozi poroși cu o suprafață foarte dezvoltată, iar cu cât suprafața este mai mare, cu atât este mai mare curentul. Bateriile cu electrozi fabricați prin această metodă sunt mai puternice, mai fiabile, mai ușoare, dar și mai scumpe. Prin urmare, ele sunt utilizate în cele mai critice obiecte - circuite radio-electronice, surse de curent în nave spațiale etc.

Electrozii de nichel, fabricați din cele mai fine pulberi, sunt utilizați și în celulele de combustie. Aici proprietățile catalitice ale nichelului și ale compușilor săi capătă o importanță deosebită. Nichelul este un catalizator excelent pentru procesele complexe care au loc în aceste surse curente. Apropo, în celulele de combustie, nichelul și compușii săi pot fi folosiți pentru a obține atât „plus” cât și „minus”. Singura diferență este în aditivi.

Nuclidul 63 Ni, care emite particule β+, are un timp de înjumătățire de 100,1 ani și este utilizat în krytroni. Plăcile de nichel au fost folosite recent în locul plăcilor de cadmiu în întrerupătoarele mecanice de fascicul de neutroni pentru a obține impulsuri de neutroni cu valori mari de energie.

• Folosit la fabricarea sistemelor de console.
• Proteze

Formarea unui precipitat stacojiu la adăugarea dimetilglioximei la o soluție de amoniac a amestecului analizat este cea mai bună reacție pentru determinarea calitativă și cantitativă a nichelului. Dar dimetilglioximatul de nichel nu este nevoie doar de analiști. Culoarea profundă frumoasă a acestui compus complex a atras atenția parfumerilor: dimetilglioximatul de nichel este introdus în compoziția rujului. Unii dintre compuși, cum ar fi dimetilglioximatul de nichel, stau la baza vopselelor foarte rezistente la lumină.

Există indicații interesante despre utilizarea plăcilor de nichel în instalațiile cu ultrasunete, atât electrice, cât și mecanice, precum și în modelele moderne de telefoane.

Există unele domenii de tehnologie în care nichelul pur este utilizat fie direct sub formă de pulbere, fie sub formă de diverse produse obținute din pulberi de nichel pur.

Unul dintre domeniile de aplicare a nichelului sub formă de pulbere este procesele catalitice în reacțiile de hidrogenare a hidrocarburilor nesaturate, aldehidelor ciclice, alcoolilor și hidrocarburilor aromatice.

Proprietățile catalitice ale nichelului sunt similare cu cele ale platinei și paladiului. Astfel, aici se reflectă analogia chimică a elementelor din aceeași grupă a tabelului periodic. Nichelul, ca metal mai ieftin decât paladiul și platina, este utilizat pe scară largă ca catalizator în procesele de hidrogenare.

În aceste scopuri, este indicat să folosiți nichel sub formă de pulbere foarte fină. Se obține printr-un mod special de reducere a oxidului de nichel cu hidrogen în intervalul de temperatură 300-350°.

Anul era 1751. În mica Suedia, datorită omului de știință Axel Frederik Krondstedt, a apărut elementul numărul 17. În acel moment, erau cunoscute doar 12 metale, plus sulf, fosfor, carbon și arsen. Au acceptat un tip nou în compania lor, numele lui era Nickel.

Puțină istorie

Cu mulți ani înainte de această descoperire miraculoasă, minerii din Saxonia erau familiarizați cu un minereu care putea fi confundat cu cupru, încercările de a extrage cupru din acest material au fost în zadar. Simțindu-se înșelat, minereul a început să fie numit „kupfernickel” (în rusă - „diavolul de cupru”).

Expertul în minerale Krondstedt a devenit interesat de acest minereu. După multă muncă, s-a obținut un metal nou, care se numea nichel. Bergman a preluat ștafeta cercetării. El a purificat în continuare metalul și a concluzionat că elementul seamănă cu fierul.

Proprietățile fizice ale nichelului

Nichelul face parte din al zecelea grup de elemente și se află în a patra perioadă a tabelului periodic sub numărul atomic 28. Dacă introduceți simbolul Ni în tabel, acesta este nichel. Are o nuanță galbenă cu o bază argintie. Chiar și în aer, metalul nu se estompează. Dur și destul de vâscos. Se pretează bine la forjare, făcând posibilă producerea de produse foarte subțiri. Perfect lustruit. Nichelul poate fi atras folosind un magnet. Chiar și la o temperatură de 340 de grade cu semnul minus, proprietățile magnetice ale nichelului sunt vizibile. Nichelul este un metal care este rezistent la coroziune. Prezintă activitate chimică slabă. Ce poți spune despre proprietățile chimice ale nichelului?

Proprietăți chimice

Ce este necesar pentru a determina compoziția calitativă a nichelului? Aici ar trebui să enumerăm din ce atomi (și anume numărul lor) constă metalul nostru. Masa molară (numită și masă atomică) este 58,6934 (g/mol). Am avansat cu măsurători. Raza atomului metalului nostru este de 124 pm. La măsurarea razei ionului, rezultatul a arătat (+2e) 69 pm, iar numărul 115 pm este raza covalentă. Conform scarii celebrului cristalograf și mare chimist Pauling, electronegativitatea este de 1,91, iar potențialul electronic este de 0,25 V.

Efectele aerului și apei asupra nichelului sunt practic neglijabile. Același lucru se poate spune despre alcali. De ce acest metal reacționează astfel? NiO este creat pe suprafața sa. Acesta este o acoperire sub formă de peliculă care previne oxidarea. Dacă nichelul este încălzit la o temperatură foarte ridicată, atunci începe să reacționeze cu oxigenul și, de asemenea, reacționează cu halogenii și cu toți.

Dacă nichelul intră în acidul azotic, reacția nu va dura mult să apară. De asemenea, este ușor activat în soluții care conțin amoniac.

Dar nu tot acidul afectează nichelul. Acizi precum acidul clorhidric și sulfuric îl dizolvă foarte lent, dar sigur. Și încercările de a face același lucru cu nichelul din acid fosforic nu au avut deloc succes.

Nichel în natură

Speculațiile oamenilor de știință sunt că miezul planetei noastre este un aliaj care conține 90% fier și de 10 ori mai puțin nichel. Există prezența cobaltului - 0,6%. În timpul procesului de rotație, atomii de nichel au fost eliberați în stratul de acoperire al pământului. Ei sunt fondatorii minereurilor sulfurate de cupru-nichel, împreună cu cuprul și sulful. Unii atomi de nichel mai îndrăzneți nu s-au oprit aici și și-au făcut drum mai departe. Atomii s-au luptat la suprafață în companie cu crom, magneziu și fier. Apoi, tovarășii metalului nostru s-au oxidat și s-au deconectat.

Pe suprafața globului există roci acide și ultrabazice. Potrivit oamenilor de știință, conținutul de nichel din rocile acide este mult mai mic decât în ​​rocile ultrabazice. Prin urmare, solul și vegetația de acolo sunt destul de bine îmbogățite cu nichel. Dar călătoria eroului în discuție în biosferă și apă s-a dovedit a nu fi atât de vizibilă.

Minereuri de nichel

Minereurile industriale de nichel sunt împărțite în două tipuri.

1. Sulfura de cupru-nichel. Minerale: magneziu, pirotită, cubanită, milerită, petlandită, sperlită - aceasta este ceea ce este conținut în aceste minereuri. Datorită magmei care le-a format. Minereurile sulfurate pot produce, de asemenea, paladiu, aur și multe altele.
2. Minereuri de silicat de nichel. Sunt libere, asemănătoare argilei. Minereurile de acest tip sunt feruginoase, silicioase și magneziene.

Unde se folosește nichelul?

Nichelul este utilizat pe scară largă într-o industrie atât de puternică precum metalurgia. Și anume, în fabricarea unei largi varietati de aliaje. Aliajul conține în principal fier, nichel și cobalt. Există multe aliaje pe bază de nichel. Metalul nostru este combinat într-un aliaj, de exemplu, cu titan, crom, molibden. Nichelul este folosit și pentru a proteja produsele care se corodează rapid. Aceste produse sunt placate cu nichel, adică creează un strat special de nichel care împiedică coroziunea să-și facă treaba urâtă.

Nichelul este un catalizator foarte bun. Prin urmare, este utilizat în mod activ în industria chimică. Acestea sunt instrumente, ustensile chimice, dispozitive pentru diverse aplicații. Pentru produse chimice se folosesc alimente, livrarea de alcaline, depozitarea uleiurilor esențiale, rezervoare și rezervoare din materiale de nichel. Tehnologia nucleară, televiziunea și o varietate de dispozitive, a căror listă este foarte lungă, nu pot fi utilizate fără acest metal.

Dacă te uiți într-un domeniu precum fabricarea instrumentelor și apoi în domeniul ingineriei mecanice, vei observa că anozii și catozii sunt foi de nichel. Și aceasta nu este întreaga listă de utilizări pentru un metal atât de pur și simplu minunat. Importanța nichelului în medicină nu trebuie subestimată.

Nichelul în medicină

Nichelul este utilizat pe scară largă în medicină. În primul rând, să luăm instrumentele necesare pentru a efectua operația. Rezultatul operației depinde nu numai de medicul însuși, ci și de calitatea instrumentului pe care îl folosește. Instrumentele suferă numeroase sterilizări, iar dacă sunt realizate dintr-un aliaj care nu include nichel, atunci coroziunea nu va dura mult să apară. Și uneltele din oțel, care conține nichel, durează mult mai mult.

Dacă vorbim despre implanturi, pentru fabricarea lor se folosesc aliaje de nichel. Oțelul care conține nichel are un grad ridicat de rezistență. Dispozitive pentru fixarea oaselor, protezelor, șuruburilor - totul este realizat din acest oțel. În stomatologie, implanturile au ocupat și ele o poziție puternică. Agrafele și bretelele din oțel inoxidabil sunt folosite de ortodonti.

Nichel în organismele vii

Dacă privești lumea de jos în sus, imaginea reiese cam așa. Este pământ sub picioarele noastre. Conținutul de nichel din acesta este mai mare decât în ​​vegetație. Dar dacă luăm în considerare această vegetație sub prisma care ne interesează, atunci un conținut mare de nichel se găsește în leguminoase. Și în culturile de cereale crește procentul de nichel.

Să luăm în considerare pe scurt conținutul mediu de nichel în plante, animale marine și terestre. Și, desigur, într-o persoană. Măsurarea este în procente de greutate. Deci, masa de nichel din plante este de 5*10 -5. Animale terestre 1*10 -6, animale marine 1,6*10 -4. Și la om conținutul de nichel este de 1-2*10 -6.

Rolul nichelului în corpul uman

Întotdeauna vreau să fiu o persoană sănătoasă și frumoasă. Nichelul este unul dintre oligoelementele importante din corpul uman. Nichelul se acumulează de obicei în plămâni, rinichi și ficat. Acumulările de nichel la oameni se găsesc în păr, tiroidă și pancreas. Și asta nu este tot. Ce face metalul în organism? Aici putem spune cu siguranță că el este un suedez, un secerător și un trompetist. Și anume:

• încearcă, nu fără succes, să ajute la asigurarea celulelor cu oxigen;
• munca redox în țesuturi cade și pe umerii nichelului;
• nu ezită să participe la reglarea nivelului hormonal al organismului;
• oxidează în siguranță vitamina C;
• se poate observa implicarea acesteia în metabolismul grăsimilor;
• Nichelul are un efect excelent asupra hematopoiezei.

Aș dori să remarc importanța enormă a nichelului în celulă. Acest microelement protejează membrana celulară și acizii nucleici și anume structura acestora.

Deși lista lucrărilor demne de nichel poate fi continuată. Din cele de mai sus, observăm că organismul are nevoie de nichel. Acest oligoelement intră în corpul nostru prin alimente. De obicei, există suficient nichel în corp, deoarece aveți nevoie de foarte puțin din el. Clopotele de alarmă ale lipsei metalului nostru sunt apariția dermatitei. Aceasta este importanța nichelului în corpul uman.

Aliaje de nichel

Există multe aliaje de nichel diferite. Să notăm principalele trei grupuri.

Prima grupă include aliaje de nichel și cupru. Se numesc aliaje de nichel-cupru. Oricare ar fi raporturile în care aceste două elemente sunt topite, rezultatul este uimitor și, cel mai important, fără surprize. Aliajul omogen este garantat. Dacă există mai mult cupru decât nichel în el, atunci proprietățile cuprului sunt mai pronunțate, iar dacă predomină nichelul, aliajul prezintă caracterul de nichel.

Aliajele de nichel-cupru sunt populare în producția de monede și piese de mașini. Aliajul Konstantin, care conține aproape 60% cupru și restul nichel, este folosit pentru a crea echipamente de mai mare precizie.

Luați în considerare un aliaj cu nichel și crom. Nicromi. Rezistent la coroziune, acizi, rezistent la căldură. Astfel de aliaje sunt folosite pentru motoarele cu reacție și reactoarele nucleare, dar numai dacă conțin până la 80% nichel.

Să trecem la a treia grupă cu fier. Ele sunt împărțite în 4 tipuri.

1. Rezistent la căldură - rezistent la temperaturi ridicate. Acest aliaj conține aproape 50% nichel. Aici combinația poate fi cu molibden, titan, aluminiu.
2. Magnetic - crește permeabilitatea magnetică, adesea folosit în inginerie electrică.
3. Anti-coroziune - acest aliaj nu poate fi evitat în producția de echipamente chimice, precum și atunci când se lucrează într-un mediu agresiv. Aliajul conține molibden.
4. Un aliaj care își păstrează dimensiunile și elasticitatea. Termocuplu în cuptor. Aici intervine un astfel de aliaj. La încălzire, dimensiunile sunt menținute și elasticitatea nu se pierde. Cât de mult nichel este necesar pentru ca aliajul să aibă asemenea proprietăți? Aliajul trebuie să conțină aproximativ 40% metal.

Nichel în viața de zi cu zi

Dacă te uiți în jur, poți înțelege că aliajele de nichel înconjoară oamenii peste tot. Să începem cu mobilierul. Aliajul protejează baza mobilei de deteriorare și influențe nocive. Să fim atenți la armături. Fie că este vorba despre o fereastră sau o piesă de mobilier. Poate fi folosit pentru o lungă perioadă de timp și arată foarte frumos. Să ne continuăm excursia la baie. Nu există nicio cale fără nichel aici. Capete de duș, robinete, baterii - toate placate cu nichel. Datorită acestui lucru, puteți uita ce este coroziunea. Și nu e nicio rușine să te uiți la produs pentru că arată drăguț și susține decorul. Piesele placate cu nichel se găsesc în structurile decorative.

Nichelul nu poate fi numit metal minor. Diverse minerale și minereuri se laudă cu prezența nichelului. Mă bucur că un astfel de element este prezent pe planeta noastră și chiar în corpul uman. Aici el joacă un rol important în procesele hematopoietice și chiar în ADN. Folosit pe scară largă în tehnologie. Nichelul și-a câștigat dominația datorită rezistenței sale chimice în acoperirile de protecție.

Nichelul este un metal care are un viitor mare. La urma urmei, în unele zone este indispensabil.