Teplota topenia niklu. Čo je nikel a na čo slúži? Atómová a molekulová hmotnosť niklu

NIKEL, Ni, chemický prvok skupiny VIII periodickej sústavy, patriaci do triády tzv. železné kovy (Fe, Co, Ni). Atómová hmotnosť 58,69 (známe sú 2 izotopy s atómovými hmotnosťami 58 a 60); poradové číslo 28; Zvyčajná valencia Ni je 2, zriedkavejšie 4, 6 a 8. V zemskej kôre je nikel zastúpený viac ako kobalt, čo predstavuje asi 0,02 % hmotnosti. Vo voľnom stave sa nikel nachádza len v meteorickom železe (niekedy až 30 %); v geologických formáciách je obsiahnutý výlučne vo forme zlúčenín - kyslíka, síry, arzénu, kremičitanov atď. (pozri Niklové rudy).

Vlastnosti niklu. Čistý nikel je strieborno-biely kov so silným leskom, ktorý na vzduchu nevybledne. Je tvrdý, žiaruvzdorný a ľahko sa leští; v neprítomnosti nečistôt (najmä síry) je veľmi pružný, kujný a kujný, možno ho zvinúť do veľmi tenkých plátov a ťahať do drôtu s priemerom menším ako 0,5 mm. Kryštalická forma niklu je kocka. Špecifická hmotnosť 8,9; liate výrobky majú špecifickú hmotnosť ~ 8,5; kotúľať by mohol. zvýšil na 9,2. Tvrdosť podľa Mohsa ~5, Brinell 70. Konečná pevnosť v ťahu 45-50 kg/mm ​​​​2, s predĺžením 25-45%; Youngov modul E20 = (2,0-2,2)x106 kg)cm2; modul pružnosti v šmyku 0,78 106 kg/cm2; Poissonov pomer μ =0,3; stlačiteľnosť 0,52-10-6 cm2/kg; teplota topenia niklu je podľa najnovších najpresnejších definícií 1455 °C; teplota varu je v rozmedzí 2900-3075°C.

Lineárny koeficient tepelnej rozťažnosti 0,0000128 (pri 20°C). Tepelná kapacita: špecifická 0,106 cal/g, atómová 6,24 cal (pri 18°C); teplo topenia 58,1 cal/g; tepelná vodivosť 0,14 cal cm/cm 2 sek. °C (pri 18 °C). Rýchlosť prenosu zvuku 4973,4 m/sec. Elektrický odpor niklu pri 20°C je 6,9-10-6 Ω-cm s teplotným koeficientom (6,2-6,7)·10-3. Nikel patrí do skupiny feromagnetických látok, ale jeho magnetické vlastnosti sú horšie ako vlastnosti železa a kobaltu; pre nikel pri 18 °C je limit magnetizácie J m = 479 (pre železo J m = 1706); Curieova teplota 357,6 °C; magnetická permeabilita samotného niklu a jeho ferozliatin je významná (pozri nižšie). Pri bežných teplotách je nikel celkom odolný voči atmosférickým vplyvom; voda a alkálie, aj keď sú zahriate, nemajú na to žiadny vplyv. Nikel sa ľahko rozpúšťa v zriedenej kyseline dusičnej za uvoľňovania vodíka a oveľa ťažšie sa rozpúšťa v HCl, H 2 SO 4 a koncentrovanej HNO 3. Pri zahrievaní na vzduchu nikel oxiduje z povrchu, ale len do malej hĺbky; pri zahrievaní sa ľahko spája s halogenidmi, sírou, fosforom a arzénom. Trhové druhy kovového niklu sú tieto: a) obyčajný metalurgický nikel, získaný redukciou z jeho oxidov pomocou uhlia, zvyčajne obsahuje 1,0 až 1,5 % nečistôt; b) kujný nikel, získaný z predchádzajúceho pretavením s prídavkom asi 0,5 % horčíka alebo mangánu, obsahuje prímes Mg alebo Mn a neobsahuje takmer žiadnu síru; c) nikel pripravený podľa Mondovej metódy (cez karbonyl niklu) je najčistejším produktom (99,8-99,9 % Ni). Bežné nečistoty v metalurgickom nikle sú: kobalt (do 0,5 %), železo, meď, uhlík, kremík, oxidy niklu, síra a okludované plyny. Všetky tieto látky, s výnimkou síry, majú malý vplyv na technické vlastnosti niklu, znižujú len jeho elektrickú vodivosť a mierne zvyšujú jeho tvrdosť. Síra (prítomná vo forme sulfidu niklu) výrazne znižuje kujnosť a mechanickú pevnosť niklu, najmä pri zvýšených teplotách, čo je badateľné aj pri obsahu<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.

Aplikácie niklu. Prevažná časť metalurgického niklu sa používa na výrobu feroniklu a niklovej ocele. Veľkým spotrebiteľom niklu je aj výroba rôznych špeciálnych zliatin (pozri nižšie) pre elektrotechnický priemysel, strojárstvo a výrobu chemických zariadení; Táto oblasť aplikácie niklu vykazuje v posledných rokoch rastúci trend rastu. Laboratórne prístroje a náčinie (tégliky, šálky), kuchynský a stolový riad sú pripravené z kujného niklu. Veľké množstvo niklu sa používa na niklovanie výrobkov zo železa, ocele a medi a pri výrobe elektrických batérií. Elektródy pre rádiové zariadenia sú vyrobené z chemicky čistého niklu. Nakoniec, redukovaný čistý nikel v práškovej forme je najbežnejšie používaným katalyzátorom pre všetky druhy hydrogenačných (a dehydrogenačných) reakcií, napríklad pri hydrogenácii tukov, aromatických uhľovodíkov, karbonylových zlúčenín atď.

Zliatiny niklu . Kvalitatívne a kvantitatívne zloženie použitých zliatin niklu je veľmi rôznorodé. Technický význam majú zliatiny niklu s meďou, železom a chrómom (najnovšie aj s hliníkom) - často s prídavkom tretieho kovu (zinok, molybdén, volfrám, mangán a pod.) a s určitým obsahom uhlíka alebo kremíka. . Obsah niklu v týchto zliatinách sa pohybuje od 1,5 do 85 %.

Zliatiny Ni-Cu tvorí tuhý roztok v akomkoľvek pomere zložiek. Sú odolné voči zásadám, zriedenej H 2 SO 4 a zahrievaniu až do 800 ° C; ich antikorózne vlastnosti sa zvyšujú so zvyšujúcim sa obsahom Ni. Náboje sú vyrobené zo zliatiny 85 % Cu + 15 % Ni a drobné mince sú vyrobené zo zliatiny 75 % Cu + 25 % Ni. Zliatiny s 20-40% Ni sa používajú na výrobu rúr v kondenzačných jednotkách; rovnaké zliatiny sa používajú na obloženie stolov v kuchyniach a bufetoch a na výrobu razených ornamentálnych dekorácií. Zliatiny s 30-45% Ni sa používajú na výrobu reostatického drôtu a štandardných elektrických odporov; Patria sem napríklad nikel a konštantán. Zliatiny Ni-Cu s vysokým obsahom Ni (až 70 %) sa vyznačujú vysokou chemickou odolnosťou a sú široko používané v aparatúre a strojárstve. Monel kov je najpoužívanejší.

Zliatiny Ni-Cu-Zn celkom odolný voči organickým kyselinám (octová, vínna, mliečna); s obsahom asi 50 % medi sa súhrnne nazývajú nikel striebro. Hardvérová zliatina ambarak bohatá na meď obsahuje 20 % Ni, 75 % Cu a 5 % Zn; Pokiaľ ide o stabilitu, je horší ako kov Monel. Zliatiny ako bronz alebo mosadz obsahujúce nikel sa niekedy nazývajú aj niklový bronz.

Zliatiny Ni-Cu-Mn, obsahujúce 2-12% Ni, nazývané manganina, sa používajú na elektrické odpory; v elektrických meracích prístrojoch sa používa zliatina 45-55% Ni, 15-40% Mn a 5-40% Cu.

Zliatiny Ni-Cu-Cr odolný voči zásadám a kyselinám, s výnimkou HCl.

Zliatiny Ni-Cu-W nedávno získali veľký význam ako cenné kyselinovzdorné materiály pre chemické zariadenia; s obsahom 2-10% W a nie viac ako 45% Cu sú dobre valcované a veľmi odolné voči horúcej H 2 SO 4. Zliatina zloženia má najlepšie vlastnosti: 52 % Ni, 43 % Cu, 5 % W; Malé množstvo Fe je prijateľné.

Zliatiny Ni-Cr. Chróm sa rozpúšťa v nikle do 60 %, nikel v chróme do 7 %; v zliatinách stredného zloženia sú kryštálové mriežky oboch typov. Tieto zliatiny sú odolné voči vlhkému vzduchu, zásadám, zriedeným kyselinám a H 2 SO 4; s obsahom 25 % Cr a viac sú odolné aj voči HNO 3; pridanie ~2% Ag uľahčuje ich rolovanie. Pri obsahu niklu 30 % je zliatina Ni-Cr úplne zbavená magnetických vlastností. Zliatina obsahujúca 80-85% Ni a 15-20% Cr spolu s vysokým elektrickým odporom je veľmi odolná voči oxidácii pri vysokých teplotách (odoláva ohrevu až do 1200°C); používa sa v elektrických odporových rúrach a vykurovacích zariadeniach pre domácnosť (elektrické žehličky, grily, sporáky). V USA sa liate rúry pre vysoké tlaky vyrábajú z Ni-Cr, ktoré sa používajú v zariadeniach závodov.

Zliatiny Ni-Mo Majú vysokú odolnosť voči kyselinám (> 15 % Mo), ale nerozšírili sa kvôli ich vysokej cene.

Zliatiny Ni-Mn(s 1,5-5,0% Mn) odolný voči zásadám a vlhkosti; ich technické využitie je obmedzené.

Zliatiny Ni-Fe tvoriť súvislý rad tuhých roztokov; tvoria veľkú a technicky významnú skupinu; v závislosti od obsahu uhlíka sú to buď oceľ alebo liatina. Bežné druhy niklových ocelí (perlitová štruktúra) obsahujú 1,5-8 % Ni a 0,05-0,50 % C. Prísada niklu robí oceľ veľmi húževnatou a výrazne zvyšuje jej medzu pružnosti a odolnosť proti nárazu v ohybe bez ovplyvnenia ťažnosti a zvariteľnosti. Z niklovej ocele sa vyrábajú kritické časti strojov, ako sú hriadele prevodoviek, nápravy, vretená, nápravy, ozubené spojky atď., ako aj mnohé časti delostreleckých konštrukcií; oceľ so 4-8 % Ni a<0,15% С хорошо поддается цементации. Введение никеля в чугуны(>1,7 % C) podporuje uvoľňovanie uhlíka (grafitu) a deštrukciu cementitu; Nikel zvyšuje tvrdosť liatiny, jej pevnosť v ťahu a ohybe, podporuje rovnomerné rozloženie tvrdosti v odliatkoch, uľahčuje obrábanie, dodáva jemné zrno a znižuje tvorbu dutín v odliatkoch. Niklová liatina používa sa ako materiál odolný voči zásadám pre chemické zariadenia; Najvhodnejšie na tento účel sú liatiny s obsahom 10-12% Ni a ~1% Si. Oceľovité zliatiny s vyšším obsahom niklu (25-46 % Ni pri 0,1-0,8 % C) majú austenitickú štruktúru; sú veľmi odolné proti oxidácii, pôsobeniu horúcich plynov, zásad a kyseliny octovej, majú vysoký elektrický odpor a veľmi nízky koeficient rozťažnosti. Tieto zliatiny sú takmer nemagnetické; keď je obsah Ni v rozmedzí 25-30%, úplne strácajú svoje magnetické vlastnosti; ich magnetická permeabilita (v poliach s nízkou pevnosťou) sa zvyšuje so zvyšujúcim sa obsahom niklu a m.b. ešte vylepšené špeciálnou tepelnou úpravou. Zliatiny v tejto kategórii zahŕňajú: a) feronikel (25 % Ni pri 0,3 – 0,5 % C), používaný na výrobu motorových ventilov a iných častí strojov pracujúcich pri zvýšených teplotách, ako aj nemagnetických častí elektrických strojov a reostatických drôtov ; b) invar; c) platinit (46 % Ni pri 0,15 % C) sa používa v elektrických lampách namiesto platiny na spájkovanie drôtov do skla. Zliatina permalloy (78 % Ni pri 0,04 % C) má magnetickú permeabilitu μ = 90000 (v poli 0,06 gaussov); limit magnetizácie I m ​​= 710. Niektoré zliatiny tohto typu sa používajú pri výrobe podvodných elektrických káblov.

Zliatiny Ni-Fe-Cr- tiež veľmi dôležitá technická skupina. Chrómniklová oceľ, používaný v strojárstve a konštrukcii motorov, zvyčajne obsahuje 1,2-4,2 % Ni, 0,3-2,0 % Cr a 0,12-0,33 % C. Okrem vysokej viskozity má tiež významnú tvrdosť a odolnosť proti opotrebovaniu; dočasná pevnosť v ťahu, v závislosti od povahy tepelného spracovania, sa pohybuje medzi 50 a 200 kg/mm2; sa používa na výrobu kľukových hriadeľov a iných častí spaľovacích motorov, častí obrábacích strojov a strojov, ako aj delostreleckých pancierov. Na zvýšenie tvrdosti sa do ocele pre lopatky parných turbín pridáva veľké množstvo chrómu (od 10 do 14 %). Chrómniklové ocele s obsahom >25% Ni dobre odolávajú pôsobeniu horúcich plynov a majú minimálnu tekutosť: môžu byť vystavené značným silám pri vysokých teplotách (300-400°C) bez detekcie zvyškových deformácií; používa sa na výrobu ventilov pre motory, časti plynových turbín a dopravníkov pre vysokoteplotné zariadenia (napríklad pece na žíhanie skla). Zliatiny Ni-Fe-Cr s obsahom >60 % Ni sa používajú na výrobu odlievaných častí strojov a nízkoteplotných častí elektrických vykurovacích zariadení. Ako hardvérové ​​materiály majú zliatiny Ni-Fe-Cr vysoké antikorózne vlastnosti a sú celkom odolné voči HNO 3. Pri výrobe chemických prístrojov sa používa chrómniklová oceľ s obsahom 2,5-9,5% Ni a 14-23% Cr pri 0,1-0,4% C; je takmer nemagnetický, odolný voči HNO 3, horúcemu amoniaku a oxidácii pri vysokých teplotách; Prísada Mo alebo Cu zvyšuje odolnosť voči horúcim kyslým plynom (SO 2, HCl); Zvyšovaním obsahu Ni sa zvyšuje obrobiteľnosť ocele a jej odolnosť voči H2SO4, ale znižuje sa jej odolnosť voči HNO3. Patria sem nehrdzavejúce ocele Krupp (V1M, V5M) a kyselinovzdorné ocele(V2A, V2H, atď.); Ich tepelné spracovanie spočíva v zahriatí na ~ 1170°C a ochladení vo vode. Používa sa ako materiál odolný voči alkáliám nikel-chrómová liatina(5-6 % Ni a 5-6 % Cr s obsahom >1,7 % C). Zliatina nichrómu, obsahujúca 54-80% Ni, 10-22% Cr a 5-27% Fe, niekedy s prídavkom Cu a Mn, je odolná voči oxidácii pri teplotách do 800°C a používa sa vo vykurovacích zariadeniach (niekedy rovnakým názvom označujú vyššie opísané zliatiny Ni-Cr, ktoré neobsahujú Fe).

Zliatiny Ni-Fe-Mo boli ponúkané ako hardvérový materiál. Zliatina 55-60% Ni, 20% Fe a 20% Mo má najvyššiu odolnosť voči kyselinám a antikorózne vlastnosti, ak obsahuje< 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, dobre valcované, kované, odlievané a spracované na strojoch.

Zliatiny Ni-Fe-Cu používané v chemických zariadeniach (oceľ s 6-11% Ni a 16-20% Cu).

Zliatiny Ni-Fe-Si. Na stavbu zariadení odolných voči kyselinám sa používajú kremíkové niklové ocele značky Durimet s obsahom 20-25% Ni (alebo Ni a Cr v pomere 3:1) a ~ 5% Si, niekedy s prídavkom Cu. Sú odolné voči studeným a horúcim kyselinám (H 2 SO 4, HNO 3, CH 3 COOH) a soľným roztokom, menej odolné voči HCl; Vhodné na obrábanie za tepla a za studena.

V zliatinách Ni-AI dochádza k tvorbe chemickej zlúčeniny AINi, ktorá sa rozpúšťa v nadbytku jednej zo zložiek zliatiny.

Zliatiny založené na systéme začínajú nadobúdať technický význam. Ni-AI-Si. Ukázalo sa, že sú veľmi odolné voči HNO 3 a studenej a horúcej H 2 SO 4, ale je takmer nemožné ich opracovať. Takouto je napríklad nová kyselinovzdorná zliatina pre liate výrobky, obsahujúca asi 85 % Ni, 10 % Si a 5 % Al (alebo Al + Cu); jeho tvrdosť podľa Brinella je asi 360 (na 300 sa zníži žíhaním pri 1050°C).

Metalurgia niklu . Hlavnou oblasťou použitia niklu je výroba špeciálnych ocelí. Počas vojny v rokoch 1914-18. na tento účel sa minulo najmenej 75 % všetkého niklu; za normálnych podmienok ~65%. Nikel je tiež široko používaný vo svojich zliatinách s neželeznými (neželeznými) kovmi, Ch. arr. s meďou (~15 %). Zvyšok niklu sa používa na výrobu niklových anód - 5%, kujného niklu - 5% a rôznych výrobkov - 10%.

Centrá na výrobu niklu sa opakovane presúvali z jednej oblasti sveta do druhej, čo bolo vysvetlené prítomnosťou spoľahlivých ložísk rudy a všeobecnou ekonomickou situáciou. Priemyselné tavenie niklu z rúd sa začalo v rokoch 1825-26 vo Falune (Švédsko), kde sa našiel nikel obsahujúci sírový pyrit. V 90. rokoch minulého storočia boli švédske ložiská zrejme takmer vyčerpané. Len počas vojny v rokoch 1914-18 v dôsledku zvýšeného dopytu po kovovom nikle Švédsko dodalo niekoľko desiatok ton tohto kovu (maximálne 49 ton v roku 1917). V Nórsku sa začala výroba v rokoch 1847-50.

Hlavnou rudou tu bol pyrhotit s priemerným obsahom 0,9-1,5 % Ni. Výroba v Nórsku v malom rozsahu (maximálne - asi 700 ton ročne počas vojny 1914-18) pokračuje dodnes. V polovici minulého storočia sa centrum niklového priemyslu sústredilo v Nemecku a Rakúsko-Uhorsku. Najprv tu bola založená výlučne na arzénových rudách Čierneho lesa a Gladbachu a od roku 1901, a najmä počas vojny 1914-18, na oxidovaných rudách Sliezska (Frankenstein). Rozvoj ložísk niklových rúd v Novej Kaledónii sa začal v roku 1877. Vďaka využívaniu týchto rúd dosiahla svetová produkcia niklu v roku 1882 takmer 1000 ton Tu vyťažená ruda sa spracovávala lokálne len v obmedzenom množstve, no prevažná časť poslaný do Európy. Len v posledných rokoch sa v dôsledku zvýšených prepravných taríf hl. arr. bohaté kamienky obsahujúce 75-78% Ni, v množstve niklu asi 5000 ton ročne. V súčasnosti sa navrhuje získať kovový nikel v Novej Kaledónii, na tento účel spoločnosť Nickel Society stavia rafinériu, ktorá bude využívať elektrickú energiu vodnej elektrárne na rieke Yate. Niklový priemysel v Kanade (Severná Amerika) začal koncom 80. rokov 20. storočia. posledné storočie. Donedávna tu boli dve spoločnosti; jedna angličtina - Mond Nickel Co. a ďalší Američan - International Nickel Co. Koncom roku 1928 sa obe spoločnosti zlúčili do silného globálneho trustu s názvom International Nickel Company of Canada, ktorý zásoboval trh asi 90 % svetovej produkcie niklu a využíval ložiská nachádzajúce sa v blízkosti mesta Sedbury. Spoločnosť Mond Nickel Co. roztaví svoje rudy v závode v Conistone na matný kameň, ktorý sa posiela do Anglicka na ďalšie spracovanie v závode v Claydachu. International Nickel Co. Matník vytavený v závode Conpercliffe sa posiela do závodu v Port Colborne na výrobu kovov. Svetová produkcia niklu v posledných rokoch dosiahla 40 000 ton.

Spracovanie niklových rúd sa vykonáva výlučne suchými metódami. Hydrometalurgické metódy, ktoré boli opakovane odporúčané na spracovanie rúd, zatiaľ nenašli uplatnenie v praxi. Tieto metódy sa v súčasnosti niekedy aplikujú len na spracovanie medziproduktov (kamienkov) získaných suchým spracovaním rúd. Použitie suchej cesty na spracovanie niklových rúd (sírnych aj oxidovaných) sa vyznačuje realizáciou rovnakého princípu postupnej koncentrácie cenných zložiek rudy vo forme určitých produktov, ktoré sa následne spracovávajú na kovy extrahovať. Prvý stupeň takejto koncentrácie penových zložiek niklových rúd sa uskutočňuje tavením rudy na kamienkový kameň. V prípade sírnych rúd sa tieto tavia v surovom alebo predpálenom stave v šachtových alebo plameňových peciach. Oxidované rudy sa tavia v šachtových peciach s prídavkom materiálov obsahujúcich síru do ich vsádzky. Rudný kamienok, rostein, sa ukazuje ako nevhodný na jeho priame spracovanie na cenné kovy, ktoré obsahuje, vzhľadom na ich relatívne nízku koncentráciu v tomto produkte. Z tohto hľadiska sa rudný kamienok podrobuje ďalšej koncentrácii buď vypálením a následným tavením v šachtovej peci, alebo oxidačným tavením na dne plameňovej pece alebo v konvertore. Tieto kontraktilné alebo koncentrované matné taveniny, vyrobené v praxi raz alebo viackrát, majú konečný cieľ získať čistý najkoncentrovanejší mat (fin matte), pozostávajúci iba zo sulfidov cenných kovov s určitým množstvom posledne menovaných vo voľnom štát. Konečné maty získané v praxi sú dvoch typov v závislosti od ich zloženia. Pri spracovaní oxidovaných novokaledónskych rúd, ktoré neobsahujú iné cenné kovy ako nikel, je kamín zliatinou sulfidu niklu (Ni 3 S 2) s určitým množstvom kovového niklu. V dôsledku spracovania sírnatých kanadských rúd obsahujúcich nikel aj meď je výsledný kamín zliatinou medi a sulfidov niklu s určitým množstvom týchto kovov vo voľnom stave. V závislosti od zloženia matu sa mení aj ich spracovanie na čisté kovy. Najjednoduchšie je spracovanie matu obsahujúceho iba nikel; spracovanie medenoniklového matu je náročnejšie a môže vykonávané rôznymi spôsobmi. Spracovanie oxidovaných rúd na kamínok s prísadami obsahujúcimi síru (sadrovec) navrhol Garnieri v roku 1874. Spracovanie týchto rúd vo Frankensteine ​​(Nemecko) prebiehalo nasledovne. Do rudnej zmesi obsahujúcej 4,75 % Ni sa pridalo 10 % sadry alebo 7 % anhydritu a 20 % vápenca; tu bolo pridané aj určité množstvo kazivca. Celá táto zmes sa dôkladne premiešala, rozdrvila a následne zlisovala do tehál, ktoré sa po vysušení tavili v šachtovej peci so spotrebou koksu 28 – 30 % hmotnosti rudy. Denná produktivita šachtovej pece dosahovala 25 ton rudy. Prierez pece na úrovni dúchacej trubice je 1,75 m2; jej výška je 5 m Spodná časť šachty do výšky 2 m mala vodné plášte. Trosky sú vysoko kyslé; Stratilo sa v nich 15 % Ni. Rostein zloženie: 30-31% Ni; 48-50% Fe a 14-15% S. Kameň sa granuloval, drvil, vypaľoval a tavil v kupolovej peci v zmesi s 20% kremeňa a pri spotrebe koksu 12-14% hmotnosti praženého kamienok. pre koncentrovaný kamienok s nasledujúcim priemerným zložením: 65 % Ni, 15 % Fe a 20 % S. Ten sa premenil na kamienok: 77,75 % Ni, 21 % S, 0,25-0,30 % Fe a 0,15-0,20 % Cu. Opatrne rozdrvený kamienok sa vypaľuje v ohnivých peciach (s ručným alebo mechanickým hrabaním), kým sa síra úplne neodstráni. Na konci výpalu sa do vypálenej hmoty pridá určité množstvo NaNO 3 a Na 2 CO 3, aby sa nielen uľahčilo spaľovanie síry, ale aj aby sa občas prítomný v kamínku premenil As a Sb na antimón a arzén. kyslé soli, ktoré sa potom vylúhujú vodou z kalcinovaného produktu. NiO získaný vypálením sa podrobí redukcii, pri ktorej sa oxid nikelnatý zmieša s múkou a vodou a z výsledného cesta sa vytvoria kocky, ktoré sa potom zahrievajú v téglikoch alebo retortách. Na konci redukcie teplota stúpne na 1250°C, čo podporuje zváranie jednotlivých redukovaných Ni častíc do pevnej hmoty.

International Nickel Co. spracováva jeho stopu sírnych rúd. arr. Tavenie rúd v závislosti od ich veľkosti prebieha buď v šachtových alebo v plameňových peciach. Kusové rudy sa predpražia na hromadách; trvanie výpalu je od 8 do 10 mesiacov. Pražená ruda sa taví zmiešaná s trochou nepraženej rudy v šachtových peciach. Nepridávajú sa žiadne tavidlá, pretože ruda je samotekutá. Spotreba koksu je 10,5 % hmotnosti rudnej zmesi. V peci sa denne vytaví asi 500 ton rudy. Kameň na tavenie rudy sa premieňa na vysokokvalitný kamienok. Konvertorová troska sa čiastočne vracia do konvertora a čiastočne ide do vsádzky na tavenie rudy. Zloženie rúd a produktov je uvedené v tabuľke:

Jemná ruda sa praží v peciach Wedja na obsah síry 10-11% a potom sa taví v plameňovej peci. Konvertorová troska obsahujúca 79,5 % (Cu + Ni), 20 % S a 0,30 % Fe sa spracováva Orfordovým procesom, ktorý pozostáva z tavenia kamienok v prítomnosti Na2S. Ten spôsobuje delamináciu produktov tavenia do dvoch vrstiev: horná, predstavujúca zliatinu Cu 2 S + Na 2 S, a spodná, obsahujúca takmer čistý sulfid nikelnatý. Každá z týchto vrstiev je spracovaná na zodpovedajúci kov. Horná vrstva obsahujúca meď sa po oddelení Na2S z nej podrobí konverzii a spodná vrstva niklu sa podrobí chlórovaciemu praženiu, vylúhovaniu (a zbaví sa určitého množstva medi v nej obsiahnutej). ), a výsledné tak. Oxid nikelnatý je redukovaný. Určité množstvo medeno-niklového kamínku sa podrobí oxidačnému praženiu a následnému redukčnému taveniu do zliatiny medi a niklu známej ako kov Monel.

Spoločnosť Mond Nickel Co. obohacuje svoje rudy; výsledné koncentráty sa podrobia spekaniu na strojoch Dwight-Lloyd, z ktorých aglomerát ide do šachtovej pece. Rudný kamienok sa konvertuje, výsledný kamienok sa spracuje Mondovou metódou, pri ktorej sa kamienok drví, vypaľuje a lúhuje s H 2 SO 4, aby sa odstránila väčšina medi vo forme CuSO 4 . Zvyšok obsahujúci NiO s trochou medi sa suší a privádza do zariadenia, kde sa redukuje pri 300 °C vodíkom (vodný plyn). Redukovaný, jemne rozdrvený nikel vstupuje do ďalšieho zariadenia, kde sa dostáva do kontaktu s CO; v tomto prípade sa vytvorí prchavý uhličitan nikelnatý - Ni(CO) 4, ktorý sa prenesie do tretieho aparátu, kde sa teplota udržiava na 150°C. Pri tejto teplote sa Ni(CO)4 rozkladá na kovový Ni a CO. Výsledný kovový nikel obsahuje 99,80 % Ni.

Okrem vyššie uvedených dvoch spôsobov výroby niklu z medenoniklového matu existuje aj Hybinetteova metóda, ktorá umožňuje získavať nikel elektrolytickými prostriedkami. Elektrolytický nikel obsahuje: 98,25 % Ni; 0,75 % Co; 0,03 % Cu; 0,50 % Fe; 0,10 % C a 0,20 % Pb.

Problematika výroby niklu v ZSSR má storočnú históriu. Už v 20. rokoch minulého storočia boli na Urale známe niklové rudy; Kedysi boli ložiská uralskej niklovej rudy, obsahujúce asi 2% Ni, považované za jeden z hlavných zdrojov surovín pre svetový niklový priemysel. Po objavení niklových rúd na Urale uskutočnili M. Danilov, P. A. Demidov a G. M. Permikin množstvo experimentov pri ich spracovaní. V Revdinsku v rokoch 1873-77. Získalo sa 57,3 ton kovového niklu. Ale ďalšie riešenie úlohy bolo zastavené po objavení bohatších a mohutnejších ložísk niklových rúd v Novej Kaledónii. Otázka domáceho niklu sa opäť dostala do riešenia pod vplyvom okolností spôsobených vojnou v rokoch 1914-18. V lete 1915 v závode Ufaleysky P. M. Butyrin a V. E. Vasiliev uskutočnili pokusy s tavením kamínku v plameňovej peci. Zároveň sa na Petrohradskom polytechnickom inštitúte G. A. Kaščenka pod vedením prof. A. A. Baikov a na jeseň roku 1915 sa v závode uskutočnili skúšobné tavby v ohnivej peci. V lete 1916 sa v závode Revdinsky uskutočnili experimenty s tavením medenoniklového kamínku z nízkokvalitných niklových rúd (0,86% Ni) a nízkomeďnatých pyritov (1,5% Cu). Tavenie prebiehalo v šachtovej peci. Súčasne sa niklové hnedé železné rudy z Revda tavili vo vysokej peci na niklovú liatinu (celá niklová ruda je sústredená v liatine), ktorá bola na základe zmluvy s námorným oddelením dodávaná do jej leningradských tovární. Všetky vyššie uvedené štúdie v dôsledku viacerých okolností neboli v tom čase ukončené vo forme zodpovedajúcich továrenských procesov. V posledných rokoch sa opäť rieši problém získavania niklu z uralských rúd a jeho praktická realizácia v súlade s obsahom niklu v rudách by sa mala uberať dvoma smermi. Obsah niklu v uralských rudách je nízky a podľa neho sa rudy delia na dva stupne: 1. a 2. stupeň. Rudy 1. stupňa, vhodné na pyrometalurgické spracovanie, obsahujú v priemere asi 3 % Ni; Ruda 2. stupňa - asi 1,5 % a menej. Posledné rudy nemôžu byť spracované tavením bez predchádzajúceho obohatenia. Ďalšou možnosťou spracovania nízkokvalitných niklových rúd je hydrometalurgická cesta; on d.b. ešte študoval. V súčasnosti sa na Urale stavia závod na spracovanie rúd 1. stupňa.

Nikel je 17. chemický prvok periodickej tabuľky Mendelejeva s atómovým číslom 28. Látka je prechodný kov, ktorý sa vyznačuje ťažnosťou a má charakteristickú strieborno-bielu farbu. Nevykazuje silnú chemickú aktivitu. Samotný názov látky preložený z nemčiny znamená „horský duch“. Ľudia poznali nikel už v 17. storočí, ale ešte nebol izolovaný ako samostatná látka. Našiel sa v medených rudách pri ťažbe medi a nazýval sa falošnou meďou (kupfernickel) z ducha hôr. Látka bola izolovaná ako samostatný kov Axelom Crostedtom v roku 1751 a nazvala ju „nikel“.

V polovici 18. storočia ľudia poznali 12 kovov, ale aj síru, fosfor, uhlík a arzén. Zároveň k nim pribudol nikel, ktorému bolo pridelené 17. číslo.

Vlastnosti niklu

Novoobjavený prvok nenašiel svoje uplatnenie hneď. Len o dve storočia neskôr ľudia začali aktívne používať kov. Obľúbeným sa stal najmä v hutníctve. Ako sa ukázalo, nikel je vynikajúci legovací prvok pre oceľ a železo. Zliatiny s niklom sú teda veľmi odolné voči rôznym chemickým vplyvom, nepodliehajú poškodeniu koróziou a znesú aj veľmi vysoké teploty. Napríklad zliatina niklu a železa, ktorá sa v metalurgii nazýva invar, nie je schopná expandovať, keď je vystavená vysokým teplotám, čo je jeden z hlavných dôvodov, prečo sa invar používa na výrobu koľajníc pre železnice a mnohých ďalších prvkov.

Fyzikálne vlastnosti niklu

Nikel je kov s charakteristickým žltkasto-strieborným odtieňom. Na čerstvom vzduchu si zachováva farbu a lesk a nevybledne. Tvrdosť kovu podľa Brinella je 600-800 Mn/m2. Napriek svojej pomerne vysokej tvrdosti sa kov dobre hodí na rôzne fyzikálne vplyvy a úpravy, vrátane kovania a leštenia. To umožňuje použitie niklu na výrobu veľmi tenkých a jemných výrobkov.

Kov má magnetické vlastnosti aj pri pomerne nízkych teplotách (až do -340 0 C). Odolný voči poškodeniu koróziou.

Chemické vlastnosti niklu

Nikel má atómové číslo 28 a v chemickej nomenklatúre je označený symbolom Ni. Má molárnu hmotnosť 58,6934 g/mol. Atóm niklu má polomer 124 pm. Jeho elektronegativita na Paulingovej stupnici je 1,94 a jeho elektronický potenciál je 0,25 V.

Kov nie je vystavený negatívnym vplyvom vzduchu a vody. Je to spôsobené tvorbou filmu vo forme oxidu nikelnatého (NiO) na jeho povrchu, ktorý zabraňuje jeho ďalšej oxidácii.

Reaguje s kyslíkom len za určitých podmienok, najmä pri vysokej teplote. Pri vysokých teplotách je tiež schopný interagovať s absolútne všetkými halogénmi.

Vykazuje prudkú reakciu v kyseline dusičnej, ako aj v roztokoch s amoniakom. Niektoré soli, napríklad kyselina chlorovodíková a sírová, však rozpúšťajú kov pomerne pomaly. Ale v kyseline fosforečnej sa vôbec nerozpúšťa.

Výroba niklu

Hlavným materiálom na ťažbu niklu sú sulfidické medenoniklové rudy. Z takýchto rúd sa teda získava asi 80 % niklu z celkovej produkcie na svete, okrem Ruska. Rudy sa podrobia selektívnemu obohateniu flotáciou, po ktorej sa z rudy oddelia koncentráty medi, niklu a pyrhotitov.

Na získanie čistého kovu sa používa koncentrát niklovej rudy, ktorý sa spolu s tavivami taví v elektrických šachtách alebo dozvukových peciach. Výsledkom tohto procesu je separácia odpadovej horniny a extrakcia niklu vo forme kamienok, ktorý obsahuje až 15 % niklu.

Niekedy sa pred odoslaním koncentrátu na tavenie praží a peletizuje. Zloženie sulfidovej taveniny (matu) po procese tavenia obsahuje aj Fe, Co a takmer úplne Cu, ako aj ušľachtilé kovy. Ďalej sa oddelí železo, po ktorom zostane zliatina, ktorá obsahuje meď a nikel. Zliatina je podrobená pomalému chladeniu, po ktorom je jemne mletá a odoslaná na ďalšiu flotáciu, aby sa oddelili dva prvky. Cu a Ni možno oddeliť aj takzvaným karbonylovým procesom, ktorý je založený na reverzibilite reakcie.

Tri najbežnejšie spôsoby získavania niklu sú:

1. Regeneračný. Základom je silikátová ruda, z ktorej sa za účasti uhoľného prachu vytvárajú železo-niklové pelety s obsahom od 5 % do 8 % niklu. Na tento proces sa používajú rotačné rúrkové pece. Potom sa pelety očistia od síry, kalcinujú a spracujú roztokom amoniaku, z ktorého sa po okyslení získava nikel.
2. karbonyl. Táto metóda sa nazýva aj Mondova metóda. Na základe výroby medeno-niklového matu zo sulfidovej rudy. CO prechádza cez kamienok pod vysokým tlakom, čím vzniká tetrakarbonylnikel, z ktorého sa vplyvom vysokých teplôt uvoľňuje vysoko čistý nikel.
3. Aluminotermické. Táto metóda je založená na získavaní niklu z oxidovej rudy: 3NiO + 2Al = 3Ni +Al 2 O 3

Zlúčeniny niklu

Nikel tvorí mnoho rôznych zlúčenín, organických aj anorganických, z ktorých každá sa používa v určitých oblastiach ľudskej činnosti.

Anorganické zlúčeniny niklu

Medzi nimi stojí za zmienku oxidy. Predovšetkým jeho oxid, ktorý vzniká reakciou kovu a kyslíka pri pomerne vysokej teplote presahujúcej 500 0 C, sa používa ako materiál, z ktorého sa vyrábajú farby a emaily pri výrobe keramiky a skla. A pri výrobe anód, ktoré sa používajú v alkalických batériách, sa používa oxid nikelnatý Ni 2 O 3. Na jeho získanie sa dusičnan nikelnatý alebo chlorečnan nikelnatý veľmi pomaly zahrieva.

Nemenej miesto je venované hydroxidom niklu. Napríklad Ni(OH)2 vzniká ako výsledok pôsobenia alkálií na vodné roztoky solí niklu. Tento hydroxid sa vyznačuje svetlozelenou farbou. Z hydroxidu niklu vplyvom oxidačného činidla v alkalickom prostredí vzniká hydratovaný oxid, na základe ktorého funguje alkalická batéria Edison. Výhodou tejto batérie je jej schopnosť zostať dlho nenabitá, zatiaľ čo klasická olovená batéria nemôže zostať dlho nenabitá.

Nikelnaté soli sa zvyčajne tvoria ako výsledok interakcie NiO alebo Ni(OH)2 s rôznymi kyselinami. Rozpustné soli niklu vo väčšine prípadov tvoria kryštalické hydráty. Nerozpustnými soľami sú fosforečnan Ni3(P04)2 a kremičitan Ni2Si04. Kryštalické hydráty a roztoky sa vyznačujú zelenkastou farbou a bezvodé soli žltou alebo hnedožltou farbou.

Existujú aj komplexné zlúčeniny niklu. Na ich vytvorenie sa oxid nikelnatý rozpustí v roztoku amoniaku. Dimetylglyoximát nikelnatý Ni(C 4 H 6 N 2 O 2) 2 sa používa ako reakcia na ióny niklu. Vyznačuje sa sfarbením kyslého prostredia do červena.

Najmenej charakteristické zlúčeniny niklu sú zlúčeniny niklu (III). Z nich je známa čierna látka, ktorá sa získava v dôsledku oxidačnej reakcie hydroxidu nikelnatého v alkalickom prostredí s chlórnanom alebo halogénmi:

2Ni(OH)2 + 2NaOH + Br2 = Ni203 *H20 + 2NaBr + H20

Organické zlúčeniny niklu

Väzba Ni-C prebieha dvoma spôsobmi:

1. Y-typ. Takéto zlúčeniny sa nazývajú y-komplexy. Tieto zahŕňajú zlúčeniny, ktoré majú nasledujúcu formu: a kde R = Alk alebo Ar, L = PR3, kde X je acidoligand.
2. Podľa typu p. Nazývajú sa p-komplexy. Patria sem alkénové a polyénové organoniklové zlúčeniny, ktoré obsahujú nikel v nulovom oxidačnom stave. Takéto zlúčeniny sú zvyčajne charakterizované trigonálnou alebo tetraedrickou štruktúrou.

– strieborno-sivý, tvárny, kujný kov. Patrí medzi prechodné kovy, to znamená, že môže vykazovať kyslé aj zásadité vlastnosti. Za normálnych podmienok je nikel pokrytý oxidovým filmom, a preto je neaktívny. Rozdiel od iných podobných prvkov je v tom, že jeho oxidový film neznižuje lesk. A dnes vám povieme o využití niklu v priemysle, využití jeho zliatin v stavebníctve a iných oblastiach života.

Oxidový film chráni kov a dodáva mu vysokú odolnosť proti korózii. Okrem toho je jeho účinok taký silný, že nielen samotný nikel je neaktívny, ale aj akékoľvek iné predmety potiahnuté najtenšou vrstvou niklu. Práve táto kvalita určuje jeden z najbežnejších spôsobov aplikácie.

Toto video vám povie o používaní niklu v každodennom živote:

Poniklovanie

Niklovanie je výroba niklového povlaku galvanickým spôsobom na povrchu iných kovov - zliatin železa, spravidla s cieľom chrániť ich pred koróziou. V roku 2015 sa 7 % vyťaženého kovu použilo na niklovanie. S takýmto „spracovaním“ sa stretávame všade: riad, príbor, kovové rúry používané pri výrobe nábytku alebo na dekoratívne účely. Okrem ochrany základnej zliatiny dodáva kovu aj krásny strieborný lesk, ktorý časom nevybledne.

Nikel sa používa na ochranu liatiny, železa, horčíka a dokonca aj hliníka, ktoré sa samy o sebe považujú za celkom odolné voči korózii. Nikel má však ešte jednu špeciálnu vlastnosť – výnimočnú odolnosť voči zásadám. Poniklovanie kovových výrobkov sa aktívne používa v chemickom priemysle - napríklad na výrobu nádrží na skladovanie a prepravu chemicky agresívnych látok, ako aj na výrobu dielov určených na prácu v najnebezpečnejších podmienkach: napr. chráni duralové lopatky lietadiel pred koróziou.

Ostatné oblasti

• Kov sa používa pri výrobe batérií – nikel-kadmium, železo-nikel, nikel-zinok, nikel-vodík. Niklové elektródy sú stabilné v elektrolyte, majú dlhú životnosť a sú cenovo dostupné. Zinkovo-strieborná batéria teda vykazuje vyšší výkon, ale je oveľa drahšia.
• Kov sa používa v chemickom priemysle na výrobu rôznych činidiel.
• V medicíne sa nikel používa pri výrobe protetiky a ortéz, pretože kov je úplne inertný a bezpečný. Rovnaká vlastnosť umožňuje použitie látky pri výrobe zariadení pre potravinársky priemysel.
• Oveľa väčší podiel niklu sa však vynakladá na výrobu rôznych zliatin. Zliatiny železa tvoria 67 % ťaženej látky a neželezné zliatiny tvoria 17 %.

Je to spôsobené tým, že nikel dáva zliatinám takmer rovnakú antikoróznu odolnosť, akú má on sám. Výsledkom je, že väčšina kovu sa používa na výrobu širokej škály nehrdzavejúcich ocelí. Rovnaké zliatiny železa, ktoré nie sú legované niklom, sú kvôli ochrane podrobené poniklovaniu. Je jednoducho nereálne vymenovať oblasti použitia nehrdzavejúcich a konštrukčných ocelí: neexistuje oblasť národného hospodárstva, kde by sa tieto výrobky nepoužívali.

Nemenej zaujímavé sú aj iné kompozície zliatin niklu, napríklad zliatina niklu so železom, meďou, cínom, hliníkom, titánom, chrómom a inými kovmi.

Zliatiny na jej základe

Zliatiny niklu sú mimoriadne rozmanité a ich vlastnosti sú také dôležité pre rôzne odvetvia národného hospodárstva, že takmer všetky kompozície tvoria samostatné skupiny.

S meďou

Zliatiny niklu a medi - vzácnou vlastnosťou takéhoto tuhého roztoku je vzájomná úplná rozpustnosť kovov v sebe. Pri legovaní v akomkoľvek pomere sa získa jednofázová homogénna zliatina, ktorá prirodzene a predvídateľne mení svoje vlastnosti. Korózne vlastnosti takýchto zliatin sú určené iba pomermi látok: s podielom viac ako 50% sa vlastnosti približujú kvalitám samotnej medi, s podielom niklu viac ako 50%, zliatina vykazuje vlastnosti niklu.

Zliatiny niklu a medi sú odolné voči kyselinám aj zásadám. Používajú sa pri výrobe dielov a nádrží pre zariadenia pracujúce v prostredí kyseliny fosforečnej, sírovej, chloristej, ako aj súčiastok strojov vystavených vysokému zaťaženiu.

• Medzi najznámejšie kompozície tohto druhu patria Monels: 70 % niklu a 1,5–2 % železa.

Monely sa vyznačujú vynikajúcou mechanickou pevnosťou a tvrdosťou, trvanlivosťou, odolnosťou proti opotrebovaniu a necitlivosťou voči kyselinám a zásadám. Vyrábajú sa z nich ventily, čerpadlá, nápravy obežných kolies, pružiny, puzdrá, výmenníky tepla atď.

• Mince sú vyrobené zo zliatin medi a niklu.
• Constantan je zliatina 40% niklu a 59% medi, používaná pri výrobe vysoko presných zariadení, pretože je odolná voči opotrebovaniu a vydrží vysoké zaťaženie.

Použitie niklu v modernej technológii je uvedené v tomto videu:

S chrómom

• Zliatiny niklu a chrómu– nichrómy sú známe svojou tepelnou odolnosťou, no zároveň sa vyznačujú aj vysokou odolnosťou proti korózii, a to aj voči kyselinám. Tento súbor vlastností predurčuje aj jeho využitie: pri výrobe muflových pecí, na výrobu výmenníkov tepla a potrubí, ako súčasti plynových turbín. Zliatiny s obsahom niklu do 80 % sa používajú na výrobu častí spaľovacích komôr v prúdových motoroch a jadrových reaktoroch. Najznámejšie z nich sú nimonic, incoloy rôznych značiek a inconel. Zliatiny sa používajú na výrobu dielov, kde je potrebná vysoká pevnosť pri vysokých teplotách - plášte vykurovacích telies, rúrky drvičov atď.
• Kalené zliatiny nikel-chróm-železo, sa právom nazývajú superpevné zliatiny. Kombinujú extrémnu pevnosť s odolnosťou proti vysokoteplotnej korózii a odolnosťou proti tečeniu. Vyrábajú sa z nich časti plynových turbín, lopatky a časti motorov, časti pecí, kováčsky materiál a pod. Zliatiny sú navrhnuté tak, aby „pracovali“ pri teplotách do 600–850 C. Najznámejšie sú nimonic, ako aj inconel a udimet.

S molybdénom a inými kovmi

Zloženie niklu a molybdénu - napríklad Hastelloy - je odolné voči kyselinám sírovej, fosforečnej, chlorovodíkovej atď. a pri vysokých teplotách až do varu. Časti zariadenia odolného voči kyselinám sú vyrobené zo zliatiny. Zároveň sa vyznačuje vysokou pevnosťou, takže slúži ako plnohodnotný konštrukčný materiál v chemickom priemysle.

Zliatiny niklu, chrómu a molybdénu sú odolné voči ešte širšiemu spektru kyselín a iným agresívnym prostrediam – napríklad suchému chlóru.

• Kov má svoje miesto aj v šperkoch. Zliatina "biele zlato" obsahuje 58% zlata a ligatúru niklu a striebra.
• Samotný nikel je feromagnetický. Jeho zliatiny, alnico a magnico, sú permanentné magnety.

O zliatine železa a niklu a jej výhodách si povieme nižšie.

So železom

Vzťahuje sa to na tuhé roztoky, v ktorých nikel nie je legujúcou prísadou, ako v prípade nehrdzavejúcej ocele, ale „vážnejšou“ zložkou - až 65%. Existujú 4 typy takýchto zliatin.

• Tepluvzdorný– ich zvláštnosťou nie je len odolnosť voči teplotám, ale aj schopnosť odolávať vysokému zaťaženiu pri vysokých teplotách. Podiel niklu je tu zvyčajne 44–46% a môže zahŕňať aj chróm, hliník, titán, molybdén atď. Mechanická pevnosť zliatin za normálnych podmienok je 600 - 850 MPa a pri teplotách 800 - 900 C - od 45 do 177 MPa.

Tepelná odolnosť bez zaťaženia dosahuje 1000–1350 C, pričom prevádzka pri vysokých teplotách neovplyvňuje fyzikálne vlastnosti výrobkov. Zliatina sa používa na výrobu dielov pre jadrové reaktory, prúdové motory, plynové turbíny atď.

• Magnetické zliatiny– permalloy, vykazujú vysokú magnetickú permeabilitu v slabom poli. Používajú sa v elektrotechnike na výrobu dielov s vysokou magnetizáciou.
• Zliatiny, ktoré si zachovávajú elasticitu a celkové rozmery– napríklad elinvar obsahujúci 36 % niklu. Zachováva si zvýšenú elasticitu pri vysokých teplotách, pretože táto kvalita zliatiny je spôsobená jej magnetickými vlastnosťami. Používa sa na výrobu termočlánkov v peciach.
• Antikorózne zliatiny– spravidla okrem niklu obsahujú aj molybdén alebo chróm. Aktívne sa používajú pri výrobe chemických zariadení.

Použitie materiálu v stavebníctve

Svetová hodnota bola v roku 1887 iba 600 ton. Kov sa používal na výrobu mincí. Ale už od 80. rokov sa niklový priemysel začal aktívne rozvíjať. Impulzom bola vysoká odolnosť kovu voči korózii, a čo je najdôležitejšie, jeho zliatin.

• Od konca 19. storočia sa začalo používať aj niklovanie ako spôsob „zušľachťovania“ výrobku, ktorý bol nahradený chrómovaním až v 30. rokoch 20. storočia. V stavebníctve sa poniklované diely stále používajú pri konštrukcii širokej škály dekoratívnych štruktúr.
• Z rovnakých dôvodov sa pri výrobe nábytku používajú poniklované diely. Kovová vrstva dodáva výrobku nielen lesk a krásnu farbu, ale zároveň chráni rám pred akýmikoľvek vonkajšími vplyvmi.
• Dekoratívne vlastnosti určujú ďalšiu oblasť použitia - kovanie pre nábytok, okná, dvere, domáce spotrebiče atď. Rukoväte, pánty a kovové lišty vyzerajú skvele a vydržia veľmi dlho.
• Poniklované batérie, vodovodné batérie, sprchové hlavice a iné kúpeľňové doplnky nikdy nevyjdú z módy, pretože niklová vrstva dodáva výrobkom vynikajúci vzhľad a výnimočnú odolnosť voči korózii akéhokoľvek druhu. Táto možnosť je, samozrejme, z hľadiska dekoratívnosti horšia, pretože základom je oceľ a nie je kujná. Atraktívna je ale aj strieborná farba a neblednúci lesk.
• Zliatiny s niklom sa používajú oveľa širšie, najmä rôzne nehrdzavejúce a konštrukčné ocele. Je nereálne si predstaviť modernú konštrukciu bez účasti valcovaného kovu.

Nikel je kov, ktorý je vysoko odolný voči korózii a je schopný to dosiahnuť. Táto kvalita je najčastejšie dôvodom použitia kovu.

Toto video vám povie o chemickom pokovovaní niklom:

Použitie niklu v zliatinách

Nikel je základom väčšiny tepelne odolných materiálov používaných v leteckom a kozmickom priemysle na časti elektrární.

• Kov Monel (65 - 67 % Ni + 30 - 32 % Cu + 1 % Mn), tepelne odolný do 500 °C, veľmi odolný voči korózii;
• nichróm, odporová zliatina (60 % Ni + 40 % Cr);
• permalloy (76 % Ni + 17 % Fe + 5 % Cu + 2 % Cr), má vysokú magnetickú susceptibilitu s veľmi nízkymi hysteréznymi stratami;
• invar (65 % Fe + 35 % Ni), pri zahrievaní sa takmer nepredlžuje.
• Okrem toho zliatiny niklu zahŕňajú niklové a chrómniklové ocele, nikel striebro a rôzne odporové zliatiny, ako je konštantán, nikel a manganín.

Všetky nehrdzavejúce ocele nevyhnutne obsahujú nikel, pretože... Nikel zvyšuje chemickú odolnosť zliatiny. Zliatiny niklu sa vyznačujú aj vysokou húževnatosťou a používajú sa pri výrobe odolného panciera. Pri výrobe najdôležitejších častí rôznych zariadení sa používa zliatina niklu a železa (36-38% niklu), ktorá má nízky koeficient tepelnej rozťažnosti.

Pri výrobe jadier elektromagnetov sa široko používajú zliatiny pod všeobecným názvom permalloy. Tieto zliatiny okrem železa obsahujú od 40 do 80 % niklu. Mince sú razené zo zliatin niklu. Celkový počet rôznych zliatin niklu v praktickom použití dosahuje niekoľko tisíc.

Nikel vo svojej čistej forme sa používa hlavne ako ochranné povlaky proti korózii v rôznych chemických prostrediach. Ochranné povlaky na železe a iných kovoch sa získavajú dvoma dobre známymi metódami: plátovaním a galvanickým pokovovaním. Pri prvom spôsobe sa plátovaná vrstva vytvorí valcovaním tenkej niklovej platne s hrubým železným plechom dohromady. Pomer hrúbky niklu a pokovovaného kovu je približne 1:10. V procese spoločného valcovania sa v dôsledku vzájomnej difúzie tieto plechy zvaria a získa sa monolitický dvojvrstvový alebo dokonca trojvrstvový kov, ktorého niklový povrch chráni tento materiál pred koróziou.

Tento druh horúceho spôsobu vytvárania ochranných niklových povlakov sa široko používa na ochranu železa a nelegovaných ocelí pred koróziou. To výrazne znižuje náklady na mnohé výrobky a zariadenia vyrobené nie z čistého niklu, ale z relatívne lacného železa alebo ocele, ale potiahnuté tenkou ochrannou vrstvou niklu. Veľké nádrže sú vyrobené z poniklovaných železných plechov na prepravu a skladovanie napríklad žieravých alkálií, ktoré sa používajú aj v rôznych chemických odvetviach.

Galvanická metóda vytvárania ochranných povlakov niklom je jednou z najstarších metód elektrochemických procesov. Táto operácia, v technológii široko známa ako poniklovanie, je v princípe relatívne jednoduchý technologický proces. Zahŕňa určité prípravné práce pri veľmi dôkladnom čistení povrchu pokovovaného kovu a príprave elektrolytického kúpeľa pozostávajúceho z okysleného roztoku soli niklu, zvyčajne síranu nikelnatého. Pri elektrolytickom pokovovaní slúži poťahovaný materiál ako katóda a niklová platňa slúži ako anóda. V galvanickom obvode je nikel nanesený na katóde s ekvivalentným prechodom z anódy do roztoku. Metóda pokovovania niklom je široko používaná v strojárstve a na tento účel sa spotrebuje veľké množstvo niklu.

V poslednej dobe sa metóda elektrolytického niklovania používa na vytváranie ochranných povlakov na hliník, horčík, zinok a liatinu. Príspevok popisuje využitie metódy pokovovania niklom pre zliatiny hliníka a horčíka, najmä na ochranu duralových lopatiek lietadiel s vrtuľovým pohonom. Ďalší článok opisuje použitie poniklovaných liatinových sušiacich bubnov pri výrobe papiera; Zistilo sa výrazné zvýšenie koróznej odolnosti bubnov a zvýšenie kvality papiera na poniklovaných bubnoch v porovnaní s bežnými liatinovými bubnami bez poniklovania.

Niklovanie sa vykonáva galvanickým pokovovaním s použitím elektrolytov obsahujúcich síran nikelnatý, chlorid sodný, hydroxid boritý, povrchovo aktívne látky a zjasňovacie činidlá a rozpustné niklové anódy. Hrúbka výslednej niklovej vrstvy je 12 - 36 mikrónov. Stabilný lesk povrchu je možné zabezpečiť následným chrómovaním (hrúbka chrómovej vrstvy 0,3 mikrónu).

Bezprúdové pokovovanie niklom sa vykonáva v roztoku zmesi chloridu nikelnatého a fosfornanu sodného v prítomnosti citranu sodného:

NiCl2 + NaH2P02 + H20 = Ni + NaH2P03 + 2HCl

Proces sa uskutočňuje pri pH 4 - 6 a 95 °C.

Výroba železo-niklových, nikel-kadmiových, nikel-zinkových, nikel-vodíkových batérií.

Najbežnejšie „proti“ v zdrojoch chemického prúdu sú zinok, kadmium, železo a najbežnejšie „klady“ sú oxidy striebra, olova, mangánu a niklu. Zlúčeniny niklu sa používajú pri výrobe alkalických batérií. Mimochodom, železo-niklovú batériu vynašiel v roku 1900 Thomas Alva Edison.

Pozitívne elektródy na báze oxidov niklu majú dosť veľký kladný náboj, sú stabilné v elektrolyte, ľahko sa spracovávajú, sú relatívne lacné, dlho vydržia a nevyžadujú špeciálnu starostlivosť. Tento súbor vlastností spôsobil, že niklové elektródy sú najbežnejšie. Niektoré batérie, najmä zinkovo-strieborné batérie, majú lepšie špecifické vlastnosti ako železo-niklové alebo nikel-kadmiové batérie. Ale nikel je oveľa lacnejší ako striebro a drahé batérie vydržia oveľa menej.

Nikeloxidové elektródy pre alkalické batérie sú vyrobené z pasty obsahujúcej hydrát oxidu nikelnatého a grafitový prášok. Niekedy namiesto grafitu plnia funkcie vodivej prísady tenké plátky niklu rovnomerne rozložené v hydroxide niklu. Táto aktívna hmota je balená do vodivých dosiek rôznych vzorov.

V posledných rokoch sa rozšíril ďalší spôsob výroby niklových elektród. Doštičky sú lisované z veľmi jemného prášku oxidov niklu s potrebnými prísadami. Druhou fázou výroby je spekanie hmoty vo vodíkovej atmosfére. Touto metódou sa vyrábajú porézne elektródy s veľmi vyvinutým povrchom a čím väčší je povrch, tým väčší je prúd. Batérie s elektródami vyrobenými touto metódou sú výkonnejšie, spoľahlivejšie, ľahšie, ale aj drahšie. Preto sa používajú v najkritickejších objektoch - rádioelektronické obvody, zdroje prúdu v kozmických lodiach atď.

V palivových článkoch sa používajú aj niklové elektródy, vyrobené z najjemnejších práškov. Tu nadobúdajú mimoriadny význam katalytické vlastnosti niklu a jeho zlúčenín. Nikel je vynikajúcim katalyzátorom pre zložité procesy prebiehajúce v týchto súčasných zdrojoch. Mimochodom, v palivových článkoch sa nikel a jeho zlúčeniny môžu použiť na výrobu „plus“ aj „mínus“. Jediný rozdiel je v prísadách.

Nuklid 63 Ni, ktorý emituje častice β+, má polčas rozpadu 100,1 roka a používa sa v krytrónoch. V mechanických prerušovačoch neutrónových lúčov sa nedávno namiesto kadmiových platní používali niklové platne, aby sa získali neutrónové impulzy s vysokými energetickými hodnotami.

• Používa sa pri výrobe konzolových systémov.
• Protetika

Tvorba šarlátovej zrazeniny po pridaní dimetylglyoxímu do roztoku amoniaku analyzovanej zmesi je najlepšou reakciou na kvalitatívne a kvantitatívne stanovenie niklu. Dimetylglyoxymát nikelnatý však nepotrebujú len analytici. Krásna hlboká farba tejto komplexnej zlúčeniny pritiahla pozornosť parfumérov: do zloženia rúžu sa zavádza dimetylglyoximát niklu. Niektoré zo zlúčenín, ako je dimetylglyoxymát nikelnatý, sú základom farieb veľmi odolných voči svetlu.

Existujú zaujímavé náznaky používania niklových platní v ultrazvukových inštaláciách, elektrických aj mechanických, ako aj v moderných dizajnoch telefónnych prístrojov.

Existujú niektoré oblasti technológie, kde sa čistý nikel používa buď priamo vo forme prášku, alebo vo forme rôznych produktov získaných z práškov čistého niklu.

Jednou z oblastí použitia práškového niklu sú katalytické procesy pri hydrogenačných reakciách nenasýtených uhľovodíkov, cyklických aldehydov, alkoholov a aromatických uhľovodíkov.

Katalytické vlastnosti niklu sú podobné ako vlastnosti platiny a paládia. Odráža sa tu teda chemická analógia prvkov tej istej skupiny periodickej tabuľky. Nikel, ako kov lacnejší ako paládium a platina, je široko používaný ako katalyzátor v hydrogenačných procesoch.

Na tieto účely je vhodné použiť nikel vo forme veľmi jemného prášku. Získava sa špeciálnym spôsobom redukcie oxidu niklu vodíkom v teplotnom rozsahu 300-350°.

Písal sa rok 1751. V malom Švédsku sa vďaka vedcovi Axelovi Frederikovi Krondstedtovi objavil prvok číslo 17 V tom čase bolo známych len 12 kovov plus síra, fosfor, uhlík a arzén. Do svojej spoločnosti prijali nového chlapa, volal sa Nickel.

Trochu histórie

Už mnoho rokov pred týmto zázračným objavom poznali baníci zo Saska rudu, ktorú možno pomýliť s meďou Pokusy získať meď z tohto materiálu boli márne. Ruda, ktorá sa cítila oklamaná, sa začala nazývať „kupfernickel“ (v ruštine - „medený diabol“).

O túto rudu sa začal zaujímať odborník na nerasty Krondstedt. Po veľkej práci sa získal nový kov, ktorý sa nazýval nikel. Výskumnú štafetu prevzal Bergman. Kov ďalej čistil a dospel k záveru, že prvok pripomína železo.

Fyzikálne vlastnosti niklu

Nikel je súčasťou desiatej skupiny prvkov a nachádza sa vo štvrtej perióde periodickej tabuľky pod atómovým číslom 28. Ak do tabuľky zadáte symbol Ni, ide o nikel. Má žltý odtieň so strieborným základom. Kov nevybledne ani na vzduchu. Tvrdé a dosť viskózne. Dobre sa hodí na kovanie, čo umožňuje vyrábať veľmi tenké výrobky. Dokonale vyleštené. Nikel je možné pritiahnuť pomocou magnetu. Už pri teplote 340 stupňov so znamienkom mínus sú viditeľné magnetické vlastnosti niklu. Nikel je kov, ktorý je odolný voči korózii. Vykazuje slabú chemickú aktivitu. Čo môžete povedať o chemických vlastnostiach niklu?

Chemické vlastnosti

Čo je potrebné na určenie kvalitatívneho zloženia niklu? Tu by sme mali uviesť, z ktorých atómov (konkrétne ich počtu) sa skladá náš kov. Molárna hmotnosť (nazývaná aj atómová hmotnosť) je 58,6934 (g/mol). S meraniami sme sa posunuli dopredu. Polomer atómu nášho kovu je 124 pm. Pri meraní polomeru iónu výsledok ukázal (+2e) 69 pm a číslo 115 pm je kovalentný polomer. Podľa stupnice slávneho kryštalografa a veľkého chemika Paulinga je elektronegativita 1,91 a elektrónový potenciál 0,25 V.

Účinky vzduchu a vody na nikel sú prakticky zanedbateľné. To isté možno povedať o alkáliách. Prečo tento kov takto reaguje? Na jeho povrchu vzniká NiO. Ide o povlak vo forme filmu, ktorý zabraňuje oxidácii. Ak sa nikel zahreje na veľmi vysokú teplotu, potom začne reagovať s kyslíkom a tiež reaguje s halogénmi a so všetkými z nich.

Ak sa nikel dostane do kyseliny dusičnej, reakcia nebude trvať dlho. Ľahko sa aktivuje aj v roztokoch obsahujúcich amoniak.

Ale nie všetky kyseliny ovplyvňujú nikel. Kyseliny ako kyselina chlorovodíková a sírová ho rozpúšťajú veľmi pomaly, ale isto. A pokusy urobiť to isté s niklom v kyseline fosforečnej neboli vôbec úspešné.

Nikel v prírode

Špekulácie vedcov sú také, že jadrom našej planéty je zliatina, ktorá obsahuje 90 % železa a 10-krát menej niklu. Je tu prítomnosť kobaltu - 0,6%. Počas procesu rotácie sa do zemskej krycej vrstvy uvoľnili atómy niklu. Sú zakladateľmi sulfidických medeno-niklových rúd spolu s meďou a sírou. Niektoré odvážnejšie atómy niklu sa tam nezastavili a vydali sa ďalej. Atómy sa dostali na povrch v spoločnosti chrómu, horčíka a železa. Ďalej spoločníci nášho kovu oxidovali a odpojili sa.

Na povrchu zemegule sú kyslé a ultrabázické horniny. Podľa vedcov je obsah niklu v kyslých horninách oveľa nižší ako v ultrabázických horninách. Preto je tam pôda a vegetácia celkom dobre obohatená o nikel. Ukázalo sa však, že cesta hrdinu, o ktorom sa diskutuje v biosfére a vode, nie je taká nápadná.

Niklové rudy

Priemyselné niklové rudy sú rozdelené do dvoch typov.

1. Sulfidová meď-nikel. Minerály: horčík, pyrhotit, kubanit, milerit, petlandit, sperrylit - to je to, čo tieto rudy obsahujú. Vďaka magme, ktorá ich vytvorila. Sulfidové rudy môžu tiež produkovať paládium, zlato a ďalšie.
2. Silikátové niklové rudy. Sú sypké, hlinené. Rudy tohto typu sú železité, kremičité a magnéziové.

Kde sa používa nikel?

Nikel je široko používaný v takom silnom priemysle, akým je metalurgia. Konkrétne pri výrobe širokej škály zliatin. Zliatina obsahuje hlavne železo, nikel a kobalt. Existuje veľa zliatin na báze niklu. Náš kov je kombinovaný do zliatiny, napríklad s titánom, chrómom, molybdénom. Nikel sa používa aj na ochranu výrobkov, ktoré rýchlo korodujú. Tieto výrobky sú poniklované, to znamená, že vytvárajú špeciálny niklový povlak, ktorý bráni korózii robiť svoju škaredú prácu.

Nikel je veľmi dobrý katalyzátor. Preto sa aktívne používa v chemickom priemysle. Sú to nástroje, chemické náčinie, zariadenia na rôzne aplikácie. Na chemikálie, potraviny, rozvoz alkálií, skladovanie éterických olejov sa používajú nádrže a zásobníky z niklových materiálov. Bez tohto kovu nie je možné použiť jadrovú technológiu, televíziu a rôzne zariadenia, ktorých zoznam je veľmi dlhý.

Ak sa pozriete do takej oblasti, ako je výroba nástrojov, a potom do oblasti strojárstva, všimnete si, že anódy a katódy sú niklové plechy. A to nie je celý zoznam použití pre taký jednoducho úžasný kov. Význam niklu v medicíne netreba podceňovať.

Nikel v medicíne

Nikel sa v medicíne používa veľmi široko. Najprv si vezmime nástroje potrebné na vykonanie operácie. Výsledok operácie závisí nielen od samotného lekára, ale aj od kvality nástroja, ktorý používa. Nástroje prechádzajú početnými sterilizáciami a ak sú vyrobené zo zliatiny, ktorá neobsahuje nikel, korózia na seba nenechá dlho čakať. A nástroje vyrobené z ocele, ktorá obsahuje nikel, vydržia oveľa dlhšie.

Ak hovoríme o implantátoch, na ich výrobu sa používajú zliatiny niklu. Oceľ obsahujúca nikel má vysoký stupeň pevnosti. Zariadenia na upevnenie kostí, protéz, skrutiek - všetko je vyrobené z tejto ocele. V zubnom lekárstve zaujali silné postavenie aj implantáty. Spony a rovnátka z nehrdzavejúcej ocele používajú ortodontisti.

Nikel v živých organizmoch

Ak sa pozriete na svet zdola nahor, obrázok sa vynorí asi takto. Pod nohami máme pôdu. Obsah niklu je v ňom vyšší ako vo vegetácii. Ale ak vezmeme do úvahy túto vegetáciu pod hranolom, ktorý nás zaujíma, potom sa v strukovinách nachádza veľký obsah niklu. A v obilninách sa percento niklu zvyšuje.

Stručne uvažujme o priemernom obsahu niklu v rastlinách, morských a suchozemských živočíchoch. A samozrejme v človeku. Meranie je v hmotnostných percentách. Hmotnosť niklu v rastlinách je teda 5*10-5. Suchozemské živočíchy 1*10 -6, morské živočíchy 1,6*10 -4. A u ľudí je obsah niklu 1-2*10-6.

Úloha niklu v ľudskom tele

Vždy chcem byť zdravým a krásnym človekom. Nikel je jedným z dôležitých stopových prvkov v ľudskom tele. Nikel sa zvyčajne hromadí v pľúcach, obličkách a pečeni. Nahromadenie niklu u ľudí sa nachádza vo vlasoch, štítnej žľaze a pankrease. A to nie je všetko. Čo robí kov v tele? Tu môžeme pokojne povedať, že je to Švéd, kosec a trubkár. menovite:

• pokúša sa, nie bez úspechu, pomôcť bunkám poskytnúť kyslík;
• redoxná práca v tkanivách tiež padá na ramená niklu;
• neváha sa podieľať na regulácii hormonálnych hladín tela;
• bezpečne oxiduje vitamín C;
• možno si všimnúť jeho zapojenie do metabolizmu tukov;
• Nikel má výborný vplyv na krvotvorbu.

Chcel by som poznamenať obrovský význam niklu v článku. Tento mikroelement chráni bunkovú membránu a nukleové kyseliny, konkrétne ich štruktúru.

Hoci zoznam hodnotných diel niklu môže pokračovať. Z vyššie uvedeného si všimneme, že telo potrebuje nikel. Tento stopový prvok sa do nášho tela dostáva potravou. Zvyčajne je niklu v tele dostatok, pretože ho potrebujete veľmi málo. Poplachové zvony nedostatku nášho kovu sú prejavom dermatitídy. To je význam niklu v ľudskom tele.

Zliatiny niklu

Existuje mnoho rôznych zliatin niklu. Všimnime si hlavné tri skupiny.

Do prvej skupiny patria zliatiny niklu a medi. Nazývajú sa zliatiny niklu a medi. Nech sú pomery, v ktorých sú tieto dva prvky spojené, akékoľvek, výsledok je úžasný a hlavne bez prekvapení. Homogénna zliatina je zaručená. Ak je v nej viac medi ako niklu, potom sú vlastnosti medi vyjadrené jasnejšie a ak prevažuje nikel, zliatina vykazuje charakter niklu.

Zliatiny niklu a medi sú obľúbené pri výrobe mincí a častí strojov. Na výrobu zariadení s vyššou presnosťou sa používa zliatina Konstantin, ktorá obsahuje takmer 60% medi a zvyšok niklu.

Zvážte zliatinu s niklom a chrómom. Nicrómy. Odolný voči korózii, kyselinám, tepelne odolný. Takéto zliatiny sa používajú pre prúdové motory a jadrové reaktory, ale iba ak obsahujú do 80 % niklu.

Prejdime k tretej skupine so železom. Sú rozdelené do 4 typov.

1. Tepelne odolný - odolný voči vysokým teplotám. Táto zliatina obsahuje takmer 50% niklu. Tu môže byť kombinácia s molybdénom, titánom, hliníkom.
2. Magnetické - zvyšujú magnetickú permeabilitu, často používané v elektrotechnike.
3. Antikorózna - tejto zliatine sa nedá vyhnúť pri výrobe chemických zariadení, ako aj pri práci v agresívnom prostredí. Zliatina obsahuje molybdén.
4. Zliatina, ktorá si zachováva svoje rozmery a elasticitu. Termočlánok v peci. Tu prichádza na rad takáto zliatina. Pri zahriatí sú zachované rozmery a nestráca sa elasticita. Koľko niklu je potrebné na to, aby zliatina mala také vlastnosti? Zliatina by mala obsahovať približne 40 % kovu.

Nikel v každodennom živote

Ak sa pozriete okolo seba, pochopíte, že zliatiny niklu obklopujú ľudí všade. Začnime s nábytkom. Zliatina chráni základňu nábytku pred poškodením a škodlivými vplyvmi. Venujme pozornosť kovaniu. Či už na okno alebo kus nábytku. Dá sa používať dlhodobo a vyzerá veľmi pekne. Pokračujme v našej exkurzii do kúpeľne. Bez niklu to tu nejde. Sprchové hlavice, batérie, batérie - všetko poniklované. Vďaka tomu môžete zabudnúť, čo je korózia. A nie je hanba pozrieť sa na produkt, pretože vyzerá roztomilo a podporuje dekor. Poniklované časti sa nachádzajú v dekoratívnych štruktúrach.

Nikel nemožno nazvať menším kovom. Prítomnosťou niklu sa môžu pochváliť rôzne minerály a rudy. Som rád, že takýto prvok je prítomný na našej planéte a dokonca aj v ľudskom tele. Tu hrá dôležitú úlohu v hematopoetických procesoch a dokonca aj v DNA. Široko používané v technológii. Nikel získal svoju dominanciu vďaka svojej chemickej odolnosti pri ochrane náterov.

Nikel je kov, ktorý má veľkú budúcnosť. Koniec koncov, v niektorých oblastiach je to nevyhnutné.