Подписаться

Никель

Последняя правка сделана 2021-05-31 08:37:10 Править

химический элемент с атомным номером 28 Химический элемент с атомным номером 28
Никель, 28Ni
Кусок никеля с ямками и бугорками с плоской верхней поверхностью
Никель
Внешний видблестящий, металлический и серебристый с золотым оттенком
Стандартный атомный вес A r, std (Ni)58,6934 ( 4)
Никель в таблице Менделеева
Водород Гелий
Литий Бериллий Бор Углерод Азот Кислород Фтор Неон
Натрий Магний Алюминий Кремний Фосфор Сера Хлор Аргон
Калий Кальций Скандий Титан Ванадий Хром Марганец Железо Кобальт Никель Медь Цинк Галлий Германий Мышьяк Селен Бром Криптон
Рубидий Стронций Иттрий Цирконий Ниобий Молибден Технеций Рутений Родий Палладий Серебро Кадмий Индий Олово Сурьма Теллур Йод Ксенон
Цезий Барий Лантан Церий Празеодим Неодим Прометий Самарий Европий Гадолиний Тербий Диспрозий Гольмий Эрбий Тулий Иттербий Лютеций Гафний Тантал Вольфрам Рений Осмий Иридий Платина Золото Ртуть (элемент) Таллий Свинец Висмут Полоний Астатин Радон
Франций Радий Актиний Торий Протактиний Уран Нептуний Плутоний Америций Кюрий Берклий Калифорний Эйнштейний Фермий Менделевий Нобелий Лоуренсий Резерфордий Дубний Сиборгий Борий Калий Мейтнерий Дармштадций Рентгений Коперниций Nihonium Флеровий Московий Ливерморий Теннессин Оганессон
–. ↑. Ni. ↓. Pd
кобальт ← никель → медь
Атомный номер (Z)28
Группа группа 10
Период пери od 4
Блок d-блок
Категория элемента Переходный металл
Электронная конфигурация [Ar ] 3d 4s или [Ar] 3d 4s
Электронов на оболочку2, 8, 16, 2 или 2, 8, 17, 1
Физические свойства
Фаза при STP твердое тело
Точка плавления 1728 K (1455 ° C, 2651 ° F)
Точка кипения 3003 K (2730 ° C, 4946 ° F)
Плотность (около rt )8,908 г / см
в жидком состоянии (при т.пл. )7,81 г / см
Теплота плавления 17,48 кДж / моль
Теплота испарения 379 кДж / моль
Молярная теплоемкость 26,07 Дж / (моль · К)
Давление пара
P(Па)1101001 k10 k100 k
при T (K)178319502154241027413184
Атомные свойства
Степени окисления −2, −1, 0, +1, +2, +3, +4 (умеренно основной оксид)
Электроотрицательность Шкала Полинга: 1,91
Энергии ионизации
  • 1-я: 737,1 кДж / моль
  • 2-й: 1753,0 кДж / моль
  • 3-й: 3395 кДж / моль
  • (больше )
Атомный радиус эмпирический: 124 pm
Ковалентный радиус 124 ± 4 пм
Радиус Ван-дер-Ваальса 163 мкм
Цветные линии в спектральном диапазоне Спектральные линии никеля
Другие свойства
Естественное происхождениеизначальное
Кристаллическая структура гранецентрированная кубическая (fcc) Гранецентрированная кубическая кристаллическая структура никеля
Скорость звука тонкий стержень4900 м / с (при rt )
Тепловое расширение 13,4 мкм / (м · К) (при 25 ° C)
Теплопроводность 90,9 Вт / (м · К)
Удельное электрическое сопротивление 69,3 нОм · м (при 20 ° C)
Магнитное упорядочение ферромагнетик
Юнга модуль 200 ГПа
Модуль сдвига 76 ГПа
Объемный модуль 180 ГПа
Коэффициент Пуассона 0,31
Твердость по Моосу 4,0
Твердость по Виккерсу 638 МПа
Твердость по Бринеллю 667–1600 МПа
Номер CAS 7440-02-0
История
Открытие и первая изоляцияAxel Fredrik Cronstedt (1751)
Основные изотопы никеля
Изотоп Содержание Пол-ли fe (t1/2)Режим распада Продукт
Ni68,077%стабильный
Niслед 7,6 × 10 yε Co
Ni26,223%стабильный
Ni1,140%стабильный
Ni3,635%стабильный
Nisyn 100 yβ Cu
Ni0,926%стабильный
Категория Категория: никель. | ссылки

Никель - это химический элемент с символом Niи атомным номером 28. Это серебристо-белый блестящий металл с легким золотистым оттенком. Никель относится к переходным металлам и является твердым и пластичным. Чистый никель, порошкообразный для максимизации реактивной площади поверхности, проявляет значительную химическую активность, но более крупные куски медленно реагируют с воздухом в стандартных условиях, потому что оксид слой образуется на поверхности и предотвращает дальнейшую коррозию (пассивация ). Даже в этом случае чистый самородный никель содержится в земной коре лишь в незначительных количествах, обычно в ультраосновных породах и в недрах более крупных никель-железных метеоритов, которые не подвергались воздействию кислорода вне атмосферы Земли.

Метеоритный никель обнаружен в комбинации с железом, что отражает происхождение этих элементов как основных конечных продуктов нуклеосинтеза сверхновых. Считается, что смесь железа и никеля составляет внешнее и внутреннее ядро ​​Земли.

Использование никеля (в качестве природного метеоритного сплава никель-железо) прослеживалось до сих пор. еще в 3500 г. до н.э. Никель был впервые выделен и классифицирован как химический элемент в 1751 году Акселем Фредриком Кронштедтом, который первоначально принял руду за медь минерал, в кобальтовых рудниках Лос, Хельсингланд, Швеция. Название элемента происходит от озорного спрайта немецкой шахтерской мифологии, Никеля (похожего на Старый Ник ), который олицетворял тот факт, что медно-никелевые руды сопротивляются переработке в медь. Экономически важным источником никеля является железная руда лимонит, которая часто содержит 1–2% никеля. Другие важные рудные минералы никеля включают пентландит и смесь богатых никелем природных силикатов, известных как гарниерит. Основные производственные площадки включают регион Садбери в Канаде (который предположительно имеет метеоритное происхождение), Новая Каледония в Тихий океан и Норильск в России.

Никель медленно окисляется воздухом при комнатной температуре и считается коррозионно-стойким. Исторически он использовался для металлизации железа и латуни, нанесения покрытий на химическое оборудование и для производства некоторых сплавов , которые сохраняют высокий уровень серебристого блеска, например, немецкое серебро. Около 9% мирового производства никеля по-прежнему используется для антикоррозийного никелирования. Никелированные предметы иногда вызывают аллергию на никель. Никель широко использовался в монетах, хотя его растущая цена привела к некоторой замене его более дешевыми металлами в последние годы.

Никель является одним из четырех элементов (другие - железо, кобальт и гадолиний ), которые являются ферромагнитными примерно при комнатной температуре. Альнико постоянные магниты , частично на основе никеля, имеют промежуточную прочность между постоянными магнитами на основе железа и редкоземельными магнитами. Металл ценен в наше время главным образом сплавами ; Около 68% мирового производства используется в производстве нержавеющей стали. Еще 10% используется для сплавов на основе никеля и меди, 7% для легированных сталей, 3% в литейных цехах, 9% в гальванических покрытиях и 4% в других приложениях, включая быстрорастущий сектор аккумуляторов, в том числе в электромобили (электромобили). В качестве соединения никель имеет ряд нишевых применений в химической промышленности, таких как катализатор гидрирования, катоды для батарей, пигменты и обработка металлических поверхностей. Никель является важным питательным веществом для некоторых микроорганизмов и растений, которые имеют ферменты с никелем в качестве активного центра.

Содержание

  • 1 Свойства
    • 1.1 Атомные и физические свойства
      • 1.1. 1 Спор о конфигурации электронов
    • 1.2 Изотопы
    • 1.3 Встречаемость
  • 2 Соединения
    • 2.1 Никель (0)
    • 2.2 Никель (I)
    • 2.3 Никель (II)
    • 2.4 Никель (III) и (IV)
  • 3 История
  • 4 Чеканка
    • 4,1 Канада
    • 4,2 Швейцария
    • 4,3 Соединенное Королевство
    • 4,4 США
    • 4,5 Текущее использование
  • 5 Мировое производство
  • 6 Экстракция и очистка
    • 6.1 Электрорафинирование
    • 6.2 Процесс Mond
    • 6.3 Значение металла
  • 7 Области применения
  • 8 Биологическая роль
  • 9 Токсичность
  • 10 Ссылки
  • 11 Внешние ссылки

Свойства

Атомные и физические свойства

Электронная микрофотография нанокристалла Ni внутри одностенной углеродной нанотрубки ; шкала 5 нм.

Никель - это серебристо-белый металл с легким золотистым оттенком, который требует полировки. Это один из четырех элементов, которые обладают магнитным полем при комнатной температуре или близкой к ней, другие - это железо, кобальт и гадолиний. Его температура Кюри составляет 355 ° C (671 ° F), что означает, что объемный никель немагнитен выше этой температуры. Элементарная ячейка никеля представляет собой гранецентрированный куб с параметром решетки 0,352 нм, что дает атомный радиус 0,124 нм. Эта кристаллическая структура устойчива к давлению не менее 70 ГПа. Никель относится к переходным металлам. Он твердый, податливый и пластичный и имеет относительно высокую электрическую и теплопроводность для переходных металлов. Высокая прочность на сжатие , равная 34 ГПа, предсказанная для идеальных кристаллов, никогда не достигается в реальном массивном материале из-за образования и движения дислокаций . Однако она была достигнута в Ni наночастицы.

Электронная конфигурация спор

Атом никеля имеет две электронные конфигурации, [Ar] 3d 4s и [Ar] 3d 4s, которые очень близки по энергии - символ [Ar] относится к аргоноподобной -подобной структуре ядра. Есть некоторые разногласия по поводу того, какая конфигурация имеет наименьшую энергию. В учебниках химии электронная конфигурация никеля цитируется как [Ar] 4s 3d, что также может быть записано как [Ar] 3d 4s. Эта конфигурация согласуется с правилом упорядочения энергии Маделунга, которое предсказывает, что 4s заполняются раньше 3d. Это подтверждается экспериментальным фактом, что самое низкоэнергетическое состояние атома никеля представляет собой энергетический уровень 3d 4s, в частности уровень 3d (F) 4sF, J = 4.

Однако каждая из этих двух конфигураций расщепляется на несколько энергетических уровней из-за тонкой структуры, и два набора энергетических уровней перекрываются. Средняя энергия состояний с конфигурацией [Ar] 3d 4s фактически ниже, чем средняя энергия состояний с конфигурацией [Ar] 3d 4s. По этой причине в исследовательской литературе по атомным расчетам конфигурация основного состояния никеля цитируется как [Ar] 3d 4s.

Изотопы

Изотопы никеля находятся в диапазоне атомной массы с 48 u (. Ni) до 78 u (. Ni).

Природный никель состоит из пяти стабильных изотопов ;. Ni,. Ni,. Ni,. Ni и. Ni, причем. Ni является самая многочисленная (68,077% естественная численность ). Изотопы тяжелее. Ni не могут быть образованы ядерным синтезом без потери энергии.

Никель-62 имеет самую высокую среднюю энергию связи ядра на нуклон из всех нуклид, при 8,7946 МэВ / нуклон. Его энергия связи больше, чем у . Fe и . Fe, более распространенные элементы, которые часто ошибочно упоминаются как имеющие наиболее прочно связанные нуклиды. Хотя это, казалось бы, предсказывает, что никель-62 является самым распространенным тяжелым элементом во Вселенной, относительно высокая скорость фотораспада никеля в недрах звезд делает железо самым распространенным.

Стабильный изотоп никель-60 является дочерним продуктом потухшего радионуклида . Fe, который распадается с периодом полураспада 2,6 миллиона лет. Поскольку. Fe имеет такой длительный период полураспада, его стойкость в материалах в солнечной системе может вызывать наблюдаемые вариации изотопного состава. Ni. Следовательно, обилие. Ni, присутствующего во внеземном материале, может дать представление о происхождении Солнечной системы и ее ранней истории.

Было охарактеризовано не менее 26 радиоизотопов никеля , наиболее стабильным является. Ni с периодом полураспада 76000 лет,. Ni со 100 годами и. Ni с 6 днями. Все оставшиеся радиоактивные изотопы имеют период полураспада менее 60 часов, а у большинства из них период полураспада менее 30 секунд. Этот элемент также имеет одно мета-состояние ..

Радиоактивный никель-56 образуется в процессе сжигания кремния, а затем высвобождается в больших количествах во время сверхновых типа Ia .. Форма кривой блеска этих сверхновых на промежуточных и поздних временах соответствует распаду никеля-56 через захват электронов на кобальт -56 и в конечном итоге к утюгу-56. Никель-59 - долгоживущий космогенный радионуклид с периодом полураспада 76000 лет.. Ni нашел множество применений в изотопной геологии.. Ni использовался для определения земного возраста метеоритов и для определения содержания внеземной пыли во льду и отложениях. Период полураспада никеля-78 был недавно измерен в 110 миллисекунд, и он считается важным изотопом в нуклеосинтезе сверхновых элементов, более тяжелых, чем железо. Нуклид Ni, открытый в 1999 году, является наиболее богатым протонами изотопом тяжелых элементов из известных. С 28 протонами и 20 нейтронами Ni является «дважды магическим », как и. Ni с 28 протонами и 50 нейтронами. Поэтому оба они необычайно стабильны для нуклидов с таким большим протон-нейтронным дисбалансом.

Возникновение

Образец Видманштеттена, показывающий две формы никель-железо, камасит и тэнит, в октаэдритовом метеорите

На Земле никель чаще всего встречается в сочетании с серой и железом в пентландите, с серой в миллерите, с мышьяком. в минерале никелин и с мышьяком и серой в никеле галенит. Никель обычно содержится в железных метеоритах в виде сплавов камасита и тэнита. Присутствие никеля в метеоритах было впервые обнаружено в 1799 году Жозефом-Луи Прустом, французским химиком, который тогда работал в Испании. Пруст проанализировал образцы метеорита из Кампо-дель-Сьело (Аргентина), которые были получены в 1783 году Мигелем Рубином де Селисом, и обнаружил в них присутствие никеля (около 10%) наряду с железом.

Основная часть никеля добывается из месторождений руды двух типов. Первый - это латерит, где основными рудными минеральными смесями являются никелевый лимонит, (Fe, Ni) O (OH) и гарниерит (смесь различных водный никель и силикаты, богатые никелем). Второе - это магматические месторождения сульфидов, где основным рудным минералом является пентландит : (Ni, Fe). 9S. 8.

Индонезия и Австралия имеют самые большие оценочные запасы, составляющие 46% от мировых.

Выявленные наземные ресурсы во всем мире, содержащие в среднем 1% никеля или больше, содержат не менее 130 миллионов тонн никеля (примерно вдвое больше известных запасов). Около 60% находится в латеритах и 40% в сульфидных месторождениях.

Согласно геофизическим данным, большая часть никеля на Земле, как полагают, находится в внешние и внутренние сердечники. Камасит и тенит представляют собой встречающиеся в природе сплавы железа и никеля. Для камасита соотношение сплава обычно составляет от 90:10 до 95: 5, хотя могут присутствовать примеси (такие как кобальт или углерод ), в то время как для тэнита содержание никеля составляет от 20% до 65%. Камасит и тэнит также встречаются в железо-никелевых метеоритах.

Соединения

Наиболее распространенная степень окисления никеля +2, но соединения Ni, Ni и Ni являются хорошо известны, и экзотические степени окисления Ni, Ni и Ni были получены и изучены.

Никель (0)

Атом никеля с четырьмя одинарными связями с карбонильными (углерод с тройной связью с кислородом; связи через углерод) группами, расположенными вокруг него тетраэдрически Тетракарбонил никель

Тетракарбонил никеля (Ni (CO). 4), обнаруженный Людвигом Мондом, представляет собой летучую, высокотоксичную жидкость при комнатной температуре. При нагревании комплекс снова разлагается на никель и окись углерода:

Ni (CO). 4⇌ Ni + 4 CO

Это поведение используется в процессе Монда для очистки никеля, поскольку описано выше. Родственный комплекс никеля (0) бис (циклооктадиен) никель (0) является полезным катализатором в никелевой химии, поскольку лиганды циклооктадиена (или трески) легко образуются

Никель (I)

Структура [Ni. 2(CN). 6]. ион

Комплексы никеля (I) встречаются редко, но одним из примеров является тетраэдрический комплекс NiBr (PPh 3)3Многие комплексы никеля (I) имеют связи Ni-Ni, такие как темно-красный диамагнитный K. 4[Ni. 2(CN). 6], полученный восстановлением K. 2[Ni. 2(CN). 6] с амальгамой натрия. Это соединение окисляется в воде с выделением H. 2.

Считается, что степень окисления никеля (I) важна для никельсодержащих ферментов, таких как [NiFe] -гидрогеназа, которая катализирует обратимое восстановление протонов до H. 2.

Никель (II)

Цвет различных комплексов Ni (II) в водном растворе. слева направо, [Ni (NH. 3). 6]., [Ni (C2H4(NH 2)2 ))], [NiCl. 4]., [Ni (H. 2O). 6]. Небольшая куча частицы цианового кристалла Кристаллы гидратированного сульфат никеля (II).

Никель (II) образует соединения со всеми распространенными анионами, включая сульфид, сульфат, карбонат, гидроксид, карбоксилаты и галогениды. Сульфат никеля (II) получают в больших количествах путем растворения металлического никеля или его оксидов в серной кислоте с образованием как гекса-, так и гептагидратов, полезных для гальваники никеля. Обычные соли никеля, такие как хлорид, нитрат и сульфат, растворяются в воде с образованием зеленых растворов аквокомплекса металла [Ni (H. 2O). 6]..

Четыре галогенида образуют соединения никеля, которые являются твердыми веществами с молекулы с октаэдрическими центрами Ni. Хлорид никеля (II) является наиболее распространенным, и его поведение иллюстрирует поведение других галогенидов. Хлорид никеля (II) получают растворением никеля или его оксида в соляной кислота. Обычно встречается в виде зеленого гексагидрата, формула которого обычно записывается как NiCl 2 • 6H 2 O. При растворении в воде эта соль образует водный комплекс металла [Ni (H. 2O). 6].. Дегидратация NiCl 2 • 6H 2 O дает желтый безводный NiCl. 2.

Некоторое количество тетракоординированного никеля (II) Комплексы, например, бис (трифенилфосфин) хлорид никеля, существуют как в тетраэдрической, так и в плоской квадратной геометрии. Тетраэдрические комплексы парамагнитны, тогда как квадратные плоские комплексы диамагнитный. Обладая свойствами магнитного равновесия и образования октаэдрических комплексов, они контрастируют с двухвалентными комплексами более тяжелых металлов 10 группы, палладия (II) и платины (II), которые образуют только плоско-квадратную геометрию.

Никелоцен известен; он имеет количество электронов, равное 20, что делает его относительно нестабильным.

Никель (III) и (IV)

Антимонид никеля (III)

Известно множество соединений Ni (III), первыми такими примерами являются тригалофосфины никеля (III) (Ni III (PPh 3)X3). Кроме того, Ni (III) образует простые соли с ионами фторида или оксида. Ni (III) может быть стабилизирован σ-донорными лигандами, такими как тиолы и фосфины.

Ni (IV) присутствует в смешанном оксиде BaNiO. 3, тогда как Ni (III) присутствует в гидроксиде оксида никеля, который используется в качестве катода. во многих аккумуляторных батареях, включая никель-кадмиевые, никель-железные, никель-водородные и никель- металлогидрид, и используется некоторыми производителями в литий-ионных батареях. Ni (IV) остается редкой степенью окисления никеля, и на сегодняшний день известно очень мало соединений.

История

Поскольку никелевые руды легко ошибочно принять за руды серебра, понимание этого металла и его использования датируется относительно недавним временем. Преднамеренное использование никеля является древним, и его можно проследить еще с 3500 г. до н. э. В бронзе из современной Сирии обнаружено до 2% никеля. Некоторые древние китайские рукописи предполагают, что «белая медь» (мельхиор, известный как байтонг) использовалась там между 1700 и 1400 годами до нашей эры. Эта белая медь из пактонга экспортировалась в Великобританию еще в 17 веке, но содержание никеля в этом сплаве не было обнаружено до 1822 года. Монеты из медно-никелевого сплава чеканили бактрийские короли Агафокл, Евтидем II и Панталеон во II веке до нашей эры, возможно, из китайского мельхиора.

Никелин / никколит

В средневековой Германии красный минерал был найден в Рудные горы (Рудные горы), напоминавшие медную руду. Однако, когда горняки не смогли извлечь из него медь, они обвинили озорного спрайта немецкой мифологии Никель (похожего на Старый Ник ) в том, что он окружал медь. Они назвали эту руду Купферникель от немецкого Kupfer для меди. В настоящее время известно, что эта руда представляет собой никелин, арсенид никеля . В 1751 году барон Аксель Фредрик Кронштедт пытался добыть медь из купферникеля на кобальтовой шахте в шведской деревне Лос, и вместо этого произвел белый металл, который он назвал в честь духа, давшего название минералу никель. В современном немецком языке «купферникель» или «купферникель» обозначает сплав мельхиор.

. Первоначально единственным источником никеля был редкий купферникель. Начиная с 1824 года никель получали как побочный продукт производства кобальтового синего. Первая крупномасштабная выплавка никеля началась в Норвегии в 1848 году из богатого никелем пирротина. Введение никеля в производство стали в 1889 году увеличило спрос на никель, и месторождения никеля Новой Каледонии, открытые в 1865 году, обеспечивали большую часть мирового предложения в период с 1875 по 1915 год. Открытие крупных месторождений. в бассейне Садбери, Канада в 1883 г., в Норильске-Талнахе, Россия в 1920 г., и в рифе Меренского, Южная Африка в 1924 г. Возможно масштабное производство никеля.

Чеканка

голландских монет из чистого никеля

Помимо вышеупомянутых бактрийских монет, никель не входил в состав монет до середины 19 века.

Канада

монеты достоинством в пять центов с содержанием никеля 99,9% были отчеканены в Канаде (крупнейшем в мире производителе никеля в то время) в невоенные годы с 1922 по 1981 год; содержание металла сделало эти монеты магнитными. В период военного времени 1942–45 никель был удален из канадских и американских монет, чтобы сохранить его для производства брони. Канада использовала 99,9% никеля с 1968 года в своих более дорогих монетах до 2000 года.

Швейцария

Монеты из почти чистого никеля были впервые использованы в 1881 году в Швейцарии.

Соединенное Королевство.

Бирмингем подделал никелевые монеты в ок. 1833 г. для торговли в Малайе.

США

В Соединенных Штатах термин «никель» или "ник" первоначально относился к медно-никелевому центу Flying Eagle, который заменил медь на 12% никель 1857–58, затем центу Indian Head из того же сплава с 1859 по 1864 год. Еще позже, в 1865 году, термин, обозначаемый трехцентовым никелем, повысился до 25%. В 1866 году это обозначение было присвоено пятицентовому никелю (25% никеля, 75% меди). Наряду с пропорцией сплава этот термин используется до сих пор в Соединенных Штатах.

Текущее использование

В 21 веке высокая цена на никель привела к некоторой замене металла в монетах по всему миру. Монеты, все еще изготовленные из никелевых сплавов, включают монеты в одну и две евро, 5 ¢, 10, 25 ¢ и 50 ¢ США. монеты и монеты Великобритании 20p, 50p, £ 1 и £ 2 . Никелевый сплав в британских монетах номиналом 5 и 10 пенсов был заменен на никелированную сталь, начатую в 2012 году, что вызвало у некоторых людей проблемы с аллергией и вызвало общественные споры.

Мировое производство

Временная динамика производства никеля Никель Изменение содержания в рудах в некоторых ведущих странах-производителях никеля.

По оценкам, во всем мире добывается более 2,7 миллионов тонн (т) никеля в год, в том числе Индонезия (800000 т), Филиппины (420,000 т), Россия (270,000 т), Новая Каледония (220,000 т), Австралия (180,000 т) и Канада (180 000 т), являющиеся крупнейшими производителями на 2019 год. Крупнейшие месторождения никеля за пределами России находятся в Финляндии и Греции. Выявленные наземные ресурсы, содержащие в среднем 1% никеля или более, содержат не менее 130 миллионов тонн никеля. Примерно 60% находится в латеритах и ​​40% - в сульфидных месторождениях. Кроме того, обширные глубоководные ресурсы никеля находятся в марганцевых корках и конкрециях, покрывающих большие площади океанского дна, особенно в Тихом океане.

Единственным местом в Соединенных Штатах, где добыча никеля была прибыльной, является Риддл, Орегон, где находится несколько квадратных миль никельсодержащих гарниеритов поверхностных отложений. Рудник закрылся в 1987 году. Проект рудника Игл - это новый никелевый рудник в Мичигане на верхнем полуострове. Строительство было завершено в 2013 году, а эксплуатация началась в третьем квартале 2014 года. За первый полный год эксплуатации рудник Игл произвел 18 000 т.

Добыча и очистка

Развитие годовой добычи никеля, в соответствии с рудами.

Никель получают с помощью экстрактивной металлургии : его извлекают из руды обычными процессами обжига и восстановления, которые дают металл с чистотой более 75%. Во многих случаях применения нержавеющей стали никель чистотой 75% может использоваться без дополнительной очистки, в зависимости от примесей.

Традиционно большая часть сульфидных руд перерабатывалась с использованием пирометаллургических технологий для получения штейна для дальнейшей переработки. Последние достижения в гидрометаллургических технологиях привели к получению значительно более чистого продукта из металлического никеля. Большинство сульфидных месторождений традиционно обрабатывались путем концентрирования посредством процесса пенной флотации с последующей пирометаллургической экстракцией. В гидрометаллургических процессах сульфидные никелевые руды концентрируются путем флотации (дифференциальная флотация, если соотношение Ni / Fe слишком низкое), а затем плавятся. Никелевый штейн дополнительно обрабатывается с помощью процесса Шерритта-Гордона. Сначала удаляют медь путем добавления сероводорода, в результате чего остается концентрат кобальта и никеля. Затем для разделения кобальта и никеля используется экстракция растворителем, при этом конечное содержание никеля превышает 99%.

Электролитически очищенный никелевый узелок, в порах видны зеленые кристаллизованные соли никеля с электролитом.

Электрорафинирование

Второй распространенный процесс рафинирования - выщелачивание металлического штейна в раствор соли никеля, с последующим электролитическим выделением никеля из раствора путем нанесения его на катод в качестве электролитического никеля.

процесс Монда

Высокоочищенные никелевые сферы, полученные с помощью процесса Монда.

Самый чистый металл получают из оксида никеля с помощью процесса Монда, который обеспечивает чистоту более 99,99%. Процесс был запатентован Людвигом Мондом и использовался в промышленности еще до начала 20-го века. В этом процессе никель реагирует с монооксидом углерода в присутствии серного катализатора при температуре около 40–80 ° C с образованием карбонила никеля. Железо дает также пентакарбонил железа, но эта реакция протекает медленно. При необходимости никель можно отделить перегонкой. Дикобальт октакарбонил также образуется при перегонке никеля в качестве побочного продукта, но он разлагается до тетракобальтдодекакарбонил при температуре реакции с образованием нелетучего твердого вещества.

Никель получают из карбонила никеля одним из двух способов. Его можно пропускать через большую камеру при высоких температурах, в которой постоянно перемешиваются десятки тысяч никелевых сфер, называемых гранулами. Карбонил разлагается и осаждает чистый никель на никелевых сферах. В альтернативном процессе карбонил никеля разлагается в меньшей камере при 230 ° C с образованием мелкодисперсного никелевого порошка. Окись углерода как побочный продукт рециркулируется и используется повторно. Продукт из высокочистого никеля известен как «карбонильный никель».

Стоимость металла

Рыночная цена никеля росла в течение 2006 года и в первые месяцы 2007 года; по состоянию на 5 апреля 2007 г. металл торговался по долл. США / тонна или 1,47 долл. США за унцию. Цена впоследствии резко упала, и по состоянию на сентябрь 2017 года металл торговался по цене 11000 долларов за тонну, или 0,31 доллара за унцию.

никелевая монета США содержит 0,04 унции (1,1 г) никель, который по цене апреля 2007 года стоил 6,5 цента, а также 3,75 грамма меди стоимостью около 3 центов, при общей стоимости металла более 9 центов. Поскольку номинальная стоимость никеля составляет 5 центов, это сделало его привлекательной целью для плавки для людей, желающих продать металлы с прибылью. Однако Монетный двор США, предвидя эту практику, 14 декабря 2006 г. ввел новые временные правила, подлежащие общественному обсуждению в течение 30 дней, которые криминализировали плавку и экспорт центов и никелей. Нарушители могут быть наказаны штрафом до 10 000 долларов и / или лишены свободы на срок до пяти лет.

По состоянию на 19 сентября 2013 г. стоимость плавления американского никеля (включая медь и никель) составляет 0,045 доллара США, что составляет 90% от номинальной стоимости.

Применения

Пеноникелевый пенопласт (вверху) и его внутренняя структура (внизу)

В настоящее время мировое производство никеля составляет: 68% из нержавеющей стали; 10% в сплавах цветных металлов ; 9% в гальванике ; 7% в легированной стали; 3% в литейных цехах; и 4% других применений (включая батареи).

Никель используется во многих конкретных и узнаваемых промышленных и потребительских товарах, включая нержавеющую сталь, алнико магниты, монеты и т. д. аккумуляторные батареи, струны электрогитары, капсюли микрофонов, покрытие сантехники и специальные сплавы, такие как пермаллой, элинвар и инвар. Используется для гальваники и как зеленый оттенок в стекле. Никель в первую очередь является легирующим металлом, и его основное применение - в никелевых сталях и никелевых чугунах, в которых он обычно увеличивает предел прочности на разрыв, ударную вязкость и предел упругости. Он широко используется во многих других сплавах, включая никелевые латуни и бронзы, а также сплавы с медью, хромом, алюминием, свинцом, кобальтом, серебром и золотом (Inconel, Incoloy, Монель, Нимоник ).

«Подковообразный магнит» из никелевого сплава альнико.

Поскольку он устойчив к коррозии, никель иногда использовался вместо декоративного серебра.. Никель также иногда использовался в некоторых странах после 1859 года в качестве дешевого металла для чеканки монет (см. Выше), но в последние годы 20-го века его заменили более дешевыми сплавами из нержавеющей стали (т.е. железа), за исключением США и Канады.

Никель является отличным легирующим агентом для некоторых драгоценных металлов и используется в пробирных пробах в качестве сборщика элементов платиновой группы (PGE). Таким образом, никель способен полностью собирать все шесть элементов PGE из руд и частично собирать золото. Высокопроизводительные никелевые рудники также могут участвовать в извлечении PGE (стр. обычно платина и палладий ); примерами являются Норильск в России и бассейн Садбери в Канаде.

Никелевая пена или никелевая сетка используется в газодиффузионных электродах для щелочных топливных элементов.

Никель и его сплавы часто используются в качестве катализаторов для гидрогенизации реакции. Никель Ренея, тонкодисперсный никель-алюминиевый сплав, является одной из распространенных форм, хотя также используются родственные катализаторы, включая катализаторы типа Ренея.

Никель является природным магнитострикционным материалом, что означает, что в присутствии магнитного поля материал претерпевает небольшое изменение длины. Магнитострикция никеля порядка 50 ppm и является отрицательной, что указывает на его сжатие.

Никель используется в качестве связующего в производстве цементированного карбида вольфрама или твердых металлов и используется в пропорциях от 6% до 12% по весу. Никель делает карбид вольфрама магнитным и повышает коррозионную стойкость склеенных деталей, хотя твердость меньше, чем у деталей с кобальтовым связующим.

. Ni с его периодом полураспада 100,1 лет полезен в устройствах krytron в качестве эмиттера бета-частиц (высокоскоростных электронов ), чтобы сделать ионизацию с помощью поддерживающего электрода более надежной.

Около 27% всего производства никеля предназначено для машиностроения, 10% - для строительства, 14% - для трубных изделий, 20% - для металлических изделий, 14% - для транспорта, 11% - для электронных товаров и 5 % для других целей.

Никель Ренея широко используется для гидрогенизации ненасыщенных масел с целью получения маргарина, а некондиционный маргарин и остатки масла могут содержат никель в качестве загрязнителя. Forte et al. обнаружили, что пациенты с диабетом 2 типа имеют 0,89 нг / мл Ni в крови по сравнению с 0,77 нг / мл у контрольных субъектов.

Биологическая роль

Хотя это не было признано до 1970-х годов, Известно, что никель играет важную роль в биологии некоторых растений, эубактерий, архебактерий и грибов. Никелевые ферменты, такие как уреаза, считаются факторами вирулентности у некоторых организмов. Уреаза катализирует гидролиз мочевины с образованием аммиака и карбамата. Гидрогеназы NiFe могут катализировать окисление H. 2с образованием протонов и электронов, а также могут катализировать обратную реакцию, восстановление протонов с образованием газообразного водорода. Кофермент никель-тетрапиррол, кофактор F430, присутствует в метил коферменте M редуктазе, который может катализировать образование метана или обратную реакцию в метаногенном архей (в степени окисления +1 ). Один из ферментов дегидрогеназы монооксида углерода состоит из кластера Fe-Ni-S. Другие никельсодержащие ферменты включают редкий бактериальный класс супероксиддисмутазы и глиоксалазы I у бактерий и несколько паразитических эукариотических трипаносомальных паразитов (у высших организмов, в т.ч. У дрожжей и млекопитающих этот фермент содержит двухвалентный Zn).

Никель, получаемый с пищей, может повлиять на здоровье человека из-за заражения никельсодержащими бактериями, но также возможно, что никель является важным питательным веществом для бактерий, проживающих в толстом кишечнике., фактически действующий как пребиотик . Институт медицины США не подтвердил, что никель является важным питательным веществом для человека, поэтому ни Рекомендуемая диета (RDA), ни Адекватное потребление не установлены. Верхний допустимый уровень потребления диетического никеля составляет 1000 мкг / день в виде растворимых солей никеля. Потребление с пищей оценивается от 70 до 100 мкг / день, при этом всасывается менее 10%. То, что всасывается, выводится с мочой. Относительно большие количества никеля - сравнимые с приведенным выше расчетным средним уровнем потребления - выщелачивают в пищу, приготовленную из нержавеющей стали. Например, количество никеля, выщелоченного после 10 циклов варки в одной порции томатного соуса, составляет в среднем 88 мкг.

Никель, выделяющийся в результате вулканических извержений сибирских ловушек, предположительно способствует росту Methanosarcina, род эвриархеотических архей, которые производили метан во время пермско-триасового вымирания, самого большого вымирания в истории наблюдений.

Токсичность

Никель
Опасности
Пиктограммы GHS GHS08: Опасно для здоровья GHS07: Вредно GHS09: Опасность для окружающей среды
Сигнальное слово GHS Опасно
Краткая характеристика опасности GHS H317, H351, H372, H402, H412
Меры предосторожности GHS P201, P202, P260, P264, P270, P272, P273, P280, P302 + 352, P308 + 313, P333 + 313, P363, P405, P501
NFPA 704 (огненный алмаз)четырехцветный алмаз NFPA 704 0 2 0

Основной источник никеля Воздействие - это пероральное употребление, поскольку никель необходим для растений. Никель естественным образом содержится как в пище, так и в воде, и его содержание может повышаться в результате загрязнения человеком . Например, никелированные смесители могут загрязнять воду и почву; горнодобывающая промышленность и плавка могут сбрасывать никель в сточные воды ; Никель – сталь сплав посуда и посуда с никелевым пигментом могут выделять никель в пищу. Атмосфера может быть загрязнена переработкой никелевой руды и сжиганием ископаемого топлива. Люди могут поглощать никель непосредственно из табачного дыма и контакта кожи с драгоценностями, шампунями, моющими средствами и монетами. Менее распространенной формой хронического воздействия является гемодиализ, поскольку следы ионов никеля могут абсорбироваться в плазму в результате хелатирующего действия альбумина.

Среднесуточное воздействие не представляет угрозы для здоровья человека. Большая часть никеля, ежедневно всасываемого людьми, удаляется почками и выводится из организма с мочой или выводится через желудочно-кишечный тракт, не всасываясь. Никель не является кумулятивным ядом, но большие дозы или хроническое ингаляционное воздействие могут быть токсичными, даже канцерогенными и представлять профессиональную опасность.

Соединения никеля классифицируются как канцерогены для человека в связи с повышенной частотой рака дыхательных путей риски, наблюдаемые при эпидемиологических исследованиях у рабочих завода по переработке сульфидных руд. Это подтверждается положительными результатами биотестов NTP с субсульфидом никеля и оксидом никеля на крысах и мышах. Данные о людях и животных неизменно указывают на отсутствие канцерогенности при пероральном пути воздействия и ограничивают канцерогенность соединений никеля для респираторных опухолей после вдыхания. Металлический никель классифицируется как подозреваемый канцероген; существует согласованность между отсутствием повышенного риска рака дыхательных путей у рабочих, преимущественно подвергающихся воздействию металлического никеля, и отсутствием респираторных опухолей в исследовании канцерогенности при вдыхании порошка металлического никеля на крысах в течение всей жизни. В исследованиях ингаляций на грызунах с различными соединениями никеля и металлическим никелем наблюдалось усиление воспалений легких с гиперплазией или фиброзом бронхиальных лимфатических узлов и без них. В исследованиях на крысах пероральный прием водорастворимых солей никеля может вызвать эффекты перинатальной смертности у беременных животных. Неясно, имеют ли эти эффекты отношение к людям, поскольку эпидемиологические исследования высоконадежных работающих женщин не показали неблагоприятных эффектов токсичности для развития.

Люди могут подвергаться воздействию никеля на рабочем месте при вдыхании, проглатывании и контакте с кожей или глаз. Управление по охране труда (OSHA) установило юридический предел (допустимый предел воздействия ) для рабочего места на уровне 1 мг / м3 за 8-часовой рабочий день, за исключением карбонила никеля. Национальный институт охраны труда (NIOSH) определяет рекомендуемый предел воздействия (REL) 0,015 мг / м3 на 8-часовой рабочий день. При концентрации 10 мг / м3 никель немедленно опасен для жизни и здоровья. Карбонил никеля [Ni (CO). 4] является чрезвычайно токсичным газом. Токсичность карбонилов металлов зависит как от токсичности металла, так и от выделения газа монооксида углерода из карбонильных функциональных групп; Карбонил никеля также взрывоопасен на воздухе.

Сенсибилизированные люди могут проявлять контактную аллергию на никель, известную как контактный дерматит. Сильно сенсибилизированные люди также могут реагировать на продукты с высоким содержанием никеля. Чувствительность к никелю также может быть у пациентов с помфоликсом. Никель является наиболее подтвержденным контактным аллергеном во всем мире, отчасти из-за его использования в украшениях для проколотых ушей. Аллергия на никель, поражающая проколотые уши, часто проявляется зудом и покраснением кожи. Многие серьги теперь изготавливаются без никеля или с никелем с низким уровнем высвобождения, чтобы решить эту проблему. Допустимое количество продуктов, контактирующих с кожей человека, теперь регулируется Европейским Союзом. В 2002 году исследователи обнаружили, что никель, выпускаемый монетами достоинством 1 и 2 евро, намного превышает эти стандарты. Считается, что это результат гальванической реакции. Никель был признан аллергеном года в 2008 году Американским обществом контактного дерматита. В августе 2015 года Американская академия дерматологии приняла заявление о безопасности никеля: «По оценкам, контактный дерматит, включающий сенсибилизацию никелем, составляет примерно 1,918 миллиарда долларов и затрагивает почти 72,29 миллиона человек».

Отчеты показывают, что как индуцированная никелем активация фактора, индуцируемого гипоксией (HIF-1), так и повышающая регуляция индуцируемых гипоксией генов вызываются истощением внутриклеточного аскорбата. Добавление аскорбата в культуральную среду увеличивало внутриклеточный уровень аскорбата и обращало вспять как индуцированную металлами стабилизацию HIF-1- и HIF-1α-зависимой экспрессии гена.

Ссылки

Внешние ссылки

На Викискладе есть материалы, связанные с никелем.
Найдите никель в Викисловаре, бесплатном словаре.

Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: mail@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте
Список материалов:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26