Gdje je nikal. Opseg nikla. Osnovne funkcije u tijelu

Metal u nečistom stanju prvi je nabavio 1751. švedski hemičar A. Kronstedt, koji je predložio i naziv elementa. Mnogo čistiji metal je 1804. godine dobio njemački hemičar I. Richter. Naziv "Nikal" dolazi od minerala kupfernikl (NiAs), poznatog još u 17. veku i često zavaravajući rudare svojom spoljašnjom sličnošću sa rude bakra(Njemački: Kupfer - bakar, Nickel - planinski duh, navodno rudarima ubacuje otpadne stijene umjesto rude). Od sredine 18. vijeka nikl se koristi samo kao sastavni dio legura sličnih izgledu srebru. Široki razvoj industrije nikla krajem 19. stoljeća povezan je s otkrićem velikih nalazišta ruda nikla u Novoj Kaledoniji i Kanadi i otkrićem njegovog „oplemenjujućeg“ utjecaja na svojstva čelika.

Rasprostranjenost nikla u prirodi. Nikl je element Zemljinih dubina (u ultrabazičnim stijenama plašta iznosi 0,2% po težini). Postoji hipoteza da se Zemljino jezgro sastoji od gvožđa nikla; u skladu s tim, prosječan sadržaj nikla u zemlji kao cjelini procjenjuje se na oko 3%. U zemljinoj kori, gde je nikl 5,8 · 10 -3%, on takođe teži dubljoj, takozvanoj bazaltnoj ljusci. Ni u zemljinoj kori je satelit Fe i Mg, što se objašnjava sličnošću njihove valencije (II) i jonskog radijusa; Nikl je uključen u minerale obojenog gvožđa i magnezijuma u obliku izomorfne nečistoće. Postoje 53 poznata minerala nikla; većina ih je nastala na visokim temperaturama i pritiscima, tokom skrućivanja magme ili iz vrućih vodenih rastvora. Naslage nikla su povezane sa procesima u magmi i kore koja se isplaćuje. Komercijalna ležišta nikla (sulfidne rude) obično se sastoje od minerala nikla i bakra. Na površini zemlje, u biosferi, nikl je relativno slab migrant. Ima ga relativno malo unutra površinske vode, u živoj materiji. U područjima u kojima dominiraju ultrabazične stijene, tlo i biljke su obogaćene niklom.

Fizička svojstva nikla. U normalnim uslovima, nikl postoji u obliku β-modifikacije koja ima kubičnu rešetku centriranu na lice (a = 3,5236 Å). Ali nikl, podvrgnut katodnom raspršivanju u atmosferi H 2, formira α-modifikaciju, koja ima heksagonalnu rešetku najbližeg pakovanja (a = 2,65 Å, c = 4,32 Å), koja, kada se zagrije iznad 200 ° C, postaje kubična. Kompaktni kubni nikl ima gustinu od 8,9 g/cm 3 (20°C), atomski radijus od 1,24 Å, jonski radijusi: Ni 2+ 0,79 Å, Ni 3+ 0,72 Å; t pl 1453 °C; t bala oko 3000°C; specifična toplota na 20 °C 0,440 kJ / (kg K); temperaturni koeficijent linearne ekspanzije 13,3 · 10 -6 (0-100 °C); toplotna provodljivost na 25 °C 90,1 W / (m K); takođe na 500 °C 60,01 W / (m K). Specifični električni otpor na 20°C 68,4 nom.m, tj. 6,84 mkohm cm; temperaturni koeficijent električnog otpora 6,8 · 10 -3 (0-100 °C). Nikl je savitljiv i duktilan metal od kojeg se mogu napraviti najtanji limovi i cijevi. Vlačna čvrstoća 400-500 MN / m 2 (tj. 40-50 kgf / mm 2); granica elastičnosti 80 MN / m 2, granica popuštanja 120 MN / m 2; izduženje 40%; modul normalne elastičnosti 205 Gn / m 2; Tvrdoća po Brinellu 600 - 800 MN / m 2. U temperaturnom opsegu od 0 do 631 K (gornja granica odgovara Kirijevoj tački) nikl je feromagnetičan. Feromagnetizam nikla je posljedica strukturnih karakteristika vanjskih elektronskih omotača (3d 8 4s 2) njegovih atoma. Nikl, zajedno sa Fe (3d 6 4s 2) i Co (3d 7 4s 2), takođe feromagnetima, pripada elementima sa nedovršenom 3d elektronskom ljuskom (u prelazne 3d metale). Elektroni nedovršene ljuske stvaraju nekompenzirani spin magnetni moment, čija je efektivna vrijednost za atome nikla 6 μ B, gdje je μ B Bohrov magneton. Pozitivna vrijednost međudjelovanja izmjene u kristalima nikla dovodi do paralelne orijentacije atomskih magnetnih momenata, odnosno do feromagnetizma. Iz istog razloga, legure i niz spojeva nikla (oksidi, halogenidi i drugi) su magnetski uređeni (imaju fero-, rjeđe ferimagnetnu strukturu). Nikl je dio najvažnijih magnetnih materijala i legura sa minimalnom vrijednošću koeficijenta toplinskog širenja (permalloy, monel metal, invar i dr.).

Hemijska svojstva nikla. Hemijski je Ni sličan Fe i Co, ali i Cu i plemenitim metalima. U jedinjenjima pokazuje varijabilnu valenciju (najčešće 2-valentnu). Nikl je srednje aktivan metal. Apsorbuje (posebno u fino usitnjenom stanju) velike količine gasova (H 2, CO i drugi); zasićenje nikla gasovima narušava njegova mehanička svojstva. Interakcija s kisikom počinje na 500 ° C; u fino dispergovanom stanju nikl je piroforan - spontano se pali na vazduhu. Od oksida najvažniji je NiO - zelenkasti kristali, praktično nerastvorljivi u vodi (mineral bunsenita). Hidroksid se taloži iz rastvora soli nikla nakon dodavanja alkalija u obliku glomaznog jabukastozelenog precipitata. Kada se zagreje, nikl se kombinuje sa halogenima i formira NiX 2. Sagorevanjem u sumpornim parama dobija se sulfid po sastavu sličan Ni 3 S 2. Monosulfid NiS se može dobiti zagrijavanjem NiO sa sumporom.

Nikl ne reaguje sa azotom čak ni na visokim temperaturama (do 1400°C). Rastvorljivost azota u čvrstom niklu je približno 0,07% težine (na 445°C). Nitrid Ni 3 N može se dobiti propuštanjem NH 3 preko NiF 2, NiBr 2 ili metalnog praha na 445 °C. Pod dejstvom para fosfora na visokim temperaturama nastaje fosfid Ni 3 P 2 u obliku sive mase. U sistemu Ni - As utvrđeno je postojanje tri arsenida: Ni 5 As 2, Ni 3 As (mineralni mauherit) i NiAs. Strukturu tipa nikl-arsenid (u kojoj atomi As formiraju najbliže heksagonalno pakiranje, u kojima su sve oktaedarske praznine zauzete atomima Ni) posjeduju mnogi metalidi. Nestabilni Ni 3 C karbid se može dobiti sporim (stotinama sati) naugljičenjem (cementacijom) niklovog praha u atmosferi CO na 300 °C. U tečnom stanju, nikl otapa primjetnu količinu C, koji se taloži hlađenjem u obliku grafita. Kada se grafit oslobodi, nikl gubi svoju savitljivost i sposobnost da radi pod pritiskom.

U nizu napona, Ni je desno od Fe (njihovi normalni potencijali su -0,44 V i -0,24 V, respektivno) i stoga se sporije otapa u razrijeđenim kiselinama od Fe. Nikl je otporan na vodu. Organske kiseline djeluju na nikl tek nakon dužeg kontakta s njim. Sumporna i hlorovodonična kiselina polako otapaju nikl; razrijeđeni dušik - vrlo lagan; koncentrirani HNO 3 pasivira nikl, ali u manjoj mjeri od željeza.

Pri interakciji sa kiselinama nastaju 2-valentne soli Ni. Gotovo sve soli Ni (II) i jakih kiselina su lako topljive u vodi, njihove otopine imaju kiselu reakciju zbog hidrolize. Slabo rastvorljive soli relativno slabih kiselina kao što su ugljena i fosforna. Većina soli nikla se raspada pri paljenju (600-800 °C). Jedna od najčešćih soli - NiSO 4 sulfat kristališe iz rastvora u obliku smaragdnozelenih kristala NiSO 4 · 7H 2 O - nikl vitriola. Jake alkalije ne utiču na nikl, ali se on rastvara u rastvorima amonijaka u prisustvu (NH 4) 2 CO 3 sa stvaranjem rastvorljivog amonijaka, obojenog u intenzivno plavu boju; većinu njih karakteriše prisustvo kompleksa 2+ i. Hidrometalurške metode za vađenje nikla iz ruda zasnivaju se na selektivnom formiranju amonijaka. NaOCl i NaOBr se precipitiraju iz rastvora Ni (II) soli, crnog Ni (OH) 3 hidroksida. U kompleksnim jedinjenjima, Ni, za razliku od Co, obično je 2-valentan. Kompleksno jedinjenje Ni sa dimetilglioksimom (C 4 H 7 O 2 N) 2 Ni služi za analitičko određivanje Ni.

Na povišenim temperaturama nikl stupa u interakciju sa dušikovim oksidima, SO 2 i NH 3. Kada CO djeluje na njegov fino mljeveni prah, pri zagrijavanju nastaje karbonil Ni (CO) 4. Najčistiji nikl se dobija termičkom disocijacijom karbonila.

Dobivanje nikla. Oko 80% ukupne proizvodnje nikla dobija se iz sulfidnih ruda bakra i nikla. Nakon selektivnog koncentriranja flotacijom, iz rude se izoluju koncentrati bakra, nikla i pirotita. Koncentrat rude nikla pomešan sa fluksovima topi se u električnim rudnicima ili reverberacionim pećima kako bi se odvojio otpadni kamen i nikl povratio u sulfidnu talinu (mat) koja sadrži 10-15% Ni. Obično električnom topljenju prethodi parcijalno oksidativno prženje i aglomeracija koncentrata. Zajedno s Ni, dio Fe, Co i gotovo potpuno Cu i plemeniti metali prelaze u mat. Nakon odvajanja Fe oksidacijom (duvavanjem tečnog mate u konvertorima), dobija se legura Cu i Ni sulfida - mat, koji se polako hladi, fino melje i šalje na flotaciju da se odvoje Cu i Ni. Koncentrat nikla se peče u fluidizovanom sloju do NiO. Metal se dobija redukcijom NiO u elektrolučnim pećima. Anode se lijevaju od grubog nikla i rafiniraju elektrolitički. Sadržaj nečistoća u elektrolitičkom niklu (klasa 110) je 0,01%.

Za odvajanje Cu i Ni koristi se i takozvani karbonil proces, zasnovan na reverzibilnosti reakcije: Ni + 4CO = Ni (CO) 4. Dobivanje karbonila vrši se na 100-200 atm i na 200-250 ° C, a njegova razgradnja se vrši bez pristupa zraka na atm. pritisak i oko 200°C. Razlaganje Ni (CO) 4 koristi se i za proizvodnju niklovanih premaza i proizvodnju raznih proizvoda (razgradnja na zagrijanoj matrici).

U modernim "autogenim" procesima topljenje se vrši zbog topline koja se oslobađa prilikom oksidacije sulfida zrakom obogaćenim kisikom. To omogućava da se izbjegnu ugljična goriva, da se dobiju plinovi bogati SO 2, pogodni za proizvodnju sumporne kiseline ili elementarnog sumpora, kao i da se dramatično poveća efikasnost procesa. Najsavršenija i najperspektivnija je oksidacija tekućih sulfida. Postupci koji se zasnivaju na obrađivanju koncentrata nikla rastvorima kiselina ili amonijaka u prisustvu kiseonika na povišenim temperaturama i pritiscima (autoklavski procesi) postaju sve rasprostranjeniji. Nikl se obično prenosi u otopinu iz koje se izvlači u obliku bogatog sulfidnog koncentrata ili metalnog praha (redukcija vodonikom pod pritiskom).

Od silikatnih (oksidiranih) ruda, nikl se također može koncentrirati u mat kada se fluksovi - gips ili pirit - unose u punjenje za topljenje. Sulfidirajuće redukcijsko topljenje se obično izvodi u osovinskim pećima; dobijeni mat sadrži 16-20% Ni, 16-18% S, ostatak je Fe. Tehnologija za izdvajanje nikla iz mat je slična onoj gore opisanoj, osim što se operacija odvajanja Cu često izostavlja. Uz nizak sadržaj Co u oksidiranim rudama, preporučljivo je podvrgnuti ih redukcijskom topljenju kako bi se dobio feronikl, koji se šalje u proizvodnju čelika. Za ekstrakciju nikla iz oksidiranih ruda koriste se i hidrometalurške metode - luženje predreducirane rude amonijakom, autoklavno luženje sumpornom kiselinom i druge.

Primjena nikla. Ogromna većina Ni se koristi za dobijanje legura sa drugim metalima (Fe, Cr, Cu i drugi), koje se odlikuju visokim mehaničkim, antikorozivnim, magnetskim ili električnim i termoelektričnim svojstvima. U vezi s razvojem mlazne tehnologije i stvaranjem plinskih turbinskih instalacija, posebno su važne hrom-nikl legure otporne na toplinu i toplinu. Legure nikla se koriste u dizajnu nuklearnih reaktora.

To znači da se količina nikla koristi za proizvodnju alkalnih baterija i antikorozivnih premaza. Kovi nikal u svom čistom obliku koristi se za proizvodnju limova, cijevi itd. Također se koristi u hemijskoj industriji za proizvodnju specijalne hemijske opreme i kao katalizator za mnoge hemijske procese. Nikl je vrlo rijedak metal i, ako je moguće, treba ga zamijeniti drugim, jeftinijim i uobičajenijim materijalima.

Prerada ruda nikla je praćena oslobađanjem otrovnih gasova koji sadrže SO 2 i često As 2 O 3. CO, koji se koristi u rafiniranju nikla karbonilnom metodom, vrlo je toksičan; Ni (CO) 4 je vrlo toksičan i lako isparljiv. Mešanjem sa vazduhom na 60°C eksplodira. Kontrolne mjere: nepropusnost opreme, pojačana ventilacija.

Nikl je esencijalni element u tragovima u tijelu. Njegov prosječni sadržaj u biljkama je 5,0 · 10 -5% po sirovoj tvari, u tijelu kopnenih životinja 1,0 · 10 -6%, u morskim životinjama - 1,6 · 10 -4%. U životinjskom tijelu, nikl se nalazi u jetri, koži i endokrinim žlijezdama; akumulira se u keratiniziranim tkivima (posebno u perju). Otkriveno da nikl aktivira enzim arginazu, utiče na oksidativne procese; u biljkama učestvuje u brojnim enzimskim reakcijama (karboksilacija, hidroliza peptidnih veza i dr.). Na tlima obogaćenim niklom, njegov sadržaj u biljkama može se povećati 30 puta ili više, što dovodi do endemičnih bolesti (kod biljaka - ružnih oblika, kod životinja - očnih bolesti povezanih s povećanim nakupljanjem nikla u rožnici: keratitis, keratokonjunktivitis).

(koordinacioni brojevi su navedeni u zagradama) Ni 2+ 0,069 nm (4), 0,077 nm (5), 0,083 nm (6).

Prosječan sadržaj nikla u zemljinoj kori je 8-10-3% po težini, u okeanskoj vodi 0,002 mg/l. Poznato je cca. 50 minerala nikla, od kojih su najvažniji: pentlandit (Fe, Ni) 9 S 8, milerit NiS, garnijerit (Ni, Mg) 3 Si 4 O 10 (OH) 10. 4H 2 O, revdinskit (ne-puit) (Ni, Mg) 3 Si 2 O 5 (OH) 4, niklin NiAs, annabergit Ni 3 (AsO 4) 2 8H 2 O. Nikl se uglavnom vadi iz sulfidnih bakar-nikl ruda (Kanada, Australija, Južna Afrika) i iz silikatnih oksidiranih ruda (Nova Kaledonija, Kuba, Filipini, Indonezija, itd.). Svjetske kopnene rezerve nikla procjenjuju se na 70 miliona tona.

Svojstva. Nikl-srebro-bijeli metal. Crystallich. lice centrirana rešetka. kubni, a = 0,35238 nm, z = 4, prostor. group Pt3t. T. pl. 1455 ° C. t. kip. 2900 ° C; splav. 8,90 g/cm 3; C 0 p 26, l J / (mol. K); DH 0 pl 17,5 kJ / mol, DH 0 je 370 kJ / mol; S 0 298 29,9 JDmol K); ur-cija temperaturne zavisnosti pritiska pare za čvrsti nikl logp (hPa) = 13,369-23013 / T + 0,520 logT + 0,395T (298-1728K), za tečni logp (hPa) = 11,742-20830 / T + 0,8 log T (1728-3170 K); temperaturni koeficijent linearna ekspanzija 13.5. 10-6 K -1 (273-373 K); toplotna provodljivost 94,1 W / (mx K) na 273 K, 90,9 W / (m. K) na 298 K; g 1,74 N/m (1520 °C); r 7,5 10 -8 Ohm m, temperaturni koeficijent. r 6,75. 10 -3 K -1 (298-398 K); feromagnet, Kirijeva tačka 631 K. Modul elastičnosti 196-210 GPa; s rast 280-720 MPa; odnosi. izduženje 40-50%; Tvrdoća po Brinellu (žareno) 700-1000 MPa. Čisti nikal je vrlo duktilan metal, dobro se obrađuje u hladnom i vrućem stanju, podložan valjanju, izvlačenju, kovanju.

N Nikl je hemijski neaktivan, ali fini prah dobijen redukcijom jedinjenja nikla sa vodonikom na niskim temperaturama je piroforan. Standardni potencijal elektrode Ni 0 / Ni 2+ - 0,23 V. At obični t-rah Nikl u vazduhu je prekriven tankim zaštitnim filmom od nikal oksida. Ne interakcija. sa vodom i vlagom u vazduhu. Prilikom utovara. oksidacija nikla sa površine počinje na ~ 800°C. Nikl vrlo sporo reaguje sa hlorovodoničnim, sumpornim, fosfornim, fluorovodičnim to-tami. Praktično sirće i druge org. vama, posebno u nedostatku vazduha. Dobro reaguje na rastavljanje. HNO 3, konc. HNO 3 je pasiviran. Rastvori i taline alkalija i karbonata alkalnih metala, kao i tečni NH 3 ne utiču na nikal. Vodeni rastvori NH 3 u prisustvu. nikl u zraku.

N ikel u dispergovanom stanju ima veliki katalitički efekat. aktivnost u p-cijama hidrogenacije, dehidrogenacije, oksidacije, izomerizacije, kondenzacije. Koristi se ili skeletni nikl (Raney nikal), dobijen legiranjem sa Al ili Si sa zadnjim. luženje alkalijom ili niklom na nosaču.

N ikel apsorbuje H 2 i sa njim formira čvrste rastvore. Hidridi NiH 2 (stabilni ispod 0°C) i stabilniji NiH dobijeni su indirektno. Azot se gotovo ne apsorbira od nikla do 1400 °C, p-omjer N 2 u metalu je 0,07% na 450 °C. Kompaktni nikal ne reaguje sa NH 3, raspršen na 300-450 ° C sa njim formira Ni 3 N.

Rastopljeni nikl otapa C sa stvaranjem Ni 3 C, koji se raspada tokom kristalizacije taline uz oslobađanje grafita; Ni 3 C u obliku sivo-crnog praha (raspada se na ~450°C) dobija se karburizacijom nikla u atmosferi CO na 250-400°C. Dispergovani nikl sa CO daje isparljivi nikl tetrakarbonil Ni (CO) 4. Kada je legiran sa Si, formira s i l i c i d s; Ni 5 Si 2, Ni 2 Si i NiSi se tope kongruentno prema. na 1282, 1318 i 992 °C, Ni 3 Si i NiSi 2 -inkongruentni, respektivno. na 1165 i 1125 ° C, Ni 3 Si 2 se raspada bez topljenja na 845 ° C. Kada se legira sa B, daje boride: Ni 3 B (t.t. 1175 °C), Ni 2 B (1240 °C), Ni 3 B 2 (1163 °C), Ni 4 B 3 (1580 °C), NiB 12 (2320°C), NiB (razlaže se na 1600°C). Nikl formira selenide sa parama Se: NiSe (t.t. 980 °C), Ni 3 Se 2 i NiSe 2 (razlažu se na 800 i 850 ° C, respektivno), Ni 6 Se 5 i Ni 21 Se 20 (postoje samo u čvrstom stanju) . Kada se nikl legira sa Te, dobijaju se sljedeća tijela: NiTe i NiTe 2 (između njih, izgleda, nastaje široka oblast čvrstih otopina) itd.

Arsenat Ni 3 (AsO 4) 2. 8H 2 O-zeleni kristali; p-rimozitet u vodi 0,022%; to-tami se razgrađuje; iznad 200°C dehidrira, na ~1000°C se razgrađuje; katalizator za proizvodnju čvrstog sapuna.

S i l i kat Ni 2 SiO 4 - svijetlozeleni kristali sa rombicom. rešetka; gusto 4,85 g/cm 3; raspada se bez topljenja na 1545 °C; nije rastvorljiv u vodi; rudar. to-tami se polako raspada kada se zagreje. Aluminat NiAl 2 O 4 (nikl spinel) -plavi kristali sa kockastim. rešetka; t. pl. 2110 ° C; gusto 4,50 g/cm 3; ne sol. u vodi; polako se razgrađuje do-tami; katalizator hidrogenacije.

Najvažnije složene veze. nikla Naib. karakteristični heksaamini i akvatetramini sa katjonima. 2+ i 2+. Oni su plavi ili ljubičasti kristalni. na ostrvima, obično sol. u vodi, u rastvorima jarko plave boje; kada ključaju rastvori i kada akcija za razgraditi; nastaju u rastvorima tokom prerade ruda nikla i kobalta amonijakom.

U kompleksima Ni (III) i Ni (IV) koordinacija. broj nikla je 6. Primjeri - ljubičasti K 3 i crveni K 2, nastali djelovanjem F 2 na mješavinu NiCl 2 i KCl; jaki oksidansi. Od drugih vrsta, poznate su, na primjer, soli hetero-polikiselina. (NH 4) 6 H 7. 5H 2 O, veliki broj unutarkompleksne veze Ni (II). Vidi također Organski nikl.

Primanje. Rude se prerađuju piro- i hidro-čelik-lurgičom. by. Za rude oksidirane silikatima (koje nisu podložne obogaćivanju) koristi se redukcija. topljenje kako bi se dobio feronikl, koji se zatim pročišćava u konvertoru u svrhu rafiniranja i obogaćivanja, ili topljenje za mat sa aditivima koji sadrže sumpor (FeS 2 ili CaSO 4). Dobijeni mat se duva u konverter da bi se uklonio Fe, a zatim drobi i peče, a iz formiranog NiO se redukuje. metalni nikl se dobija topljenjem. Koncentrati nikla dobijeni pri oplemenjivanju sulfidnih ruda sa posljednjom se tope u mat. puhanjem u pretvarač. Iz bakreno-nikl mat, nakon njegovog sporog hlađenja flotacijom, izdvaja se koncentrat Ni 3 S 2, koji se, slično kao i mat iz oksidiranih ruda, prži i reducira.

Jedan od načina hidroobrade oksidiranih ruda je redukcija rude generatorskim gasom ili mješavinom H 2 i N 2 nakon čega slijedi. ispiranje rastvorom NH 3 i CO 2 uz upuhivanje vazduha. Rastvor se prečišćava od amonijum sulfida. Kada se otopina razgradi destilacijom NH 3, taloži se nikl hidrokso-karbonat, koji se ili pali i obnavlja iz rezultirajućeg NiO. topljenjem dobiti nikl, ili re-sol. u rastvoru NH 3 i nakon destilacije NH 3 iz pulpe redukcijom H 2 nikla se dobija. dr. način - ispiranje oksidirane rude sumpornom kiselinom u autoklavu. Iz nastalog rastvora, nakon njegovog prečišćavanja i neutralizacije, nikal se pod pritiskom istaloži vodonik sulfidom i dobijeni NiS koncentrat se obrađuje kao mat.

Hidroobrada sulfidnih nikalnih materijala (koncentrati, matovi) svodi se na oksidaciju u autoklavu. ispiranje ili rastvorima NH 3 (sa niskim sadržajem Co), ili H 2 SO 4. Nikl se istaloži iz rastvora amonijaka nakon odvajanja CuS sa vodonikom pod pritiskom. Za odvajanje Ni,Co i Cu iz rastvora amonijaka se takođe koriste ekstrakti. metode koje koriste, prije svega, helirajuće ekstrakte.

Autoklavno oksidaciono luženje sa proizvodnjom sulfatnih rastvora koristi se kako za obogaćene materijale (mat) sa prenošenjem nikla i drugih metala u rastvor, tako i za siromašne pirotijum Fe 7 S 8 koncentrate. U potonjem slučaju, preim se oksidira. pirotita, što omogućava izolaciju elementarnog S i sulfidnog koncentrata, koji se dalje pretopi u nikl mat.

Nikl spada u prelazne metale prvog dugog perioda iu periodnom sistemu D.I. Mendeljejev se nalazi u VIIIA podgrupi zajedno sa gvožđem i kobaltom.

Nikl kristalizira u kubičnoj rešetki usmjerenoj na lice s periodom na sobnoj temperaturi od 0,352387 nm. Atomski prečnik nikla je 0,248 nm. Gustoća nikla (8,897 g/cm 3) je skoro ista kao i bakra, a dvostruko veća od gustine titana, pa je nikal klasifikovan kao teški obojeni metal.

Fizička svojstva nikla su data u tabeli. 7. Latentna toplota fuzije nikla je približno ista kao i magnezijuma, i nešto viša od one aluminijuma. Njegov specifični toplotni kapacitet je relativno nizak i tek neznatno premašuje toplotni kapacitet bakra. Specifična električna i toplotna provodljivost nikla je niža od bakra i aluminijuma, ali znatno premašuje električnu i toplotnu provodljivost titana i mnogih drugih prelaznih metala. Moduli elastičnosti nikla su približno isti kao i kod gvožđa.

Nikl je feromagnetni metal, ali je njegov feromagnetizam mnogo manje izražen od željeza i kobalta. Kirijeva tačka za nikl je 358 ˚S, iznad ove temperature nikl prelazi u paramagnetno stanje.

Čisti nikal je srebrnast metal. Prilikom visokotemperaturne oksidacije nikla formiraju se dva sloja oksida: unutrašnji sloj je svijetlozeleni, a vanjski tamnozeleni. Ova dva sloja se sastoje od oksida, ali se razlikuju po količini kiseonika.

Nikl se odlikuje većom otpornošću na koroziju u atmosferskim uvjetima u odnosu na druge tehničke metale, što je posljedica stvaranja tankog i izdržljivog zaštitnog filma na njegovoj površini. Nikl je dovoljno stabilan ne samo u slatkoj vodi, već iu morskoj vodi. Mineralne kiseline, posebno azotne kiseline, imaju snažan uticaj na nikal. Alkalne i neutralne otopine soli neznatno utječu na nikl čak i kada se zagrijavaju; u kiselim otopinama soli on prilično jako korodira. Nikl je stabilan u koncentrovanim alkalnim rastvorima čak i na visokim temperaturama.

Nikl na sobnoj temperaturi ne stupa u interakciju sa suhim gasovima, ali prisustvo vlage značajno povećava stopu njegove korozije u ovim sredinama. Nikl kontaminiran kiseonikom sklon je vodikovoj bolesti.

Sirovine za proizvodnju nikla

Trenutno, fabrike nikla prerađuju uglavnom dvije vrste ruda koje se oštro razlikuju po hemijskom sastavu i svojstvima: oksidirani nikl i sulfidni bakar-nikl. Značaj ovih ruda za domaću industriju nikla i inostranstvo je različit. U Rusiji se iz godine u godinu povećava udio nikla dobivenog iz sulfidnih ruda, a u stranim zemljama naprotiv, oksidirane rude postaju sve važnije.

Oksidirane rude nikla su sekundarne stijene, koje se uglavnom sastoje od hidratiziranih magnezijskih silikata, aluminosilikata i željeznog oksida. Minerali nikla u njima čine neznatan dio rudne mase. Nikl je najčešće u obliku bunzeita (NiO), garnierita [(Ni, Mg) O · SiO 3 · nH 2 O] ili revdenskita. Osim nikla, korisna komponenta ovih ruda je kobalt, čiji je sadržaj obično 15 ... 25 puta manji od sadržaja nikla. Ponekad je u oksidiranim rudama bakar prisutan u malim količinama (0,01 ... 0,02%).

Otpadnu stijenu, koja čini najveći dio rude, predstavljaju glina Al 2 O 3 2SiO 2 2H 2 O, talk 3MgO 4SiO 2 2H 2 O, drugi silikati, smeđa željezna ruda Fe 2 O 3 nH 2 O, kvarc i krečnjak.

Oksidirane rude nikla odlikuju se izuzetnom varijabilnosti sastava u pogledu sadržaja kako vrijednih komponenti, tako i otpadnih stijena. Ove fluktuacije u sastavu se uočavaju čak iu masivu jednog polja. Moguće granične koncentracije rudnih komponenti karakterišu sljedeće brojke, %: Ni - 0,7 ... 4; Co - 0,04 ... 0,16; SiO 2 - 15 ... 75; Fe 2 O 3 - 5 ... 65; Al 2 O 3 - 2 ... 25; Cr 2 O 3 - 1 ... 4; MgO - 2 ... 25; CaO - 0,5 ... 2; ustavna vlaga - do 10 ... 15.

Po izgledu, oksidirane rude nikla su slične glini. Odlikuju se poroznom, labavom strukturom, malom grudovitom čvrstoćom, visokom higroskopnošću. Racionalne metode obogaćivanja ovakvih ruda još nisu pronađene, a nakon odgovarajuće pripreme one idu direktno u metaluršku preradu.

U sulfidnim rudama nikal je uglavnom prisutan u obliku pentlandida, koji je izomorfna mješavina sulfida nikla i željeza promjenjivog omjera, a dijelom iu obliku čvrstog rastvora u pirotitu.

Glavni pratilac nikla u sulfidnim rudama je bakar, koji se uglavnom nalazi u halkopiritu. Zbog visokog sadržaja bakra, ove rude se nazivaju bakar-nikl. Osim nikla i bakra, obavezno sadrže kobalt, metale platinske grupe, zlato, srebro, selen i telur, kao i sumpor i željezo. Dakle, sulfidne bakar-nikl rude su polimetalne sirovine veoma složene hemijski sastav... U toku njihove metalurške obrade trenutno se obnavlja 14 vrijednih komponenti.

Hemijski sastav sulfidnih bakar-nikl ruda je sljedeći,%: Ni - 0,3 ... 5,5; Cu - 0,2 ... 1,9; Co - 0,02 ... 0,2; Fe - 30 ... 40; S - 17 ... 28; SiO 2 - 10 ... 30; MgO - 1 ... 10; Al 2 O 3 - 5 ... 8. Po strukturi, rude bakra i nikla mogu biti kontinuirane, žilave i raspršene. Posljednje dvije vrste ruda su češće. U zavisnosti od dubine pojave, ruda se vadi otvorenim i podzemnim metodama.

Za razliku od oksidiranih ruda nikla, rude bakra i nikla se odlikuju visokom mehaničkom čvrstoćom, nisu higroskopne i mogu se oplemenjivati.

Glavni način obogaćivanja sulfidnih bakar-nikl ruda je flotacija. Ponekad flotacijskom obogaćivanju prethodi magnetna separacija koja ima za cilj odvajanje pirotita u samostalan koncentrat. Mogućnost izvođenja magnetske separacije je zbog relativno visoke magnetske osjetljivosti pirotita.

Odvajanje pirotinskog koncentrata prilikom obrade rude poboljšava kvalitet primarnog koncentrata nikla zbog uklanjanja značajnog dijela željeza i sumpora iz njega i pojednostavljuje njegovu kasniju metaluršku obradu. Međutim, pri dobijanju pirotinskog koncentrata postaje neophodna njegova obavezna prerada kako bi se izdvojili nikl, sumpor i platinoidi.

Flotacijsko obogaćivanje ruda bakra i nikla može biti kolektivno ili selektivno. U kolektivnoj flotaciji bakar-nikl koncentrat se dobija odvajanjem otpadnog kamena. Međutim, selektivna flotacija ne omogućava potpuno odvajanje bakra i nikla. Selekcioni proizvodi u ovom slučaju će biti koncentrat bakra sa relativno niskim sadržajem nikla i nikl-bakar koncentrat, koji se od rude razlikuje po većem omjeru Ni:Cu.

Tako je, u zavisnosti od usvojene šeme obogaćivanja sulfidnih bakar-nikl ruda, moguće dobiti skupne bakar-nikl, bakar, nikl i pirotin koncentrate, čiji je sastav dat u tabeli. osam.

Metode za dobijanje nikla

Sulfidne i oksidirane rude prerađuju se na različite načine - piro- i hidrometalurški.

Mat topljenje sulfidnih ruda i koncentrata

Rude sa ukupnim sadržajem više od 2-5% bakra i nikla smatraju se bogatim, topljene su bez prethodne koncentracije.

Rude i koncentrati sadrže iste minerale, pa se nakon potrebne pripreme na njih mogu primijeniti iste metode prerade.

Kada se ruda zagrije na 400–600 ˚S, čak i prije početka topljenja, halkopirit i sulfidi koji sadrže nikl se razlažu:

6 (NiS, FeS) → 2Ni 3 S 2 + 6FeS + S 2,
4CuFeS 2 → 2Cu 2 S + 4FeS + S 2,
2Fe 7 S 8 → 14FeS + S 2.

Kao rezultat ovih reakcija, složeni skup minerala pretvara se u mješavinu jednostavnih sulfida: Ni 3 S 2, FeS i Cu 2 S.

Na temperaturama potrebnim za topljenje šljake, koja se sastoji od oksida i fluksa, bakar, nikl i željezo sulfidi su beskrajno topljivi jedni u drugima; formiraju bakar-nikl mat odvojen od šljake u obliku težeg tečnog sloja.

Ako se dio sumpora oksidira tokom topljenja ili ukloni preliminarnim kalcinacijom, raspodjela bakra, nikla i željeza između mat i šljake ovisit će o afinitetu ovih metala za kisik i sumpor. U uslovima topljenja, afinitet prema sumporu, koji određuje mogućnost prelaska metala u mat, veći je za bakar nego za nikl, a za nikl je veći nego za gvožđe. Afinitet istih metala prema kisiku opada obrnutim redoslijedom. Sa nedostatkom sumpora za sulfidiranje svih metala, bakar će prvo preći u mat, zatim nikal i na kraju deo gvožđa. Što više željeza prelazi u mat, to je veća potpuna sulfidacija bakra i nikla, ali će mat razrijeđen željeznim sulfidom biti loš. Za potpunu konverziju nikla u mat, prilikom topljenja rude ili koncentrata, ne teži se potpunom trosku željeza, ostavljajući dio u matu.

Kobalt u svom afinitetu prema sumporu i kiseoniku zauzima srednju poziciju između gvožđa i nikla.

Otopljeni mat se pročišćava u konvertoru dodavanjem kvarca; gvožđe, oksidirajući, šljaka se silicijum dioksidom.

Glavni proizvod konverzije pretvarača - bakar-nikl mat - je legura bakra i nikl sulfida, koja sadrži 1-3% željeza.

Prilikom duvanja kobalt se djelimično zgura zajedno sa gvožđem.

Konvertorska šljaka se ponekad šalje u poseban pogon za preradu za ekstrakciju kobalta. Plemeniti metali su gotovo u potpunosti koncentrirani u mat.

Ohlađeni mat mat se drobi, drobi i podvrgava flotaciji. U ovom slučaju dobijaju se dva koncentrata: nikl, koji se sastoji od gotovo čistog Ni 3 S 2, i bakra koji sadrži Cu 2 S; potonji se prerađuje u bakar konvencionalnim koncentratom bakra topljenjem u mat i puhanjem u konverter.

Koncentrat nikla se spaljuje, oksidirajući ga prema reakciji

Tako dobiven sivi prah nikl oksida koji sadrži okside kobalta i metale platine reducira se ugljem u električnim pećima do metala koji se sipa u anode.

Niklove anode se podvrgavaju elektrolitičkoj rafinaciji, istovremeno izvlačeći kobalt i ostatak bakra iz elektrolita, a platinoide iz mulja.

Bogate grudaste rude bakra i nikla se tope na matu u oknim pećima, ako otpadna stijena ovih ruda nije previše vatrostalna. U nekim slučajevima, za rude koje sadrže mnogo magnezijevog oksida ili drugih vatrostalnih komponenti, potrebno je pribjeći električnom topljenju.

Flotacijski koncentrati i fine frakcije bogatih ruda tope se u reverberacijskim ili električnim pećima; sa visokim sadržajem sumpora u ovim materijalima, koristi se prethodno pečenje.

Izbor metode topljenja u velikoj mjeri zavisi od sastava sirovina i lokalnih ekonomskih uslova, a posebno od dostupnosti određenog goriva i cijene električne energije.

Hidrometalurška metoda prerade sulfidnih ruda

Prema ovoj metodi, zdrobljena ruda ili koncentrat se obrađuje otopinom amonijaka i (NH 4) 2 SO 4 u autoklavima pod tlakom viška zraka od oko 506,7 kn/m 2 (7 at). Bakar, nikal i kobalt prelaze u rastvor u obliku kompleksnih amonijumovih soli, na primer, reakcijom

NiS + 2O 2 + 6NH 3 = Ni (NH 3) 6 SO 4.

Snažna oksidacija sulfida je praćena oslobađanjem topline, čiji višak se uklanja u frižiderima, održavajući temperaturu u autoklavu na 70–80 ºS, sumpor u koncentratu se oksidira do S 2 O3 2−, S 3 O 6 2− i SO 4 2−, a gvožđe se taloži u obliku hidroksida i bazičnih sulfata.

Filtrirana otopina je prokuvana da se reakcijom istaloži bakar

Cu 2+ + 2S 2 O 3 2− = CuS + SO 4 2− + S + SO 2.

Nakon toga, djelomično preostali bakar u otopini se istaloži sumporovodikom, a iz njega pročišćeni rastvor, koji sadrži nikl i kobalt, tretira se u autoklavu vodonikom pod pritiskom od oko 2,5 MN/m 2 (25 at) i temperatura od oko 200 ºS.

Prvo se deponuje najveći deo nikla

Ni (NH3) 6 2+ + H 2 = Ni + 2NH 4 + + 4NH 3

u obliku čestica veličine čestica od 2 do 80 mikrona. Nakon filtriranja taloga, ostatak nikla i kobalta se izoluje iz rastvora sa vodonik sulfidom.

Prilikom dalje obrade sulfidnog taloga sa kiseonikom i amonijakom, kobalt se rastvara u autoklavu. Nerastvorljivi talog, koji sadrži pretežno nikl sulfid, vraća se u glavno luženje, a kobalt se izoluje iz rastvora dejstvom vodonika pod pritiskom.

Krug je složen i zahtijeva skupu opremu; međutim, omogućava ekstrakciju iz kompleksnih koncentrata do 95% Ni, oko 90% Cu i 50-75% Co.

Topljenje oksidiranih ruda u mat

Trenutno najrasprostranjenija metoda prerade oksidiranih ruda nikla topljenjem u mat temelji se na razlici u afinitetu željeza i nikla prema kisiku i sumporu.

Nikl se sulfidiranjem pretvara u mat - leguru Ni 3 S 2 i FeS; najveći dio željeza uklanja se šljakom:

6FeS + 6NiO = 6FeO + 2Ni 3 S 2 + S 2,
2FeO + SiO 2 = FeSiO 4.

Oksidirane rude ne sadrže sumpor, pa se mora dodati dodavanjem pirita ili gipsa tokom topljenja. Gips, reducira se na kalcijum sulfid, sulfide željeza i nikla. Djelovanje gipsa prilikom topljenja je složenije od djelovanja pirita, međutim, u mnogim slučajevima se i dalje koristi gips, a ne pirit, jer je gips jeftiniji od pirita i ne daje
željezne šljake.

Prilikom prerade oksidiranih ruda nikla najisplativije je koristiti lokalni pirit koji sadrži kobalt, u kojem ima vrlo malo bakra i nema plemenitih metala.

Nikl mat dobijen topljenjem rude sa piritom ili gipsom sadrži do 60% Fe, koji se dalje od nikla odvaja puhanjem tečnog mat u konverteru. Prilikom konverzije, gvožđe se selektivno oksidira i šljači sa dodatkom kvarca u konvertor – dobija se nikl mat koji je praktično čist od gvožđa. Konvertorska šljaka je bogata niklom, stoga je proizvod za recikliranje - vraća se u topljenje rude ili šalje u posebnu preradu za ekstrakciju kobalta.

Feinstein se sipa u kalupe, zatim drobi i čvrsto peče:

2Ni 3 S 2 + 7O 2 = 6NiO + 4SO 2.

Nikl oksid se miješa sa redukcijskim sredstvom s niskim sadržajem sumpora kao što je petrolej koks i topi se u električnoj peći na 1500°C da bi se dobio tekući nikl.

Nikl se lijeva u anode za elektrolitičku rafinaciju ili se granulira izlijevanjem u vodu u tankom mlazu.

Topljenje oksidiranih ruda u željezo nikla (feronikl)

Bogate oksidirane rude ponekad se tope u električnim pećima s ugljem, redukujući svo željezo, nikl i kobalt iz njih u prirodno legirano lijevano željezo.

Slično topljenje relativno siromašnih ruda vrši se u visokim pećima, ali ima ograničenu primjenu.

Unatoč pretežnoj upotrebi nikla u specijalnim čelicima, njegovo topljenje u obliku legure sa željezom nije uvijek prihvatljivo: kobalt, mangan, krom i druge nečistoće se prenose u leguru, čije nasumične kombinacije ne dozvoljavaju uvijek korištenje vrijednih svojstva ovih metala.

Kritičan način obrade oksidiranih ruda

Prema ovoj metodi, ruda pomešana sa ugljem se zagreva u rotacionim cevnim pećima na temperaturi od oko 1050 ºS, što omogućava da se samo deo gvožđa redukuje zajedno sa niklom i kobaltom. Reducirani metali se dobijaju u obliku zrna pomešanih sa poluotopljenom zgurom. Ohlađena šljaka se drobi i iz nje se elektromagnetom izvlači kritična legura. Metoda nije bila široko korištena iz istih razloga kao i prethodna - zbog nemogućnosti odvojenog korištenja kobalta.

Hidrometalurgija oksidiranih ruda

Prema jednoj od ovih metoda, u literaturi poznatoj kao kubanska, drobljena ruda se podvrgava redukcijskom prženju u mehaničkim pećima sa više ložišta u okruženju generatorskog gasa. Na 600-700 ºS nikal i kobalt se redukuju u metale, a željezo - samo u dušikov oksid. Zatim se ruda ispira otopinom amonijaka u prisustvu ugljičnog dioksida i atmosferskog kisika. Nikl reakcijom stvara amonijak rastvorljiv u vodi

2Ni + 12NH 3 + 2CO 2 + O 2 = 2Ni (NH 3) 6 CO 3.

Nakon odvajanja otpadne stijene zgušnjavanjem i ispiranjem, otopina se tretira živom parom. Kao rezultat uklanjanja viška amonijaka, hidroliza se nastavlja s taloženjem baznih nikl karbonata:

2Ni (NH 3) 6 CO 3 + H 2 O = NiCO 3 Ni (OH) 2 + CO 2 + 12NH 3.

Amonijak iz gasova se apsorbuje u vodu i ponovo šalje na ispiranje. Nikl oksid se sinteruje na mašinama za sinterovanje i isporučuje u obliku sintera u čeličane.

Odjeljak 1. Karakteristike.

Odjeljak 2. Biti u prirodi.

Odjeljak 3. Prijem.

Odjeljak 4. Aplikacija.

- Pododjeljak 1. Legure.

- Pododjeljak 2. Niklovanje.

Odjeljak 5. Kovanje novca.

Ni- Ovo je element bočne podgrupe osme grupe, četvrtog perioda periodnog sistema hemijskih elemenata D.I.Mendeljejeva, sa atomskim brojem 28.

Specifikacije nikla

Ni- srebrnasto je bele boje, ne tamni na vazduhu. Ima lice centriranu kubičnu rešetku sa period a = 0,35238 NM, prostorna grupa Fm3m. U svom čistom obliku, pogodan je za tretman pritiskom. To je feromagnet sa Kirijevom tačkom od 358 C.

Specifični električni otpor 0,0684 μ Ohm ∙ m.

Koeficijent linearnog termičkog širenja α = 13,5 ∙ 10-6 K-1 pri 0 C

Koeficijent zapreminskog termičkog širenja β = 38—39 ∙ 10-6 K-1

Modul elastičnosti 196-210 GPa.

Atomi nikla imaju vanjsku elektronsku konfiguraciju 3d84s2. Najstabilnije oksidaciono stanje nikla je nikal (II).

Ni formira spojeve sa oksidacionim stanjima +2 i +3. U ovom slučaju, Ni sa oksidacionim stanjem +3 samo u obliku kompleksnih soli. Za jedinjenja nikla +2 poznat je veliki broj uobičajenih i složenih jedinjenja. Nikl oksid Ni2O3 je jako oksidaciono sredstvo.

Ni karakteriše visoka otpornost na koroziju - otporan na vazduh, vodu, alkalije i brojne kiseline. Hemijska otpornost je posljedica njegove sklonosti pasivizaciji - stvaranju gustog oksidnog filma na njegovoj površini, koji ima zaštitni učinak. Ni je aktivno rastvorljiv u azotnoj kiselini.

S ugljičnim monoksidom CO, Ni lako stvara hlapljiv i vrlo toksičan nikal karbonit (CO) 4.

Fino dispergovani prah nikla piroforan (samozapaljiv na vazduhu).

Ni gori samo u obliku praha. Formira dva oksida nikla O i Ni2O3 i, shodno tome, dva hidroksida nikla (OH) 2 i nikla (OH) 3. Najvažnije rastvorljive soli nikla su acetat, hlorid, nitrat i sulfat.

Rješenja su obično obojena zelene boje, a bezvodne soli su žute ili smeđe-žute. Nerastvorljive soli uključuju oksalat i fosfat (zeleni), tri sulfida:

nikl S (crni)

Ni3S2 (žućkasta bronza)

Ni3S4 (srebrno bijela).

Ni takođe formira brojna koordinaciona i kompleksna jedinjenja.

Vodeni rastvori soli nikla (II) sadrže ion heksaakvanikl (II) nikla (H2O) 62+. Kada se otopina amonijaka doda otopini koja sadrži ove ione, taloži se nikl (II) hidroksid, zelena želatinasta supstanca. Ovaj precipitat se otapa kada se doda višak amonijaka zbog stvaranja jona heksaminnikl (II) nikla (NH3) 62+.

Ni formira komplekse sa tetraedarskim i planarnim kvadratnim strukturama. Na primjer, kompleks tetrahloroniklata (II) NiCl42− ima tetraedarsku strukturu, dok kompleks tetracijanonskog niklata (II) nikla (CN) 42− ima ravnu kvadratnu strukturu.

Kvalitativna i kvantitativna analiza koristi alkalnu otopinu butandion dioksima, također poznatog kao dimetilglioksim, za detekciju jona nikla (II). Kada je u interakciji sa ionima nikla (II), formira se crveno koordinaciono jedinjenje bis (butandion dioksimato) Ni (II). Ovo je helatirano jedinjenje i butandion dioksimato ligand je bidentatan.

Prirodni Ni se sastoji od 5 stabilnih izotopa, 58 nikla, 60 nikla, 61 nikla, 62 nikla je najzastupljeniji (68,077% prirodnog izobilja).

Biti u prirodi

Ni je prilično čest u prirodi - njegov sadržaj u zemljinoj kori je oko 0,01% (mas.). Nalazi se u zemljinoj kori samo u vezanom obliku; željezni meteoriti sadrže prirodni Ni (do 8%). Njegov sadržaj u ultrabazičnim stijenama je oko 200 puta veći nego u kiselim stijenama (1,2 kg/t i 8 g/t). U ultrabazičnim stijenama preovlađujuća količina nikla je povezana sa olivinima, koji sadrže 0,13 - 0,41% nikla. Takođe izomorfno zamenjuje magnezijum.

Mali udio nikla je prisutan u obliku sulfida. Ni pokazuje siderofilna i halkofilna svojstva. Sa povećanim sadržajem sumpora u magmi, nikl sulfidi se pojavljuju zajedno sa bakrom, kobaltom, gvožđe i platinoidi. U hidrotermalnom procesu, zajedno sa kobaltom, arsenom i siva a ponekad i sa bizmutom, uranijumom i srebrom, Ni formira povišene koncentracije kao nikal arsenidi i sulfidi. Ni se obično nalazi u sulfidnim i rudama bakra i nikla koje sadrže arsen.

Nikl (crveni nikl pirit, kupfernikl) nikl As.

Kloantit (bijeli nikl pirit) (nikl, Co, Fe) As2

Garnierit (Mg, nikal) 6 (Si4O11) (OH) 6 sa H2O i drugim silikatima.

Magnetni pirit (Fe, nikl, Cu) S

Arsen-nikl sjaj (gersdorfit) nikl As S,

Pentlandit (Fe, Nikl) 9S8

Mnogo se već zna o niklu u organizmima. Utvrđeno je, na primjer, da se njegov sadržaj u ljudskoj krvi mijenja sa godinama, da se kod životinja povećava količina nikla u organizmu, konačno, da postoje neke biljke i mikroorganizmi - "koncentratori" nikla, koji sadrže hiljade i čak stotine hiljada puta više nikla od životne sredine.

Primanje

Ukupne rezerve nikla u rudama na početku 1998. godine procenjene su na 135 miliona tona, uključujući pouzdane - 49 miliona tona.Glavne rude nikla su nikl (kupfernikl) nikl As, milerit nikal S, pentlandit (Fe nikal) 9S8 - takođe sadrže arsen, gvožđe i sumpor; inkluzije pentlandita se također nalaze u magmatskom pirotinu. Ostale rude, iz kojih se takođe vadi nikal, sadrže nečistoće Co, Cu, Fe i Mg. Ponekad je Ni glavna roba proces rafiniranje, ali se češće dobija kao dodatak proizvod u tehnologijama drugih metala. Od pouzdanih rezervi, prema različitim izvorima, od 40 do 66% nikla nalazi se u oksidiranim rudama nikla (ONR),

33% u sulfidu. Od 1997. godine udio nikla proizvedenog preradom OHR-a iznosio je oko 40% globalnog obima proizvodnje. U industrijskim uvjetima, OHP se dijeli na dva tipa: magnezijski i ferruginozni.

Vatrostalne magnezijeve rude se, po pravilu, elektrotale u feronikal (5-50% nikal + Co, u zavisnosti od sastava sirovine i tehnoloških karakteristika).

Najviše feruginous - laterit rude se prerađuju hidrometalurškim metodama uz korištenje amonijačno-karbonatnog luženja ili sumpornom kiselinom u autoklavu. Ovisno o sastavu sirovina i korištenih tehnološke šeme krajnji proizvodi ovih tehnologija su: nikl oksid (76-90% nikla), sinter (89% nikla), sulfidni koncentrati različitih sastava, kao i metalni Ni elektrolit, nikl u prahu i kobalt.

Manje ferruginous - nontronit rude se tope u mat. U preduzećima koja rade u punom ciklusu, dalja šema obrade uključuje pretvaranje, mat pečenje, elektrotaljenje nikl oksida za dobijanje metalnog nikla. Usput, prikupljeni kobalt se oslobađa u obliku metala i/ili soli. Još jedan izvor nikla: u pepelu uglja Južnog Velsa u Britaniji - do 78 kg nikla po toni. Povećani sadržaj nikla u nekim bitumenskim ugljevima, nafti, škriljcima ukazuje na mogućnost koncentracije nikla u mineralima organska materija... Razlozi za ovaj fenomen još nisu razjašnjeni.

„Ni dugo vremena nije mogao da se dobije u plastičnom obliku zbog činjenice da uvek ima malu nečistoću sumpora u obliku nikl sulfida koji se nalazi u tankim, krhkim slojevima na granicama metal... Dodavanje male količine magnezija u rastopljeni nikl pretvara sumpor u spoj s magnezijem, koji se oslobađa u obliku zrna bez utjecaja na njegovu plastičnost metal».

Najveći dio nikla se dobiva iz garnierita i magnetnog pirita.

Silikatna ruda se redukuje ugljenom prašinom u rotirajućim cijevnim pećima na pelete željezo-nikl (5-8% nikla), koje se zatim prečišćavaju od sumpora, kalciniraju i tretiraju otopinom amonijaka. Nakon zakiseljavanja otopine, iz nje se elektrolitički dobiva metal.

Karbonilna metoda (Mondova metoda). Prvo se iz sulfidne rude dobija bakar-nikl mat, preko kojeg se pod visokim pritiskom propušta kobalt. Formira se visoko hlapljiv nikl tetrakarbonil nikl (CO) 4; visoko čisti metal se izoluje termičkom razgradnjom.

Aluminotermna metoda za redukciju nikla iz oksidne rude: 3NiO + 2Al = 3Ni + Al2O.

Aplikacija

Legure

Ni je osnova većine super legura, materijala otpornih na toplinu koji se koriste u zrakoplovnoj industriji za pogonske komponente.

monel metal (65 - 67% nikla + 30 - 32% Cu+ 1% Mn), otporan na toplinu do 500 °C, vrlo otporan na koroziju;

bijela (585 sadrži 58,5% zlato i legura (ligatura) srebra i nikla (ili paladijum));

Nihrom, otporna legura (60% nikla + 40% Cr);

Permaloja (76% nikla + 17% Fe + 5% Cu + 2% Cr) ima visoku magnetsku osetljivost sa vrlo malim gubicima na histerezi;

Invar (65% Fe + 35% nikla), gotovo se ne izdužuje pri zagrijavanju;

Osim toga, legure nikla uključuju nikl i hrom-nikl čelik, nikal srebro i razne legure otpornosti kao što su konstantan, niklin i manganin.

Cijevi od nikla se koriste za proizvodnju kondenzatora u proizvodnji vodonika, za pumpanje lužina u hemijskoj industriji. Instrumenti otporni na nikl imaju široku primjenu u medicini i istraživačkom radu. Ni se koristi za radar, televiziju, daljinski upravljač procesi u nuklearnom inženjerstvu.

Čisti nikl se koristi za izradu hemijskog posuđa, raznih aparata, uređaja, bojlera visoke otpornosti na koroziju i stalnih fizičkih svojstava, a od materijala nikla - rezervoara i rezervoara za skladištenje prehrambenih proizvoda, hemijskih reagensa, eteričnih ulja, za transport lužina, za topljenje kaustika. alkalije.

Prah od čistog nikla se koristi za izradu poroznih filtera za filtriranje gasova, goriva i drugih proizvoda u hemijskoj industriji. industrija... Ni u prahu se takođe koristi u proizvodnji legura nikla i kao vezivo u proizvodnji tvrdih i supertvrdih materijala.

Biološka uloga nikla jedan je od elemenata u tragovima neophodnih za normalan razvoj živih organizama. Međutim, malo se zna o njegovoj ulozi u živim organizmima. Poznato je da Ni učestvuje u enzimskim reakcijama kod životinja i biljaka. Kod životinja se akumulira u keratiniziranim tkivima, posebno u perju. Povećan sadržaj nikla u tlu dovodi do endemičnih bolesti - pojavljuju se ružni oblici u biljkama, kod životinja - bolesti oka povezane s nakupljanjem nikla u rožnici. Toksična doza (za pacove) - 50 mg. Posebno su štetna isparljiva jedinjenja nikla, posebno njegov tetrakarbonil nikal (CO) 4. Maksimalna granica koncentracije jedinjenja nikla u vazduhu je od 0,0002 do 0,001 mg/m3 (za razna jedinjenja).

Ni je glavni uzrok alergije (kontaktnog dermatitisa) na metale u dodiru s kožom (nakit, satovi, traper zakovice).

U Evropskoj uniji ograničen je sadržaj nikla u proizvodima koji dolaze u dodir s ljudskom kožom.

Nikl karbonit Nikl (CO) je veoma toksičan. Maksimalna dozvoljena koncentracija njegovih para u vazduhu industrijskih prostorija 0,0005 mg/mí.

U 20. veku je ustanovljeno da je pankreas veoma bogat niklom. Kada se nikl unese nakon inzulina, djelovanje inzulina se produžava i time se povećava hipoglikemijska aktivnost. Ni utiče na enzimske procese, oksidaciju askorbinske kiseline, ubrzava prelazak sulfhidrilnih grupa u disulfidne. Ni može inhibirati djelovanje adrenalina i sniziti krvni tlak. Prekomjeran unos nikla u organizam uzrokuje vitiligo. Ni se taloži u pankreasu i paratiroidnim žlijezdama.

Nikeliranje

Niklovanje je stvaranje niklovanje na površini drugog metala kako bi ga zaštitili od korozije. Izvodi se galvanskom metodom pomoću elektrolita koji sadrže nikl (II) sulfat, natrijum hlorid, bor hidroksid, tenzide i sjajne supstance, te rastvorljive niklove anode. Debljina nastalog sloja nikla je 12 - 36 mikrona. Stabilnost sjaja površine može se osigurati naknadnim hromiranjem (debljina sloja hroma 0,3 µm).

Niklovanje bez struje izvodi se u otopini mješavine nikl (II) hlorida i hipofosfitne smjese natrijuma u prisustvu natrijevog citrata:

NiCl2 + NaH2PO2 + H2O = nikl + NaH2PO3 + 2HCl

proces se izvodi na pH 4-6 i 95°C

Najčešći je elektrolitičko i hemijsko niklovanje. Češće se niklovanje (tzv. mat) vrši elektrolitičkim putem. Najproučeniji i stabilniji u rad sulfatni elektroliti. Kada se tvorci sjaja dodaju u elektrolit, dolazi do takozvanog sjajnog niklovanja. Elektrolitički premazi imaju određenu poroznost, koja ovisi o pažljivoj pripremi površine podloge i debljini premaza. Za zaštitu od korozije potrebno je potpuno odsustvo pora, stoga se nanosi višeslojni premaz, koji je jednake debljine pouzdaniji od jednoslojnog (na primjer, čelik predmet trgovinečesto se prekriva prema shemi Cu - nikal - Cr).

Nedostaci elektrolitičkog niklanja su neravnomjerno taloženje nikla na reljefnoj površini i nemogućnost prekrivanja uskih i dubokih rupa, šupljina itd. Hemijsko niklovanje je nešto skuplje od elektrolitskog, ali pruža mogućnost nanošenja premaza ujednačenog po debljini i kvaliteti na bilo koje površine reljefne površine, pod uslovom da im je rješenje dostupno. Proces se zasniva na reakciji redukcije iona nikla iz njegovih soli upotrebom hipofosfitne mješavine natrijuma (ili drugih redukcijskih sredstava) u vodenim otopinama.

Niklovanje se koristi, na primjer, za pokrivanje dijelova hemijske opreme, automobila, bicikala, medicinskih instrumenata i uređaja.

Ni se takođe koristi za proizvodnju namotavanja žica muzičkih instrumenata.

Kovani novac

Ni se široko koristi u proizvodnji novčića u mnogim zemljama. U SAD-u se novčić od 5 centi kolokvijalno naziva "Ni"

Ni je sastavni deo kovanog novca od sredine 19. veka. U Sjedinjenim Državama, izraz "Ni" ili "nick" prvobitno je primijenjen na bakar-nikl kovanice (leteći orao), koji je zamijenio novčić od 12% bakra od nikla 1857-58.

Kasnije, još 1865. godine, rok dodijeljenih tri posto nikla povećan je za 25%. 1866. pet posto Nikl (25% nikal, 75% kuprum). Zajedno sa proporcijama legure, termin se danas koristi u Sjedinjenim Državama. Novčići od gotovo čistog nikla prvi put su upotrijebljeni 1881. u Švicarskoj, a posebno je više od 99,9% Ni od pet centi iskovano u Kanadi (najveći proizvođač nikla na svijetu u to vrijeme).

peni napravljeni od nikla "visina =" 431 "src =" / slike / investicije / img778307_14_Britanskie_monetyi_v_5_i_10_penni_sdelannyie_iz_nikelya.jpg "title =" (! LANG: 14. pennikel britanskih 5 i 10 penija" width="682" />!}

Italija 1909 "visina =" 336 "src =" / slike / investicije / img778308_15_Monetyi_iz_nikelya_Italiya_1909_god.jpg "title =" (! LANG: 15. Novčići od nikla, Italija 1909." width="674" />!}

Izvori od

Wikipedia - Besplatna enciklopedija, WikiPedia

hyperon-perm.ru - Hyperon proizvodnja

cniga.com.ua - Knjižni portal

chem100.ru - Chemist's Handbook

bse.sci-lib.com - Značenje riječi u Velikoj sovjetskoj enciklopediji

chemistry.narod.ru - Svijet hemije

dic.academic.ru - Rječnici i enciklopedije

Enciklopedija investitora. 2013 .

Sinonimi:

Nikaragva

Pogledajte šta je "Nikal" u drugim rječnicima:

NIKL- (char. Ni), metal atomske težine 58,69, serijski broj 28, zajedno sa kobaltom i gvožđem, pripada VIII grupi i 4. redu Mendeljejevljevog periodnog sistema. Ud. v. 8.8, tačka topljenja 1452°. U svojim uobičajenim vezama N. ... ... Odlična medicinska enciklopedija

NIKL- (simbol Ni), srebrno bijeli metal, PRIJELAZNI ELEMENT, otkriven 1751. Njegove glavne rude su sulfidne rude željeza nikla (pentlandit) i nikal-arsenid (niklin). Nikl ima složen proces prečišćavanja koji uključuje diferencijalnu degradaciju ... ... Naučno-tehnički enciklopedijski rečnik

NIKL- (njemački nikl). Metal je srebrno bijel, ne nalazi se u svom čistom obliku. Nedavno se koristi za proizvodnju stonog i kuhinjskog pribora. Rječnik stranih riječi uključenih u ruski jezik. Čudinov AN, 1910. NIKL it. nikl... Rečnik stranih reči ruskog jezika

Nikl- je relativno tvrd sivkasto bijeli metal sa tačkom topljenja od 1453 stepena. C. Feromagnetna je, savitljiva, duktilna, žilava i otporna na koroziju i oksidaciju. Nikl je uglavnom ... ... Zvanična terminologija

nikla- Ja sam. nickel m. , it. Nikl. 1. Srebrno bijeli vatrostalni metal. ALS 1. Nikl, štetan pratilac srebrnih ruda, dobio je ime po imenu zlog gnoma koji je navodno živio u saksonskim rudnicima. Fersman Zanim. geohemija. 2. Gornji sloj ... ... Istorijski rečnik ruskih galicizama

NIKL- (latinski Niccolum) Ni, hemijski element grupe VIII periodnog sistema, atomski broj 28, atomska masa 58,69. Ime je od njemačkog nikla, imena zlog duha koji je navodno ometao rudare. Srebrno-bijeli metal; gustina 8,90 g/cm & sup3, talište 1455 ... ... Veliki enciklopedijski rječnik

NIKL- NIKL, nikl, muž. (njemački nikl). Srebrno-bijeli vatrostalni metal, potrošni za proizvodnju alata, posuđa itd. (Po imenu planinskog božanstva u skandinavskoj mitologiji.) Ushakov's Explantatory Dictionary. D.N. Ushakov. 1935 1940 ... Ushakov's Explantatory Dictionary

Odlikuje se odličnom otpornošću na koroziju, visokom čvrstoćom, estetskom privlačnošću i sposobnošću da poprimi bilo koji oblik. Zbog svojih svojstava, ovaj. Više od 60% nikla odlazi u proizvodnju nerđajućeg čelika.

Nikl se koristi za gradnju kuća, pravljenje zanimljivih arhitektonskih dizajna, ukrašavanje zidova i pravljenje odvodnih cijevi. Nikl je sveprisutan u našim životima. Stoga ćemo danas razmotriti njegov sastav, strukturu i svojstva nikla.

Nikl je bijele boje sa srebrnastim sjajem. Ovaj metal se često kombinuje sa drugim materijalima. Kao rezultat, formiraju se legure.

Nikl se nalazi u hrani, zemljinoj kori, vodi, pa čak i vazduhu.
Nikl ima kubičnu rešetku centriranu na lice (a = 3,5236A). V normalno stanje nalazi se u obliku β-modifikacije. Tokom katodnog raspršivanja, transformiše se u α-modifikaciju sa heksagonalnom rešetkom. Ako se nikl dodatno zagrije na 200 ° C, tada njegova rešetka postaje kubična.
Nikl ima nedovršenu ljusku od 3d elektrona, pa se naziva prelaznim metalom.
Element nikal je jedna od najvažnijih magnetnih legura i materijala kod kojih je koeficijent termičkog širenja minimalan.

Nikl, koji nije prerađen i iskopan u prirodi, sastoji se od 5 stabilnih izotopa. Nikl je u Mendeljejevom periodnom sistemu pod brojem 28. Ovaj element ima atomsku masu od 58,70.

Svojstva nikla

Gustina i masa

Nikl spada u niz teških metala. Njegova gustina je dvostruko veća od metalnog titanijuma, ali je po brojčanoj vrednosti jednaka gustini.

Numerička vrijednost specifične gustine nikla je 8902 kg / m3. Atomska masa nikal: 58,6934 a. e. m. (g/mol).

Mehaničke karakteristike

Nikl ima dobru duktilnost i duktilnost. Zahvaljujući ovim karakteristikama, može se lako kotrljati. Od njega je prilično lako dobiti tanke listove i male cijevi.

Nikl postaje feromagnetičan na temperaturama od 0 do 631 K. Ovaj proces se odvija zbog posebne strukture vanjskih omotača atoma nikla.

Poznate su sljedeće mehaničke karakteristike nikla:

Povećana snaga.
Vlačna čvrstoća jednaka 450 MPa.
Visoka plastičnost materijala.
Otpornost na koroziju.
Visoka tačka topljenja.
Visok katalitički kapacitet.

Mehaničke karakteristike opisanog metala zavise od prisustva nečistoća. Najopasniji i najopasniji su sumpor, bizmut i antimon. Ako je nikal zasićen plinovima, tada će se njegova mehanička svojstva pogoršati.

Toplotna i električna provodljivost

Metalni nikl ima sljedeću toplotnu provodljivost: 90,1 W / (m · K) (na temperaturi od 25 ° C).
Električna provodljivost nikla je 11.500.000 Sim/m.

Otpornost na koroziju

Otpornost na koroziju odnosi se na sposobnost metala da se odupre uništavanju kada je izložen agresivnom okruženju. Nikl je materijal vrlo otporan na koroziju.

Nikl neće rđati u sljedećim okruženjima:

Ambijentalna atmosfera. Nikl ima dobru otpornost na visoke temperature. Ako se nikal nalazi u industrijskoj atmosferi, tada je uvijek prekriven tankim filmom, što dovodi do tamnjenja nikla.
Alkalije u toplom i hladnom obliku, kao i njihovo rastopljeno stanje.
Organske kiseline.
Neorganske kiseline.

Osim toga, nikl ne rđa u vrućim alkoholima i masnim kiselinama. Zbog toga se ovaj metal naširoko koristi u prehrambenoj industriji.

Hemijska industrija takođe u velikoj meri koristi nikl. To je zbog otpornosti nikla na koroziju na visoke temperature i visoke koncentracije otopina.

Nikl korodira pod sljedećim uvjetima okoline:

Morska voda.
Alkalni rastvori hipohlorita.
Sumpor ili bilo koji medij koji sadrži sumpor.
Otopine oksidirajućih soli.
Amonijak hidrat i amonijačna voda.

Toksičnost nikla je razmotrena u nastavku.

Temperature

Poznata su sljedeća termodinamička svojstva nikla:

Tačka topljenja nikla: 1726 K ili 2647 ° F ili 1453 ° C.
Tačka ključanja nikla: 3005 K ili 4949 °F ili 2732 °C.
Temperatura livenja: 1500-1575 °C.
Temperatura žarenja: 750 - 900 °C.

Toksičnost i ekološka prihvatljivost

Nikl u velikim količinama ima toksični učinak na organizam. Ako govorimo o uzimanju s hranom, onda će povećani sadržaj ovog elementa sigurno uzrokovati prijetnju zdravlju.

Često negativna posljedica viška nikla je alergija. Takođe, kada se ovaj metal (u velikim količinama) izloži organizmu, dolazi do poremećaja želuca i crijeva, sadržaj eritrocita se nužno mora povećati. Nikl može uzrokovati kronični bronhitis, stres bubrega i oštećenu funkciju pluća. Višak nikla izaziva rak pluća.

Ako voda za piće sadrži 250 čestica nikla na milion čestica vode, onda ovaj sadržaj može uzrokovati bolest krvi i probleme s bubrezima. Međutim, ovo je prilično rijetka pojava.

Nikl se nalazi u duvanskom dimu. Udisanje ovog dima ili prašine koji sadrži nikl dovodi do bronhitisa i poremećene funkcije pluća. Ovu supstancu je moguće dobiti u uslovima ili u ekološki nepovoljnim područjima.

Nikl je toksičan samo ako uđe u ljudski organizam u velikim količinama. Ako se nikal koristi u industriji i građevinarstvu, onda nije opasan.

Ostale karakteristike

Nikl takođe ima sledeće karakteristike:

Specifični električni otpor nikla je 68,8 nom · m.
Hemijski je nikl sličan gvožđu, kobaltu, bakru i nekim plemenitim metalima.
Nikl stupa u interakciju s kisikom na temperaturi od 500 C.
Ako nikl pređe u fino dispergovano stanje, onda se može samozapaliti.
Nikl ne reaguje sa azotom čak ni na veoma visokim temperaturama.
Nikl se sporije otapa od gvožđa u kiselinama.