Gdje je nikal. Opseg nikla. Osnovne funkcije u tijelu

Metal u nečistom stanju prvi je dobio 1751. godine švedski kemičar A. Kronstedt, koji je također predložio naziv elementa. Mnogo čišći metal dobio je 1804. njemački kemičar I. Richter. Naziv "Nikal" dolazi od minerala kupfernikl (NiAs), poznatog još u 17. stoljeću i često zavaravajući rudare svojom vanjskom sličnošću s bakrene rude(njem. Kupfer - bakar, Nickel - planinski duh, navodno rudarima izvlači otpadnu stijenu umjesto rude). Od sredine 18. stoljeća nikal se koristi samo kao sastavni dio legura sličnih izgledu srebru. Široki razvoj industrije nikla krajem 19. stoljeća povezuje se s otkrićem velikih nalazišta ruda nikla u Novoj Kaledoniji i Kanadi i otkrićem njezina "oplemenjujućeg" utjecaja na svojstva čelika.

Rasprostranjenost nikla u prirodi. Nikl je element Zemljinih dubina (u ultrabazičnim stijenama plašta iznosi 0,2% mase). Postoji hipoteza da se Zemljina jezgra sastoji od željeza od nikla; u skladu s tim, prosječni sadržaj nikla u zemlji kao cjelini procjenjuje se na oko 3%. U zemljinoj kori, gdje je nikal 5,8 · 10 -3%, također teži dubljoj, tzv. bazaltnoj ljusci. Ni u zemljinoj kori je satelit Fe i Mg, što se objašnjava sličnošću njihove valencije (II) i ionskog radijusa; Nikl je uključen u minerale željeznog željeza i magnezija u obliku izomorfne nečistoće. Poznata su 53 vlastita minerala nikla; većina ih je nastala pri visokim temperaturama i tlakovima, tijekom skrućivanja magme ili iz vrućih vodenih otopina. Naslage nikla povezuju se s procesima u magmi i kore trošenja. Komercijalna ležišta nikla (sulfidne rude) obično se sastoje od minerala nikla i bakra. Na površini zemlje, u biosferi, nikal je relativno slab migrant. Ima ga relativno malo unutra površinske vode, u živoj tvari. U područjima gdje dominiraju ultrabazične stijene, tlo i biljke obogaćene su niklom.

Fizička svojstva nikla. U normalnim uvjetima, nikal postoji u obliku β-modifikacije s kubičnom rešetkom usmjerenom na lice (a = 3,5236 Å). No, nikl, podvrgnut katodnom raspršivanju u atmosferi H 2, tvori α-modifikaciju, koja ima heksagonalnu rešetku najbližeg pakiranja (a = 2,65 Å, c = 4,32 Å), koja, kada se zagrije iznad 200 ° C, postaje kubična. Kompaktni kubični nikal ima gustoću od 8,9 g / cm 3 (20 ° C), atomski radijus od 1,24 Å, ionski radijusi: Ni 2+ 0,79 Å, Ni 3+ 0,72 Å; t pl 1453 °C; t bala oko 3000 °C; specifična toplina pri 20 ° C 0,440 kJ / (kg K); temperaturni koeficijent linearne ekspanzije 13,3 · 10 -6 (0-100 ° C); toplinska vodljivost na 25 ° C 90,1 W / (m K); također na 500 °C 60,01 W / (m K). Specifični električni otpor pri 20 °C 68,4 nom.m, t.j. 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 izraditi 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; produljenje 40%; modul normalne elastičnosti 205 Gn / m 2; Tvrdoća po Brinellu 600 - 800 MN / m 2. U temperaturnom rasponu od 0 do 631 K (gornja granica odgovara Curievoj točki) nikal je feromagnetičan. Feromagnetizam nikla je posljedica strukturnih značajki vanjskih elektronskih ljuski (3d 8 4s 2) njegovih atoma. Nikl, zajedno s Fe (3d 6 4s 2) i Co (3d 7 4s 2), također feromagnetima, pripada elementima s nedovršenom 3d elektronskom ljuskom (u prijelazne 3d metale). Elektroni nedovršene ljuske stvaraju nekompenzirani spin magnetski 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 magnetskih momenata, odnosno do feromagnetizma. Iz istog razloga, legure i niz spojeva nikla (oksidi, halogenidi i drugi) su magnetski uređeni (imaju fero-, rjeđe ferimagnetsku strukturu). Nikl je dio najvažnijih magnetskih materijala i legura s minimalnom vrijednošću koeficijenta toplinskog širenja (permalloy, monel metal, invar i drugi).

Kemijska svojstva nikla. Kemijski je Ni sličan Fe i Co, ali i Cu i plemenitim metalima. U spojevima pokazuje promjenjivu valenciju (najčešće 2-valentnu). Nikl je srednje aktivan metal. Apsorbira (osobito u fino usitnjenom stanju) velike količine plinova (H 2, CO i drugi); zasićenje nikla plinovima narušava njegova mehanička svojstva. Interakcija s kisikom počinje na 500 ° C; u fino raspršenom stanju Nikl je piroforan – spontano se zapali na zraku. Od oksida najvažniji je NiO – zelenkasti kristali, praktički netopivi u vodi (mineral bunsenita). Hidroksid se taloži iz otopina soli nikla nakon dodavanja lužina u obliku glomaznog jabukastozelenog taloga. Kada se zagrije, nikal se spaja s halogenima u NiX 2. Izgaranjem u sumpornim parama dobiva se sulfid po sastavu sličan Ni 3 S 2. Monosulfid NiS se može dobiti zagrijavanjem NiO sa sumporom.

Nikl ne reagira s dušikom čak ni pri visokim temperaturama (do 1400 ° C). Topljivost dušika u krutom niklu je približno 0,07% masenog udjela (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 djelovanjem para fosfora na visokim temperaturama nastaje fosfid Ni 3 P 2 u obliku sive mase. U sustavu Ni - As utvrđeno je postojanje tri arsenida: Ni 5 As 2, Ni 3 As (mineralni mauherit) i NiAs. Strukturu tipa nikal-arsenid (u kojoj atomi As tvore najbliže heksagonalno pakiranje, u kojima su sve oktaedarske šupljine zauzete atomima Ni) posjeduju mnogi metalidi. Nestabilni Ni 3 C karbid može se dobiti polaganim (stotinama sati) naugljičenjem (cementacijom) nikla u prahu u atmosferi CO na 300 °C. U tekućem stanju, nikal otapa zamjetnu količinu C, koji se hlađenjem taloži u obliku grafita. Kada se grafit oslobodi, nikal gubi svoju savitljivost i sposobnost rada pod pritiskom.

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

Pri interakciji s kiselinama nastaju 2-valentne Ni soli. Gotovo sve soli Ni (II) i jakih kiselina su lako topljive u vodi, njihove otopine imaju kiselu reakciju zbog hidrolize. Slabo topljive soli relativno slabih kiselina kao što su ugljična i fosforna. Većina soli nikla se raspada pri paljenju (600-800 °C). Jedna od najčešćih soli - NiSO 4 sulfat kristalizira iz otopina u obliku smaragdnozelenih kristala NiSO 4 · 7H 2 O - nikl vitriola. Jake lužine ne utječu na nikal, ali se otapa u otopinama amonijaka u prisutnosti (NH 4) 2 CO 3 uz stvaranje topljivog amonijaka, obojenog u intenzivno plavu boju; većinu njih karakterizira prisutnost kompleksa 2+ i. Hidrometalurške metode za vađenje nikla iz ruda temelje se na selektivnom stvaranju amonijaka. NaOCl i NaOBr se talože iz otopina Ni (II) soli, crnog Ni (OH) 3 hidroksida. U složenim spojevima Ni je, za razliku od Co, obično 2-valentan. Kompleksni spoj Ni s dimetilglioksimom (C 4 H 7 O 2 N) 2 Ni služi za analitičko određivanje Ni.

Na povišenim temperaturama, nikal stupa u interakciju s dušikovim oksidima, SO 2 i NH 3. Kada CO djeluje na njegov fino mljeveni prah, pri zagrijavanju nastaje karbonil Ni (CO) 4. Najčišći nikal dobiva se toplinskom disocijacijom karbonila.

Dobivanje nikla. Oko 80% ukupne proizvodnje nikla dobiva se iz sulfidnih ruda bakra i nikla. Nakon selektivnog koncentriranja flotacijom, iz rude se izoliraju koncentrati bakra, nikla i pirotita. Koncentrat rude nikla pomiješan s fluksovima topi se u električnim rudnicima ili reverberacijskim pećima kako bi se odvojila otpadna stijena i nikl obnovio u sulfidnu talinu (mat) koja sadrži 10-15% Ni. Obično električnom topljenju prethodi djelomično oksidativno prženje i aglomeracija koncentrata. Uz Ni, dio Fe, Co i gotovo potpuno Cu i plemeniti metali prelaze u mat. Nakon odvajanja Fe oksidacijom (puhanjem tekućeg mate u konverterima), dobiva se legura Cu i Ni sulfida - mat, koja se polako hladi, fino melje i šalje u flotaciju radi odvajanja Cu i Ni. Koncentrat nikla se peče u fluidiziranom sloju do NiO. Metal se dobiva redukcijom NiO u elektrolučnim pećima. Anode se lijevaju od grubog nikla i rafiniraju elektrolitički. Sadržaj nečistoća u elektrolitičkom niklu (razred 110) je 0,01%.

Za odvajanje Cu i Ni također se koristi tzv. karbonil proces, koji se temelji na reverzibilnosti reakcije: Ni + 4CO = Ni (CO) 4. Dobivanje karbonila provodi se na 100-200 atm i na 200-250 ° C, a njegova se razgradnja provodi bez pristupa zraku na atm. tlaka i oko 200°C. Razgradnja Ni (CO) 4 također se koristi za proizvodnju premaza od nikla i izradu raznih proizvoda (razgradnja na zagrijanoj matrici).

U suvremenim "autogenim" procesima taljenje se provodi zbog topline koja se oslobađa tijekom oksidacije sulfida zrakom obogaćenim kisikom. Time je moguće odbaciti ugljična goriva, dobiti plinove bogate SO 2, pogodne za proizvodnju sumporne kiseline ili elementarnog sumpora, kao i dramatično povećanje učinkovitosti procesa. Najsavršenija i najperspektivnija je oksidacija tekućih sulfida. Sve su rašireniji procesi koji se temelje na obradi koncentrata nikla otopinama kiselina ili amonijaka u prisutnosti kisika na povišenim temperaturama i tlakovima (autoklavski procesi). Nikl se obično prenosi u otopinu iz koje se dobiva u obliku bogatog sulfidnog koncentrata ili metalnog praha (redukcija vodikom pod tlakom).

Od silikatnih (oksidiranih) ruda, nikal se također može koncentrirati u mat kada se tokovi - gips ili pirit - uvode u talionicu. Sulfidirajuće redukcijsko taljenje se obično provodi u osovinskim pećima; dobiveni mat sadrži 16-20% Ni, 16-18% S, ostatak je Fe. Tehnologija za dobivanje 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 taljenju kako bi se dobio feronikel koji se šalje u proizvodnju čelika. Za izdvajanje nikla iz oksidiranih ruda također se koriste hidrometalurške metode - ispiranje prethodno reducirane rude amonijakom, autoklavno ispiranje sumpornom kiselinom i druge.

Primjena nikla. Velika većina Ni se koristi za dobivanje legura s 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 krom-nikl legure otporne na toplinu i toplinu. Legure nikla koriste se u dizajnu nuklearnih reaktora.

To znači da se količina nikla koristi za proizvodnju alkalnih baterija i antikorozivnih premaza. Kovan nikal u svom čistom obliku koristi se za proizvodnju limova, cijevi itd. Također se koristi u kemijskoj industriji za proizvodnju posebne kemijske opreme i kao katalizator za mnoge kemijske procese. Nikal je vrlo rijedak metal i, ako je moguće, treba ga zamijeniti drugim, jeftinijim i češćim materijalima.

Prerada ruda nikla je praćena oslobađanjem otrovnih plinova koji sadrže SO 2 i često As 2 O 3. CO, koji se koristi u rafiniranju nikla karbonilnom metodom, vrlo je otrovan; Ni (CO) 4 je vrlo toksičan i lako hlapljiv. Miješanje sa zrakom na 60 °C eksplodira. Mjere kontrole: nepropusnost opreme, pojačana ventilacija.

Nikal je bitan 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, nikal se nalazi u jetri, koži i endokrinim žlijezdama; nakuplja se u keratiniziranim tkivima (osobito u perju). Otkriveno da nikal aktivira enzim arginazu, utječe na oksidativne procese; u biljkama sudjeluje u brojnim enzimskim reakcijama (karboksilacija, hidroliza peptidnih veza i dr.). Na tlima obogaćenim niklom, njegov se sadržaj u biljkama može 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).

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

Prosječni sadržaj nikla u zemljinoj kori iznosi 8-10-3% po težini, u vodi oceana 0,002 mg / l. Poznato je cca. 50 minerala nikla, od kojih su najvažniji: pentlandit (Fe, Ni) 9 S 8, milerit NiS, garnierit (Ni, Mg) 3 Si 4 O 10 (OH) 10. 4H 2 O, revdinskit (ne-puit) (Ni, Mg) 3 Si 2 O 5 (OH) 4, nikel NiAs, annabergit Ni 3 (AsO 4) 2 8H 2 O. Nikl se uglavnom vadi iz sulfidnih bakro-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 milijuna tona.

Svojstva. Nikl-srebro-bijeli metal. Crystallich. face-centred rešetka. kubični, a = 0,35238 nm, z = 4, prostor. grupa Pt3t. T. pl. 1455 °C. t. kip. 2900 °C; splav. 8,90 g / cm 3; C0 p 26, 1 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 ovisnosti tlaka pare za čvrsti nikl logp (hPa) = 13,369-23013 / T + 0,520 logT + 0,395T (298-1728K), za tekući logp (hPa) = 11,742-20830 / T + 0. dnevnik T (1728-3170 K); temperaturni koeficijent linearna ekspanzija 13.5. 10-6 K -1 (273-373 K); toplinska vodljivost 94,1 W / (mx K) pri 273 K, 90,9 W / (m. K) pri 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, Curiejeva točka 631 K. Modul elastičnosti 196-210 GPa; s rast 280-720 MPa; odnosi se. produljenje 40-50%; Tvrdoća po Brinellu (žareno) 700-1000 MPa. Čisti nikal je vrlo duktilan metal, dobro se obrađuje u hladnom i vrućem stanju, pogodan za valjanje, izvlačenje, kovanje.

N Nikl je kemijski neaktivan, ali fini prah dobiven redukcijom spojeva nikla s vodikom na niskim temperaturama je piroforan. Standardni potencijal elektrode Ni 0 / Ni 2+ - 0,23 V. At obični t-rah Nikl u zraku prekriven je tankim zaštitnim filmom od nikal oksida. Ne interakcija. s vodom i vlagom u zraku. Prilikom utovara. oksidacija nikla s površine počinje na ~ 800°C. Nikl vrlo sporo reagira s klorovodičnim, sumpornim, fosfornim, fluorovodičnim to-tami. Praktički ocat i druge org. vama, posebno u nedostatku zraka. Dobro reagira na rastavljanje. HNO 3, konc. HNO 3 je pasiviran. Otopine i taline lužina i karbonata alkalnih metala, kao i tekući NH 3 ne utječu na nikal. Vodene otopine NH 3 u prisutnosti. zračni korelacijski nikal.

N ikel u disperziranom stanju ima veliki katalitički učinak. aktivnost u p-cijama hidrogenacije, dehidrogenacije, oksidacije, izomerizacije, kondenzacije. Koristi se bilo skeletni nikal (Raney nikal), dobiven legiranjem s Al ili Si s posljednjim. ispiranje alkalijom ili niklom na nosaču.

N ikel apsorbira H 2 i s njim stvara čvrste otopine. Hidridi NiH 2 (stabilni ispod 0 °C) i stabilniji NiH dobiveni su neizravno. Dušik gotovo ne apsorbira nikal do 1400 ° C, p-omjer N 2 u metalu je 0,07% na 450 ° C. Kompaktni nikal ne reagira s NH 3, raspršen na 300-450 ° C s njim tvori Ni 3 N.

Otopljeni nikal otapa C uz stvaranje Ni 3 C, koji se razgrađuje tijekom kristalizacije taline uz oslobađanje grafita; Ni 3 C u obliku sivo-crnog praha (raspada se na ~ 450 °C) dobiva se ugljičenjem nikla u atmosferi CO na 250-400 °C. Dispergirani nikal s CO daje hlapljivi nikal tetrakarbonil Ni (CO) 4. Kada se legira sa Si, tvori 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, redom. na 1165 i 1125 ° C, Ni 3 Si 2 se raspada bez taljenja na 845 ° C. Kada se legira s 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 (razgrađuje se na 1600 °C). Nikl tvori selenide s parama Se: NiSe (t.t. 980 °C), Ni 3 Se 2 i NiSe 2 (razgrađuju se na 800 odnosno 850 ° C), Ni 6 Se 5 i Ni 21 Se 20 (postoje samo u čvrstom stanju) . Kada se nikal legira s Te, dobivaju se sljedeća tijela: NiTe i NiTe 2 (između njih, izgleda, nastaje široko područje čvrstih otopina) itd.

Arsenat Ni 3 (AsO 4) 2. 8H 2 O-zeleni kristali; p-rimoznost 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 s rombikom. Rešetka; gusto 4,85 g/cm3; razgrađuje se bez taljenja na 1545 ° C; nije topiv u vodi; rudar. to-tami se pri zagrijavanju polako razgrađuje. Alyuminat NiAl 2 O 4 (nikl spinel) -plavi kristali s kubičnim. Rešetka; t. pl. 2110 °C; gusto 4,50 g / cm 3; ne sol. u vodi ; polako se razgrađuje to-tami; katalizator hidrogenacije.

Najvažnije složene veze. nikla Naib. karakteristični heksaamini i akvatetramini s kationima. 2+ i 2+. To su plavi ili ljubičasti kristalni. na otocima, obično sol. u vodi, u otopinama svijetle plave boje; pri ključanju otopina i kada djelovanje do razgraditi; nastaju u otopinama tijekom 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 smjesu NiCl 2 i KCl; jaki oksidansi. Od drugih vrsta poznate su npr. soli hetero-polikiselina. (NH4)6H7. 5H 2 O, veliki broj unutarkompleksne veze Ni (II). Vidi također Organski nikal.

Primanje. Rude se obrađuju piro- i hidro-čelik-lurgič. po. Za rude oksidirane silikatima (koje nisu podložne obogaćivanju) koristi se redukcija. taljenje kako bi se dobio feronikl koji se zatim pročišćava u konverteru u svrhu rafiniranja i obogaćivanja ili taljenje za mat s dodacima koji sadrže sumpor (FeS 2 ili CaSO 4). Dobiveni mat se upuhuje u konverter kako bi se uklonio Fe, a zatim se drobi i peče, a iz formiranog NiO se reducira. metalni nikal dobiva se topljenjem. Koncentrati nikla dobiveni tijekom pročišćavanja sulfidnih ruda s posljednjom se tope u mat. puhanjem u pretvarač. Iz bakreno-nikl mat, nakon polaganog 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 plinom ili mješavinom H 2 i N 2 nakon čega slijedi. ispiranje otopinom NH 3 i CO 2 uz upuhivanje zraka. Otopina je pročišćena od amonijevog sulfida. Kada se otopina razgradi destilacijom NH 3, taloži se nikal hidrokso-karbonat, koji se ili zapali i obnovi iz rezultirajućeg NiO. taljenje dobiti nikal, ili ponovno sol. u otopini NH 3 i nakon destilacije NH 3 iz pulpe redukcijom H 2 nikla dobiva se. dr. način - ispiranje oksidirane rude sumpornom kiselinom u autoklavu. Iz dobivene otopine, nakon pročišćavanja i neutralizacije, nikal se pod tlakom istaloži sumporovodikom, a dobiveni NiS koncentrat se obrađuje kao mat.

Hidroobrada sulfidnih nikalnih materijala (koncentrati, matovi) svodi se na oksidaciju u autoklavu. ispiranje ili otopinama NH 3 (s niskim sadržajem Co) ili H 2 SO 4. Nikl se istaloži iz otopina amonijaka nakon odvajanja CuS s vodikom pod tlakom. Za odvajanje Ni,Co i Cu iz otopina amonijaka također se koriste ekstrakti. metode koje koriste, prije svega, kelirajuće ekstrakte.

Autoklavno oksidacijsko ispiranje s proizvodnjom sulfatnih otopina koristi se kako za obogaćene materijale (mat) s prijenosom nikla i drugih metala u otopinu, tako i za siromašne pirotijeve Fe 7 S 8 koncentrate. U potonjem slučaju, preim se oksidira. pirotinom, što omogućuje izolaciju elementarnog S i sulfidnog koncentrata, koji se dalje pretapa u nikl mat.

Nikl pripada prijelaznim metalima prvog dugog razdoblja i u periodnom sustavu D.I. Mendeljejev se nalazi u podskupini VIIIA zajedno sa željezom i kobaltom.

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

Fizička svojstva nikla data su u tablici. 7. Latentna toplina fuzije nikla približno je ista kao i magnezija, a nešto viša od one aluminija. Njegov specifični toplinski kapacitet je relativno nizak i tek neznatno premašuje toplinski kapacitet bakra. Specifična električna i toplinska vodljivost nikla je niža od bakra i aluminija, ali znatno premašuje električnu i toplinsku vodljivost titana i mnogih drugih prijelaznih metala. Moduli elastičnosti nikla su približno isti kao i kod željeza.

Nikal je feromagnetski metal, ali je njegov feromagnetizam mnogo manje izražen od željeza i kobalta. Curiejeva točka za nikal je 358 ˚S, iznad te temperature nikal prelazi u paramagnetno stanje.

Čisti nikal je srebrnast metal. Tijekom visokotemperaturne oksidacije nikla nastaju dva oksidna sloja: unutarnji sloj je svijetlozeleni, a vanjski tamnozeleni. Ova dva sloja sastoje se od oksida, ali se razlikuju po količini kisika.

Nikl se odlikuje većom otpornošću na koroziju u atmosferskim uvjetima u usporedbi s drugim tehničkim metalima, 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 dušične kiseline, snažno djeluju na nikal. Alkalne i neutralne otopine soli neznatno utječu na nikal čak i kada se zagrijavaju, a u kiselim otopinama soli prilično jako korodira. Nikl je stabilan u koncentriranim alkalnim otopinama čak i pri visokim temperaturama.

Nikl na sobnoj temperaturi ne stupa u interakciju sa suhim plinovima, ali prisutnost vlage značajno povećava stopu njegove korozije u tim sredinama. Nikl kontaminiran kisikom sklon je vodikovoj bolesti.

Sirovine za proizvodnju nikla

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

Oksidirane rude nikla su sekundarne stijene, koje se uglavnom sastoje od hidratiziranih magnezijevih 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 glavninu rude, predstavlja 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 vapnenac.

Oksidirane rude nikla odlikuju se iznimnom varijabilnosti sastava u pogledu sadržaja vrijednih sastojaka i otpadne stijene. Ove fluktuacije u sastavu uočavaju se čak i u masivu jednog polja. Moguće granice koncentracije rudnih komponenti karakteriziraju 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; Cr2O3 - 1 ... 4; MgO - 2 ... 25; CaO - 0,5 ... 2; ustavna vlaga - do 10 ... 15.

Po izgledu, oksidirane rude nikla slične su glini. Karakteriziraju ih porozna, labava struktura, niska grudasta čvrstoća, visoka higroskopnost. Racionalne metode obogaćivanja takvih ruda još nisu pronađene, a nakon odgovarajuće pripreme one idu izravno u metaluršku obradu.

U sulfidnim rudama nikal je uglavnom prisutan u obliku pentlandida, koji je izomorfna smjesa nikalnih i željeznih sulfida promjenjivog omjera, a djelomično u obliku čvrste otopine u pirotitu.

Glavni pratilac nikla u sulfidnim rudama je bakar, koji se uglavnom nalazi u halkopiritu. Zbog visokog sadržaja bakra ove rude nazivaju se bakreno-nikl. Osim nikla i bakra, oni nužno sadrže kobalt, metale platinske skupine, zlato, srebro, selen i telurij te sumpor i željezo. Dakle, sulfidne bakro-nikl rude su polimetalne sirovine vrlo složene kemijski sastav... Tijekom njihove metalurške obrade trenutno se obnavlja 14 vrijednih komponenti.

Kemijski sastav sulfidnih ruda bakra i nikla 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 raširene. Posljednje dvije vrste ruda su češće. Ovisno o dubini pojave, ruda se vadi otvorenim i podzemnim metodama.

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

Glavna metoda obogaćivanja sulfidnih bakreno-niklnih ruda je flotacija. Ponekad flotacijskom obogaćivanju prethodi magnetska separacija s ciljem odvajanja pirotita u samostalan koncentrat. Mogućnost provođenja magnetske separacije posljedica je relativno visoke magnetske osjetljivosti pirotita.

Odvajanje pirotinskog koncentrata tijekom obrade rude poboljšava kvalitetu primarnog koncentrata nikla zbog uklanjanja značajnog dijela željeza i sumpora iz njega te pojednostavljuje njegovu kasniju metaluršku obradu. Međutim, kod dobivanja pirotinskog koncentrata potrebno ga je obavezno preraditi za ekstrakciju nikla, sumpora i platinoida.

Flotacijsko obogaćivanje bakreno-niklnih ruda može biti kolektivno ili selektivno. U kolektivnoj flotaciji bakar-nikl koncentrat se dobiva odvajanjem otpadne stijene. Međutim, selektivna flotacija ne osigurava potpuno odvajanje bakra i nikla. Selekcioni proizvodi u ovom slučaju bit će bakreni koncentrat s relativno niskim udjelom nikla i nikal-bakar koncentrat, koji se od rude razlikuje po većem omjeru Ni:Cu.

Tako je, ovisno o usvojenoj shemi obogaćivanja sulfidnih bakar-nikl ruda, moguće dobiti skupne bakro-nikl, bakrene, niklove i pirotinske koncentrate, čiji je sastav dat u tablici. osam.

Metode dobivanja nikla

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

Mato topljenje sulfidnih ruda i koncentrata

Rude s ukupnim sadržajem više od 2-5% bakra i nikla smatraju se bogatima, 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 taljenja, halkopirit i sulfidi koji sadrže nikal 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 smjesu jednostavnih sulfida: Ni 3 S 2, FeS i Cu 2 S.

Na temperaturama potrebnim za taljenje troske, koja se sastoji od oksida i fluksa, bakar, nikal i željezni sulfidi su beskrajno topljivi jedni u drugima; tvore bakreno-nikl mat odvojen od troske u obliku težeg tekućeg sloja.

Ako se dio sumpora oksidira tijekom taljenja ili odstrani preliminarnim kalciniranjem, raspodjela bakra, nikla i željeza između mat i troske ovisit će o afinitetu ovih metala prema kisiku i sumporu. U uvjetima taljenja afinitet prema sumporu, koji određuje mogućnost prijelaza metala u mat, veći je za bakar nego za nikal, a za nikal je veći nego za željezo. Afinitet istih metala prema kisiku opada obrnutim redoslijedom. Uz nedostatak sumpora za sulfidiranje svih metala, bakar će prvo prijeći u mat, zatim nikal i na kraju dio željeza. Što više željeza prelazi u mat, to je veća cjelovitost sulfidacije bakra i nikla, ali će mat razrijeđen željeznim sulfidom biti loš. Za potpunu pretvorbu nikla u mat, pri taljenju rude ili koncentrata, ne teži se potpunom trosku željeza, ostavljajući dio u matu.

Kobalt u svom afinitetu za sumpor i kisik zauzima srednje mjesto između željeza i nikla.

Otopljeni mat se pročišćava u konverteru dodavanjem kvarca; željezo, oksidirajući, zatrpava se silicijevim dioksidom.

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

Prilikom puhanja kobalt se djelomično zgura zajedno sa željezom.

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

Ohlađeni mat mat se drobi, drobi i podvrgava flotaciji. U ovom slučaju dobivaju se dva koncentrata: nikal, 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 za mat i puhanjem u konverter.

Koncentrat nikla se spaljuje, oksidirajući ga prema reakciji

Tako dobiven sivi prah nikl oksida koji sadrži kobalt okside i metale platine reducira se ugljenom u električnim pećima do metala koji se ulijeva u anode.

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

Bogate grudaste bakreno-niklove rude tope se na mat 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 taljenju.

Flotacijski koncentrati i fine frakcije bogatih ruda tope se u reverberacijskim ili električnim pećima; s visokim udjelom sumpora u tim materijalima, koristi se prethodno pečenje.

Izbor metode taljenja uvelike ovisi o sastavu sirovina i lokalnim gospodarskim uvjetima, posebice o dostupnosti pojedinog goriva i cijeni električne energije.

Hidrometalurška metoda prerade sulfidnih ruda

Prema ovoj metodi, zdrobljena ruda ili koncentrat obrađuje se 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 otopinu u obliku složenih amonijevih soli, na primjer, reakcijom

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

Snažna oksidacija sulfida popraćena je oslobađanjem topline, čiji se višak uklanja u hladnjacima, 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 željezo se taloži u obliku hidroksida i bazičnih sulfata.

Filtrirana otopina se kuha 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 istaloži se sumporovodikom, a otopina pročišćena od njega, koja sadrži nikal i kobalt, obrađuje se u autoklavu s vodikom pri tlaku od oko 2,5 MN/m 2 (25 at) i temperatura od oko 200 ºS.

Najprije se taloži najveći dio 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 izolira iz otopine sa sumporovodikom.

Tijekom daljnje obrade sulfidnog taloga s kisikom i amonijakom, kobalt se otapa u autoklavu. Netopljivi precipitat, koji sadrži pretežno nikal sulfid, vraća se u glavno ispiranje, a kobalt se izolira iz otopine djelovanjem vodika pod pritiskom.

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

Taljenje oksidiranih ruda u mat

Trenutno najrašireniji način 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 troskom:

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

Oksidirane rude ne sadrže sumpor, pa ga je potrebno dodati dodavanjem pirita ili gipsa tijekom taljenja. Gips, reducira u kalcijev sulfid, sulfide željeza i nikla. Djelovanje gipsa tijekom taljenja je složenije od djelovanja pirita, međutim, u mnogim slučajevima se još uvijek koristi gips, a ne pirit, budući da je gips jeftiniji od pirita i ne daje
željezne troske.

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

Nikl mat dobiven topljenjem rude s piritom ili gipsom sadrži do 60% Fe, koji se zatim odvaja od nikla puhanjem tekućeg mat u konverteru. Tijekom pretvorbe, željezo se selektivno oksidira i zatrpava kvarcom koji se dodaje u konverter – dobiva se nikl mat koji je praktički čist od željeza. Konvertorska troska je bogata niklom, stoga je proizvod za recikliranje - vraća se u topljenje rude ili šalje u zasebnu obradu za ekstrakciju kobalta.

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

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

Nikalov oksid se miješa s redukcijskim sredstvom s niskim sadržajem sumpora kao što je petrolej koks i topi se u električnoj peći na 1500 °C kako bi se dobio tekući nikal.

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

Taljenje oksidiranih ruda u željezo od nikla (feronikl)

Bogate oksidirane rude ponekad se tope u električnim pećima s ugljenom, reducirajući svo željezo, nikal i kobalt iz njih u prirodno legirano lijevano željezo.

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

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

Kritičan način obrade oksidiranih ruda

Prema ovoj metodi, ruda pomiješana s ugljenom zagrijava se u rotacijskim cijevnim pećima na temperaturi od oko 1050 ºS, što omogućuje redukciju samo dijela željeza zajedno s niklom i kobaltom. Reducirani metali dobivaju se u obliku zrna pomiješanih s poluotopljenom troskom. Ohlađena troska se drobi i iz nje se elektromagnetom izvlači kritična legura. Metoda nije bila široko korištena iz istih razloga kao i prethodna - zbog nemogućnosti zasebnog korištenja kobalta.

Hidrometalurgija oksidiranih ruda

Prema jednoj od ovih metoda, u literaturi poznatoj kao kubanska, zdrobljena ruda se podvrgava redukcijskom prženju u mehaničkim pećima s više ložišta u okruženju generatorskog plina. Na 600-700 ºS nikal i kobalt se reduciraju u metale, a željezo - samo u dušikov oksid. Zatim se ruda ispire otopinom amonijaka u prisutnosti ugljičnog dioksida i atmosferskog kisika. Nikl reakcijom stvara amonijak topiv u vodi

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

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

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

Amonijak iz plinova apsorbira se vodom i ponovno šalje na ispiranje. Niklov oksid se sinterira na strojevima za sinteriranje i isporučuje u obliku sinteriranja u čeličane.

Odjeljak 1. Karakteristike.

Odjeljak 2. Biti u prirodi.

Odjeljak 3. Primanje.

Odjeljak 4. Primjena.

- Pododjeljak 1. Legure.

- Pododjeljak 2. Poniklanje.

Odjeljak 5. Kovanje novca.

Ni- Ovo je element bočne podskupine osme skupine, četvrtog razdoblja periodnog sustava kemijskih elemenata D.I.Mendelejeva, s atomskim brojem 28.

Tehnički podaci nikla

Ni- srebrnasto je bijele boje, ne tamni na zraku. Ima kubičnu rešetku usmjerenu na lice s razdoblje a = 0,35238 NM, prostorna grupa Fm3m. U svom čistom obliku, pogodan je za obradu tlakom. To je feromagnet s Curiejevom točkom od 358 C.

Specifični električni otpor 0,0684 μ Ohm ∙ m.

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

Volumetrijski koeficijent toplinskog širenja β = 38—39 ∙ 10-6 K-1

Modul elastičnosti 196-210 GPa.

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

Ni stvara spojeve s oksidacijskim stanjima +2 i +3. U ovom slučaju Ni s oksidacijskim stanjem +3 samo u obliku kompleksnih soli. Za spojeve nikla +2 poznat je veliki broj uobičajenih i složenih spojeva. Niklov oksid Ni2O3 je jako oksidacijsko sredstvo.

Ni karakterizira visoka otpornost na koroziju - otporan na zrak, vodu, lužine i brojne kiseline. Kemijska otpornost je posljedica njegove sklonosti pasivizaciji - stvaranju gustog oksidnog filma na njegovoj površini, koji ima zaštitni učinak. Ni je aktivno topljiv u dušičnoj kiselini.

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

Fino dispergirani prah nikla piroforan (samozapaljiv na zraku).

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

Otopine su obično obojene zelene boje, a bezvodne soli su žute ili smeđe-žute. Netopljive soli uključuju oksalat i fosfat (zeleni), tri sulfida:

nikal S (crni)

Ni3S2 (žućkasta bronca)

Ni3S4 (srebrno bijela).

Ni također tvori brojne koordinacijske i složene spojeve.

Vodene otopine soli nikla (II) sadrže ion heksaakvanikl (II) nikla (H2O) 62+. Kada se otopina amonijaka doda otopini koja sadrži te ione, taloži se nikal (II) hidroksid, zelena želatinasta tvar. Taj se talog otapa kada se doda suvišna količina amonijaka zbog stvaranja iona heksaminnikl (II) nikla (NH3) 62+.

Ni tvori komplekse s tetraedarskim i planarnim kvadratnim strukturama. Na primjer, kompleks tetrakloroniklata (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 otkrivanje iona nikla (II). Kada je u interakciji s ionima nikla (II), nastaje crveni koordinacijski spoj bis (butandion dioximato) Ni (II). Ovo je kelirani spoj, a 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 obilja).

Biti u prirodi

Ni je prilično čest u prirodi - njegov sadržaj u zemljinoj kori iznosi 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 prevladavajuća količina nikla je povezana s olivinima, koji sadrže 0,13 - 0,41% nikla. Također izomorfno zamjenjuje magnezij.

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

Nikel (crveni nikal pirit, kupfernikl) nikal As.

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

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

Magnetski pirit (Fe, nikal, Cu) S

Arsen-nikl sjaj (gersdorfit) nikal 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 s godinama, da je kod životinja povećana količina nikla u tijelu, konačno, da postoje neke biljke i mikroorganizmi - "koncentratori" nikla, koji sadrže tisuće i čak stotine tisuća puta više nikla od okoliša.

Primanje

Ukupne rezerve nikla u rudama početkom 1998. procjenjuju se na 135 milijuna tona, uključujući pouzdane - 49 milijuna tona Glavne rude nikla su nikel (kupfernikl) nikal As, milerit nikal S, pentlandit (Fe nikal) 9S8 - također sadrže arsen, željezo i sumpor; inkluzije pentlandita nalaze se i u magmatskom pirotinu. Ostale rude, iz kojih se također vadi nikal, sadrže nečistoće Co, Cu, Fe i Mg. Ponekad je Ni glavna roba postupak rafiniranje, ali češće se dobiva kao bočno 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 obujma proizvodnje. U industrijskim uvjetima, OHP se dijeli na dvije vrste: magnezijski i ferruginski.

Vatrostalne magnezijeve rude u pravilu se elektrotale u feronikel (5-50% nikal + Co, ovisno o sastavu sirovine i tehnološkim značajkama).

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

Manje ferruginous - nontronit rude se tope u mat. U poduzećima koja rade u punom ciklusu, daljnja shema obrade uključuje pretvaranje, mat pečenje, elektrotaljenje nikal oksida za dobivanje metalnog nikla. Usput, prikupljeni kobalt se oslobađa u obliku metala i/ili soli. Još jedan izvor nikla: u pepelu ugljena Južnog Walesa u Britaniji - do 78 kg nikla po toni. Povećani sadržaj nikla u nekim bitumenskim ugljenom, nafti, škriljevcu ukazuje na mogućnost koncentracije nikla u mineralima organska tvar... Razlozi ovog fenomena još nisu razjašnjeni.

“Ni se dugo vremena nije mogao dobiti u plastičnom obliku zbog činjenice da uvijek ima malu nečistoću sumpora u obliku nikal sulfida koji se nalazi u tankim, krhkim slojevima na granicama metal... Dodavanje male količine magnezija rastaljenom niklu pretvara sumpor u spoj s magnezijem, koji se oslobađa u obliku zrna bez utjecaja na njegovu plastičnost metal».

Najveći dio nikla dobiva se iz garnierita i magnetskog pirita.

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

Karbonilna metoda (Mondova metoda). Najprije se iz sulfidne rude dobiva bakreno-nikl mat, preko kojeg se pod visokim pritiskom propušta kobalt. Nastaje vrlo hlapljiv nikal tetrakarbonil nikal (CO) 4; visoko čisti metal se izolira toplinskom razgradnjom.

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

Primjena

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 paladija));

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

Permalloy (76% nikal + 17% Fe + 5% Cu + 2% Cr), ima visoku magnetsku osjetljivost s vrlo malim gubicima na histerezu;

Invar (65% Fe + 35% nikla), gotovo se ne produljuje kada se zagrijava;

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

Cijevi od nikla koriste se za proizvodnju kondenzatora u proizvodnji vodika, za crpljenje lužina u kemijskoj industriji. Kemijski otporni instrumenti na nikl imaju široku primjenu u medicini i istraživačkom radu. Ni se koristi za radar, televiziju, daljinski upravljač procesa u nuklearnom inženjerstvu.

Čisti nikal koristi se za izradu kemijskog posuđa, raznih aparata, uređaja, kotlova visoke otpornosti na koroziju i stalnih fizikalnih svojstava, a od nikalnih materijala - spremnika i spremnika za skladištenje prehrambenih proizvoda, kemijskih reagensa, eteričnih ulja, za transport lužina, za topljenje kaustika lužine.

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

Biološka uloga nikla jedan je od elemenata u tragovima potrebnih za normalan razvoj živih organizama. Međutim, malo se zna o njegovoj ulozi u živim organizmima. Poznato je da Ni sudjeluje u enzimskim reakcijama kod životinja i biljaka. Kod životinja se nakuplja u keratiniziranim tkivima, osobito u perju. Povećan sadržaj nikla u tlima dovodi do endemičnih bolesti - pojavljuju se ružni oblici u biljkama, kod životinja - bolesti oka povezane s nakupljanjem nikla u rožnici. Toksična doza (za štakore) - 50 mg. Posebno su štetni hlapljivi spojevi nikla, posebno njegov tetrakarbonil nikal (CO) 4. Maksimalna granica koncentracije spojeva nikla u zraku je od 0,0002 do 0,001 mg/m3 (za različite spojeve).

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

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

Nikl karbonit Nikl (CO) je vrlo otrovan. Najveća dopuštena koncentracija njegovih para u zraku industrijskih prostorija 0,0005 mg/mí.

U 20. stoljeću ustanovljeno je da je gušterača vrlo bogata niklom. Kada se nikal uvede nakon inzulina, djelovanje inzulina se produžuje i time se povećava hipoglikemijska aktivnost. Ni utječe na enzimske procese, oksidaciju askorbinske kiseline, ubrzava prijelaz sulfhidrilnih skupina u disulfidne. Ni može inhibirati djelovanje adrenalina i sniziti krvni tlak. Prekomjeran unos nikla u organizam uzrokuje vitiligo. Ni se taloži u gušterači i paratireoidnim žlijezdama.

Poniklanje

Niklovanje je stvaranje poniklavanje na površini drugog metala kako bi ga zaštitili od korozije. Provodi se galvanskom metodom korištenjem elektrolita koji sadrže nikal (II) sulfat, natrijev klorid, bor hidroksid, tenzide i sjajne tvari te topljive niklove anoda. Debljina rezultirajućeg sloja nikla je 12 - 36 mikrona. Stabilnost sjaja površine može se osigurati naknadnim kromiranjem (debljina sloja kroma 0,3 µm).

Niklanje bez struje provodi se u otopini mješavine nikal (II) klorida i hipofosfitne smjese natrija u prisutnosti natrijevog citrata:

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

proces se provodi pri pH 4-6 i 95°C

Najčešći je elektrolitičko i kemijsko niklanje. Češće se poniklavanje (tzv. mat) vrši elektrolitičkim putem. Najviše proučavan i stabilan u raditi sulfatni elektroliti. Kada se u elektrolit dodaju tvorci sjaja, dolazi do takozvanog sjajnog niklanja. Elektrolitički premazi imaju određenu poroznost, koja ovisi o pažljivoj pripremi površine podloge i debljini premaza. Za zaštitu od korozije potrebna je potpuna odsutnost pora, stoga se nanosi višeslojni premaz, koji je jednake debljine pouzdaniji od jednoslojnog (na primjer, čelik predmet trgovinečesto obložene prema shemi Cu - nikal - Cr).

Nedostaci elektrolitičkog niklanja su neravnomjerno taloženje nikla na reljefnoj površini i nemogućnost prekrivanja uskih i dubokih rupa, šupljina i sl. Kemijsko niklovanje je nešto skuplje od elektrolitskog, ali pruža mogućnost nanošenja jednolikog premaza ujednačene po debljini i kvaliteti na bilo koja područja reljefne površine, pod uvjetom da im je rješenje dostupno. Proces se temelji na reakciji redukcije iona nikla iz njegovih soli upotrebom hipofosfitne smjese natrija (ili drugih redukcijskih sredstava) u vodenim otopinama.

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

Ni se također koristi za proizvodnju namotavanja žica glazbenih instrumenata.

Kovanje novca

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

Ni je sastavni dio kovanog novca od sredine 19. stoljeća. U Sjedinjenim Državama, izraz "Ni" ili "nikl" izvorno se primjenjivao na bakreno-nikl kovanice (leteći orao), koji je zamijenio 12% nikl-bakreni novac 1857-58.

Kasnije, još 1865., rok za dodijeljena tri posto nikla povećan je za 25%. Godine 1866. pet posto Nikl (25% nikal, 75% kuprum). Zajedno s proporcijama legure, izraz se danas koristi u Sjedinjenim Državama. Kovanice gotovo čistog nikla prvi put su korištene 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. 5 i 10 penija britanskih penija napravljenih od 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 - Slobodna enciklopedija, WikiPedia

hyperon-perm.ru - Proizvodnja Hyperona

cniga.com.ua - Knjižni portal

chem100.ru - Priručnik za kemičare

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

chemistry.narod.ru - Svijet kemije

dic.academic.ru - Rječnici i enciklopedije

Enciklopedija investitora. 2013 .

Sinonimi:

Nikaragva

Pogledajte što je "Nikal" u drugim rječnicima:

NIKAL- (char. Ni), metal atomske težine 58,69, serijski broj 28, zajedno s kobaltom i željezom, pripada VIII skupini i 4. redu periodnog sustava Mendeljejeva. Ud. v. 8.8, talište 1452°. U svojim uobičajenim vezama N. ... ... Velika medicinska enciklopedija

NIKAL- (simbol Ni), srebrno bijeli metal, PRIJELAZNI ELEMENT, otkriven 1751. Njegove glavne rude su sulfidne rude nikla željeza (pentlandit) i nikal-arsenid (niklin). Nikl ima složen proces pročišćavanja koji uključuje različitu razgradnju ... ... Znanstveno-tehnički enciklopedijski rječnik

NIKAL- (njemački nikal). Metal je srebrnobijel, ne nalazi se u svom čistom obliku. Nedavno se koristi za proizvodnju stolnog i kuhinjskog pribora. Rječnik stranih riječi uključenih u ruski jezik. Čudinov AN, 1910. NIKL it. nikal... Rječnik stranih riječi ruskog jezika

Nikla- je relativno tvrd sivkasto bijeli metal s talištem od 1453 stupnja. C. Feromagnetna je, savitljiva, duktilna, žilava i otporna na koroziju i oksidaciju. Nikal je uglavnom ... ... Službena terminologija

nikla- Ja, m. nikla m. , to. Nikla. 1. Srebrno bijeli vatrostalni metal. ALS 1. Nikl, štetan pratilac srebrnih ruda, ime je dobio po imenu zlog patuljka koji je navodno živio u saksonskim rudnicima. Fersman Zanim. geokemija. 2. Gornji sloj ... ... Povijesni rječnik ruskih galicizama

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

NIKAL- NIKAL, nikla, muž. (njemački nikal). 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. ... Ušakovljev objašnjavajući rječnik

Karakterizira ga izvrsna otpornost na koroziju, visoka čvrstoća, estetska privlačnost i sposobnost poprimanja bilo kojeg oblika. Zbog svojih svojstava ovaj. Više od 60% nikla odlazi u proizvodnju nehrđajućeg čelika.

Nikal se koristi za gradnju kuća, izradu zanimljivih arhitektonskih dizajna, ukrašavanje zidova i izradu odvodnih cijevi. Nikal 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 kombinira s drugim materijalima. Kao rezultat, nastaju legure.

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

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

Svojstva nikla

Gustoća i masa

Nikl spada u niz teških metala. Njegova gustoća je dvostruko veća od metalnog titana, ali je po brojčanoj vrijednosti jednaka gustoći.

Brojčana vrijednost specifične gustoće 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, lako se može valjati. Od njega je prilično lako dobiti tanke listove i male cijevi.

Nikl postaje feromagnetski na temperaturama od 0 do 631 K. Taj se proces odvija zbog posebne strukture vanjskih ljuski atoma nikla.

Poznate su sljedeće mehaničke karakteristike nikla:

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

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

Toplinska i električna vodljivost

Metalni nikal ima sljedeću toplinsku vodljivost: 90,1 W / (m · K) (na temperaturi od 25 ° C).
Električna vodljivost nikla je 11 500 000 Sim / m.

Otpornost na koroziju

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

Nikl neće hrđati 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 rastaljeno stanje.
Organske kiseline.
Anorganske kiseline.

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

Kemijska industrija također uvelike koristi nikal. To je zbog otpornosti nikla na koroziju na visoke temperature i visoke koncentracije otopina.

Nikl korodira u sljedećim uvjetima okoline:

Morska voda.
Alkalne otopine hipoklorita.
Sumpor ili bilo koji medij koji sadrži sumpor.
Otopine oksidacijskih soli.
Amonijak hidrat i amonijačna voda.

Toksičnost nikla raspravlja se u nastavku.

Temperature

Poznata su sljedeća termodinamička svojstva nikla:

Talište nikla: 1726 K ili 2647 ° F ili 1453 ° C.
Vrelište nikla: 3005 K ili 4949 ° F ili 2732 ° C.
Temperatura lijevanja: 1500-1575 °C.
Temperatura žarenja: 750 - 900 °C.

Toksičnost i ekološka prihvatljivost

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

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

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

Nikl se nalazi u duhanskom dimu. Udisanje ovog dima ili prašine koji sadrži nikal dovodi do bronhitisa i poremećene funkcije pluća. Ovu tvar je moguće dobiti u uvjetima ili u ekološki nepovoljnim područjima.

Nikl je otrovan samo ako uđe u ljudsko tijelo u velikim količinama. Ako se nikal koristi u industriji i građevinarstvu, onda nije opasan.

Ostale karakteristike

Nikl također ima sljedeće karakteristike:

Specifični električni otpor nikla jednak je 68,8 nom · m.
Kemijski je nikal sličan željezu, kobaltu, bakru i nekim plemenitim metalima.
Nikl stupa u interakciju s kisikom na temperaturi od 500 C.
Ako nikal prijeđe u fino raspršeno stanje, tada se može samozapaliti.
Nikl ne reagira s dušikom čak ni pri vrlo visokim temperaturama.
Nikl se sporije otapa od željeza u kiselinama.