Nikkel on tugev, läikiv, hõbevalge metall, mis on meie igapäevaelu põhialus ja mida võib leida kõike, alates meie televiisori toiteallikatest, kuni roostevabast terasest, mida meie televiisoriks kasutatakse köögivalamud.
Omadused
- Aatomisümbol: Ni
- Aatomarv: 28
- Elementide kategooria: siirdemetall
- Tihedus: 8,908 g / cm3
- Sulamistemperatuur: 1455 ° C (2651 ° F).
- Keemispunkt: 2913 ° C (5275 ° F)
- Mohi kõvadus: 4.0
Omadused
Puhas nikkel reageerib hapnikuga ja seetõttu leidub seda maapinnal harva, hoolimata sellest, et see on meie planeedil (ja seal) viienda arvukaim element. Koos rauda, on nikkel eriti stabiilne, mis seletab nii selle esinemist rauda sisaldavates maakides kui ka selle efektiivset kasutamist koos rauaga roostevaba terase valmistamiseks.
Nikkel on väga tugev ja vastupidav korrosioon, muutes selle suurepäraseks metalli tugevdamiseks sulamid. See on ka väga elastne ja tempermalmist, omadused, mis võimaldavad selle paljusid sulameid kujundada traadiks, varrasteks, torudeks ja lehtedeks.
Ajalugu
Parun Axel Fredrik Cronstedt kaevandas esimest korda puhast niklit 1751. aastal, kuid teadaolevalt eksisteeris see palju varem. Hiina 1500-kraadises dokumendis sisalduvad hiina dokumendid viitavad valgele vaskele (baitong), mis oli suure tõenäosusega nikli ja hõbeda sulam. Viieteistkümnenda sajandi saksa kaevurid, kes uskusid, et saavad Saksimaal niklimaagidest vaske kaevandada, nimetasid metalli kupfernickel, „kuradi vask”, osaliselt nende mõttetute katsete abil maagi vaske kaevandada, kuid tõenäoliselt osaliselt ka maagi suure arseeni sisalduse põhjustatud tervisemõjude tõttu.
1889. aastal tegi James Riley Suurbritannia raua- ja teraseinstituudile ettekande sellest, kuidas nikli sissetoomine võiks tugevdada traditsioonilisi teraseid. Riley esitluse tulemuseks oli kasvav teadlikkus nikli kasulikest legeerivatest omadustest ja see langes kokku suurte nikli leiukohtade avastamisega Uus-Kaledoonias ja Kanadas.
20. sajandi alguseks tegi maagi maardlate avastamine Venemaal ja Lõuna-Aafrikas võimalikuks nikli suuremahulise tootmise. Vahetult pärast seda tõid I ja II maailmasõda märkimisväärselt terase ja sellest tulenevalt nikli nõudluse.
Tootmine
Niklit ekstraheeritakse peamiselt nikli sulfiididest pentlandiit, pürrootiit ja milleriit, mis sisaldavad umbes 1% nikli sisaldus ning rauda sisaldavad hilisemate maakide limoniit ja garnieriit, mis sisaldavad umbes 4% niklit. Nikkelmaake kaevandatakse 23 riigis, niklit aga sulatatakse 25 erinevas riigis.
Nikli eraldusprotsess sõltub suuresti maagi tüübist. Nikkelsulfiide, näiteks neid, mida leidub Kanada kilbis ja Siberis, leidub tavaliselt sügaval maa all, muutes need töömahukaks ja kulukaks kaevandamiseks. Nende maagide eraldamisprotsess on aga palju odavam kui hilisemate sortide puhul, näiteks Uus-Kaledoonias. Lisaks on niklisulfiidide eeliseks sageli see, et need sisaldavad muude väärtuslike elementide lisandeid, mida saab majanduslikult eraldada.
Nikkelmaadi ja nikkeloksiidi saamiseks võib sulfiidmaagid eraldada vahuflotatsiooni ja hüdrometallurgiliste või magnetiliste protsesside abil. Neid vahesaadusi, mis sisaldavad tavaliselt 40–70% niklit, töödeldakse seejärel edasi, kasutades sageli Sherritt-Gordoni protsessi.
Mond (või karbonüül) protsess on kõige tavalisem ja tõhusam meetod nikkelsulfiidi töötlemiseks. Selles protsessis töödeldakse sulfiidi vesinikuga ja juhitakse aurustusahju. Siin kohtub see vingugaasiga umbes 140F° (60 ° C°) nikkelkarbonüülgaasi moodustamiseks. Nikkelkarbonüülgaas laguneb eelsoojendatud nikkelgraanulite pinnal, mis voolavad läbi soojuskambri, kuni nad saavutavad soovitud suuruse. Kõrgematel temperatuuridel saab seda protsessi kasutada niklipulbri moodustamiseks.
Hilisemad maagid sulatatakse seevastu pürometallistel meetoditel nende kõrge rauasisalduse tõttu. Lateriitmaagid on ka kõrge niiskusesisaldusega (35–40%), mis nõuab kuivatamist pöördahjus. See toodab nikkeloksiidi, mis seejärel redutseeritakse elektriahjude abil temperatuuril vahemikus 2480-2930 F ° (1360-1610 ° C) ja lendub, et saada I klassi nikkelmetall ja nikkelsulfaat.
Looduslikult esineva rauasisalduse tõttu hilisemas maagis on enamiku selliste sulamite lõpptoode maagid on ferronikkel, mida terasetootjad saavad kasutada pärast räni, süsiniku ja fosfori lisandite olemasolu eemaldatud.
Riigiti olid 2010. aastal suurimad nikli tootjad Venemaa, Kanada, Austraalia ja Indoneesia. suurimad rafineeritud nikli tootjad on Norilsk Nickel, Vale S.A. ja Jinchuan Group Ltd. Praegu toodetakse ringlussevõetud materjalidest ainult väike protsent niklit.
Rakendused
Nikkel on üks planeedil enim kasutatud metalle. Nikli Instituudi andmetel kasutatakse metalli enam kui 300 000 erinevas tootes. Kõige sagedamini leitakse see terased ja metallisulamid, kuid seda kasutatakse ka patareide ja alaliste toodete tootmisel magnetid.
Roostevaba teras
Ligikaudu 65% kogu toodetud niklist läheb roostevabast terasest.
Austeniitterased on mittemagnetilised roostevabad terased, mis sisaldavad suurel hulgal kroom ja nikkel ning madal süsiniku sisaldus. Seda teraserühma - mis on klassifitseeritud kui 300-seeria roostevaba - hinnatakse nende vormitavuse ja korrosioonikindluse poolest. Austeniitterased on roostevabast terasest kõige laialdasemalt kasutatav klass.
Niklit sisaldav roostevabast terasest austeniitse vahemik on määratletud nende pinnakeskse kuupmeetriga (FCC) kristallstruktuur, millel on üks aatom kuubi igas nurgas ja üks nende keskel nägu. See terastruktuur moodustub siis, kui sulamile lisatakse piisavas koguses niklit (kaheksa kuni kümme protsenti tavalises roostevabast terasest sulamis 304).
Allikad
Tänav, Arthur. & Alexander, W. O., 1944. Metallid inimese teenistuses. 11. väljaanne (1998).
USGS. Mineraalainete kokkuvõtted: Nickel (2011).
Allikas: http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/nickel/
Entsüklopeedia Britannica. Nikkel.
Allikas: http://www.britannica.com/EBchecked/topic/414238/nickel-Ni
Metallprofiil: nikkel