Niķelis ir mikroelements, kas piedalās hematopoēzes (eritropoēzes) un redoksprocesos, nodrošinot audu šūnas ar skābekli.

Viela tika atklāta 1751. gadā un ieņem divdesmit astoto vietu D.I. periodiskajā tabulā. Mendeļejevs zem simbola “Ni”.

Savienojums ir daļa no sarkanajām asins šūnām, samazina adrenalīna iedarbību un labvēlīgi nomierinoši iedarbojas uz nervu sistēmu. Liela asins zuduma gadījumā elements tiek izmantots injekciju veidā, lai stimulētu hematopoēzi un sarkano asins šūnu sintēzi. Interesanti, ka niķeļa uzsūkšanās asinsritē notiek sālsskābes ietekmē, ko satur kuņģa sula.

Minerāls ir iesaistīts vielmaiņā un ir atbildīgs par šūnu membrānas struktūras uzturēšanu normālā stāvoklī.

Pieaugušā organismā ir no 5 līdz 14 miligramiem niķeļa. Saturs iekšējos orgānos ir atkarīgs no vecuma, dzimuma, fizioloģiskā veselības stāvokļa, svara un vides apstākļiem. Ir konstatēts, ka grūtniecības un zīdīšanas laikā sievietēm palielinās niķeļa uzsūkšanās. Turklāt ar vecumu elements uzkrājas plaušās.

Organisma ikdienas nepieciešamība pēc savienojuma ir 100 - 300 mikrogrami.

Galvenā informācija

Niķelis ir kaļams un kaļams metāls, sudrabaini baltā krāsā. Ķīmiskā aktivitāte ir zema: tas lēni reaģē ar skābēm un nereaģē ar sārmiem. Saskaroties ar gaisu, elements tiek pārklāts ar oksīda plēvi.

Savienojuma nosaukuma izcelsme tiek saistīta ar ļauno garu – rūķi, kurš vācu mitoloģijā šķita, ka sakšu kalnračiem, meklējot varu, iemeta līdzīgu minerālu – sarkano niķeļa pirītu NiAs, tā saukto arsēna-niķeļa spīdumu. Neveiksmīgo mēģinājumu rezultātā no šīs rūdas izkausēt varu, saniknotie kalnrači jaunajam metālam piešķīra nosaukumus “Kupfernickel” un “Nickel”, kas nozīmēja attiecīgi “vara velns” un “nerātnis”. Mūsdienās vārds “Nikkel” vācu kalnraču valodā joprojām nozīmē lāstu.

Cilvēka orgānos šis mikroelements lielākajos daudzumos ir koncentrēts hipofīzē (vidussmadzeņu nigra), aknās, aizkuņģa dziedzerī un virsnieru dziedzeros. Ar pārtiku piegādātais niķelis cilvēka gremošanas traktā uzsūcas par 1–10%. Tajā pašā laikā piens, kafija, tēja un askorbīnskābe samazina tā uzsūkšanos. Grūtniecība, zīdīšana, dzelzs deficīts, gluži pretēji, palielina minerālvielas uzsūkšanos.

Niķelis tiek transportēts tieši ar seruma albumīnu. Interesanti, ka asins plazmā elements galvenokārt ir saistīts ar proteīniem alfa-1-glikoproteīnu un nikeloplazmīnu (alfa-2-makroglobulīnu).

"Atkritumu" savienojums 95% izdalās no cilvēka ķermeņa ar fekālijām, bet atlikušie 5% ar žulti, sviedriem un urīnu.

Neskatoties uz mikroelementa pozitīvajām īpašībām, atcerieties, ka niķelis ir aktīvs alergēns, kas izraisa ekzēmu un kontaktdermatītu cilvēkiem, kuri ir jutīgi pret šo metālu. Iespējamie nevēlamo blakusparādību rašanās iemesli ir sadzīves priekšmetu, apģērba kniedes, šo elementu saturošu rotaslietu saskare ar ādu.

Bioloģiskā loma

Tiek pētīta niķeļa nozīme dzīvo organismu veselības uzturēšanā. Neskatoties uz to, ka tiek sniegta maz informācijas par savienojuma bioloģisko lomu, ir zināms, ka elements ir iesaistīts DNS, RNS un olbaltumvielu strukturālajā organizācijā un funkcionēšanā.

Niķeļa derīgās īpašības:

• regulē tauku un ogļhidrātu vielmaiņu;
• aktivizē insulīna darbību, palielinot hipoglikēmisko aktivitāti;
• samazina asinsspiedienu;
• stimulē hematopoēzi, paaugstina hemoglobīna līmeni;
• kavē adrenalīna iedarbību;
• piedalās hormonu sintēzē;
• oksidē C vitamīnu;
• pastiprina hipofīzes antidiurētisko efektu;
• aktivizē argināzi;
• ir nomierinoša iedarbība;
• izvada kortikosteroīdus ar urīnu;
• ietekmē fermentatīvos procesus, paātrina sulfhidrilgrupu pārvēršanos disulfīda grupās;
• saglabā RNS molekulas konformāciju.

Ja cilvēka organismā ir pietiekams daudzums cianokobalamīna (vitamīna B12), niķelis stimulē muskuļu augšanu, bet deficīts rada pretēju efektu.

Kopš 19. gadsimta un līdz šim šī mikroelementa sāļi ir veiksmīgi izmantoti ādas slimību (psoriāzes, ekzēmas, dermatīta) kompleksā ārstēšanā. Minerāls ir indicēts arī astēniskiem stāvokļiem, hipertensijai un diabētam.

Trūkuma simptomi un sekas

Niķeļa trūkums organismā rodas, patērējot 50 mikrogramus vai mazāk savienojuma dienā, kas ir 2 līdz 6 reizes mazāk nekā dienas norma.

Ņemot vērā, ka mikroelements ir plaši izplatīts pārtikas produktos, vidusmēra cilvēka ikdienas uzturs parasti satur dubultu labvēlīgās vielas dienas devu (500 - 600 mikrogrami).

Niķeļa deficīta pazīmes organismā:

• hemoglobīna līmeņa un hematokrīta samazināšanās;
• letarģija, muskuļu vājums;
• paaugstināts cukura līmenis asinīs;
• hipopigmentācija;
• fiziskās aktivitātes samazināšanās;
• patoloģiskas izmaiņas aknās.

Niķeļa antagonisti ir C vitamīns un selēns.

Ilgstošs savienojuma trūkums veicina dermatīta parādīšanos, perikarda problēmas, pakaļējo ekstremitāšu saīsināšanu, aizkavētu fizisko attīstību un samazina organisma izturību pret slimībām.

Pārmērības simptomi un sekas

Niķeļa pārpalikums cilvēka organismā ir daudz biežāk nekā trūkums. Niķeļa sulfāts un hlorīds ir vistoksiskākie, jo tie labi šķīst ūdenī. Uz cilvēka ķermeni mazāk toksiski ir nešķīstošie savienojumi: oksalāts, fosfāts, silikāts.

Pārmērīgu niķeli sadzīves apstākļos var iegūt, izmantojot zemas kvalitātes traukus, lētas rotaslietas un protēzes, kas satur šo minerālu. Turklāt šis mikroelements ir tabakā, tāpēc arī cilvēki, kuriem ir kāds kaitīgs ieradums, ir pakļauti riskam.

Ražošanā iegūt minerālvielas pārdozēšanu ir daudz vieglāk nekā sadzīves apstākļos. Tas ir saistīts ar faktu, ka karbonilniķelis un niķeļa putekļi, kas veidojas metālapstrādes laikā, spēj uzkrāties organismā, kas izraisa strauju darbinieka saindēšanos.

Kalcija, magnija, dzelzs trūkums palielina metālu uzsūkšanos.

Ja cilvēks pastāvīgi saskaras ar izgarojumiem, putekļiem, niķeļa savienojumiem vai vienreizējas pārdozēšanas rezultātā (50 miligrami) ar pārtiku, medikamentiem vai krāna ūdeni, notiek “pārdozēšana”. Tādā gadījumā attīstās akūts ādas iekaisums – kontaktdermatīts, keratīts, vitiligo, astma, artrīts, novājinās šūnu imunitāte, palēninās enzīmu un hormonu darbība.

Smagos gadījumos, strādājot ar elementa oksīdiem vai sulfīdu 2 gadus vai ilgāk, var rasties plaušu audzēji, nazofarneks, augšējo elpceļu slimības un kustību koordinācijas traucējumi (ataksija).

Ķermeņa saindēšanās pazīmes un sekas:

• slikta dūša, vemšana, elpas trūkums;
• gremošanas problēmas;
• aknu, nieru distrofija;
• galvassāpes;
• traucējumi nervu un sirds un asinsvadu sistēmu darbībā;
• vielmaiņas traucējumi;
• asins sastāva pasliktināšanās;
• neirastēnija;
• vairogdziedzera, reproduktīvo orgānu slimības;
• radzenes čūlas;
• urobilīns urīnā;
• deguna asiņošana, pārpilnība;
• anēmija;
• tahikardija;
• plaušu, smadzeņu pietūkums;
• sāpes hipohondrijā labajā pusē;
• rinīts;
• samazināta reakcija uz ārējiem stimuliem vai pārmērīga centrālās nervu sistēmas uzbudināmība.

Lai atjaunotu veselību un novērstu liekā niķeļa simptomus un sekas organismā, ieteicams ierobežot minerālvielas uzņemšanu ar pārtiku un ievērot drošības pasākumus darbā. Proti, valkājiet aizsargmaskas un kombinezonus.

Atcerieties, ka niķeļa karbonila savienojumi ir ārkārtīgi bīstami cilvēka veselībai, dažkārt 2–3 stundas nepārtraukta mikroelementu tvaiku ieelpošana izraisa letālu saindēšanos.

Pārtikas avoti

Katru dienu līdz ceturtdaļai minerālvielas no diennakts normas tiek piegādāts ar cieto krāna ūdeni, kas uz nakti tiek ievadīts caurulēs, bagātināts ar savienojumu. Turklāt galvenie niķeļa pārtikas avoti ir tīrs kakao pulveris - 980 mikrogrami uz 100 gramiem produkta, rūgta šokolāde - 260 mikrogrami (piens - 120). Elementa augstās koncentrācijas iemesli šajos produktos ir pastāvīgs izejvielu kontakts ar nerūsējošā tērauda iekārtām un jaudīgais apstrādes process. Turklāt savienojuma satura līderi ir pākšaugi.

Tabula Nr. 1 “Ar niķeli bagāti produkti”

Produkta nosaukums	Niķeļa saturs 100 gramos produkta, mikrogrami
Kakao pulveris	980
Indijas rieksti	510
Spināti	390
Sojas pupiņas	304
Šokolāde	120 – 250
Zaļie zirnīši	250
Pupiņas	170
Lēcas	160
Kukurūza	80
Liellopu aknas	63
Graudaugi	50
Rīsi	50
Kvieši	40
Pistācijas	40
Rudzi	30
Aprikoze	32
Auksti kūpināta stavrida	28
Miežu putraimi	23
Kviešu milti	22
Pērļu mieži	20
Upenes	18
Bumbieris	18
Apple	18
Vīnogas	16
Baltie kāposti	15
Bietes	14
Šprotes eļļā	14
Tomāti	13
Cūkgaļa	12
Griķi	10
Menca, putasu	9
Liellopu gaļa	8,6
Pollock, pikša, heks	7
Asaris, zandarts, skumbrija, līdaka, butes	6
Kartupeļi	5
Persiku	4
Rīsu putraimi	2,7

Lai izvairītos no uztura pārsātinājuma ar niķeli un pārdozēšanas simptomu rašanos, ieteicams no ēdienkartes izslēgt produktus ar augstu mikroelementu saturu, aizstājot tos ar produktiem, kuru sastāvā ir zems minerālvielu procents. Pie šādiem produktiem pieder: sīpoli, kāposti, mājputni, ķirbis, burkāni, piens, liellopu gaļa, desiņas, brokoļi. Niķeļa saturs šajos produktos nepārsniedz 15 mikrogramus uz 100 gramiem pārtikas.

Ievērojot veselīgu uzturu, atcerieties, ka avoti ar augstu holesterīna saturu un piesātināti pārtikas produkti ir jālieto mērenībā, nelielās porcijās.

Secinājums

Tādējādi tabakas dūmi, konservi, pākšaugi un šokolādes izstrādājumi ir nepārtraukti faktori, kas noved pie organisma pārsātinājuma un saindēšanās ar mikroelementiem. Lai saglabātu veselību, izslēdziet tos no ikdienas ēdienkartes.

Tiem, kam ir alerģija pret niķeli, ieteicams izvairīties no saskares ar priekšmetiem, kas izraisa reakciju, nelietot produktus ar mērenu un augstu savienojuma saturu (virs 40 mikrogramiem uz 100 gramiem produkta), kā arī izvairīties no kosmētikas un rotaslietu, kas satur alergēnu. . Turklāt, strādājot ar metālu, izmantojiet ādas un elpceļu aizsarglīdzekļus (piemēram, lateksa cimdus, maskas).

Pirmo reizi metālu netīrā veidā 1751. gadā ieguva zviedru ķīmiķis A. Kronšteds, kurš arī ierosināja elementa nosaukumu. Daudz tīrāku metālu 1804. gadā ieguva vācu ķīmiķis I. Rihters. Nosaukums “Niķelis” cēlies no minerāla kupferniķeļa (NiAs), kas pazīstams jau 17. gadsimtā un nereti maldina kalnračus pēc ārējās līdzības ar vara rūdām (vācu Kupfer - varš, niķelis - kalnu gars, kas it kā noslīd ogļračiem atkritumiežus rūda). Kopš 18. gadsimta vidus niķelis tika izmantots tikai kā sastāvdaļa sakausējumiem, kas pēc izskata ir līdzīgi sudrabam. Niķeļa rūpniecības plašā attīstība 19. gadsimta beigās bija saistīta ar lielu niķeļa rūdas atradņu atklāšanu Jaunkaledonijā un Kanādā un tās “cilvēciskās” ietekmes uz tēraudu īpašībām atklāšanu.

Niķeļa izplatība dabā. Niķelis ir zemes dzīļu elements (mantijas ultrabāziskajos iežos tas ir 0,2% no masas). Pastāv hipotēze, ka zemes kodols sastāv no niķeļa dzelzs; Attiecīgi tiek lēsts, ka vidējais niķeļa saturs augsnē kopumā ir aptuveni 3%. Zemes garozā, kur niķelis ir 5,8·10 -3%, tas arī gravitējas uz dziļāko, tā saukto bazalta apvalku. Ni zemes garozā ir Fe un Mg pavadonis, kas izskaidrojams ar to valences (II) un jonu rādiusu līdzību; Niķelis ir iekļauts divvērtīgā dzelzs un magnija minerālos kā izomorfs piemaisījums. Ir zināms, ka paša niķeļa minerāli ir 53; lielākā daļa no tiem veidojās augstā temperatūrā un spiedienā, magmas sacietēšanas laikā vai no karstiem ūdens šķīdumiem. Niķeļa nogulsnes ir saistītas ar procesiem magmā un atmosfēras garozā. Rūpnieciskās niķeļa atradnes (sulfīdu rūdas) parasti sastāv no niķeļa un vara minerāliem. Uz zemes virsmas, biosfērā, niķelis ir salīdzinoši vājš migrants. Virszemes ūdeņos un dzīvajās vielās tā ir salīdzinoši maz. Vietās, kur dominē ultramafiskie ieži, augsne un augi ir bagātināti ar niķeli.

Niķeļa fizikālās īpašības. Normālos apstākļos niķelis pastāv β-modifikācijas formā, kurai ir uz sejas centrēts kubiskais režģis (a = 3,5236Å). Bet niķelis, kas pakļauts katoda izsmidzināšanai H 2 atmosfērā, veido α modifikāciju ar sešstūra režģi ar ciešu blīvējumu (a = 2,65 Å, c = 4,32 Å), kas pārvēršas kubiskā režģī, kad to uzkarsē virs 200 ° C. Kompaktā kubiskā niķeļa blīvums ir 8,9 g/cm 3 (20 °C), atomu rādiuss 1,24 Å, jonu rādiusi: Ni 2+ 0,79 Å, Ni 3+ 0,72 Å; t pl 1453 °C; viršanas temperatūra aptuveni 3000 °C; īpatnējā siltumietilpība pie 20°C 0,440 kJ/(kg K); lineārās izplešanās temperatūras koeficients 13,3·10 -6 (0-100 °C); siltumvadītspēja pie 25°C 90,1 W/(m K); arī pie 500 °C 60,01 W/(m K). Īpatnējā elektriskā pretestība pie 20°C 68,4 nom m, t.i. 6,84 μΩ cm; elektriskās pretestības temperatūras koeficients 6,8·10 -3 (0-100 °C). Niķelis ir kaļams un kaļams metāls, no kura var izgatavot ļoti plānas loksnes un caurules. Stiepes izturība 400-500 MN/m2 (t.i. 40-50 kgf/mm2); elastības robeža 80 Mn/m2, tecēšanas robeža 120 Mn/m2; relatīvais pagarinājums 40%; normālās elastības modulis 205 Gn/m2; Brinela cietība 600-800 Mn/m2. Temperatūras diapazonā no 0 līdz 631 K (augšējā robeža atbilst Kirī punktam) niķelis ir feromagnētisks. Niķeļa feromagnētisms ir saistīts ar tā atomu ārējo elektronu apvalku (3d 8 4s 2) strukturālajām iezīmēm. Niķelis kopā ar Fe (3d 6 4s 2) un Co (3d 7 4s 2), arī feromagnētiem, pieder pie elementiem ar nepabeigtu 3d elektronu apvalku (pārejas 3d metāli). Nepabeigtā apvalka elektroni rada nekompensētu spin magnētisko momentu, kura efektīvā vērtība niķeļa atomiem ir 6 μ B, kur μ B ir Bora magnetons. Apmaiņas mijiedarbības pozitīvā vērtība niķeļa kristālos noved pie paralēlas atomu magnētisko momentu orientācijas, tas ir, pie feromagnētisma. Tā paša iemesla dēļ sakausējumi un vairāki niķeļa savienojumi (oksīdi, halogenīdi un citi) ir magnētiski sakārtoti (tam ir feromagnētiska vai retāk ferimagnētiska struktūra). Niķelis ir daļa no svarīgākajiem magnētiskajiem materiāliem un sakausējumiem ar minimālo termiskās izplešanās koeficientu (permalloy, monel metal, invar un citi).

Niķeļa ķīmiskās īpašības.Ķīmiski Ni ir līdzīgs Fe un Co, kā arī Cu un cēlmetāliem. Savienojumos tam ir mainīga valence (visbiežāk 2-valentīns). Niķelis ir vidējas aktivitātes metāls. Absorbē (īpaši smalki sasmalcinātā stāvoklī) lielu daudzumu gāzu (H 2, CO un citas); Niķeļa piesātinājums ar gāzēm pasliktina tā mehāniskās īpašības. Reakcija ar skābekli sākas 500 °C temperatūrā; Smalki izkliedētā stāvoklī niķelis ir pirofors un gaisā spontāni aizdegas. No oksīdiem nozīmīgākais ir NiO - zaļgani kristāli, praktiski nešķīst ūdenī (minerāls bunsenīts). Hidroksīds izgulsnējas no niķeļa sāļu šķīdumiem, pievienojot sārmus apjomīgu ābolu zaļu nogulšņu veidā. Sildot, niķelis savienojas ar halogēniem, veidojot NiX 2 . Dedzinot sēra tvaikos, rodas sulfīds, kas pēc sastāva ir līdzīgs Ni 3 S 2. NiS monosulfīdu var pagatavot, karsējot NiO ar sēru.

Niķelis nereaģē ar slāpekli pat augstā temperatūrā (līdz 1400 °C). Slāpekļa šķīdība cietā niķelī ir aptuveni 0,07 % (pie 445 °C). Ni3N nitrīdu var pagatavot, laižot NH3 virs NiF2, NiBr2 vai metāla pulvera 445 °C temperatūrā. Fosfora tvaiku ietekmē augstās temperatūrās veidojas fosfīds Ni 3 P 2 pelēkas masas veidā. Ni-As sistēmā ir konstatēta trīs arsenīdu esamība: Ni 5 As 2, Ni 3 As (mauherīta minerāls) un NiAs. Daudziem metāliem ir niķeļa-arsenīda tipa struktūra (kurā atomi veido blīvu sešstūrainu blīvējumu, kura visus oktaedriskos tukšumus aizņem Ni atomi). Nestabilu Ni 3 C karbīdu var iegūt, lēni (simtiem stundu) karburējot (cementējot) niķeļa pulveri CO atmosfērā 300 °C temperatūrā. Šķidrā stāvoklī niķelis izšķīdina ievērojamu daudzumu C, kas dzesēšanas laikā izgulsnējas grafīta veidā. Kad grafīts tiek atbrīvots, niķelis zaudē savu kaļamību un spēju apstrādāt zem spiediena.

Sprieguma sērijā Ni atrodas pa labi no Fe (to normālie potenciāli ir attiecīgi -0,44 V un -0,24 V) un tāpēc atšķaidītās skābēs šķīst lēnāk nekā Fe. Niķelis ir izturīgs pret ūdeni. Organiskās skābes iedarbojas uz niķeli tikai pēc ilgstošas ​​saskares ar to. Sērskābe un sālsskābe lēnām izšķīdina niķeli; atšķaidīts slāpeklis - ļoti viegli; koncentrēts HNO 3 pasivē niķeli, bet mazākā mērā nekā dzelzi.

Mijiedarbojoties ar skābēm, veidojas 2-valentā Ni sāļi. Gandrīz visi Ni(II) sāļi un stiprās skābes labi šķīst ūdenī, to šķīdumos hidrolīzes dēļ notiek skāba reakcija. Relatīvi vāju skābju sāļi, piemēram, ogļskābe un fosforskābe, ir slikti šķīstoši. Lielākā daļa niķeļa sāļu karsējot (600-800 °C) sadalās. Viens no visbiežāk izmantotajiem sāļiem, NiSO 4 sulfāts, kristalizējas no šķīdumiem smaragdzaļu NiSO 4 ·7H 2 O - niķeļa sulfāta kristālu veidā. Spēcīgi sārmi neietekmē niķeli, bet tas izšķīst amonjaka šķīdumos (NH 4) 2 CO 3 klātbūtnē, veidojot šķīstošu amonjaku, krāsojas intensīvi zilā krāsā; Lielākajai daļai no tiem ir raksturīgi kompleksi 2+ un . Hidrometalurģiskās metodes niķeļa ieguvei no rūdām balstās uz selektīvu amonjaka veidošanos. NaOCl un NaOBr izgulsnējas no Ni (II) sāļu šķīdumiem, Ni(OH) hidroksīds 3 ir melns. Kompleksos savienojumos Ni, atšķirībā no Co, parasti ir 2-valentais. Ni analītiskajai noteikšanai izmanto komplekso Ni savienojumu ar dimetilglioksīmu (C 4 H 7 O 2 N) 2 Ni.

Paaugstinātā temperatūrā niķelis mijiedarbojas ar slāpekļa oksīdiem, SO 2 un NH 3. Kad CO karsējot iedarbojas uz tā smalki samalto pulveri, veidojas karbonil-Ni(CO)4. Karbonila termiskā disociācija rada tīrāko niķeli.

Niķeļa saņemšana. Aptuveni 80% niķeļa no tā kopējās produkcijas tiek iegūti no sulfīda vara-niķeļa rūdām. Pēc selektīvās bagātināšanas ar flotāciju no rūdas tiek atdalīti vara, niķeļa un pirotīta koncentrāti. Niķeļa rūdas koncentrāts, kas sajaukts ar kušņiem, tiek kausēts elektriskajās šahtās vai reverberācijas krāsnīs, lai atdalītu atkritumiežus un ekstrahētu niķeli sulfīda kausējumā (matētā), kas satur 10–15% Ni. Parasti pirms elektriskās kausēšanas notiek daļēja oksidatīvā grauzdēšana un koncentrāta aglomerācija. Kopā ar Ni daļa Fe, Co un gandrīz visi Cu un cēlmetāli nonāk matētā veidā. Pēc tam, kad Fe ir atdalīts oksidējot (pārpūšot šķidro matētu pārveidotājos), tiek iegūts Cu un Ni sulfīdu sakausējums - matēts, ko lēnām atdzesē, smalki samaļ un nosūta uz flotāciju, lai atdalītu Cu un Ni. Niķeļa koncentrāts tiek apdedzināts verdošā slānī līdz NiO. Metālu iegūst, reducējot NiO elektriskās loka krāsnīs. Anodi tiek izlieti no neapstrādāta niķeļa un attīrīti elektrolītiski. Piemaisījumu saturs elektrolītiskajā niķelī (110. klase) ir 0,01%.

Cu un Ni atdalīšanai izmanto arī tā saukto karbonilprocesu, kura pamatā ir reakcijas atgriezeniskums: Ni + 4CO = Ni(CO) 4. Karbonila ražošanu veic 100-200 atm un 200-250 °C temperatūrā, un tā sadalīšanās notiek bez gaisa piekļuves atm. spiedienu un aptuveni 200 °C. Ni(CO) 4 sadalīšanās tiek izmantota arī niķeļa pārklājumu ražošanai un dažādu produktu ražošanai (sadalīšanās uz sakarsētas matricas).

Mūsdienu “autogēnos” procesos kausēšana tiek veikta, izmantojot siltumu, kas izdalās sulfīdu oksidēšanas laikā ar skābekli bagātinātu gaisu. Tas ļauj likvidēt oglekli saturošu kurināmo, iegūt ar SO 2 bagātas gāzes, kas piemērotas sērskābes vai elementārā sēra ražošanai, kā arī krasi palielina procesa efektivitāti. Vispilnīgākā un daudzsološākā ir šķidro sulfīdu oksidēšana. Arvien izplatītāki kļūst procesi, kuru pamatā ir niķeļa koncentrātu apstrāde ar skābju vai amonjaka šķīdumiem skābekļa klātbūtnē paaugstinātā temperatūrā un spiedienā (autoklāva procesi). Parasti niķeli pārnes šķīdumā, no kura to izdala bagātīga sulfīda koncentrāta vai metāla pulvera veidā (reducējot ar ūdeņradi zem spiediena).

No silikāta (oksidētām) rūdām niķeli var koncentrēt arī matētā, kausēšanas lādiņā ievadot kušņus - ģipsi vai pirītu. Reducēšanas-sulfidācijas kausēšanu parasti veic šahtas krāsnīs; iegūtais mats satur 16-20% Ni, 16-18% S, pārējais ir Fe. Tehnoloģija niķeļa ekstrakcijai no matēta materiāla ir līdzīga iepriekš aprakstītajai, izņemot to, ka Cu atdalīšanas darbība bieži tiek izlaista. Ja Co saturs oksidētās rūdās ir zems, ieteicams tās pakļaut reducējošai kausēšanai, lai iegūtu feroniķeli, ko izmanto tērauda ražošanai. Niķeļa iegūšanai no oksidētām rūdām tiek izmantotas arī hidrometalurģiskās metodes - iepriekš reducētas rūdas izskalošana ar amonjaku, sērskābes autoklāva izskalošana un citas.

Niķeļa izmantošana. Lielāko daļu Ni izmanto, lai ražotu sakausējumus ar citiem metāliem (Fe, Cr, Cu un citiem), kam raksturīgas augstas mehāniskās, pretkorozijas, magnētiskās vai elektriskās un termoelektriskās īpašības. Saistībā ar reaktīvo tehnoloģiju attīstību un gāzturbīnu agregātu izveidi īpaši svarīgi ir karstumizturīgi un karstumizturīgi hroma-niķeļa sakausējumi. Niķeļa sakausējumi tiek izmantoti kodolreaktoru konstrukcijās.

Tas nozīmē, ka niķeļa daudzums tiek patērēts sārma bateriju un pretkorozijas pārklājumu ražošanai. Kaļamais niķelis tīrā veidā tiek izmantots lokšņu, cauruļu uc ražošanai. To izmanto arī ķīmiskajā rūpniecībā īpašu ķīmisko iekārtu ražošanai un kā katalizatoru daudziem ķīmiskiem procesiem. Niķelis ir ļoti trūcīgs metāls, un, ja iespējams, to vajadzētu aizstāt ar citiem, lētākiem un izplatītākiem materiāliem.

Niķeļa rūdu apstrādi pavada toksisku gāzu izdalīšanās, kas satur SO 2 un bieži As 2 O 3. CO, ko izmanto niķeļa attīrīšanā ar karbonilmetodi, ir ļoti toksisks; Ni(CO)4 ir ļoti toksisks un ļoti gaistošs. Tā maisījums ar gaisu eksplodē 60 °C temperatūrā. Kontroles pasākumi: aprīkojuma hermētiskums, pastiprināta ventilācija.

Niķelis ir būtisks mikroelements organismā. Tā vidējais saturs augos ir 5,0·10 -5% izejvielu, sauszemes dzīvnieku organismā 1,0·10 -6%, jūras dzīvniekos - 1,6·10 -4%. Dzīvnieku organismā niķelis ir atrodams aknās, ādā un endokrīnos dziedzeros; uzkrājas keratinizētos audos (īpaši spalvās). Ir noskaidrots, ka niķelis aktivizē fermentu argināzi un ietekmē oksidatīvos procesus; augos tas piedalās vairākās fermentatīvās reakcijās (karboksilācijā, peptīdu saišu hidrolīzē un citās). Ar niķeli bagātinātās augsnēs tā saturs augos var palielināties 30 vai vairāk reizes, kas izraisa endēmiskas slimības (augiem - neglītas formas, dzīvniekiem - acu slimības, kas saistītas ar pastiprinātu niķeļa uzkrāšanos radzenē: keratīts, keratokonjunktivīts).

Pozīcija periodiskajā tabulā:

Niķelis ir desmitās grupas elements, ķīmisko elementu periodiskās tabulas ceturtais periods D.I. Mendeļejevs, ar atomskaitli 28. Apzīmē ar simbolu Ni (lat. Niccolum).

Atomu struktūra:

Atoma ārējo elektronu apvalku konfigurācija 3s23p63d84s2;jonizācijas enerģija Ni0 3048-4.jpgNi+ 3048-5.jpgNi2+3048-6.jpgNi3+ 7.634, 18.153 un 35.17 eV; Paulinga elektronegativitāte 1,80; atomu rādiuss 0,124 nm, jonu rādiuss (koordinācijas skaitļi norādīti iekavās) Ni2+ 0,069 nm (4), 0,077 nm (5), 0,083 nm (6)

Oksidācijas stāvokļi: Veido savienojumus visbiežāk oksidācijas stāvoklī +2 (valence II), retāk oksidācijas stāvoklī +3 (valence III) un ļoti reti oksidācijas pakāpēs +1 un +4 (attiecīgi I un IV valence) .

Niķelis ir vienkārša viela

Izplatība dabā:

Niķelis dabā ir diezgan izplatīts – tā saturs zemes garozā ir apm. 0,01% (masas). Zemes garozā tas ir sastopams tikai saistītā veidā, dzelzs meteorīti satur vietējo niķeli (līdz 8%). Tā saturs ultramafiskajos iežos ir aptuveni 200 reizes lielāks nekā skābajos iežos (1,2 kg/t un 8 g/t). Ultramafiskajos iežos dominējošais niķeļa daudzums ir saistīts ar olivīniem, kas satur 0,13 - 0,41% Ni. Tas izomorfiski aizstāj dzelzi un magniju. Neliela daļa niķeļa ir sulfīdu veidā. Niķelim piemīt siderofilas un halkofīlas īpašības. Palielinoties sēra saturam magmā, kopā ar varu, kobaltu, dzelzi un platinoīdiem parādās niķeļa sulfīdi. Hidrotermiskā procesā kopā ar kobaltu, arsēnu un sēru un dažreiz ar bismutu, urānu un sudrabu niķelis veido paaugstinātas koncentrācijas niķeļa arsenīdu un sulfīdu veidā. Niķelis parasti atrodams sulfīdu un arsēnu saturošās vara-niķeļa rūdās.

• - niķelis (sarkanais niķeļa pirīts, kausa niķelis) NiAs,
• - hloantīts (baltais niķeļa pirīts) (Ni, Co, Fe) As2,
• - garnierīts (Mg, Ni)6(Si4O11)(OH)6*H2O un citi silikāti,
• - magnētiskais pirīts (Fe, Ni, Cu) S,
• - arsēna-niķeļa spīdums (gersdorffīts) NiAsS,
• - pentlandīts (Fe, Ni) 9S8.

Par niķeli organismos jau ir zināms daudz. Konstatēts, piemēram, ka tā saturs cilvēka asinīs mainās līdz ar vecumu, ka dzīvniekiem palielinās niķeļa daudzums organismā un, visbeidzot, ir daži augi un mikroorganismi - niķeļa “koncentratori”, kas satur tūkst. un pat simtiem tūkstošu reižu vairāk niķeļa nekā vide.

Atklāšanas vēsture:

Niķelis (angļu, franču un vācu niķelis) tika atklāts 1751. gadā. Tomēr ilgi pirms tam Saksijas kalnrači labi zināja par rūdu, kas izskatījās pēc vara un tika izmantota stikla ražošanā, lai krāsotu stiklu zaļā krāsā. Visi mēģinājumi iegūt varu no šīs rūdas bija neveiksmīgi, un tāpēc 17. gadsimta beigās. Rūda tika nosaukta par Kupfernickel, kas aptuveni nozīmē "vara velns". Šo rūdu (sarkanā niķeļa pirīta NiAs) pētīja zviedru mineralogs Kronstedts 1751. gadā. Viņam izdevās iegūt zaļo oksīdu un, to reducējot, jaunu metālu, ko sauc par niķeli. Kad Bergmans ieguva metālu tīrākā veidā, viņš atklāja, ka metāla īpašības ir līdzīgas dzelzs īpašībām; Niķeli sīkāk pētījuši daudzi ķīmiķi, sākot ar Prustu. Nikkel ir netīrs vārds kalnraču valodā. Tas tika izveidots no Nikolaja sabojāšanas, sugas vārda, kam bija vairākas nozīmes. Bet galvenokārt vārds Nikolajs kalpoja, lai raksturotu divkosīgos cilvēkus; turklāt tas nozīmēja "drausmīgs gariņš", "mānīgais klaipuķis" utt. 19. gadsimta sākuma krievu literatūrā. lietoti nosaukumi Nikolans (Šerers, 1808), Nikolans (Zaharovs, 1810), nikols un niķelis (Dvigubsky, 1824).

Fizikālās īpašības:

Niķelis ir kaļams un kaļams metāls. Tam ir uz sejas centrēts kubiskais kristālrežģis (parametrs = 0,35238 nm). Kušanas temperatūra 1455°C, viršanas temperatūra aptuveni 2900°C, blīvums 8,90 kg/dm3. Niķelis ir feromagnētisks, Kirī punkts ir aptuveni 358°C.

Elektriskā pretestība 0,0684 μOhm m.

Lineārās termiskās izplešanās koeficients b=13,5?10?6 K?1 pie 0 °C.

Tilpuma termiskās izplešanās koeficients = 38--39?10?6 K?1.

Elastības modulis 196--210 GPa.

Ķīmiskās īpašības:

Niķeļa atomu ārējā elektronu konfigurācija ir 3d84s2. Visstabilākais niķeļa oksidācijas stāvoklis ir Ni(II) Niķelis veido savienojumus ar oksidācijas pakāpēm +1, +2, +3 un +4. Tajā pašā laikā niķeļa savienojumi ar oksidācijas pakāpi +4 ir reti un nestabili. Niķeļa oksīds Ni2O3 ir spēcīgs oksidētājs. Niķelim ir raksturīga augsta izturība pret koroziju - stabils gaisā, ūdenī, sārmos un vairākās skābēs. Ķīmiskā izturība ir saistīta ar tās tendenci uz pasivāciju - uz tās virsmas veidojas blīva oksīda plēve, kurai ir aizsargājoša iedarbība. Niķelis aktīvi šķīst atšķaidītā slāpekļskābē: (3 Ni + 8 HNO_3 (30%) 3 Ni(NO_3)_2 + 2 NO + 4 H_2O) un karstā koncentrētā sērskābē: (Ni + 2 H_2SO_4 NiSO_4 + SO_2 + 2 H_2O)

Ar sālsskābi un atšķaidītu sērskābi reakcija norit lēni. Koncentrēta slāpekļskābe pasivē niķeli, bet karsējot, reakcija tomēr notiek (galvenais slāpekļa reducēšanas produkts ir NO2) Ar oglekļa monoksīdu CO niķelis viegli veido gaistošu un ļoti toksisku karbonil Ni(CO)4. Smalkais niķeļa pulveris ir pirofors ( gaisā pašaizdegas) .Niķelis deg tikai pulvera veidā. Veido divus oksīdus NiO un Ni2O3 un attiecīgi divus hidroksīdus Ni(OH)2 un Ni(OH)3. Svarīgākie šķīstošie niķeļa sāļi ir acetāts, hlorīds, nitrāts un sulfāts. Sāļu ūdens šķīdumi parasti ir zaļā krāsā, bet bezūdens sāļi ir dzelteni vai brūngani dzelteni. Pie nešķīstošiem sāļiem pieder oksalāts un fosfāts (zaļš), trīs sulfīdi: NiS (melns), Ni3S2 (dzeltenīgi bronzas) un Ni3S4 (sudrabbalts). Niķelis arī veido daudzus koordinējošus un sarežģītus savienojumus. Piemēram, niķeļa dimetilglioksāts Ni(C4H6N2O2)2, kas skābā vidē dod dzidri sarkanu krāsu, tiek plaši izmantots kvalitatīvajā analīzē niķeļa noteikšanai. Niķeļa sulfāta ūdens šķīdums ir zaļā krāsā. Niķeļa(II) sāļu ūdens šķīdumi satur heksaakvaniķeļa(II) 2+ jonu.

Kvīts:

Kopējās niķeļa rezerves rūdās 1998. gada sākumā tiek lēstas 135 miljonu tonnu apmērā, tai skaitā uzticamās rezerves 49 miljonu tonnu apmērā. Galvenās niķeļa rūdas - niķelis (kupferniķelis) NiAs, millerīta NiS, pentlandīts (FeNi)9S8 - satur arī arsēnu, dzelzi un sēru; magmatiskais pirotīts satur arī pentlandīta ieslēgumus. Citas rūdas, no kurām iegūst arī Ni, satur Co, Cu, Fe un Mg piemaisījumus. Niķelis dažkārt ir rafinēšanas procesa galvenais produkts, bet biežāk to iegūst kā blakusproduktu citos metāla procesos. No uzticamajām rezervēm saskaņā ar dažādiem avotiem no 40 līdz 66% niķeļa atrodas “oksidētās niķeļa rūdās” (ONR), 33% sulfīdu rūdās, 0,7% citās. 1997. gadā OHP apstrādē saražotā niķeļa daļa bija aptuveni 40% no pasaules ražošanas apjoma. Rūpnieciskos apstākļos OHP iedala divos veidos: magnija un dzelzs. Ugunsizturīgās magnija rūdas, kā likums, tiek pakļautas elektrokausēšanai feroniķelī (5-50% Ni + Co, atkarībā no izejvielu sastāva un tehnoloģiskajām īpašībām).Dzelzs - laterīta rūdas tiek apstrādātas ar hidrometalurģiskām metodēm, izmantojot amonjaku- karbonāta izskalošana vai sērskābes autoklāva izskalošana . Atkarībā no izejvielu sastāva un izmantotajām tehnoloģiskajām shēmām šo tehnoloģiju galaprodukti ir: niķeļa oksīds (76-90% Ni), aglomerāts (89% Ni), dažāda sastāva sulfīdu koncentrāti, kā arī metālu elektrolītiskais. niķelis, niķeļa pulveri un kobalts. Mazāk dzelzs – nontronīta rūdas tiek izkausētas matētā veidā. Pilna cikla uzņēmumos tālākās apstrādes shēma ietver niķeļa oksīda pārveidošanu, matētu apdedzināšanu un elektrisko kausēšanu, lai iegūtu metālisku niķeli. Pa ceļam atgūtais kobalts tiek atbrīvots metāla un/vai sāļu veidā. Vēl viens niķeļa avots: Dienvidvelsas ogļu pelnos Anglijā - līdz 78 kg niķeļa uz tonnu. Palielināts niķeļa saturs dažās oglēs, eļļās un slāneklī norāda uz niķeļa koncentrācijas iespējamību fosilajās organiskajās vielās. Šīs parādības iemesli vēl nav noskaidroti.

Pielietojums:

Niķelis ir pamatā lielākajai daļai supersakausējumu - karstumizturīgu materiālu, ko izmanto kosmosa rūpniecībā spēkstaciju daļām. Monel metāls (65 - 67% Ni + 30 - 32% Cu + 1% Mn), karstumizturīgs līdz 500 °C, ļoti izturīgs pret koroziju; baltais zelts (piemēram, 585 standarts satur 58,5% zelta un sudraba un niķeļa (vai pallādija) sakausējumu (ligatūru); nihroms, niķeļa un hroma sakausējums (60% Ni + 40% Cr); permalojs (76% Ni + 17% Fe + 5% Cu + 2% Cr), ir augsta magnētiskā jutība ar ļoti zemiem histerēzes zudumiem; invar (65% Fe + 35% Ni), sildot gandrīz neizplešas; Turklāt niķeļa sakausējumos ietilpst niķeļa un hroma-niķeļa tērauds, niķeļa sudrabs un dažādi pretestības sakausējumi, piemēram, konstantāns, niķelis un manganīns. Niķelis ir vairāku nerūsējošā tērauda sastāvdaļa.

Ķīmiskā tehnoloģija.

Daudzos ķīmiskajos tehnoloģiskajos procesos kā katalizators tiek izmantots Renija niķelis.

Radiācijas tehnoloģijas.

Nuklīda 63Ni, kas izstaro β-daļiņas, pussabrukšanas periods ir 100,1 gads, un to izmanto kritronos, kā arī elektronu uztveršanas detektoros (ECD) gāzu hromatogrāfijā.

Medicīna.

Izmanto kronšteinu sistēmu ražošanā (titāna niķelīds).

Protezēšana.

Monētu kalšana.

Niķelis tiek plaši izmantots monētu ražošanā daudzās valstīs. Amerikas Savienotajās Valstīs 5 centu monētu sarunvalodā sauc par niķeli.

Niķelis ir D.I. tabulas 10. grupas elements. Mendeļejevs. Pazīstams salīdzinoši nesen, nesen arī izmantots rūpniecībā. Niķelis savu nosaukumu ieguva no ļaunā rūķa vārda, kurš tā vietā iemeta kalnračiem minerālu niķeli, kurā ietilpst niķelis un arsēns. Tajos senos laikos viņi nezināja, kā izmantot niķeli, tāpēc “viltus” metālu sāka saukt par “nerātnību” no vācu niķeļa.

Un šodien mēs apskatīsim niķeļa fizikālās un ķīmiskās īpašības un lietojumu, sniegsim tam vispārīgu aprakstu un pētīsim niķeļa sakausējumus un kategorijas.

Tas ir pārejas metāls, tas ir, tam piemīt gan skābas, gan sārmainas īpašības. Tam ir sudrabaini balts spīdums, elastīgs, kaļams, bet ciets. Molekulmasa ir maza - 28, tāpēc tā tiek klasificēta kā viegla viela.

Šis video pastāstīs par niķeļa kā metāla īpašībām:

Koncepcija un īpašības

No ķīmiskā viedokļa niķelis ir ļoti interesants un neparasts metāls. No vienas puses, tas spēj reaģēt gan ar skābēm, gan sārmiem, bet, no otras puses, ir ķīmiski inerts un pat atsakās reaģēt ar koncentrētiem sārmiem un skābēm. Turklāt šī īpašība ir tik izteikta, ka niķeli izmanto dažādu skābju izturīgu iekārtu un sārmu tvertņu ražošanā.

Metāls tiek kausēts un pēc tam izmantots stieņu, lokšņu un tā tālāk veidā. Un šajā stāvoklī tam piemīt zemas aktīvās vielas parastās metāliskās īpašības. Bet niķelis, kas pārvērsts ļoti smalkā pulverī, kļūst pirofors un spēj pašaizdegties gaisā.

Noslēpums ir tāds, ka parasta viela gaisā, piemēram, alumīnijs, ir pārklāta ar oksīda plēvi, un šī plēve darbojas kā ļoti spēcīgs aizsargslānis.

Šī kvalitāte nosaka vienu no senākajiem metāla pielietojumiem – niķeļa pārklājumu, tas ir, visplānākā niķeļa slāņa uzklāšanu uz priekšmetu virsmas. Šis slānis pilnībā aizsargā tēraudu, čugunu, magniju, alumīniju un tā tālāk no korozijas.

Produkti, kas izgatavoti no tīra niķeļa, ir reti sastopami un tiek izmantoti tikai īpaši kritiskās vietās. Tā izmantošana rūpniecībā ir saistīta ar citu unikālu kvalitāti: sakausējumā niķelis piešķir materiālam tādu pašu izcilu izturību pret koroziju, kāda tam piemīt. Lielākajā daļā nerūsējošā un strukturālo tēraudu kā leģējošā sastāvdaļa ir niķelis. Tas ir tas, kas nodrošina tērauda izturību un tā izturību.

Niķeļa sakausējumi ir ļoti dažādi, un tiem piemīt ievērojamas īpašības: izturība, karstumizturība, spēja izturēt lielas spēka slodzes augstā temperatūrā, nodilumizturība, nejutīgums pret ķīmiski agresīvām vielām utt. No kopējā ekstrahētās vielas tilpuma apmēram 9% tiek izmantoti tīrā veidā. Vēl 7% tiek tērēti niķeļa pārklājumam, bet pārējie tiek tērēti sakausējumu ražošanai.

Niķelis veido dzelzs triādi ar dzelzi un kobaltu. Grupā ietilpst arī platīns - osmijs, platīns, rodijs. Tomēr, neskatoties uz to relatīvo tuvumu, metālu īpašības ievērojami atšķiras. Stiprības ziņā niķelis nav daudz zemāks par dzelzi, tam ir pat lielāks blīvums, taču atšķirībā no pēdējā tas ir ļoti izturīgs pret koroziju, savukārt dzelzs ātri korodē gaisā, un īpaši saskarē ar ūdeni.

Salīdzinot ar platīna metāliem, niķelis ir daudz vieglāks, daudz lētāks un daudz aktīvāks: platīns, osmijs un citi ir cēlmetāli, kuriem ir pozitīvs elektrodu potenciāls un kuri ir ārkārtīgi inerti.

Priekšrocības un trūkumi

Gandrīz visas niķeļa īpašības saistībā ar valsts ekonomiku ir priekšrocības. Vienīgais metāla trūkums ir tā klātbūtne dabā. Niķelis tiek uzskatīts par kopīgu elementu, bet ir sastopams tikai saistītā veidā. Vietējais niķelis nokrīt uz zemes tikai kā daļa no meteorītiem. Attiecīgi metāls tiek iegūts, izmantojot dārgākas tehnoloģijas.

• Niķelim ir laba izturība un cietība, vienlaikus saglabājot kalšanas spēju un augstu stingrību: to var izmantot, lai izgatavotu plānākās loksnes un stieņus.
• Metālam ir lieliska izturība pret koroziju. Turklāt tas nodod šo kvalitāti sakausējumiem, kas tajā ir kā leģējošais elements.
• Niķeļa sakausējumi ir ļoti dažādi, un tiem ir izcilas īpašības. Tādējādi karstumizturīgie dzelzs-niķeļa sakausējumi tiek izmantoti kodolreaktoru un reaktīvo dzinēju detaļu ražošanā. Līdz šim ir aprakstīti un izmantoti aptuveni 3000 dažādu niķeļa sakausējumu.
• Niķeļa pārklājums joprojām tiek aktīvi izmantots ne tikai instrumentu un darbgaldu ražošanā, bet arī ikdienā un celtniecībā. Niķelētie trauki, galda piederumi, aksesuāri u.c. ir ne tikai estētiski pievilcīgi, bet arī absolūti higiēniski, nekaitīgi un ārkārtīgi izturīgi. Metāla inerce un higiēna nosaka tā izmantošanu pārtikas rūpniecībā.
• Niķelis ir feromagnēts, tas ir, viela, kas ir pakļauta spontānai magnetizācijai. Šis īpašums ļauj metālu izmantot pastāvīgo magnētu ražošanai.
• Metālu ir salīdzinoši lēti iegūt, un tam ir labas elektrovadītspējas īpašības. Niķelis aizstāj dārgo sudrabu vai bateriju ražošanā.

Niķeļa struktūra un ķīmiskais sastāvs ir aplūkoti turpmāk.

Struktūra un sastāvs

Niķelim, tāpat kā citiem tīriem metāliem, ir viendabīga, sakārtota struktūra, kas nodrošina šīm vielām spēju vadīt strāvu. Tomēr materiāla fāzes sastāvs var būt atšķirīgs, kas ietekmē tā īpašības.

• Normālos apstākļos mums ir darīšana ar niķeļa β-modifikāciju. To raksturo seju centrēta kubiskā režģis un nosaka metāla parastās īpašības - kaļamību, lokanību, apstrādājamību, feromagnētismu utt.
• Ir arī cita veida materiāls. Niķelis, kas pakļauts katoda izsmidzināšanai ūdeņraža atmosfērā, nereaģē, bet arī maina savu struktūru, pārvēršoties α-modifikācijā. Pēdējam ir blīvs sešstūra režģis. Sildot līdz 200 C, α-fāze pārvēršas β-fāzē. Rūpniecībā tie nodarbojas ar niķeļa β-modifikāciju.

Šis video pastāstīs, kā pats pārveidot niķeļa-kadmija akumulatoru par litija jonu akumulatoru:

Īpašības un īpašības

β-fāzes kā galvenās īpašības rada lielāku interesi, jo pati α-fāzes esamība ir ierobežota. Metāla īpašības ir šādas:

• blīvums normālā temperatūrā – 8,9 g/cu. cm;
• kušanas temperatūra – 1453 C;
• viršanas temperatūra – 3000 C;
• ļoti zems termiskās izplešanās koeficients – 13,5∙10 −6 K −1
• elastības modulis – 196–210 GPa;
• Elastības robeža ir 80 MN/kv. m;
• tecēšanas robeža – 120 MN/kv. m:
• stiepes robeža 40–50 kgf/kv. mm;
• vielas īpatnējā siltumietilpība – 0,440 kJ/(kg K);
• siltumvadītspēja – 90,1 W/(m K);
• īpatnējā elektriskā pretestība – 0,0684 µOhm∙m.

Niķelis ir feromagnētisks, tā Kirī punkts ir 358 C.

Tālāk mēs runāsim par niķeļa sakausējumu ražošanu un ražotāju.

Ražošana

Niķelis tiek uzskatīts par diezgan izplatītu - 13. vietu starp metāliem. Tomēr tā izplatība ir nedaudz specifiska. Ne velti metālu sauc par zemes dzīļu elementu, jo ultramafiskajos iežos tā ir 200 reizes vairāk nekā skābajos iežos. Saskaņā ar vienu izplatītu teoriju Zemes kodols sastāv no niķeļa dzelzs.

Vietējais niķelis uz Zemes nav sastopams. Saistītā veidā tas atrodas vara-niķeļa rūdās - arsēnu saturošajās un sulfīdās. Tas ir niķelis - sarkanais niķeļa pirīts, tas pats, ko kalnrači izmantoja pirītam, hloantīts - baltais niķeļa pirīts, garnierīts, vara pirīts utt.

Izejviela visbiežāk ir sulfīda rūda, kas ietver gan niķeli, gan niķeli, tāpēc ir iekļautas papildu darbības metālu atdalīšanai.

• Sulfīdu rūdas parasti satur daudz mitruma un māla vielu. Lai no tiem atbrīvotos, rūdu sasmalcina, žāvē un briketē. Ja sēra saturs rūdā ir pārāk augsts, tas tiek grauzdēts.
• Matēta kausēšana tiek veikta šahtas vai reverberācijas krāsnīs. Tiek iegūts niķeļa un dzelzs sulfīda sakausējums, ieskaitot nelielu daudzumu vara.
• Niķeļa un vara atdalīšana.
• Niķeļa koncentrāta grauzdēšana, reducējošā kausēšana un attīrīšana ar elektrolīzi.

Metode niķeļa iegūšanai no oksidētas rūdas izskatās nedaudz atšķirīga.

• Rūda tiek pakļauta sulfidējošai kausēšanai ar daļēju reducēšanu.
• Saņem matētu - izkausētais mats tiek izpūsts ar gaisu pārveidotājos.
• Feinšteins tiek atlaists un atbrīvots no vara;
• Pēc tam niķelis tiek reducēts vai sadedzinātais niķelis tiek izkausēts feroniķelī.

Cik maksā 1 kg niķeļa? Šāda metāla cenas lielā mērā nosaka atradņu izmantošanas panākumi. Tādējādi 2013. gadā Ķīna palielināja niķeli saturoša čuguna ražošanu, kas izraisīja ievērojamu metālu cenu kritumu. 2016. gada rudenī metāla tonnas izmaksas bija 10 045 USD.

Pielietojuma zona

Pats niķelis tiek izmantots reti. Teritorija ir daudz plašāka.

• Ikdienā cilvēki visbiežāk sastopas ar niķelētiem izstrādājumiem - krāniem, maisītājiem, mēbeļu furnitūru. Mēbeļu metāla daļas bieži ir pārklātas ar sudrabainu, neaptraipošu metālu. Tas pats attiecas uz galda piederumiem un traukiem.
• Vēl viens zināms lietojums ir baltais zelts. Tas sastāv no noteikta standarta zelta un niķeļa sakausējuma.
• Niķeļa katodus plaši izmanto elektrotehnikā. Daudzas baterijas ir niķeļa-kadmija. Niķelis, dzelzs-niķelis un tā tālāk konkurē ar akumulatoru un ir daudz drošāki.

Tomēr galvenais niķeļa patērētājs ir krāsainā un melnā metalurģija: 67% no visa iegūtā metāla tiek izmantoti nerūsējošā tērauda ražošanai. Un 17% - citu, nedzelzs sakausējumu ražošanai.

• Konstrukciju un nerūsējošais tērauds tiek izmantots burtiski visur: celtniecībā un mašīnbūvē, elektrotehnikā un cauruļvadu ražošanā, instrumentu ražošanā un nesošo karkasu būvē. Tas ir niķelis, kas nodrošina tērauda izturību pret koroziju.
• Niķeļa-vara sakausējumus visbiežāk izmanto skābju izturīgu iekārtu un dažādu detaļu ražošanā, kurām jādarbojas agresīvā ķīmiskā vidē.
• Niķeļa un hroma sakausējumi ir slaveni ar savu karstumizturību un izturību pret sārmiem un skābēm. Tos izmanto krāsnīs, kodolreaktoros, dzinējos utt.
• Niķeļa, hroma un dzelzs sakausējumi turklāt saglabājas izturīgi pret lielām slodzēm ļoti augstā temperatūrā – līdz 900 C. Tas ir neaizstājams materiāls gāzturbīnām.

Niķelis ir metāls ar . Izturīgs, kaļams, izturīgs pret skābēm un sārmiem un spēj piešķirt šīs īpašības gandrīz jebkuram sakausējumam. Nav pārsteigums, ka niķelis tiek izmantots tik plaši.

Vienkāršs un uzticams veids, kā atjaunot niķeļa-kadmija baterijas, ir apskatīts tālāk esošajā videoklipā:

(koordinācijas skaitļi norādīti iekavās) Ni 2+ 0,069 nm (4), 0,077 nm (5), 0,083 nm (6).

Vidējais niķeļa saturs zemes garozā ir 8-10 -3 masas%, okeāna ūdenī 0,002 mg/l. Zināms apm. 50 niķeļa minerāli, no kuriem svarīgākie ir: pentlandīts (Fe,Ni) 9 S 8, millerīts NiS, garnierīts (Ni, Mg) 3 Si 4 O 10 (OH) 10. 4H 2 O, revdinskīts (nepuite) (Ni, Mg) 3 Si 2 O 5 (OH) 4, niķelis NiAs, annabergīts Ni 3 (AsO 4) 2 8H 2 O. Niķeli galvenokārt iegūst no sulfīda vara-niķeļa rūdām (Kanāda, Austrālija, Dienvidāfrika) un no silikātu oksidētām rūdām (Jaunkaledonija, Kuba, Filipīnas, Indonēzija u.c.). Tiek lēsts, ka pasaules krasta niķeļa rezerves ir 70 miljoni tonnu.

Īpašības. Niķelis ir sudrabaini balts metāls. Kristālisks. seju centrēts režģis kub., a = 0,35238 nm, z = 4, atstarpe. grupa RT3t. T. pl. 1455 °C. t. ķīpa 2900 °C; plosts 8,90 g/cm3; C 0 p 26.l J/(mol K); DH 0 pl 17,5 kJ/mol, DH 0 isp 370 kJ/mol; S 0 298 29,9 JDmol K); tvaika spiediena atkarības līmenis no temperatūras cietam niķelim lgp(hPa) = 13,369-23013/T+0,520lgT+0,395T (298-1728K), šķidram lgp(hPa)=11,742-20830/T+ 0,618 lg-8 T3170 K); temperatūras koeficients lineārā izplešanās 13.5. 10 -6 K -1 (273-373 K); siltumvadītspēja 94,1 W/(m x x K) pie 273 K, 90,9 W/(m K) pie 298 K; g 1,74 N/m (1520 °C); r 7,5 10 -8 Ohm m, temperatūras koeficients. r 6,75. 10 -3 K -1 (298-398 K); feromagnēts, Kirī punkts 631 K. Elastības modulis 196-210 GPa; s pieaugums 280-720 MPa; attiecas pagarinājums 40-50%; Brinela cietība (atkvēlināta) 700-1000 MPa. Tīrs niķelis ir ļoti kaļams metāls, to var labi apstrādāt aukstā un karstā apstākļos, var velmēt, stiept un kalt.

N niķelis ir ķīmiski neaktīvs, bet smalks pulveris, kas iegūts, reducējot niķeļa savienojumus ar ūdeņradi zemā temperatūrā, ir pirofors. Standarta elektrodu potenciāls Ni 0 /Ni 2+ ir 0,23 V. Normālā temperatūrā niķelis gaisā ir pārklāts ar plānu niķeļa oksīda aizsargplēvi. Nevis mijiedarbība. ar ūdens un gaisa mitrumu. Sildot Niķeļa oksidēšanās no virsmas sākas pie ~ 800 °C. Niķelis ļoti lēni reaģē ar sālsskābi, sērskābi, fosforskābi un fluorūdeņražskābi. Etiķis un citas org. uz to praktiski nekādi neietekmē. uz jums, it īpaši, ja nav gaisa. Labi reaģē ar dil. HNO3, konc. HNO 3 ir pasivēts. Sārmu un sārmu metālu karbonātu šķīdumi un kausējumi, kā arī šķidrais NH 3 neietekmē niķeli. Ir NH 3 ūdens šķīdumi. gaisa korelē niķeli.

N ikelam izkliedētā stāvoklī ir lieliskas katalītiskās īpašības. darbība hidrogenēšanas, dehidrogenēšanas, oksidācijas, izomerizācijas, kondensācijas jomās. Tie izmanto vai nu skeleta niķeli (Raney niķeli), ko iegūst, sakausējot ar Al vai Si ar pēdējo. izskalošana ar sārmu vai niķeli uz nesēja.

N ikelis absorbē H 2 un veido ar to cietus šķīdumus. NiH 2 hidrīdi (stabils zem 0°C) un stabilāks NiH tika iegūti netieši. Niķelis slāpekli gandrīz neuzsūc līdz 1400 °C, N 2 pH vērtība metālā ir 0,07% 450 °C temperatūrā. Kompaktais niķelis nereaģē ar NH 3, izkliedēts niķelis ar to veido Ni 3 N nitrīdu 300-450 °C temperatūrā.

Izkausēts niķelis izšķīdina C, veidojot karbīdu Ni 3 C, kas sadalās kausējuma kristalizācijas laikā, izdalot grafītu; Ni 3 C pelēki melna pulvera veidā (sadalās ~ 450 ° C temperatūrā) iegūst, karburējot niķeli CO atmosfērā 250-400 ° C temperatūrā. Disperģēts niķelis ar CO dod gaistošu niķeļa tetrakarbonil Ni(CO) 4 . Leģējot ar Si, tas veido silīcija dioksīdu; Ni 5 Si 2, Ni 2 Si un NiSi kūst attiecīgi kongruenti. pie 1282, 1318 un 992 °C, Ni 3 Si un NiSi 2 - attiecīgi neatbilstoši. 1165 un 1125°C temperatūrā Ni 3 Si 2 sadalās bez kušanas 845°C temperatūrā. Sakausējot ar B, tas dod borīdus: Ni 3 B (temp. 1175 °C), Ni 2 B (1240 °C), Ni 3 B 2 (1163 °C), Ni 4 B 3 (1580 °C), NiB 12 ( 2320 °C), NiB (sadalās 1600 °C temperatūrā). Ar Se tvaikiem niķelis veido selenīdus: NiSe (temp. 980 °C), Ni 3 Se 2 un NiSe 2 (sadalās attiecīgi 800 un 850 ° C temperatūrā), Ni 6 Se 5 un Ni 21 Se 20 (pastāv tikai cietā vielā). Valsts). Kad niķeli sakausē ar Te, tiek iegūti telurīdi: NiTe un NiTe 2 (acīmredzot, starp tiem veidojas plašs cieto šķīdumu apgabals) utt.

Arsenāts Ni 3 (AsO 4) 2. 8H2O-zaļi kristāli; pH vērtība ūdenī 0,022%; to-tami sadalās; virs 200 °C atūdeņojas, ~ 1000 °C temperatūrā sadalās; katalizators cieto ziepju ražošanai.

Silikāts Ni 2 SiO 4 - gaiši zaļi kristāli ar rombveida rakstu. režģis; blīvs 4,85 g/cm3; sadalās bez kušanas 1545°C temperatūrā; nešķīst ūdenī; kalnracis K-tami karsējot lēnām sadalās. Alumināts NiAl 2 O 4 (niķeļa spinelis) - zili kristāli ar kub. režģis; m.p. 2110°C; blīvs 4,50 g/cm3; ne sol. ūdenī; lēnām sadalās līdz tami; hidrogenēšanas katalizators.

Svarīgākie kompleksie savienojumi. niķelis-a m m i n s. Naib. Raksturīgi ir attiecīgi heksaamīni un akvatetramīni ar katjoniem. 2+ un 2+. Tie ir zili vai violeti kristāli. in-va, parasti sol. ūdenī, spilgti zilas krāsas šķīdumos; šķīdumus vārot un pakļaujot šķīduma iedarbībai, tie sadalās; veidojas šķīdumos, apstrādājot niķeļa un kobalta rūdas amonjaku.

Ni(III) un Ni(IV) kompleksos koordinācija niķeļa skaits ir 6. Piemēri ir violetais K 3 un sarkanais K 2, kas veidojas, iedarbojoties F 2 uz NiCl 2 un KCl maisījumu; spēcīgi oksidētāji. No citiem veidiem ir zināmi, piemēram, heteropoliskābju sāļi. (NH4) 6H 7. 5H 2 O, liels skaits iekšējo kompleksu savienojumu. Ni(II). Skatīt arī Organo-niķeļa savienojumus.

Kvīts. Rūdas tiek apstrādātas ar piro- un hidrotērauda ķirurģiju. veidā. Silikātu oksidētām rūdām (nevar bagātināt) tiek izmantots vai nu reduktors. kausēšana, lai iegūtu feroniķeli, kas pēc tam tiek pakļauts attīrīšanai pārveidotājā, lai rafinētu un bagātinātu, vai kausēšanai matēšanai ar sēru saturošām piedevām (FeS 2 vai CaSO 4). Iegūtais matējums tiek izpūsts pārveidotājā, lai noņemtu Fe, un pēc tam sasmalcināts un apdedzināts, lai no iegūtā materiāla samazinātu NiO. Metālisko niķeli iegūst kausējot. Niķeļa koncentrāti, kas iegūti sulfīdu rūdu bagātināšanā, tiek kausēti matēti ar pēdējo. iztukšošana pārveidotājā. No vara-niķeļa matējuma pēc tā lēnas atdzesēšanas ar flotāciju tiek izdalīts Ni 3 S 2 koncentrāts, kas, līdzīgi kā matēm no oksidētām rūdām, tiek apdedzināts un reducēts.

Viens no oksidētu rūdu hidroapstrādes veidiem ir rūdas reducēšana ar ģeneratora gāzi vai H 2 un N 2 maisījumu ar sekojošu. izskalošana ar NH 3 un CO 2 šķīdumu ar gaisa pūšanu. Šķīdumu attīra no Co ar amonija sulfīdu. Šķīduma sadalīšanās laikā, destilējot NH 3, tiek nogulsnēts niķeļa hidroksokarbonāts, kas tiek vai nu kalcinēts, vai reducēts no iegūtā NiO. Niķeli iegūst, kausējot vai atkārtoti izšķīdinot. NH 3 šķīdumā un pēc NH 3 destilēšanas no celulozes, reducējot H 2, iegūst niķeli. Dr. veids - oksidētas rūdas izskalošana ar sērskābi autoklāvā. No iegūtā šķīduma pēc tā attīrīšanas un neitralizācijas niķelis tiek nogulsnēts ar sērūdeņradi zem spiediena un iegūtais NiS koncentrāts tiek apstrādāts kā matēts.

Niķeļa sulfīda materiālu (koncentrātu, matējumu) hidroapstrāde tiek reducēta līdz oksidācijai ar autoklāvu. izskalošana ar NH 3 šķīdumiem (ar zemu Co saturu) vai H 2 SO 4. No amonjaka šķīdumiem pēc CuS atdalīšanas niķelis tiek nogulsnēts ar ūdeņradi zem spiediena. Ni atdalīšanai,Tiek izmantota arī Co un Cu ekstrakcija no amonjaka šķīdumiem. metodes, izmantojot, pirmkārt, helātus veidojošos ekstraktantus.

Autoklāva oksidācijas izskalošana, lai iegūtu sulfātu šķīdumus, tiek izmantota gan bagātinātiem materiāliem (matētiem) ar niķeļa un citu metālu pārnesi šķīdumā, gan vājiem pirocija Fe 7 S 8 koncentrātiem. Pēdējā gadījumā dominējošais ir oksidēts. pirotītu, kas ļauj izolēt elementāro S un sulfīdu koncentrātu, kas tālāk tiek kausēts niķeļa matētā.