Niķelis ir spēcīgs, spožs, sudrabaini balts metāls, kas ir mūsu ikdienas dzīves pamats un ko var atrast Viss, sākot no baterijām, kuras darbina mūsu televizoru, līdz nerūsējošajam tēraudam, ko izmanto mūsu televizoru izgatavošanai virtuves izlietnes.
Īpašības
- Atomu simbols: Ni
- Atomu skaitlis: 28
- Elementa kategorija: Pārejas metāls
- Blīvums: 8,908 g / cm3
- Kušanas temperatūra: 1455 ° C (2651 ° F)
- Viršanas punkts: 2913 ° C (5275 ° F)
- Moha cietība: 4.0
Raksturlielumi
Tīrs niķelis reaģē ar skābekli un tāpēc reti sastopams uz Zemes virsmas, neskatoties uz to, ka tas ir piektais visbagātākais elements uz mūsu planētas (un tajā). Kombinācijā ar dzelzs, niķelis ir ārkārtīgi stabils, kas izskaidro gan tā sastopamību rūdas, kas satur dzelzi, gan efektīvu izmantošanu kombinācijā ar dzelzi, lai iegūtu nerūsējošo tēraudu.
Niķelis ir ļoti spēcīgs un izturīgs pret korozija, padarot to par lielisku metāla stiprināšanai sakausējumi. Tas ir arī ļoti elastīgs un kaļams, īpašības, kas ļauj daudzos sakausējumus pārveidot par stiepli, stieņiem, caurulēm un loksnēm.
Vēsture
Barons Aksels Fredriks Kronstedts tīru niķeli pirmo reizi ieguva 1751. gadā, taču bija zināms, ka tas pastāv daudz agrāk. Ķīniešu dokumentos no aptuveni 1500BC ir atsauce uz “balto varu” (baitong), kas, ļoti iespējams, bija niķeļa un sudraba sakausējums. Piecpadsmitā gadsimta vācu kalnračiem, kuri uzskatīja, ka viņi var iegūt varu no niķeļa rūdas Saksijā, metālu sauca par kupfernickel, “velna vara”, daļēji viņu veltīgo mēģinājumu rezultātā iegūt varu no rūdas, bet daļēji arī tāpēc, ka lielās arsēna satura dēļ rūdā ir veselība.
1889. gadā Džeimss Rilejs uzstājās Lielbritānijas Dzelzs un tērauda institūtā par to, kā niķeļa ieviešana varētu stiprināt tradicionālos tēraudus. Riley prezentācijas rezultātā palielinājās izpratne par niķeļa labvēlīgajām sakausēšanas īpašībām, un tas sakrita ar lielu niķeļa atradņu atklāšanu Jaunkaledonijā un Kanādā.
Līdz 20. gadsimta sākumam rūdas atradņu atklāšana Krievijā un Dienvidāfrikā ļāva panākt niķeļa ražošanu plašā mērogā. Pēc neilga laika Pirmā un otrā pasaules kara rezultātā ievērojami palielinājās tērauda un attiecīgi arī niķeļa pieprasījums.
Ražošana
Niķeli galvenokārt iegūst no niķeļa sulfīdiem pentlandīta, pirrhotīta un millerīta, kas satur apmēram 1% niķeļa saturs un dzelzi saturošās laterītiskās rūdas limonīts un garnierīts, kas satur apmēram 4% niķeļa. Niķeļa rūdas iegūst 23 valstīs, savukārt niķelis tiek kausēts 25 dažādās valstīs.
Niķeļa atdalīšanas process ir ļoti atkarīgs no rūdas veida. Niķeļa sulfīdi, tādi kā Kanādas vairogā un Sibīrijā, parasti atrodas dziļi pazemē, padarot tos darbietilpīgus un dārgus. Tomēr šo rūdu atdalīšanas process ir daudz lētāks nekā laterītu šķirnei, piemēram, Jaunkaledonijai. Turklāt niķeļa sulfīdiem bieži ir tāda priekšrocība, ka tie satur citu vērtīgu elementu piemaisījumus, kurus var ekonomiski atdalīt.
Sulfīda rūdas var atdalīt, izmantojot putojošo flotēšanu un hidrometalurģiskos vai magnētiskos procesus, lai izveidotu niķeļa matētu un niķeļa oksīdu. Šos starpproduktus, kas parasti satur 40–70% niķeļa, pēc tam apstrādā tālāk, bieži izmantojot Šerritas-Gordonas procesu.
Mond (vai karbonil) process ir visizplatītākā un efektīvākā niķeļa sulfīda apstrādes metode. Šajā procesā sulfīdu apstrādā ar ūdeņradi un ievada gaistošanas krāsnī. Šeit tas sastopas ar oglekļa monoksīdu aptuveni 140F temperatūrā° (60 ° C°), lai veidotu niķeļa karbonilgāzi. Niķeļa karbonilgāze sadalās uz iepriekš uzkarsētu niķeļa granulu virsmas, kas izplūst caur siltuma kameru, līdz sasniedz vēlamo izmēru. Augstākā temperatūrā šo procesu var izmantot niķeļa pulvera veidošanai.
Vēlāk - rūdas, savukārt, parasti tiek kausētas ar pirometālu metodēm to lielā dzelzs satura dēļ. Laterīta rūdām ir arī augsts mitruma saturs (35–40%), kas prasa žāvēšanu rotācijas krāsns krāsnī. Tas ražo niķeļa oksīdu, kuru pēc tam, izmantojot elektriskās krāsnis, reducē temperatūrā no 2480 līdz 2930 F ° (1360-1610 C °) un iztvaicē, lai iegūtu I klases niķeļa metālu un niķeļa sulfātu.
Sakarā ar dabiskā dzelzs saturu laterītu rūdās, vairums kausēšanas izstrādājumu, kas strādā ar šādām rūdām, ir galaprodukts rūdas ir feronikelis, ko tērauda ražotāji var izmantot pēc silīcija, oglekļa un fosfora piemaisījumiem noņemts.
Pēc valstīm lielākie niķeļa ražotāji 2010. gadā bija Krievija, Kanāda, Austrālija un Indonēzija. lielākie rafinētā niķeļa ražotāji ir Norilskas niķelis, Vale S.A. un Jinchuan Group Ltd. Pašlaik tikai neliels procents niķeļa tiek ražots no pārstrādātiem materiāliem.
Lietojumprogrammas
Niķelis ir viens no visplašāk izmantotajiem metāliem uz planētas. Pēc Niķeļa institūta datiem, metāls tiek izmantots vairāk nekā 300 000 dažādos izstrādājumos. Visbiežāk tas ir atrodams tēraudi un metāla sakausējumi, bet to izmanto arī bateriju un pastāvīgo ražošanā magnēti.
Nerūsējošais tērauds
Apmēram 65% no visa saražotā niķeļa nonāk nerūsējošajā tēraudā.
Austenīta tēraudi ir nemagnētiski nerūsējošie tēraudi, kas satur daudz hroms un niķelis, un zems oglekļa līmenis. Šī tērauda grupa, kas klasificēta kā 300 sērijas nerūsējošā tērauda, tiek novērtēta pēc to formējamības un izturības pret koroziju. Austenīta tēraudi ir visplašāk izmantotā nerūsējošā tērauda kategorija.
Nerūsējošo tēraudu niķeli saturošais austenīta diapazons ir noteikts ar to kubiskā vidusdaļu (FCC) kristāla struktūra, kurai ir viens atoms katrā kuba stūrī un viens katra vidū seja. Šī graudu struktūra veidojas, kad sakausējumam pievieno pietiekamu daudzumu niķeļa (no astoņiem līdz desmit procentiem standarta 304 nerūsējošā tērauda sakausējumā).
Avoti
Iela, Artūrs. & Aleksandrs, W. O., 1944. gads. Metāli cilvēka kalpošanā. 11. izdevums (1998).
USGS. Minerālpreču kopsavilkumi: Niķelis (2011).
Avots: http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/nickel/
Enciklopēdija Britannica. Niķelis.
Avots: http://www.britannica.com/EBchecked/topic/414238/nickel-Ni
Metāla profils: niķelis