Profil niklowy

Olaf Loose/E+/Getty Images

Nikiel to mocny, lśniący, srebrzystobiały metal, który jest podstawą naszego codziennego życia i można go znaleźć we wszystkim, od baterii zasilających nasze piloty telewizyjne po stal nierdzewną używaną do produkcji zlewozmywaków kuchennych.

Nieruchomości

• Symbol atomowy: tak
• Liczba atomowa: 28
• Kategoria elementu: Metal przejściowy
• Gęstość: 8,908 g/cm³
• Temperatura topnienia: 2651 ° F (1455 ° C)
• Temperatura wrzenia: 5275 ° F (2913 ° C)
• Twardość Moha: 4,0

Charakterystyka

Czysty nikiel reaguje z tlenem i dlatego rzadko można go znaleźć na powierzchni Ziemi, mimo że jest piątym najpowszechniejszym pierwiastkiem na (i na) naszej planecie. W połączeniu z żelazo nikiel jest niezwykle stabilny, co tłumaczy zarówno jego występowanie w rudach zawierających żelazo, jak i jego efektywne wykorzystanie w połączeniu z żelazem do wytwarzania stali nierdzewnej.

Nikiel jest bardzo mocny i odporny nakorozja, dzięki czemu doskonale nadaje się do wzmacniania metalu stopy . Jest również bardzo plastyczny i ciągliwy , właściwości, które umożliwiają kształtowanie wielu stopów w druty, pręty, rury i arkusze.

Historia

Baron Axel Fredrik Cronstedt po raz pierwszy wydobył czysty nikiel w 1751 roku, ale wiadomo było, że istnieje znacznie wcześniej. Chińskie dokumenty z około 1500 roku p.n.e. wspominają o „białej miedzi” ( przynęta ), który najprawdopodobniej był stopem niklu i srebra. XV-wieczni niemieccy górnicy, którzy wierzyli, że mogą wydobywać miedź z rud niklu w Saksonii, określali ten metal jako kupfernikel , „diabelska miedź”, częściowo ze względu na ich daremne próby wydobycia miedzi z rudy, ale także prawdopodobnie częściowo ze względu na skutki zdrowotne spowodowane wysoką zawartością arsenu w rudzie.

W 1889 r. James Riley przedstawił w brytyjskim Instytucie Żelaza i Stali prezentację na temat tego, jak wprowadzenie niklu może wzmocnić tradycyjne stale. Prezentacja Riley zaowocowała rosnącą świadomością korzystnych właściwości stopowych niklu i zbiegła się z odkryciem dużych złóż niklu w Nowej Kaledonii i Kanadzie.

Na początku XX wieku odkrycie złóż rudy w Rosji i Afryce Południowej umożliwiło produkcję niklu na dużą skalę. Niedługo potem I i II wojna światowa spowodowały znaczny wzrost zapotrzebowania na stal, aw konsekwencji na nikiel.

Produkcja

Nikiel jest przede wszystkim ekstrahowany z siarczków niklu, pentlandytu, pirotytu i millerytu, które zawierają około 1% niklu, oraz z zawierających żelazo rud laterytowych limonitu i garnierytu, które zawierają około 4% niklu. Rudy niklu wydobywa się w 23 krajach, a nikiel wytapia się w 25 różnych krajach.

Proces oddzielania niklu w dużym stopniu zależy od rodzaju rudy. Siarczki niklu, takie jak te znalezione w Tarczy Kanadyjskiej i na Syberii, są zazwyczaj znajdowane głęboko pod ziemią, co powoduje, że ich wydobycie jest pracochłonne i kosztowne. Jednak proces separacji tych rud jest znacznie tańszy niż w przypadku odmian laterytycznych, takich jak te występujące w Nowej Kaledonii. Ponadto siarczki niklu często mają tę zaletę, że zawierają zanieczyszczenia innych cennych pierwiastków, które można ekonomicznie oddzielić.

Rudy siarczkowe można oddzielać za pomocą flotacji pianowej oraz procesów hydrometalurgicznych lub magnetycznych, aby wytworzyć kamień niklowy i tlenek niklu. Te produkty pośrednie, które zwykle zawierają 40-70% niklu, są następnie poddawane dalszej obróbce, często w procesie Sherritta-Gordona.

Proces Mond (lub karbonyl) jest najpowszechniejszą i najskuteczniejszą metodą obróbki siarczku niklu. W tym procesie siarczek jest traktowany wodorem i podawany do pieca do odparowywania. Tutaj spotyka tlenek węgla w temperaturze około 140F ° (60C ° ) z wytworzeniem gazowego karbonylku niklu. Gazowy karbonyl niklu rozkłada się na powierzchni wstępnie ogrzanych granulek niklu, które przepływają przez komorę grzewczą, aż osiągną pożądany rozmiar. W wyższych temperaturach proces ten można wykorzystać do wytworzenia proszku niklowego.

Natomiast rudy laterytowe są zwykle wytapiane metodami pirometalicznymi ze względu na wysoką zawartość żelaza. Rudy laterytowe mają również wysoką zawartość wilgoci (35-40%), co wymaga suszenia w piecu obrotowym. Wytwarza tlenek niklu, który jest następnie redukowany za pomocą pieców elektrycznych w temperaturach pomiędzy 2480-2930 F° (1360-1610 C°) i ulatniany w celu wytworzenia niklu metalicznego klasy I i siarczanu niklu.

Ze względu na naturalnie występujące w rudach laterytowych żelazo, produktem końcowym większości hut pracujących z takimi rudami jest żelazonikiel, który może być wykorzystany przez producentów stali po usunięciu zanieczyszczeń krzemowych, węglowych i fosforowych.

Według krajów największymi producentami niklu w 2010 r. były Rosja, Kanada, Australia i Indonezja. Najwięksi producenci niklu rafinowanego to Norilsk Nickel, Vale S.A. i Jinchuan Group Ltd. Obecnie tylko niewielki procent niklu jest produkowany z materiałów pochodzących z recyklingu.​

Aplikacje

Nikiel jest jednym z najczęściej używanych metali na świecie. Według Instytutu Niklu metal jest używany w ponad 300 000 różnych produktów. Najczęściej występuje w stale i stopów metali, ale znajduje również zastosowanie w produkcji baterii i trwałych magnesy .

Stal nierdzewna
Około 65% całego wyprodukowanego niklu trafia do stali nierdzewnej.

Stale austenityczne to niemagnetyczne stale nierdzewne, które zawierają wysoki poziom chrom i niklu oraz niski poziom węgla. Ta grupa stali — sklasyfikowana jako nierdzewne serii 300 — jest ceniona za swoją odkształcalność i odporność na korozję. Stale austenityczne są najczęściej stosowanym gatunkiem stali nierdzewnej.

Zakres stali austenitycznych zawierających nikiel jest zdefiniowany przez ich sześcienną strukturę krystaliczną (FCC), która ma po jednym atomie w każdym rogu sześcianu i po jednym w środku każdej powierzchni. Ta struktura ziaren tworzy się, gdy do stopu dodaje się wystarczającą ilość niklu (osiem do dziesięciu procent w standardowym stopie stali nierdzewnej 304).

Źródła

_{Ulica, Artur. & Alexander, W.O., 1944. Metale w służbie człowieka . Wydanie 11 (1998).
USGS. Podsumowania surowców mineralnych: nikiel (2011).
Źródło: http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/nickel/
Encyklopedia Britannica. Nikiel.
Źródło: http://www.britannica.com/EBchecked/topic/414238/nickel-Ni
Profil metalowy: nikiel}