Niķeļa metāla profils

Olafs Loose/E+/Getty Images

Niķelis ir spēcīgs, spīdīgs, sudrabaini balts metāls, kas ir mūsu ikdienas dzīves pamatelements un ir atrodams it visā, sākot no baterijām, kas darbina mūsu televizora tālvadības pultis, līdz nerūsējošajam tēraudam, ko izmanto mūsu virtuves izlietņu izgatavošanai.

Īpašības

• Atomu simbols: Jā
• Atomu skaits: 28
• Elementa kategorija: Pārejas metāls
• Blīvums: 8,908 g/cm³
• Kušanas temperatūra: 2651 °F (1455 °C)
• Vārīšanās temperatūra: 5275 °F (2913 °C)
• Moha cietība: 4,0

Raksturlielumi

Tīrs niķelis reaģē ar skābekli, un tāpēc tas ir reti sastopams uz zemes virsmas, neskatoties uz to, ka tas ir piektais visizplatītākais elements uz mūsu planētas (un uz tās). Kombinācijā ar dzelzs , niķelis ir ārkārtīgi stabils, kas izskaidro gan tā sastopamību dzelzi saturošās rūdās, gan tā efektīvu izmantošanu kombinācijā ar dzelzi nerūsējošā tērauda ražošanā.

Niķelis ir ļoti spēcīgs un izturīgs pretkorozija, padarot to par lielisku metāla stiprināšanai sakausējumi . Tas ir arī ļoti elastīgs un kaļams , īpašības, kas ļauj tā daudzos sakausējumus veidot stieplēs, stieņos, caurulēs un loksnēs.

Vēsture

Barons Aksels Fredriks Kronšteds pirmo reizi ieguva tīru niķeli 1751. gadā, taču bija zināms, ka tas pastāv daudz agrāk. Ķīniešu dokumentos aptuveni 1500. g.pmē. ir atsauce uz “balto varu” ( ēsma ), kas, ļoti iespējams, bija niķeļa un sudraba sakausējums. Piecpadsmitā gadsimta vācu kalnrači, kuri uzskatīja, ka var iegūt varu no niķeļa rūdām Saksijā, metālu dēvēja par kupfernickel , 'velna varš', daļēji tāpēc, ka viņi mēģina iegūt varu no rūdas, bet, iespējams, daļēji arī tāpēc, ka rūdas augstais arsēna saturs rada ietekmi uz veselību.

1889. gadā Džeimss Railijs sniedza prezentāciju Lielbritānijas Dzelzs un tērauda institūtam par to, kā niķeļa ieviešana varētu stiprināt tradicionālos tēraudus. Railija prezentācijas rezultātā pieauga 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 plašā mērogā ražot niķeli. Neilgi pēc Pirmā pasaules kara un Otrā pasaules kara ievērojami palielinājās tērauda un līdz ar to arī pieprasījums pēc niķeļa.

Ražošana

Niķeli galvenokārt iegūst no niķeļa sulfīdiem pentlandīta, pirotīta un millerīta, kas satur aptuveni 1% niķeļa, un dzelzi saturošām laterīta rūdām limonītu un garnierītu, kas satur apmēram 4% niķeļa. Niķeļa rūdas tiek iegūtas 23 valstīs, bet niķelis tiek kausēts 25 dažādās valstīs.

Niķeļa atdalīšanas process ir ļoti atkarīgs no rūdas veida. Niķeļa sulfīdi, piemēram, tie, kas atrodami Kanādas vairogā un Sibīrijā, parasti atrodas dziļi pazemē, padarot tos darbietilpīgus un dārgus ieguvi. Tomēr šo rūdu atdalīšanas process ir daudz lētāks nekā laterīta šķirnei, piemēram, Jaunkaledonijā. Turklāt niķeļa sulfīdiem bieži ir priekšrocība, ka tie satur citu vērtīgu elementu piemaisījumus, kurus var ekonomiski atdalīt.

Sulfīda rūdas var atdalīt, izmantojot putu flotāciju un hidrometalurģiskus vai magnētiskus procesus, lai izveidotu niķeļa matējumu un niķeļa oksīdu. Šie starpprodukti, kas parasti satur 40–70% niķeļa, pēc tam tiek tālāk apstrādāti, bieži izmantojot Šerita-Gordona procesu.

Monda (vai karbonila) process ir visizplatītākā un efektīvākā niķeļa sulfīda apstrādes metode. Šajā procesā sulfīdu apstrādā ar ūdeņradi un ievada iztvaikošanas krāsnī. Šeit tas sastopas ar oglekļa monoksīdu aptuveni 140 F temperatūrā ° (60C ° ), veidojot niķeļa karbonilgāzi. Niķeļa karbonilgāze sadalās uz iepriekš uzkarsētu niķeļa granulu virsmas, kas plūst cauri siltuma kamerai, līdz tās sasniedz vēlamo izmēru. Augstākā temperatūrā šo procesu var izmantot niķeļa pulvera veidošanai.

Turpretim laterītas rūdas parasti kausē ar pirometāliskām metodēm, jo ​​tajās ir augsts dzelzs saturs. Laterīta rūdām ir arī augsts mitruma saturs (35-40%), kas jāžāvē rotācijas krāsns krāsnī. Tas ražo niķeļa oksīdu, kas pēc tam tiek reducēts, izmantojot elektriskās krāsnis, temperatūrā no 2480-2930 F° (1360-1610 C°), un iztvaiko, lai iegūtu I klases niķeļa metālu un niķeļa sulfātu.

Tā kā laterīta rūdās ir dabiski sastopams dzelzs saturs, lielākā daļa kausēšanas iekārtu, kas strādā ar šādām rūdām, ir feroniķelis, ko tērauda ražotāji var izmantot pēc silīcija, oglekļa un fosfora piemaisījumu noņemšanas.

Pa valstīm lielākie niķeļa ražotāji 2010. gadā bija Krievija, Kanāda, Austrālija un Indonēzija. Lielākie rafinētā niķeļa ražotāji ir Norilsk Nickel, Vale S.A. un Jinchuan Group Ltd. Pašlaik tikai neliela daļa niķeļa tiek ražota no pārstrādātiem materiāliem.​

Lietojumprogrammas

Niķelis ir viens no visplašāk izmantotajiem metāliem uz planētas. Saskaņā ar Niķeļa institūta datiem metāls tiek izmantots vairāk nekā 300 000 dažādu produktu. Visbiežāk tas ir atrodams tēraudi un metālu sakausējumi, bet to izmanto arī akumulatoru un pastāvīgo ražošanā magnēti .

Nerūsējošais tērauds
Apmēram 65% no visa saražotā niķeļa nonāk nerūsējošajā tēraudā.

Austenīta tēraudi ir nemagnētiski nerūsējošie tēraudi, kas satur lielu daudzumu hroms un niķelis, un zems oglekļa līmenis. Šī tēraudu grupa, kas klasificēta kā 300. sērijas nerūsējošais tērauds, tiek novērtēta to formējamības un izturības pret koroziju dēļ. Austenīta tērauds ir visplašāk izmantotā nerūsējošā tērauda marka.

Niķeli saturošo nerūsējošā tērauda austenīta diapazonu nosaka to seju centrētā kubiskā (FCC) kristāla struktūra, kurā ir viens atoms katrā kuba stūrī un viens katras virsmas vidū. Šī graudu struktūra veidojas, ja sakausējumam tiek pievienots pietiekams daudzums niķeļa (no astoņiem līdz desmit procentiem standarta 304 nerūsējošā tērauda sakausējumā).

Avoti

_{Iela, Artūrs. un Aleksandrs, W. O., 1944. Metāli kalpošanā cilvēkam . 11. izdevums (1998).
USGS. Minerālu preču 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}