Никель — металл невезучий.
Содержание
История несчастливой руды
В описании горняками и шахтерами для металла не нашлось ни одного доброго слова:
- Nicolaus («хитрый бездельник»). Так звали злого духа гор в немецкой мифологии.
- Nickel — озорник.
- Никкел — в языке горняков ругательство. Добытчики часто ошибались, принимая красный никелевый колчедан за медную руду. Разозленные шахтеры назвали руду-обманщицу купферникель (Kupfernickel).
Свойства «хитрого бездельника»
Ну, чем же нехорош никель? Свойствам его позавидует любой металл:
- жаропрочность;
- устойчивость против коррозии (в том числе в агрессивных средах);
- никель красив — он имеет серебристо-белый цвет с легким золотистым оттенком, к тому же блестит;
- существенный недостаток — металл дорогой.
Наш сегодняшний герой — химический элемент с атомным номером 28. В таблице Менделеева он устроился в 10 группе четвертого периода (по устаревшей классификации это побочная подгруппа VIII группы). Кто знает химию, сразу его назовет Niccolum, или узнает по обозначению Ni. Никель — это переходный металл, ковкий, пластичный.
Это один из четырех элементов, кроме железа, кобальта и гадолиния (редкоземельный металл), которые проявляют магнитные свойства при нормальных условиях.
Некоторые характеристики металла:
Свойство | Значение |
Плотность | 8,902 г/см³ |
Кристаллическая структура | Гранецентрированная, кубическая |
Температура плавления | 1453°С |
Температура кипения | 2732°С |
Атомная (молярная) масса | 58,7 г/моль |
Степени окисления | 0, +2, +3 |
Химическая активность у металла средняя. В порошкообразном состоянии способен воспламениться на открытом воздухе.
Ищем никель по всему свету
Металл занимает пятое место по распространенности на Земле.
Геологи оценивают запасы никелевых руд в мире в 130-200 миллионов тонн.
Добыча ведется как открытым, так и подземным способами.
Извлекают эти руды в 22 странах; крупнейшие месторождения в странах:
- Канада (провинция Онтарио);
- Австралия (штат Западная Австралия);
- Индонезия (3 карьера, но все принадлежат государству);
- Новая Каледония (5 карьеров; три из них принадлежат французской фирме).
Потребляют металл в основном пять стран:
- Китай;
- Япония;
- США;
- Германия;
- Тайвань.
Эти страны потребляют больше половины произведенного никеля.
Никелевые руды
Происхождением наш герой из магматических сульфидных медно-никелевых месторождений, кор выветривания — силикатных никелевых руд.
В состав медно-никелевых месторождений входят:
- халькопирит;
- пирротин;
- гарниерит;
- пирит;
- ревдинскит;
- магнетит;
- никелин;
- миллерит и другие минералы.
Силикатные никелевые руды можно разделить на железистые, с повышенным содержанием кобальта, и магнезиальные — в них больше никеля.
Получение никеля из руды
Технологические схемы переработки никелевых руд определяются их типом и особенностями химического состава.
Этапы производства никеля из сульфидных медно-никелевых руд:
- Подготовка руды.
- Плавка на штейн.
- Конвертирование штейна для получения медно-никелевого файнштейна.
- Разделение никеля и меди файнштейна.
- Обжиг чернового концентрата никеля для получения бинарного оксида никеля.
- Восстановительная плавка.
От кастрюли до АЭС
Применение никеля в современном мире разнообразно. Львиная доля добытого в мире металла уходит на производство сплавов, легированной стали.
В чистом виде наш герой наносится на поверхности в качестве средства от ржавчины. Еще из него делают тигли, приборы, котлы с высокими антикоррозионными свойствами.
Никелевые сплавы используют для изготовления красивой, блестящей посуды. Секрет фирмы «Цептер» (Zepter) в металле, из которого делают такие удобные и симпатичные кастрюльки. Формула цептеровской нержавейки — 18 частей хрома, 10 частей никеля. Посуда хороша, плюсов много, минус один — цена…
Никельсодержащие сплавы применяют в производстве емкостей для хранения пищевых продуктов, химических веществ, эфирных масел.
Аккумуляторные электроды в щелочных батареях — тоже никель.
Оборудование для АЭС, ракетная техника, реактивная авиация не смогут обойтись без «озорника» и его сплавов.
Про Франца-Иосифа, аллергию и зубные протезы
Многие новооткрытые металлы поначалу стоили очень дорого. Позволить себе изделия из таких металлов могли только очень богатые люди. Франц-Иосиф, император Австро-Венгрии, ел из никелевой посуды, на зависть прочим царям-королям. Бум на редкий металл прошел, а император вдруг заболел. Лейб-медики причины болезни найти не смогли, и вину за болезнь свалили на никель. Бедный металл законодательно изгнали из кухонь.
Прошло время, металл реабилитировали. А Франц-Иосиф благополучно выздоровел, пережил всех горе-лекарей, и просидел на троне аж 68 лет.
Он вредный или нет?
Много писали о вредности никелевых сплавов. Аллергенные они, не носите украшения с никелем. Мало кто знает, что никель в организме человека занимается регулированием гормональной системы, активно участвует в работе клеточных элементов — РНК, ДНК, белка. Металл участвует в синтезе гемоглобина, в кроветворении.
Да, есть индивидуальная непереносимость, аллергия. Но ведь аллергенов вокруг тысячи. Проявилась такая беда — не носите украшения, в состав сплавов которых входит никель. Некорректно говорить, что этот металл опасен, если он входит в состав нашего организма.
В стоматологии для имплантов используют никелид титана. Западные фирмы внедряют новые материалы, при этом обругивая старые — надо же набирать новых потребителей продукции. В США никелевые сплавы для зубопротезирования применялись и в армии, и в детской стоматологии, а это для американцев — святое. Вредных компонентов никогда не стали бы использовать.
Никелевые сплавы
Сплавы металлов с никелем — это суперсплавы. Добавка «вредного духа» в металлы существенно улучшает их качества.
В состав сплавов может входить марганец, медь, алюминий, титан, молибден, вольфрам.
Всех сплавов с никелем не перечесть, назовем некоторые:
- Латунь, давно известная людям. Римляне называли ее «орихалк».
- Нихром. Главное достоинство — жаропрочность, применяют в оборудовании и деталях, где необходимо это свойство.
- Пермаллой. Используют для экранирования при МРТ-исследованиях, в электронных микроскопах, микросхемах.
- Мельхиор. Спектр использования — от ложек и вилок на обеденном столе, недорогой ювелирки до морских лодок и терморегуляторов.
- Инконель «узурпировало» ракетостроение. Жаропрочность у сплава превосходная.
- Платинит. Несмотря на название, платиной там и не пахнет. А лакомое свойство — коэффициент линейного расширения, очень близок к платиновому. Потому там, где возможно, дорогущая платина заменяется дешевым платинитом.
- Монель-металл. Авиа- и судостроение, химическая и нефтяная промышленности, и просто оправы очков.
Сколько стоит «озорной дух»
Цена за тонну металла на Лондонской бирже металлов составила 12 762 долларов США.