Le nickel est le nom d'un élément chimique. Aliments riches en nickel

NICKEL, Ni, un élément chimique du groupe VIII du tableau périodique, appartenant à la triade dite. métaux ferreux (Fe, Co, Ni). Poids atomique 58,69 (2 isotopes sont connus avec des poids atomiques 58 et 60) ; numéro de série 28 ; La valence habituelle du Ni est 2, plus rarement 4, 6 et 8. Dans la croûte terrestre, le nickel est plus abondant que le cobalt, représentant environ 0,02 % en poids. A l'état libre, le nickel se retrouve uniquement dans le fer météorique (parfois jusqu'à 30 %) ; dans les formations géologiques, il est contenu exclusivement sous forme de composés - oxygène, soufre, arsenic, silicates, etc. (voir Minerais de nickel).

Propriétés du nickel. Le nickel pur est un métal blanc argenté avec une forte brillance qui ne se décolore pas lorsqu'il est exposé à l'air. Il est dur, réfractaire et facile à polir ; en l'absence d'impuretés (notamment le soufre), il est très souple, malléable et malléable, capable d'être roulé en feuilles très fines et tréfilé en fil d'un diamètre inférieur à 0,5 mm. La forme cristalline du nickel est le cube. Densité spécifique 8,9 ; les produits moulés ont une densité spécifique d'environ 8,5 ; rouler, il pourrait. augmenté à 9,2. Dureté Mohs ~5, Brinell 70. Résistance ultime à la traction 45-50 kg/mm ​​​​2, avec allongement 25-45 % ; Module d'Young E 20 = (2,0-2,2)x10 6 kg)cm 2 ; module de cisaillement 0,78 10 6 kg/cm 2 ; Coefficient de Poisson μ =0,3 ; compressibilité 0,52.10 -6 cm 2 /kg; le point de fusion du nickel, selon les dernières définitions les plus précises, est de 1455°C ; le point d'ébullition est compris entre 2900 et 3075°C.

Coefficient linéaire de dilatation thermique 0,0000128 (à 20°C). Capacité thermique : spécifique 0,106 cal/g, atomique 6,24 cal (à 18°C) ; chaleur de fusion 58,1 cal/g ; conductivité thermique 0,14 cal cm/cm 2 sec. °C (à 18°C). Vitesse de transmission du son 4973,4 m/sec. La résistivité électrique du nickel à 20°C est de 6,9-10 -6 Ω-cm avec un coefficient de température de (6,2-6,7)·10 -3. Le nickel appartient au groupe des substances ferromagnétiques, mais ses propriétés magnétiques sont inférieures à celles du fer et du cobalt ; pour le nickel à 18°C ​​​​la limite de magnétisation est J m = 479 (pour le fer J m = 1706) ; point Curie 357,6°C; la perméabilité magnétique du nickel lui-même et de ses ferroalliages est importante (voir ci-dessous). Aux températures ordinaires, le nickel est assez résistant aux influences atmosphériques ; l'eau et les alcalis, même chauffés, n'ont aucun effet sur lui. Le nickel se dissout facilement dans l'acide nitrique dilué avec libération d'hydrogène et est beaucoup plus difficile à dissoudre dans HCl, H 2 SO 4 et HNO 3 concentré. Lorsqu'il est chauffé à l'air, le nickel s'oxyde à partir de la surface, mais seulement jusqu'à une faible profondeur ; lorsqu'il est chauffé, il se combine facilement avec les halogénures, le soufre, le phosphore et l'arsenic. Les qualités commerciales de nickel métallique sont les suivantes : a) le nickel métallurgique ordinaire, obtenu par réduction de ses oxydes à l'aide de charbon, contient généralement de 1,0 à 1,5 % d'impuretés ; b) le nickel malléable, obtenu à partir du précédent par refusion avec addition d'environ 0,5 % de magnésium ou de manganèse, contient un mélange de Mg ou de Mn et ne contient presque pas de soufre ; c) le nickel préparé selon la méthode Mond (via le nickel carbonyle) est le produit le plus pur (99,8-99,9% Ni). Les impuretés courantes dans le nickel métallurgique sont : le cobalt (jusqu'à 0,5 %), le fer, le cuivre, le carbone, le silicium, les oxydes de nickel, le soufre et les gaz occlus. Toutes ces substances, à l'exception du soufre, ont peu d'effet sur les propriétés techniques du nickel, réduisant seulement sa conductivité électrique et augmentant légèrement sa dureté. Le soufre (présent sous forme de sulfure de nickel) réduit fortement la malléabilité et la résistance mécanique du nickel, notamment à des températures élevées, ce qui est perceptible même lorsqu'il contient<0,005% S. Вредное влияние серы объясняется тем, что сульфид никеля, растворяясь в металле, дает хрупкий и низкоплавкий (температура плавления около 640°С) твердый раствор, образующий прослойки между кристаллитами чистого никеля.

Applications du nickel. La majeure partie du nickel métallurgique est utilisée pour la production de ferronickel et d'acier au nickel. Un grand consommateur de nickel est également la production de divers alliages spéciaux (voir ci-dessous) pour l'industrie électrique, la construction mécanique et la fabrication d'équipements chimiques ; Ce domaine d'application du nickel a montré une tendance croissante ces dernières années. Les appareils et ustensiles de laboratoire (creusets, tasses), la cuisine et la vaisselle sont préparés à partir de nickel malléable. De grandes quantités de nickel sont utilisées pour le nickelage de produits en fer, en acier et en cuivre ainsi que dans la production de batteries électriques. Les électrodes de lampe pour équipements radio sont fabriquées à partir de nickel chimiquement pur. Enfin, le nickel pur réduit sous forme de poudre est le catalyseur le plus couramment utilisé pour toutes sortes de réactions d'hydrogénation (et de déshydrogénation), par exemple dans l'hydrogénation de graisses, d'hydrocarbures aromatiques, de composés carbonylés, etc.

Alliages de nickel . La composition qualitative et quantitative des alliages de nickel utilisés est très diversifiée. Les alliages de nickel avec le cuivre, le fer et le chrome (plus récemment également avec l'aluminium) sont d'une importance technique - souvent avec l'ajout d'un troisième métal (zinc, molybdène, tungstène, manganèse, etc.) et avec une certaine teneur en carbone ou en silicium. . La teneur en nickel de ces alliages varie de 1,5 à 85 %.

Alliages Ni-Cu former une solution solide à n’importe quel rapport de composants. Ils résistent aux alcalis, au H 2 SO 4 dilué et au chauffage jusqu'à 800°C ; leurs propriétés anticorrosion augmentent avec l'augmentation de la teneur en Ni. Les coquilles de balles sont fabriquées à partir d'un alliage de 85 % Cu + 15 % Ni, et les petites pièces de monnaie sont fabriquées à partir d'un alliage de 75 % Cu + 25 % Ni. Les alliages contenant 20 à 40 % de Ni sont utilisés pour la fabrication de tuyaux dans les unités de condensation ; les mêmes alliages sont utilisés pour garnir les tables des cuisines et des buffets et pour réaliser des décorations ornementales estampées. Les alliages contenant 30 à 45 % de Ni sont utilisés pour la production de fils rhéostatiques et de résistances électriques standards ; Cela inclut, par exemple, le nickel et le constantan. Les alliages Ni-Cu à haute teneur en Ni (jusqu'à 70 %) se caractérisent par une résistance chimique élevée et sont largement utilisés dans la construction d'appareils et de machines. Le métal Monel est le plus largement utilisé.

Alliages Ni-Cu-Zn assez résistant aux acides organiques (acétique, tartrique, lactique) ; avec une teneur d'environ 50 % de cuivre, ils sont collectivement appelés maillechort. L'alliage de quincaillerie ambarak riche en cuivre contient 20 % de Ni, 75 % de Cu et 5 % de Zn ; En termes de stabilité, il est inférieur au métal Monel. Les alliages tels que le bronze ou le laiton contenant du nickel sont parfois également appelés bronze au nickel.

Alliages Ni-Cu-Mn, contenant 2 à 12 % de Ni, appelé manganine, sont utilisés pour les résistances électriques ; dans les instruments de mesure électriques, un alliage de 45 à 55 % de Ni, 15 à 40 % de Mn et 5 à 40 % de Cu est utilisé.

Alliages Ni-Cu-Cr résistant aux alcalis et aux acides, à l'exception du HCl.

Alliages Ni-Cu-W ont récemment acquis une grande importance en tant que matériaux précieux résistants aux acides pour les équipements chimiques ; avec une teneur de 2 à 10 % W et pas plus de 45 % Cu, ils sont bien roulés et très résistants au H 2 SO 4 chaud. L'alliage de la composition présente les meilleures qualités : 52% Ni, 43% Cu, 5% W ; Une petite quantité de Fe est acceptable.

Alliages Ni-Cr. Le chrome se dissout dans le nickel jusqu'à 60 %, le nickel dans le chrome jusqu'à 7 % ; dans les alliages de composition intermédiaire, il existe des réseaux cristallins des deux types. Ces alliages résistent à l'air humide, aux alcalis, aux acides dilués et au H 2 SO 4 ; avec une teneur de 25 % Cr ou plus, ils sont également résistants au HNO 3 ; l'ajout d'environ 2 % d'Ag les rend faciles à rouler. A 30% de nickel, l'alliage Ni-Cr est totalement dépourvu de propriétés magnétiques. Un alliage contenant 80-85% de Ni et 15-20% de Cr, ainsi qu'une résistance électrique élevée, est très résistant à l'oxydation à haute température (résiste à un chauffage jusqu'à 1200°C) ; il est utilisé dans les fours à résistance électrique et les appareils de chauffage domestique (fers à repasser électriques, braseros, poêles). Aux États-Unis, les tuyaux coulés pour hautes pressions sont fabriqués à partir de Ni-Cr, utilisé dans les équipements des usines.

Alliages Ni-Mo Ils ont une résistance élevée aux acides (> 15 % Mo), mais ne se sont pas répandus en raison de leur coût élevé.

Alliages Ni-Mn(avec 1,5-5,0 % de Mn) résistant aux alcalis et à l'humidité ; leur application technique est limitée.

Alliages Ni-Fe former une série continue de solutions solides ; ils forment un groupe important et techniquement important ; selon leur teneur en carbone, ils sont soit en acier, soit en fonte. Les nuances conventionnelles d'acier au nickel (structure perlite) contiennent 1,5 à 8 % de Ni et 0,05 à 0,50 % de C. L'additif au nickel rend l'acier très résistant et augmente considérablement sa limite élastique et sa résistance aux chocs en flexion sans affecter la ductilité et la soudabilité. Les pièces de machines critiques sont préparées à partir d'acier au nickel, telles que les arbres de transmission, les essieux, les broches, les essieux, les embrayages à engrenages, etc., ainsi que de nombreuses pièces de structures d'artillerie ; acier avec 4-8% Ni et<0,15% С хорошо поддается цементации. Введение никеля в чугуны(>1,7% C) favorise la libération du carbone (graphite) et la destruction de la cémentite ; Le nickel augmente la dureté de la fonte, sa résistance à la traction et à la flexion, favorise une répartition uniforme de la dureté dans les pièces moulées, facilite l'usinage, confère un grain fin et réduit la formation de vides dans les pièces moulées. Fonte nickelée utilisé comme matériau résistant aux alcalis pour les équipements chimiques ; Les fontes les plus adaptées à cet effet contiennent 10 à 12 % de Ni et ~1 % de Si. Les alliages de type acier avec une teneur plus élevée en nickel (25-46 % Ni à 0,1-0,8 % C) ont une structure austénitique ; ils sont très résistants à l'oxydation, à l'action des gaz chauds, des alcalis et de l'acide acétique, ont une résistance électrique élevée et un très faible coefficient de dilatation. Ces alliages sont presque non magnétiques ; lorsque la teneur en Ni est comprise entre 25 et 30 %, ils perdent complètement leurs propriétés magnétiques ; leur perméabilité magnétique (dans les champs de faible intensité) augmente avec l'augmentation de la teneur en nickel et en m.b. encore amélioré par un traitement thermique spécial. Les alliages de cette catégorie comprennent : a) le ferronickel (25 % Ni à 0,3-0,5 % C), utilisé pour la fabrication de vannes motorisées et d'autres pièces de machines fonctionnant à des températures élevées, ainsi que des pièces non magnétiques de machines électriques et des fils rhéostatiques. ; b) invar; c) le platine (46 % Ni à 0,15 % C) est utilisé dans les lampes électriques à la place du platine pour souder les fils dans le verre. L'alliage Permalloy (78% Ni à 0,04% C) a une perméabilité magnétique μ = 90000 (dans un champ de 0,06 gauss) ; limite de magnétisation I m = 710. Certains alliages de ce type sont utilisés dans la fabrication de câbles électriques sous-marins.

Alliages Ni-Fe-Cr- également un groupe technique très important. Acier chrome-nickel, utilisé dans la construction mécanique et de moteurs, contient généralement 1,2 à 4,2 % de Ni, 0,3 à 2,0 % de Cr et 0,12 à 0,33 % de C. En plus d'une viscosité élevée, il présente également une dureté et une résistance à l'usure significatives ; la résistance temporaire à la traction, selon la nature du traitement thermique, est comprise entre 50 et 200 kg/mm² ; est utilisé pour la fabrication de vilebrequins et d'autres pièces de moteurs à combustion interne, de pièces de machines-outils et de machines, ainsi que de blindages d'artillerie. Afin d'augmenter la dureté, une grande quantité de chrome (de 10 à 14 %) est introduite dans l'acier des aubes de turbine à vapeur. Les aciers chrome-nickel contenant >25% Ni résistent bien à l'action des gaz chauds et ont une fluidité minimale : ils peuvent être soumis à des forces importantes à des températures élevées (300-400°C) sans présenter de déformations résiduelles ; utilisé pour la fabrication de vannes pour moteurs, de pièces de turbines à gaz et de convoyeurs pour installations à haute température (par exemple, fours de recuit de verre). Les alliages Ni-Fe-Cr contenant > 60 % de Ni sont utilisés pour la fabrication de pièces de machines moulées et de pièces à basse température d'appareils de chauffage électriques. En tant que matériaux de quincaillerie, les alliages Ni-Fe-Cr ont des propriétés anticorrosion élevées et sont assez résistants au HNO 3. Dans la fabrication d'appareils chimiques, on utilise de l'acier au chrome-nickel, contenant 2,5 à 9,5 % de Ni et 14 à 23 % de Cr à 0,1 à 0,4 % de C ; il est presque amagnétique, résistant au HNO 3, à l'ammoniac chaud et à l'oxydation à haute température ; L'additif Mo ou Cu augmente la résistance aux gaz acides chauds (SO 2 , HCl) ; L'augmentation de la teneur en Ni augmente l'usinabilité de l'acier et sa résistance au H2SO4, mais réduit sa résistance au HNO3. Cela inclut les aciers inoxydables Krupp (V1M, V5M) et aciers résistants aux acides(V2A, V2H…) ; Leur traitement thermique consiste en un chauffage à ~ 1170°C et une trempe dans l'eau. Utilisé comme matériau résistant aux alcalis fonte nickel-chrome(5-6% Ni et 5-6% Cr avec une teneur >1,7% C). L'alliage nichrome, contenant 54 à 80 % de Ni, 10 à 22 % de Cr et 5 à 27 % de Fe, parfois avec l'ajout de Cu et de Mn, résiste à l'oxydation à des températures allant jusqu'à 800°C et est utilisé dans les appareils de chauffage (parfois du même nom désignent les alliages Ni-Cr décrits ci-dessus et ne contenant pas de Fe).

Alliages Ni-Fe-Mo ont été proposés comme matériel informatique. Un alliage de 55 à 60 % de Ni, 20 % de Fe et 20 % de Mo présente la résistance aux acides et les propriétés anticorrosion les plus élevées lorsqu'il contient< 0,2% С; присадка небольшого количества V еще более повышает кислотоупорность; Мn м. б. вводим в количестве до 3%. Сплав вполне устойчив по отношению к холодным кислотам (НСl, H 2 SO 4), за исключением HNO 3 , и к щелочам, но разрушается хлором и окислителями в присутствии кислот; он имеет твердость по Бринеллю >200, bien laminé, forgé, coulé et traité sur machines.

Alliages Ni-Fe-Cu utilisé dans les équipements chimiques (acier avec 6-11% Ni et 16-20% Cu).

Alliages Ni-Fe-Si. Pour construire des équipements résistants aux acides, on utilise des aciers au silicium-nickel de la marque Durimet, contenant 20 à 25 % de Ni (ou Ni et Cr dans un rapport de 3 : 1) et ~ 5 % de Si, parfois avec l'ajout de Cu. Ils résistent aux acides froids et chauds (H 2 SO 4, HNO 3, CH 3 COOH) et aux solutions salines, moins résistants au HCl ; Se prête à l'usinage à chaud et à froid.

En alliages Ni-AI il se produit la formation d'un composé chimique AINi, dissolvant en excès l'un des composants de l'alliage.

Les alliages basés sur ce système commencent à acquérir une importance technique. Ni-AI-Si. Ils se sont révélés très résistants au HNO 3 et au H 2 SO 4 froid et chaud, mais ils sont quasiment impossibles à usiner. Tel est par exemple un nouvel alliage résistant aux acides pour produits coulés, contenant environ 85 % de Ni, 10 % de Si et 5 % d'Al (ou Al + Cu) ; sa dureté Brinell est d'environ 360 (elle est réduite à 300 par recuit à 1050°C).

Métallurgie du nickel . Le principal domaine d'application du nickel est la production de qualités d'acier spéciales. Pendant la guerre de 1914-18. au moins 75 % de tout le nickel a été dépensé à cette fin ; dans des conditions normales ~65 %. Le nickel est également largement utilisé dans ses alliages avec des métaux non ferreux (non ferreux), ch. arr. avec du cuivre (~15%). La quantité restante de nickel est utilisée : pour la production d'anodes en nickel - 5 %, de nickel malléable - 5 % et de produits divers - 10 %.

Les centres de production de nickel se sont déplacés à plusieurs reprises d'une région du globe à une autre, ce qui s'explique par la présence de gisements de minerai fiables et la situation économique générale. La fusion industrielle du nickel à partir de minerais a commencé en 1825-26 à Falun (Suède), où du nickel contenant de la pyrite de soufre a été découvert. Dans les années 90 du siècle dernier, les gisements suédois étaient apparemment presque épuisés. Ce n'est que pendant la guerre de 1914-18, en raison de la demande accrue de nickel métallique, que la Suède a fourni plusieurs dizaines de tonnes de ce métal (maximum 49 tonnes en 1917). En Norvège, la production a commencé en 1847-50.

Le principal minerai ici était la pyrrhotite avec une teneur moyenne de 0,9 à 1,5 % de Ni. La production norvégienne à petite échelle (maximum - environ 700 tonnes par an pendant la guerre de 1914-18) se poursuit encore aujourd'hui. Au milieu du siècle dernier, le centre de l’industrie du nickel était concentré en Allemagne et en Autriche-Hongrie. Au début, elle reposait ici exclusivement sur les minerais d'arsenic de la Forêt-Noire et de Gladbach, et à partir de 1901, et surtout pendant la guerre de 1914-18, sur les minerais oxydés de Silésie (Frankenstein). Le développement des gisements de nickel en Nouvelle-Calédonie a commencé en 1877. Grâce à l'utilisation de ces minerais, la production mondiale de nickel en 1882 a atteint près de 1 000 tonnes. Le minerai extrait ici n'était traité localement qu'en quantités limitées, mais l'essentiel l'était. envoyé en Europe. Ce n'est que ces dernières années, en raison de l'augmentation des tarifs de transport, que hl. arr. mattes riches contenant 75 à 78 % de Ni, soit une quantité de nickel d'environ 5 000 tonnes par an. Actuellement, il est proposé d'obtenir du nickel métallique en Nouvelle-Calédonie, pour lequel la Nickel Society construit une usine de raffinage qui utilisera l'énergie électrique d'une centrale hydroélectrique sur la rivière Yate. L'industrie du nickel au Canada (Amérique du Nord) a débuté à la fin des années 1980. siècle dernier. Jusqu'à récemment, il y avait deux entreprises ici ; un anglais - Mond Nickel Co. et un autre américain - International Nickel Co. À la fin de 1928, les deux sociétés fusionnèrent pour former un puissant trust mondial appelé International Nickel Company of Canada, approvisionnant le marché avec environ 90 % de la production mondiale de nickel et exploitant des gisements situés près de la ville de Sedbury. Mond Nickel Co. fait fondre ses minerais dans une usine de Coniston en matte, qui est envoyée en Angleterre pour un traitement ultérieur dans une usine de Claydach. International Nickel Co. La matte fondue à l'usine de Conpercliffe est envoyée à l'usine de Port Colborne pour la production de métal. La production mondiale de nickel a atteint 40 000 tonnes ces dernières années.

Le traitement des minerais de nickel s'effectue exclusivement par voie sèche. Les méthodes hydrométallurgiques, recommandées à plusieurs reprises pour le traitement du minerai, n'ont pas encore trouvé d'application dans la pratique. Ces méthodes sont actuellement parfois appliquées uniquement au traitement de produits intermédiaires (mattes) obtenus à la suite du traitement à sec des minerais. L'utilisation de la voie sèche pour le traitement des minerais de nickel (tant soufrés qu'oxydés) se caractérise par la mise en œuvre du même principe de concentration progressive des composants précieux du minerai sous la forme de certains produits, qui sont ensuite transformés en métaux pour être extrait. La première étape de cette concentration des composants de mousse des minerais de nickel est réalisée par la fusion du minerai en matte. Dans le cas des minerais de soufre, ces derniers sont fondus à l'état brut ou prébrûlés dans des fours à cuve ou à flamme. Les minerais oxydés sont fondus dans des fours à cuve avec l'ajout de matériaux contenant du soufre à leur charge. Le minerai de fusion de la matte, le rostein, s'avère impropre à sa transformation directe en métaux précieux qu'il contient, en raison de leur concentration relativement faible dans ce produit. Compte tenu de cela, la matte de fusion du minerai est soumise à une concentration supplémentaire soit par cuisson suivie d'une fusion dans un four à cuve, soit par fusion oxydative au fond d'un four à flamme, ou dans un convertisseur. Ces fusions de matte contractiles ou de concentration, réalisées en pratique une ou plusieurs fois, ont pour but ultime d'obtenir la matte la plus pure et la plus concentrée (fin matte), constituée uniquement de sulfures de métaux précieux avec une certaine quantité de ces derniers dans un État libre. Les mattes finies obtenues en pratique sont de deux types selon leur composition. Lors du traitement des minerais oxydés de Nouvelle-Calédonie ne contenant pas d'autres métaux précieux que le nickel, la matte est un alliage de sulfure de nickel (Ni 3 S 2) avec une certaine quantité de nickel métallique. À la suite du traitement de minerais soufrés canadiens contenant à la fois du nickel et du cuivre, la matte résultante est un alliage de sulfures de cuivre et de nickel avec une certaine quantité de ces métaux à l'état libre. En fonction de la composition de la matte, sa transformation en métaux purs change également. Le plus simple est le traitement de la matte contenant uniquement du nickel ; le traitement de la matte de cuivre-nickel est plus difficile et peut réalisées de diverses manières. La transformation des minerais oxydés en matte avec des additifs soufrés (gypse) a été proposée par Garnieri en 1874. Le traitement de ces minerais à Frankenstein (Allemagne) a été réalisé comme suit. Au mélange de minerai contenant 4,75 % de Ni, 10 % de gypse ou 7 % d'anhydrite et 20 % de calcaire ont été ajoutés ; une certaine quantité de spath fluor a également été ajoutée ici. L'ensemble de ce mélange a été soigneusement mélangé, broyé puis pressé en briques qui, après séchage, ont été fondues dans un four à cuve avec une consommation de coke de 28 à 30 % du poids du minerai. La productivité quotidienne du four à cuve a atteint 25 tonnes de minerai. La section du four au niveau de la tuyère est de 1,75 m2 ; sa hauteur est de 5 m. La partie inférieure du puits, sur une hauteur de 2 m, était dotée de chemises d'eau. Les scories sont très acides ; 15 % de Ni y ont été perdus. Composition de Rostein : 30-31 % de Ni ; 48-50% Fe et 14-15% S. La matte a été granulée, broyée, cuite et fondue au cubilot dans un mélange avec 20% de quartz et à une consommation de coke de 12-14% du poids de la matte torréfiée. en une matte concentrée de composition moyenne suivante : 65% Ni, 15% Fe et 20% S. Cette dernière a été transformée en matte : 77,75% Ni, 21% S, 0,25-0,30% Fe et 0,15-0,20% Cu. La matte soigneusement broyée est cuite dans des fours à feu (avec ratissage manuel ou mécanique) jusqu'à ce que le soufre soit complètement éliminé. En fin de cuisson, une certaine quantité de NaNO 3 et Na 2 CO 3 est ajoutée à la masse cuite non seulement pour faciliter la combustion du soufre, mais aussi pour convertir l'As et Sb parfois présents dans la matte en antimoine et acide arsénique sels, qui sont ensuite lessivés de l'eau du produit calciné. Le NiO obtenu à la suite de la cuisson est soumis à une réduction, pour laquelle de l'oxyde de nickel est mélangé avec de la farine et de l'eau et à partir de la pâte obtenue, des cubes sont formés, qui sont ensuite chauffés dans des creusets ou des cornues. A la fin de la réduction, la température monte à 1250°C, ce qui favorise le soudage des particules individuelles de Ni réduit en une masse solide.

International Nickel Co. traite ses traces de minerais de soufre. arr. La fusion du minerai, selon sa taille, s'effectue soit dans des fours à cuve, soit dans des fours à flamme. Les minerais en morceaux sont pré-grillés en tas ; la durée de cuisson est de 8 à 10 mois. Le minerai grillé est fondu en mélange avec du minerai non grillé dans des fours à cuve. Aucun fondant n'est ajouté, puisque le minerai est auto-fondant. La consommation de coke représente 10,5 % du poids du mélange de minerai. Environ 500 tonnes de minerai sont fondues chaque jour dans le four. La matte de fusion du minerai est convertie en matte de haute qualité. Les scories du convertisseur sont en partie renvoyées au convertisseur et en partie vont dans la charge de fusion du minerai. La composition des minerais et produits est donnée dans le tableau :

Le minerai fin est grillé dans les fours Wedja jusqu'à une teneur en soufre de 10 à 11 %, puis fondu dans un four à flamme. Les scories de convertisseur contenant 79,5% (Cu + Ni), 20% S et 0,30% Fe sont traitées par le procédé Orford qui consiste à faire fondre de la matte en présence de Na 2 S. Ce dernier provoque un délaminage des produits de fusion en deux couches : celui du haut, représentant l'alliage Cu 2 S + Na 2 S, et celui du bas, contenant du sulfure de nickel presque pur. Chacune de ces couches est transformée en un métal correspondant. La couche supérieure contenant du cuivre, une fois Na 2 S séparée de celle-ci, est soumise à une conversion, et la couche inférieure, de nickel, est soumise à un grillage par chloration, à une lixiviation (et elle est libérée d'une certaine quantité de cuivre qu'elle contient ), et le résultat ainsi. L'oxyde de nickel est réduit. Une certaine quantité de matte de cuivre-nickel est soumise à un grillage par oxydation et à une fusion par réduction ultérieure en un alliage cuivre-nickel connu sous le nom de métal Monel.

Mond Nickel Co. enrichit ses minerais ; les concentrés obtenus sont soumis à un frittage sur des machines Dwight-Lloyd dont l'agglomérat est envoyé dans le four à cuve. La matte de fusion du minerai est convertie, la matte résultante est traitée selon la méthode Mond, pour laquelle la matte est concassée, cuite et lixiviée avec H 2 SO 4 pour éliminer la majeure partie du cuivre sous forme de CuSO 4 . Le résidu, contenant du NiO avec un peu de cuivre, est séché et introduit dans l'appareil, où il est réduit à 300°C avec de l'hydrogène (eau gazeuse). Le nickel réduit et finement broyé entre dans l'appareil suivant, où il est mis en contact avec du CO ; dans ce cas, il se forme du carbonate de nickel volatil - Ni(CO) 4, qui est transféré vers le troisième appareil, où la température est maintenue à 150°C. A cette température, Ni(CO) 4 se décompose en Ni et CO métalliques. Le nickel métallique obtenu contient 99,80 % de Ni.

Aux deux méthodes ci-dessus de production de nickel à partir de matte cuivre-nickel, il existe également la méthode Hybinette, qui permet d'obtenir du nickel par voie électrolytique. Le nickel électrolytique contient : 98,25 % de Ni ; 0,75 % de Co ; 0,03 % de Cu ; 0,50 % de Fe ; 0,10% C et 0,20% Pb.

La question de la production de nickel en URSS a une histoire centenaire. Déjà dans les années 20 du siècle dernier, des minerais de nickel étaient connus dans l'Oural ; À une certaine époque, les gisements de nickel de l'Oural, contenant environ 2 % de Ni, étaient considérés comme l'une des principales sources de matières premières pour l'industrie mondiale du nickel. Après la découverte de minerais de nickel dans l'Oural, M. Danilov, P. A. Demidov et G. M. Permikin ont mené un certain nombre d'expériences sur leur traitement. À Revdinsk pour 1873-77. 57,3 tonnes de nickel métallique ont été obtenues. Mais la poursuite de la tâche a été interrompue après la découverte de gisements de minerais de nickel plus riches et plus puissants en Nouvelle-Calédonie. La question du nickel national a été de nouveau soulevée pour être résolue sous l'influence des circonstances provoquées par la guerre de 1914-18. À l'été 1915, à l'usine d'Ufaleysky, P. M. Butyrin et V. E. Vasiliev ont mené des expériences de fusion de matte dans un four à flamme. Parallèlement, des expériences sur l'extraction du nickel des minerais d'Ufaley ont été menées à l'Institut polytechnique de Saint-Pétersbourg G. A. Kashchenko sous la direction du prof. A. A. Baikov, et à l'automne 1915, des tests de fusion ont été effectués dans un four ardent de l'usine. À l'été 1916, à l'usine Revdinsky, des expériences ont été menées sur la fusion de matte de cuivre-nickel à partir de minerais de nickel à faible teneur (0,86 % Ni) et de pyrites à faible teneur en cuivre (1,5 % Cu). La fusion a été réalisée dans un four à cuve. Dans le même temps, les minerais de fer brun contenant du nickel de Revda ont été fondus dans un haut fourneau en fonte au nickel (tout le minerai de nickel est concentré dans la fonte), qui a été fournie dans le cadre d'un contrat avec le département maritime à ses usines de Léningrad. Toutes les études ci-dessus, en raison d'un certain nombre de circonstances, n'ont pas été achevées à cette époque sous la forme de processus d'usine correspondants. Ces dernières années, le problème de l'obtention du nickel à partir des minerais de l'Oural s'est à nouveau posé, et sa mise en œuvre pratique, en fonction de la teneur en nickel des minerais, devrait se dérouler dans deux directions. La teneur en nickel des minerais de l'Oural est faible et, selon elle, les minerais sont divisés en deux qualités : 1ère et 2ème. Les minerais de grade 1, adaptés au traitement pyrométallurgique, contiennent en moyenne environ 3 % de Ni ; Minerai de 2e qualité - environ 1,5% et moins. Les derniers minerais ne peuvent pas être transformé par fusion sans enrichissement préalable. Une autre possibilité de traiter les minerais de nickel à faible teneur est la voie hydrométallurgique ; il d.b. encore étudié. Actuellement, une usine est en construction dans l'Oural pour traiter les minerais de première qualité.

DÉFINITION

Nickel- le vingt-huitième élément du tableau périodique. Désignation - Ni du latin "niccolum". Situé en quatrième période, groupe VIIIB. Fait référence aux métaux. La charge nucléaire est de 28.

Comme le cobalt, le nickel est présent dans la nature principalement sous forme de composés avec l'arsenic ou le soufre ; tels sont, par exemple, les minéraux kupfernickel NiAs, arsenic-nickel lustre NiAsS, etc. Le nickel est plus courant que le cobalt [environ 0,01 % (en poids) de la croûte terrestre].

Le nickel métallique a une couleur argentée avec une teinte jaunâtre (Fig. 1), est très dur, se polit bien et est attiré par un aimant. Il se caractérise par une résistance élevée à la corrosion - stable dans l'atmosphère, dans l'eau, dans les alcalis et dans un certain nombre d'acides. Se dissout activement dans l'acide nitrique. La résistance chimique du nickel est due à sa tendance à la passivation - à la formation de films d'oxyde sur la surface qui ont un fort effet protecteur.

Riz. 1. Nickel. Apparence.

Masse atomique et moléculaire du nickel

DÉFINITION

Masse moléculaire relative de la substance (Mr) est un nombre indiquant combien de fois la masse d'une molécule donnée est supérieure à 1/12 de la masse d'un atome de carbone, et masse atomique relative d'un élément (A r)— combien de fois la masse moyenne des atomes d'un élément chimique est supérieure à 1/12 de la masse d'un atome de carbone.

Puisqu'à l'état libre le nickel existe sous forme de molécules de Ni monoatomiques, les valeurs de ses masses atomique et moléculaire coïncident. Ils sont égaux à 58,6934.

Isotopes du nickel

On sait que dans la nature, le nickel peut être trouvé sous la forme de cinq isotopes stables : 58 Ni, 60 Ni, 61 Ni, 62 Ni et 64 Ni. Leurs nombres de masse sont respectivement 58, 60, 61, 62 et 64. Le noyau d'un atome de l'isotope du nickel 58 Ni contient vingt-huit protons et trente neutrons, et les isotopes restants n'en diffèrent que par le nombre de neutrons.

Il existe des isotopes artificiels instables du nickel avec des nombres de masse de 48 à 78, ainsi que huit états métastables, parmi lesquels l'isotope 59 Ni à durée de vie la plus longue avec une demi-vie de 76 000 ans.

Ions nickel

La formule électronique démontrant la distribution orbitale des électrons du nickel est la suivante :

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 8 4s 2 .

À la suite d'une interaction chimique, le nickel cède ses électrons de valence, c'est-à-dire est leur donneur, et se transforme en un ion chargé positivement :

Ni 0 -2e → Ni 2+ ;

Ni 0 -3e → Ni 3+ .

Molécule et atome de nickel

À l’état libre, le nickel existe sous forme de molécules de Ni monoatomiques. Voici quelques propriétés caractérisant l’atome et la molécule de nickel :

Alliages de nickel

La majeure partie du nickel est utilisée pour la production de divers alliages avec du fer, du cuivre, du zinc et d'autres métaux. L'ajout de nickel à l'acier augmente sa ténacité et sa résistance à la corrosion.

Les alliages à base de nickel peuvent être divisés en alliages résistants à la chaleur (nimonic, inconel, hastell [plus de 60 % de nickel, 15 à 20 % de chrome et autres métaux]), magnétiques (permalloy) et alliages aux propriétés spéciales (monel métallique, nickel, constantan , invar, platinite).

Exemples de résolution de problèmes

EXEMPLE 1

EXEMPLE 2

Institut technologique d'État de Saint-Pétersbourg

(Université technique)

(SPBGTI(TU))

Département de chimie inorganique

Cours

sur le thème : « Chimie du Nickel »

complété par l'étudiant

1 faculté 113 gr.

Lebedv V.V.

Saint-Pétersbourg 2012

Informations générales sur Nikel............................................................ ........... .....3

Trouver du nickel dans la nature...................................4

Obtention du nickel.................................................. ...................4

Interactions avec des substances............................................................ ....6

Références................................................................. ....... ..............8

Nickel- un élément d'un sous-groupe latéral du huitième groupe, la quatrième période du système périodique des éléments chimiques de D.I. Mendeleev, de numéro atomique 28. Désigné par le symbole Ni (Niccolum). Le nickel, une substance simple, est un métal de transition ductile et malléable de couleur blanc argenté ; aux températures ordinaires de l'air, il est recouvert d'une fine pellicule protectrice d'oxyde. Chimiquement inactif.

Configuration externe couches électroniques de l'atome 3s23p63d84s2 ; états d'oxydation + 2, rarement + 1, +3 et +4 ;

Le nickel a été découvert en 1751. Cependant, bien avant cela, les mineurs saxons connaissaient bien le minerai, qui ressemblait à du minerai de cuivre et était utilisé dans la fabrication du verre pour colorer le verre en vert. Toutes les tentatives pour obtenir du cuivre à partir de ce minerai ont échoué, et donc à la fin du XVIIe siècle. Le minerai s’appelait Kupfernickel, ce qui signifie en gros « minerai du diable ». Ce minerai (pyrite de nickel rouge NiAs) a été étudié par le minéralogiste suédois Kronstedt en 1751. Il parvient à obtenir l'oxyde vert et, en réduisant ce dernier, un nouveau métal appelé nickel. Lorsque Bergman a obtenu le métal sous une forme plus pure, il a découvert que les propriétés du métal étaient similaires à celles du fer ; Le nickel a été étudié plus en détail par de nombreux chimistes, à commencer par Proust. Nikkel est un gros mot dans le langage des mineurs. Il a été formé à partir d’un Nicolas déformé, un mot générique qui avait plusieurs significations. Mais le mot Nicolas servait principalement à caractériser les personnes à deux visages ; en outre, cela signifiait « petit esprit espiègle », « fainéant trompeur », etc. Dans la littérature russe du début du XIXe siècle. les noms Nikolan (Scherer, 1808), Nikolan (Zakharov, 1810), nicol et nickel (Dvigubsky, 1824) ont été utilisés.

Être dans la nature

Le nickel est assez courant dans la nature - sa teneur dans la croûte terrestre est d'env. 0,01 % (masse). On le trouve dans la croûte terrestre uniquement sous forme liée ; les météorites ferreuses contiennent du nickel natif (jusqu'à 8 %). Le nickel se trouve couramment dans les minerais de cuivre-nickel contenant des sulfures et de l'arsenic.

1 nickel (pyrite de nickel rouge, cupfernickel) NiAs

2 chloantite (pyrite de nickel blanc) (Ni, Co, Fe)As2

3 garniérite (Mg, Ni)6(Si4O11)(OH)6*H2O et autres silicates

4 pyrite magnétique (Fe, Ni, Cu)S

5 lustre arsenic-nickel (gersdorffite) NiAsS,

6 pentlandite (Fe,Ni)9S8

Dans les plantes, il y a en moyenne 5 10−5 pour cent en poids de nickel, chez les animaux marins - 1,6 10−4, chez les animaux terrestres - 1 10−6, dans le corps humain - 1...2 10−6. On en sait déjà beaucoup sur le nickel dans les organismes. Il a été établi, par exemple, que sa teneur dans le sang humain change avec l'âge, que chez les animaux la quantité de nickel dans l'organisme augmente et, enfin, qu'il existe certaines plantes et micro-organismes - « concentrateurs » de nickel, contenant des milliers et même des centaines de milliers de fois plus de nickel que l'environnement.

Reçu

Les réserves totales de nickel dans les minerais au début de 1998 sont estimées à 135 millions de tonnes, dont des réserves fiables de 49 millions de tonnes. Les principaux minerais de nickel - nickel (kupfernickel) NiAs, millerite NiS, pentlandite (FeNi)9S8 - contiennent également de l'arsenic, du fer et du soufre ; la pyrrhotite ignée contient également des inclusions de pentlandite. D'autres minerais à partir desquels Ni est également extrait contiennent des impuretés de Co, Cu, Fe et Mg. Le nickel est parfois le produit principal du processus de raffinage, mais il est le plus souvent obtenu comme sous-produit dans d’autres procédés de transformation des métaux. Parmi les réserves fiables, selon diverses sources, de 40 à 66 % du nickel se trouve dans les « minerais de nickel oxydés » (ONR), 33 % dans les minerais sulfurés, 0,7 % dans les autres. En 1997, la part du nickel produit par la transformation OHP représentait environ 40 % de la production mondiale. Dans les conditions industrielles, les OHP sont divisés en deux types : magnésium et ferrugineux.

Les minerais réfractaires de magnésium sont généralement soumis à une fusion électrique avec du ferronickel (5 à 50 % Ni+Co, en fonction de la composition de la matière première et des caractéristiques technologiques).

Les minerais de latérite les plus ferreux sont traités par des méthodes hydrométallurgiques utilisant la lixiviation au carbonate d'ammoniac ou la lixiviation en autoclave à l'acide sulfurique. Selon la composition des matières premières et les schémas technologiques utilisés, les produits finaux de ces technologies sont : l'oxyde de nickel (76-90 % Ni), le fritté (89 % Ni), les concentrés de sulfures de compositions diverses, ainsi que les métaux électrolytiques nickel, poudres de nickel et cobalt.

Moins ferreux - les minerais de nontronite sont fondus en matte. Dans les entreprises à cycle complet, le programme de traitement ultérieur comprend la conversion, la cuisson de matte et la fusion électrique de l'oxyde de nickel pour produire du nickel métallique. En cours de route, le cobalt récupéré est libéré sous forme de métal et/ou de sels. Autre source de nickel : dans les cendres de charbon du sud du Pays de Galles en Angleterre - jusqu'à 78 kg de nickel par tonne. La teneur accrue en nickel de certains charbons, pétroles et schistes indique la possibilité d'une concentration de nickel dans la matière organique fossile. Les raisons de ce phénomène ne sont pas encore élucidées.

La majeure partie du nickel est obtenue à partir de garniérite et de pyrite magnétique.

Le minerai de silicate est réduit avec de la poussière de charbon dans des fours tubulaires rotatifs en boulettes de fer-nickel (5-8 % Ni), qui sont ensuite nettoyées du soufre, calcinées et traitées avec une solution d'ammoniaque. Après acidification de la solution, le métal en est obtenu par électrolyse.

Méthode Carbonyle (méthode Mond). Premièrement, la matte de cuivre-nickel est obtenue à partir du minerai sulfuré, sur lequel du CO passe sous haute pression. Il se forme du tétracarbonylnickel très volatil dont la décomposition thermique produit un métal particulièrement pur.

Méthode aluminothermique pour la récupération du nickel à partir du minerai d'oxyde : 3NiO + 2Al = 3Ni +Al2O3

Interaction avec des substances

Dans l'air, le nickel compact est stable, tandis que le nickel hautement dispersé est pyrophorique. La surface du nickel est recouverte d'une fine couche d'oxyde de NiO, qui protège fermement le métal d'une oxydation ultérieure. Le nickel ne réagit pas non plus avec l’eau et la vapeur d’eau contenues dans l’air. Le nickel n'interagit pratiquement pas avec des acides tels que le sulfurique, le phosphore, le fluorhydrique et quelques autres. Le nickel métallique réagit avec l'acide nitrique, ce qui entraîne la formation de nitrate de nickel(II) Ni(NO3)2 et l'oxyde d'azote correspondant, par exemple :

3Ni + 8HNO3 = 3Ni(NO3)2 + 2NO + 4H2O

Ce n'est que lorsqu'il est chauffé dans l'air à des températures supérieures à 800°C que le nickel métallique commence à réagir avec l'oxygène pour former l'oxyde NiO. L'oxyde de nickel a des propriétés fondamentales. Il existe sous deux modifications polymorphes : basse température (réseau hexagonal) et haute température (réseau cubique, stable à des températures supérieures à 252°C). Il existe des rapports sur la synthèse de phases d'oxyde de nickel de composition NiO1.33-2.0.

Lorsqu'il est chauffé, le nickel réagit avec tous les halogènes pour former des dihalogénures NiHal2.

Le chauffage des poudres de nickel et de soufre conduit à la formation de sulfure de nickel NiS.

Les dihalogénures de nickel solubles dans l’eau et le sulfure de nickel insoluble dans l’eau peuvent être obtenus non seulement « secs », mais également « humides » à partir de solutions aqueuses.

Avec le graphite, le nickel forme du carbure Ni3C, avec du phosphore - des phosphures de compositions Ni5P2, Ni2P, Ni3P.

Il est intéressant de noter que le nickel est capable d’absorber de grands volumes d’hydrogène, ce qui entraîne la formation de solutions solides d’hydrogène dans le nickel.

Des sels de nickel solubles dans l'eau tels que le sulfate de NiSO4, le nitrate de Ni(NO3)2 et bien d'autres sont connus.

La plupart de ces sels, lorsqu'ils sont cristallisés à partir de solutions aqueuses, forment des hydrates cristallins, par exemple NiSO4·7H2O, Ni(NO3)2·6H2O. Les composés de nickel insolubles comprennent le phosphate Ni3(PO4)2 et le silicate Ni2SiO4.

Lorsqu'un alcali est ajouté à une solution de sel de nickel (II), un précipité vert d'hydroxyde de nickel précipite :

Ni(NO3)2 + 2NaOH = Ni(OH)2 + 2NaNO3

Ni(OH)2 a des propriétés faiblement basiques. Si une suspension de Ni(OH)2 en milieu alcalin est exposée à un oxydant fort, par exemple le brome, alors de l'hydroxyde de nickel(III) apparaît :

2Ni(OH)2 + 2NaOH + Br2 = 2Ni(OH)3 + 2NaBr

Le nickel se caractérise par la formation de complexes. Ainsi, le cation Ni2+ avec l'ammoniac forme un complexe hexaammine 2+ et un complexe diaquatétraammine 2+. Ces complexes avec les anions forment des composés bleus ou violets.

Lorsque le fluor F2 agit sur un mélange de NiCl2 et de KCl, apparaissent des composés complexes contenant du nickel dans des états d'oxydation élevés : +3 - (K3) et +4 - (K2).

La poudre de nickel réagit avec le monoxyde de carbone (II) CO et se forme du tétracarbonyl Ni (CO) 4 facilement volatil, qui trouve une grande application pratique dans l'application de revêtements de nickel, la préparation de nickel dispersé de haute pureté, etc.

Une réaction caractéristique des ions Ni2+ avec le diméthylglyoxime conduit à la formation de diméthylglyoximate de nickel rose-rouge. Cette réaction est utilisée dans la détermination quantitative du nickel et le produit de la réaction est utilisé comme pigment dans les matériaux cosmétiques et à d'autres fins.

Le métal a été obtenu pour la première fois sous sa forme impure en 1751 par le chimiste suédois A. Kronstedt, qui a également proposé le nom de l'élément. Un métal beaucoup plus pur a été obtenu en 1804 par le chimiste allemand I. Richter. Le nom « Nickel » vient du minéral kupfernickel (NiAs), connu déjà au XVIIe siècle et qui induisait souvent les mineurs en erreur par sa ressemblance extérieure avec les minerais de cuivre (en allemand Kupfer - cuivre, Nickel - esprit de montagne, qui glissait prétendument des stériles aux mineurs au lieu de minerai). Depuis le milieu du XVIIIe siècle, le nickel n’est utilisé que comme composant d’alliages d’apparence similaire à l’argent. Le développement généralisé de l'industrie du nickel à la fin du XIXe siècle est associé à la découverte d'importants gisements de minerais de nickel en Nouvelle-Calédonie et au Canada et à la découverte de son effet « ennoblissant » sur les propriétés des aciers.

Répartition du Nickel dans la nature. Le nickel est un élément des profondeurs terrestres (dans les roches ultrabasiques du manteau, il représente 0,2 % en masse). Il existe une hypothèse selon laquelle le noyau terrestre est constitué de nickel-fer ; Ainsi, la teneur moyenne en Nickel du sol dans son ensemble est estimée à environ 3 %. Dans la croûte terrestre, où le nickel représente 5,8,10 -3%, il gravite également vers la couche plus profonde, appelée coquille de basalte. Ni dans la croûte terrestre est un satellite de Fe et de Mg, ce qui s'explique par la similitude de leur valence (II) et de leurs rayons ioniques ; Le nickel est inclus dans les minéraux divalents de fer et de magnésium en tant qu'impureté isomorphe. Les propres minéraux du nickel sont connus pour être au nombre de 53 ; la plupart d'entre eux se sont formés à des températures et des pressions élevées, lors de la solidification du magma ou à partir de solutions aqueuses chaudes. Les gisements de nickel sont associés à des processus dans le magma et dans la croûte d'altération. Les gisements industriels de nickel (minerais sulfurés) sont généralement composés de minéraux de nickel et de cuivre. A la surface de la Terre, dans la biosphère, le Nickel est un migrateur relativement faible. Il y en a relativement peu dans les eaux de surface et dans la matière vivante. Dans les zones où prédominent les roches ultramafiques, le sol et les plantes sont enrichis en nickel.

Propriétés physiques du Nickel. Dans des conditions normales, le nickel existe sous la forme d'une modification β, qui présente un réseau cubique à faces centrées (a = 3,5236Å). Mais le nickel, soumis à une pulvérisation cathodique dans une atmosphère de H 2, forme une modification α ayant un réseau hexagonal compact (a = 2,65 Å, c = 4,32 Å), qui se transforme en un réseau cubique lorsqu'il est chauffé au-dessus de 200 °C. Le nickel cubique compact a une densité de 8,9 g/cm 3 (20 °C), un rayon atomique de 1,24 Å, des rayons ioniques : Ni 2+ 0,79 Å, Ni 3+ 0,72 Å ; tpl 1453 °C ; température d'ébullition d'environ 3 000 °C ; capacité thermique spécifique à 20°C 0,440 kJ/(kg K) ; coefficient de température de dilatation linéaire 13,3·10 -6 (0-100 °C) ; conductivité thermique à 25°C 90,1 W/(m K) ; également à 500 °C 60,01 W/(m K). Résistivité électrique spécifique à 20°C 68,4 nom m, soit 6,84 µΩ cm ; coefficient de température de la résistance électrique 6,8·10 -3 (0-100 °C). Le nickel est un métal malléable et malléable ; il peut être utilisé pour fabriquer des feuilles et des tubes très fins. Résistance à la traction 400-500 MN/m2 (soit 40-50 kgf/mm2) ; limite élastique 80 Mn/m2, limite d'élasticité 120 Mn/m2 ; allongement relatif 40% ; module d'élasticité normal 205 Gn/m2 ; Dureté Brinell 600-800 Mn/m2. Dans la plage de température de 0 à 631 K (la limite supérieure correspond au point de Curie) le nickel est ferromagnétique. Le ferromagnétisme du nickel est dû aux caractéristiques structurelles des couches électroniques externes (3d 8 4s 2) de ses atomes. Le nickel, avec Fe (3d 6 4s 2) et Co (3d 7 4s 2), également ferromagnétiques, appartient aux éléments avec une couche électronique 3d inachevée (métaux 3d de transition). Les électrons de la coque inachevée créent un moment magnétique de spin non compensé, dont la valeur effective pour les atomes de nickel est de 6 μ B, où μ B est le magnéton de Bohr. La valeur positive de l'interaction d'échange dans les cristaux de nickel conduit à une orientation parallèle des moments magnétiques atomiques, c'est-à-dire au ferromagnétisme. Pour la même raison, les alliages et un certain nombre de composés de nickel (oxydes, halogénures et autres) sont ordonnés magnétiquement (possédent une structure ferro-, ou moins communément, ferrimagnétique). Le nickel fait partie des matériaux et alliages magnétiques les plus importants avec un coefficient de dilatation thermique minimum (permalloy, monel métal, invar et autres).

Propriétés chimiques du nickel. Chimiquement, Ni est similaire à Fe et Co, mais aussi au Cu et aux métaux nobles. Dans les composés, il présente une valence variable (le plus souvent du 2-valentène). Le nickel est un métal d'activité moyenne. Absorbe (surtout à l'état finement broyé) de grandes quantités de gaz (H 2, CO et autres) ; La saturation du nickel avec des gaz détériore ses propriétés mécaniques. La réaction avec l'oxygène commence à 500 °C ; À l’état finement dispersé, le nickel est pyrophorique et s’enflamme spontanément dans l’air. Parmi les oxydes, le plus important est NiO - des cristaux verdâtres, pratiquement insolubles dans l'eau (bunsénite minérale). L'hydroxyde précipite à partir de solutions de sels de nickel lorsque des alcalis sont ajoutés sous la forme d'un volumineux précipité vert pomme. Lorsqu'il est chauffé, le nickel se combine avec les halogènes pour former NiX 2 . Brûlant dans des vapeurs de soufre, il produit du sulfure de composition similaire à Ni 3 S 2. Le monosulfure de NiS peut être préparé en chauffant NiO avec du soufre.

Le nickel ne réagit pas avec l'azote même à haute température (jusqu'à 1400 °C). La solubilité de l'azote dans le nickel solide est d'environ 0,07 % en poids (à 445 °C). Le nitrure de Ni3N peut être préparé en faisant passer du NH3 sur NiF2, NiBr2 ou une poudre métallique à 445 °C. Sous l'influence des vapeurs de phosphore à haute température, le phosphure Ni 3 P 2 se forme sous la forme d'une masse grise. Dans le système Ni-As, l'existence de trois arséniures a été établie : Ni 5 As 2, Ni 3 As (minéral mauchérite) et NiAs. De nombreux métallides ont une structure de type nickel-arséniure (dans laquelle les atomes d'As forment un emballage hexagonal dense, dont tous les vides octaédriques sont occupés par des atomes de Ni). Le carbure Ni 3 C instable peut être obtenu par carburation lente (centaines d'heures) (cémentation) de poudre de nickel dans une atmosphère de CO à 300 ° C. À l'état liquide, le nickel dissout une quantité notable de C, qui précipite lors du refroidissement sous forme de graphite. Lorsque le graphite est libéré, le nickel perd sa malléabilité et sa capacité à être traité sous pression.

Dans la série de tensions, Ni est à droite de Fe (leurs potentiels normaux sont respectivement de -0,44 V et -0,24 V) et se dissout donc plus lentement que Fe dans les acides dilués. Le nickel résiste à l'eau. Les acides organiques n'agissent sur le Nickel qu'après un contact prolongé avec celui-ci. Les acides sulfurique et chlorhydrique dissolvent lentement le nickel ; azote dilué - très facile ; Le HNO 3 concentré passive le nickel, mais dans une moindre mesure que le fer.

Lors de l'interaction avec des acides, des sels de Ni 2-valent se forment. Presque tous les sels de Ni(II) et les acides forts sont hautement solubles dans l’eau ; leurs solutions ont une réaction acide due à l’hydrolyse. Les sels d'acides relativement faibles tels que les acides carbonique et phosphorique sont peu solubles. La plupart des sels de nickel se décomposent lorsqu'ils sont chauffés (600 à 800 °C). L'un des sels les plus couramment utilisés, le sulfate de NiSO 4, cristallise à partir de solutions sous forme de cristaux vert émeraude de NiSO 4 ·7H 2 O - sulfate de nickel. Les alcalis forts n'affectent pas le Nickel, mais il se dissout dans les solutions d'ammoniaque en présence de (NH 4) 2 CO 3 avec formation d'ammoniaque soluble, colorée en bleu intense ; La plupart d'entre eux sont caractérisés par la présence de complexes 2+ et . Les méthodes hydrométallurgiques d'extraction du nickel des minerais sont basées sur la formation sélective d'ammoniac. NaOCl et NaOBr sont précipités à partir de solutions de sels de Ni (II), l'hydroxyde de Ni (OH) 3 est noir. Dans les composés complexes, Ni, contrairement au Co, est généralement bivalent. Le composé complexe de Ni avec la diméthylglyoxime (C 4 H 7 O 2 N) 2 Ni est utilisé pour la détermination analytique de Ni.

À des températures élevées, le nickel interagit avec les oxydes d'azote, SO 2 et NH 3. Lorsque le CO agit sur sa poudre finement broyée lors du chauffage, du carbonyle Ni(CO) 4 se forme. La dissociation thermique du carbonyle produit le nickel le plus pur.

Recevoir du Nickel. Environ 80 % du nickel de sa production totale est obtenu à partir de minerais sulfurés de cuivre-nickel. Après enrichissement sélectif par flottation, les concentrés de cuivre, de nickel et de pyrrhotite sont séparés du minerai. Le concentré de minerai de nickel mélangé à des fondants est fondu dans des puits électriques ou des fours à réverbère pour séparer les stériles et extraire le nickel en une masse fondue de sulfure (mat) contenant 10 à 15 % de Ni. Généralement, la fusion électrique est précédée d'un grillage oxydatif partiel et d'une agglomération du concentré. Avec Ni, une partie du Fe, du Co et la quasi-totalité du Cu et des métaux nobles entrent dans la matte. Une fois Fe séparé par oxydation (en soufflant de la matte liquide dans des convertisseurs), un alliage de sulfures de Cu et de Ni est obtenu - la matte, qui est lentement refroidie, finement broyée et envoyée en flottation pour séparer Cu et Ni. Le concentré de nickel est cuit dans un lit fluidisé en NiO. Le métal est obtenu en réduisant NiO dans des fours à arc électrique. Les anodes sont coulées à partir de nickel brut et raffinées par électrolyse. La teneur en impuretés du nickel électrolytique (grade 110) est de 0,01 %.

Pour séparer Cu et Ni, on utilise également le procédé dit carbonyle, basé sur la réversibilité de la réaction : Ni + 4CO = Ni(CO) 4. La production du carbonyle s'effectue à 100-200 atm et à 200-250 °C, et sa décomposition s'effectue sans accès d'air à atm. pression et environ 200 °C. La décomposition du Ni(CO) 4 est également utilisée pour la réalisation de revêtements de nickel et la fabrication de divers produits (décomposition sur matrice chauffée).

Dans les procédés « autogènes » modernes, la fusion est réalisée en utilisant la chaleur dégagée lors de l'oxydation des sulfures avec de l'air enrichi en oxygène. Cela permet d'éliminer les combustibles carbonés, d'obtenir des gaz riches en SO 2 adaptés à la production d'acide sulfurique ou de soufre élémentaire, et également d'augmenter considérablement l'efficacité du procédé. La plus complète et la plus prometteuse est l'oxydation des sulfures liquides. Les procédés basés sur le traitement de concentrés de nickel avec des solutions d'acides ou d'ammoniac en présence d'oxygène à température et pression élevées (procédés en autoclave) sont de plus en plus courants. Généralement, le nickel est transféré en solution, à partir de laquelle il est isolé sous la forme d'un concentré riche en sulfures ou d'une poudre métallique (par réduction avec de l'hydrogène sous pression).

À partir de minerais silicatés (oxydés), le nickel peut également être concentré en matte en introduisant des fondants - gypse ou pyrite - dans la charge de fusion. La fusion par réduction-sulfuration est généralement réalisée dans des fours à cuve ; la matte résultante contient 16 à 20 % de Ni, 16 à 18 % de S, le reste est du Fe. La technologie d'extraction du Nickel de la matte est similaire à celle décrite ci-dessus, sauf que l'opération de séparation du Cu est souvent omise. Si la teneur en Co des minerais oxydés est faible, il est conseillé de les soumettre à une fusion par réduction pour produire du ferronickel, utilisé pour la production d'acier. Pour extraire le nickel des minerais oxydés, des méthodes hydrométallurgiques sont également utilisées - lixiviation à l'ammoniac du minerai pré-réduit, lixiviation en autoclave à l'acide sulfurique et autres.

Utilisation du Nickel. L'écrasante majorité du Ni est utilisée pour produire des alliages avec d'autres métaux (Fe, Cr, Cu et autres), caractérisés par des propriétés mécaniques, anticorrosion, magnétiques ou électriques et thermoélectriques élevées. Dans le cadre du développement de la technologie des jets et de la création d'unités de turbine à gaz, les alliages chrome-nickel résistants à la chaleur et résistants à la chaleur sont particulièrement importants. Les alliages de nickel sont utilisés dans les structures des réacteurs nucléaires.

Cela signifie que la quantité de nickel est consommée pour la production de piles alcalines et de revêtements anticorrosion. Le nickel malléable sous sa forme pure est utilisé pour la fabrication de tôles, de tuyaux, etc. Il est également utilisé dans l'industrie chimique pour la fabrication d'équipements chimiques spéciaux et comme catalyseur pour de nombreux procédés chimiques. Le nickel est un métal très rare et devrait, si possible, être remplacé par d’autres matériaux moins chers et plus courants.

Le traitement des minerais de Nickel s'accompagne du rejet de gaz toxiques contenant du SO 2 et souvent de l'As 2 O 3. Le CO utilisé dans le raffinage du nickel par la méthode carbonyle est très toxique ; Le Ni(CO)4 est hautement toxique et très volatil. Son mélange avec l'air explose à 60 °C. Mesures de contrôle : étanchéité des équipements, ventilation renforcée.

Le nickel est un oligoélément essentiel à l’organisme. Sa teneur moyenne dans les plantes est de 5,0·10 -5% de matière première, dans le corps des animaux terrestres de 1,0·10 -6%, chez les animaux marins - de 1,6·10 -4%. Dans le corps animal, le nickel se trouve dans le foie, la peau et les glandes endocrines ; s'accumule dans les tissus kératinisés (notamment les plumes). Il a été établi que le nickel active l'enzyme arginase et affecte les processus oxydatifs ; chez les plantes, il participe à un certain nombre de réactions enzymatiques (carboxylation, hydrolyse des liaisons peptidiques et autres). Sur les sols enrichis en Nickel, sa teneur dans les plantes peut augmenter 30 fois ou plus, ce qui conduit à des maladies endémiques (chez les plantes - formes laides, chez les animaux - maladies oculaires associées à une accumulation accrue de Nickel dans la cornée : kératite, kératoconjonctivite).

Nous étions en 1751. Dans la petite Suède, grâce au scientifique Axel Frederik Krondstedt, l'élément numéro 17 est apparu. A cette époque, il n'existait que 12 métaux connus, plus le soufre, le phosphore, le carbone et l'arsenic. Ils ont accepté un nouveau venu dans leur entreprise, il s'appelait Nickel.

Un peu d'histoire

Bien des années avant cette découverte miraculeuse, les mineurs de Saxe connaissaient un minerai qui pouvait être confondu avec du cuivre. Les tentatives pour extraire le cuivre de ce matériau ont été vaines. Se sentant trompé, le minerai a commencé à être appelé « kupfernickel » (en russe - « diable de cuivre »).

L'expert en minéraux Krondstedt s'est intéressé à ce minerai. Après de nombreux travaux, un nouveau métal fut obtenu, appelé nickel. Bergman a pris le relais de la recherche. Il purifia davantage le métal et conclut que l’élément ressemblait au fer.

Propriétés physiques du nickel

Le nickel fait partie du dixième groupe d'éléments et se trouve dans la quatrième période du tableau périodique sous le numéro atomique 28. Si vous entrez le symbole Ni dans le tableau, il s'agit du nickel. Il a une teinte jaune avec une base argentée. Même à l’air, le métal ne se décolore pas. Dur et assez visqueux. Il se prête bien au forgeage, permettant de réaliser des produits très fins. Parfaitement poli. Le nickel peut être attiré à l'aide d'un aimant. Même à une température de 340 degrés avec un signe moins, les propriétés magnétiques du nickel sont visibles. Le nickel est un métal résistant à la corrosion. Il présente une faible activité chimique. Que pouvez-vous dire sur les propriétés chimiques du nickel ?

Propriétés chimiques

Que faut-il pour déterminer la composition qualitative du nickel ? Ici, nous devrions énumérer de quels atomes (c'est-à-dire leur nombre) est constitué notre métal. La masse molaire (également appelée masse atomique) est de 58,6934 (g/mol). Nous avons avancé avec les mesures. Le rayon de l'atome de notre métal est de 124 pm. Lors de la mesure du rayon de l'ion, le résultat a montré (+2e) 69 pm, et le nombre 115 pm est le rayon covalent. Selon l'échelle du célèbre cristallographe et grand chimiste Pauling, l'électronégativité est de 1,91 et le potentiel électronique est de 0,25 V.

Les effets de l'air et de l'eau sur le nickel sont pratiquement négligeables. On peut en dire autant des alcalis. Pourquoi ce métal réagit-il de cette façon ? NiO est créé à sa surface. Il s'agit d'un revêtement sous forme de film qui empêche l'oxydation. Si le nickel est chauffé à une température très élevée, il commence alors à réagir avec l'oxygène, ainsi qu'avec les halogènes et avec tous.

Si le nickel pénètre dans l'acide nitrique, la réaction ne tardera pas à se produire. Il est également facilement activé dans les solutions contenant de l'ammoniaque.

Mais tous les acides n’affectent pas le nickel. Les acides tels que l'acide chlorhydrique et sulfurique le dissolvent très lentement mais sûrement. Et les tentatives visant à faire de même avec le nickel dans l’acide phosphorique n’ont pas abouti du tout.

Le nickel dans la nature

Les scientifiques pensent que le noyau de notre planète est un alliage contenant 90 % de fer et 10 fois moins de nickel. Il y a la présence de cobalt - 0,6%. Au cours du processus de rotation, des atomes de nickel ont été libérés dans la couche terrestre. Ils sont les fondateurs de minerais sulfurés de cuivre-nickel, ainsi que de cuivre et de soufre. Certains atomes de nickel plus audacieux ne se sont pas arrêtés là et ont progressé plus loin. Les atomes remontèrent à la surface en compagnie du chrome, du magnésium et du fer. Ensuite, les compagnons de notre métal se sont oxydés et se sont déconnectés.

A la surface du globe se trouvent des roches acides et ultrabasiques. Selon les scientifiques, la teneur en nickel des roches acides est bien inférieure à celle des roches ultrabasiques. Par conséquent, le sol et la végétation y sont assez bien enrichis en nickel. Mais le voyage du héros en question dans la biosphère et l'eau s'est avéré moins perceptible.

Minerais de nickel

Les minerais de nickel industriels sont divisés en deux types.

1. Sulfure de cuivre-nickel. Minéraux : magnésium, pyrrhotite, cubanite, milerite, pétlandite, sperrylite - c'est ce que contiennent ces minerais. Grâce au magma qui les a formés. Les minerais sulfurés peuvent également produire du palladium, de l’or et bien plus encore.
2. Minerais de nickel silicatés. Ils sont meubles, semblables à de l'argile. Les minerais de ce type sont ferrugineux, siliceux et magnésiens.

Où le nickel est-il utilisé ?

Le nickel est largement utilisé dans une industrie aussi puissante que la métallurgie. Notamment dans la fabrication d’une grande variété d’alliages. L'alliage contient principalement du fer, du nickel et du cobalt. Il existe de nombreux alliages à base de nickel. Notre métal est combiné en alliage, par exemple avec du titane, du chrome, du molybdène. Le nickel est également utilisé pour protéger les produits qui se corrodent rapidement. Ces produits sont nickelés, c'est-à-dire qu'ils créent un revêtement de nickel spécial qui empêche la corrosion de faire son méchant travail.

Le nickel est un très bon catalyseur. C’est pourquoi il est activement utilisé dans l’industrie chimique. Ce sont des instruments, des ustensiles chimiques, des appareils pour diverses applications. Pour les produits chimiques, la nourriture, la livraison d'alcalis, le stockage d'huiles essentielles, des réservoirs et des réservoirs en nickel sont utilisés. La technologie nucléaire, la télévision et divers appareils, dont la liste est très longue, ne peuvent être utilisés sans ce métal.

Si vous examinez un domaine tel que la fabrication d'instruments, puis celui de l'ingénierie mécanique, vous remarquerez que les anodes et les cathodes sont des feuilles de nickel. Et ce n’est pas la liste complète des utilisations d’un métal aussi merveilleux. L’importance du nickel en médecine ne doit pas être sous-estimée.

Le nickel en médecine

Le nickel est très largement utilisé en médecine. Prenons d’abord les outils nécessaires pour réaliser l’opération. Le résultat de l'opération dépend non seulement du médecin lui-même, mais aussi de la qualité de l'instrument qu'il utilise. Les instruments subissent de nombreuses stérilisations et s’ils sont constitués d’un alliage ne contenant pas de nickel, la corrosion ne tardera pas à se produire. Et les outils en acier, qui contiennent du nickel, durent beaucoup plus longtemps.

Si nous parlons d'implants, des alliages de nickel sont utilisés pour leur fabrication. L'acier contenant du nickel présente un degré élevé de résistance. Dispositifs de fixation des os, prothèses, vis, tout est fait de cet acier. En dentisterie, les implants ont également pris une place importante. Les fermoirs et les appareils orthodontiques en acier inoxydable sont utilisés par les orthodontistes.

Le nickel dans les organismes vivants

Si vous regardez le monde de bas en haut, l’image qui se dégage ressemble à celle-ci. Il y a de la terre sous nos pieds. La teneur en nickel est plus élevée que dans la végétation. Mais si l’on considère cette végétation sous le prisme qui nous intéresse, alors on retrouve une forte teneur en nickel dans les légumineuses. Et dans les cultures céréalières, le pourcentage de nickel augmente.

Considérons brièvement la teneur moyenne en nickel des plantes, des animaux marins et terrestres. Et bien sûr, chez une personne. La mesure est en pourcentage de poids. Ainsi, la masse de nickel dans les plantes est de 5*10 -5. Animaux terrestres 1*10 -6, animaux marins 1,6*10 -4. Et chez l'homme, la teneur en nickel est de 1-2*10 -6.

Le rôle du nickel dans le corps humain

Je veux toujours être une personne belle et en bonne santé. Le nickel est l'un des oligoéléments importants du corps humain. Le nickel s'accumule généralement dans les poumons, les reins et le foie. Des accumulations de nickel chez l'homme se trouvent dans les cheveux, la thyroïde et le pancréas. Et ce n'est pas tout. Que fait le métal dans le corps ? Ici, nous pouvons affirmer avec certitude qu’il est suédois, faucheur et trompettiste. À savoir:

• essaie, non sans succès, de contribuer à fournir de l'oxygène aux cellules ;
• le travail redox dans les tissus incombe également au nickel ;
• n’hésite pas à participer à la régulation des niveaux hormonaux de l’organisme ;
• oxyde en toute sécurité la vitamine C ;
• on peut noter son implication dans le métabolisme des graisses ;
• Le nickel a un excellent effet sur l'hématopoïèse.

Je voudrais souligner l'énorme importance du nickel dans la cellule. Ce microélément protège la membrane cellulaire et les acides nucléiques, notamment leur structure.

Bien que la liste des œuvres dignes du nickel puisse être poursuivie. De ce qui précède, on constate que le corps a besoin de nickel. Cet oligoélément pénètre dans notre organisme par l’alimentation. Habituellement, le corps contient suffisamment de nickel, car il en nécessite très peu. L’alarme d’un manque de notre métal est l’apparition d’une dermatite. C'est l'importance du nickel dans le corps humain.

Alliages de nickel

Il existe de nombreux alliages de nickel différents. Notons les trois principaux groupes.

Le premier groupe comprend les alliages de nickel et de cuivre. Ils sont appelés alliages nickel-cuivre. Quels que soient les rapports dans lesquels ces deux éléments fusionnent, le résultat est étonnant et surtout sans surprise. L'alliage homogène est garanti. S'il contient plus de cuivre que de nickel, alors les propriétés du cuivre sont plus prononcées et si le nickel prédomine, l'alliage présente le caractère du nickel.

Les alliages nickel-cuivre sont populaires dans la production de pièces de monnaie et de pièces de machines. L'alliage Constantine, qui contient près de 60 % de cuivre et le reste du nickel, est utilisé pour créer des équipements de plus grande précision.

Considérons un alliage avec du nickel et du chrome. Nichromes. Résistant à la corrosion, aux acides, résistant à la chaleur. De tels alliages sont utilisés pour les moteurs à réaction et les réacteurs nucléaires, mais seulement s'ils contiennent jusqu'à 80 % de nickel.

Passons au troisième groupe avec le fer. Ils sont divisés en 4 types.

1. Résistant à la chaleur - résistant aux températures élevées. Cet alliage contient près de 50 % de nickel. Ici, la combinaison peut être avec du molybdène, du titane, de l'aluminium.
2. Magnétique - augmente la perméabilité magnétique, souvent utilisée en génie électrique.
3. Anti-corrosion - cet alliage ne peut être évité dans la production d'équipements chimiques, ainsi que lors de travaux dans un environnement agressif. L'alliage contient du molybdène.
4. Un alliage qui conserve ses dimensions et son élasticité. Thermocouple dans le four. C’est là qu’intervient un tel alliage. Lorsqu'il est chauffé, les dimensions sont conservées et l'élasticité n'est pas perdue. Quelle quantité de nickel faut-il pour que l’alliage ait de telles propriétés ? L'alliage doit contenir environ 40 % de métal.

Le nickel au quotidien

Si vous regardez autour de vous, vous comprendrez que les alliages de nickel entourent les gens partout. Commençons par les meubles. L'alliage protège la base du meuble des dommages et des influences nocives. Faisons attention aux aménagements. Au moins pour une fenêtre, ou pour un meuble. Il peut être utilisé pendant longtemps et est très joli. Poursuivons notre excursion vers la salle de bain. Il n'y a aucun moyen sans nickel ici. Pommeaux de douche, robinets, mitigeurs - tous nickelés. Grâce à cela, vous pouvez oublier ce qu'est la corrosion. Et il n’y a aucune honte à regarder le produit car il est mignon et soutient le décor. Les pièces nickelées se retrouvent dans les structures décoratives.

Le nickel ne peut pas être qualifié de métal mineur. Divers minéraux et minerais contiennent du nickel. Je suis heureux qu'un tel élément soit présent sur notre planète et même dans le corps humain. Ici, il joue un rôle important dans les processus hématopoïétiques et même dans l'ADN. Largement utilisé en technologie. Le nickel a gagné sa domination en raison de sa résistance chimique dans les revêtements de protection.

Le nickel est un métal promis à un bel avenir. Après tout, dans certains domaines, c'est indispensable.