Никель: Свойства и применение элемента

Никель - универсальный, устойчивый к коррозии металл, широко используемый в таких отраслях, как аэрокосмическая, энергетическая и производственная, благодаря своим превосходным механическим свойствам и способности образовывать прочные сплавы.

Знакомство с элементом

Никель (Ni), имеющий атомный номер 28, является переходным металлическим элементом, классифицируемым по серебристо-белому цвету и сильной устойчивости к коррозии и окислению. Никель встречается в природе в некоторых минералах, включая пентландит, гарниерит и латерит. Хотя он не является распространенным металлом в земной коре, его высоко ценят за способность создавать прочные и устойчивые к коррозии металлические сплавы, особенно при производстве нержавеющей стали. Никель был открыт в 1751 году шведским химиком Акселем Фредриком Кронстедтом.

Описание химических свойств

Никель довольно стабилен. Это связано с образованием защитного слоя оксида над поверхностью металла. Это делает его очень полезным в присутствии коррозионно-активных материалов. Основными химическими свойствами металла являются:

• Каталитические свойства: Устойчивость никеля к воздействию кислот и щелочей делает его полезным в суровых условиях окружающей среды.
• Кислотность и щелочность: Вступая в реакцию с кислотами и основаниями, никель образует растворимые соли, что делает его полезным в ряде промышленных применений.
• Легирование: Никель используется в качестве важного компонента во многих сплавах, таких как нержавеющая сталь, нихром и монель, придавая им отличные механические свойства, термостойкость и коррозионную стойкость.

Таблица данных физических свойств

Ниже приведена таблица с физическими свойствами никеля:

Никель - это твердый и ковкий металл, который является хорошим проводником электричества. Высокая температура плавления и устойчивость к коррозии делают его пригодным для использования при высоких температурах. Для получения дополнительной информации, пожалуйста, обратитесь к Stanford Advanced Materials (SAM).

Общие применения

Такие свойства, как высокая прочность, ковкость и устойчивость к коррозии, делают его незаменимым материалом во многих отраслях промышленности. Ниже приведено описание областей его применения.

Производство нержавеющей стали

Никель является очень важным элементом при производстве нержавеющей стали, в которой он обычно составляет 8-12 % от общего количества материала. Присутствие этого элемента значительно повышает коррозионную стойкость, прочность и долговечность стали, что позволяет использовать ее в условиях сильной коррозии, например, в кухонной посуде, на химических заводах и в зданиях. Устойчивость нержавеющей стали к ржавчине и пятнам в первую очередь объясняется наличием никеля в посуде, мойках и медицинском оборудовании.

Аккумуляторы

Никель находит применение в производстве аккумуляторных батарей, особенно в производстве никель-кадмиевых и никель-металлогидридных аккумуляторов. Например, никель-кадмиевые аккумуляторы содержат никель и кадмий в качестве основных материалов, а никель-металлогидридные аккумуляторы состоят из никеля, гидрида металла и некоторых других материалов. Области применения никель-металлогидридных аккумуляторов включают электроинструменты, автомобили HEV и портативную электронику. Кроме того, никель используется в производстве нержавеющей стали и некоторых сплавов.

Чеканка монет

Никель широко использовался в чеканке монет на протяжении многих веков, особенно в сплавах меди и никеля. Никелевые монеты (5 центов, или американский никель) изготавливаются из никеля, в основном для обеспечения их коррозионной стойкости и металлического вида. Никелевые монеты долговечны, так как не изнашиваются и не ржавеют при использовании в течение нескольких десятилетий.

Сплавы

Никель широко используется в различных высокоэффективных сплавах благодаря своей способности повышать прочность, ковкость, жаропрочность и коррозионную стойкость. Примерами сплавов, содержащих никель, являются:

• Нихром: Высокопрочный сплав, используемый в нагревательных элементах для тостеров, промышленных печей и обжиговых аппаратов.
• Монель: Это сплав, состоящий в основном из никеля и меди. Монель довольно устойчив к коррозионному воздействию морской воды и поэтому используется в некоторых химических процессах, а также в аэрокосмической промышленности.
• Инконель: Группа высокотемпературных сплавов, используемых в реактивных двигателях, газовых турбинах и реакторах.

Применение никеля в сплавах - одна из основных отраслей промышленности, где требуется прочный, долговечный и устойчивый к коррозии продукт.

Методы получения

Никель получают из руд двумя различными способами:

1. Пирометаллургический процесс: Этот процесс сочетает в себе нагревание никелевых руд в печи для извлечения никеля из других элементов. В результате плавки и рафинирования получается никелевый штейн. Дальнейшая обработка продукта дает чистый никель.

2. Гидрометаллургический процесс: Никелевые руды обрабатываются с применением кислых и/или основных растворов для растворения никеля с помощью процесса выщелачивания. Затем никель рафинируют электролитическим способом для получения высокочистого никеля.

Такие процессы позволяют извлекать никель из руд, а полученный никель использовать в различных целях.

Сопутствующие промышленные товары

Универсальность никеля делает его незаменимым в различных отраслях. Некоторые промышленные применения никеля включают:

• Нержавеющая сталь: используется в автомобильной промышленности, строительстве и при изготовлении кухонной утвари.
• Катализаторы: Никель используется для катализирования реакций гидрогенизации в химической промышленности для превращения ненасыщенных жиров в насыщенные.
• Покрытие: Никель в основном используется в гальванике для покрытия других металлов. Этот процесс придает антикоррозийное покрытие таким изделиям, как велосипеды, часы и электронные устройства.

Присутствие никеля в этих продуктах подчеркивает его важность для повышения производительности и долговечности материалов и оборудования во многих отраслях.

Часто задаваемые вопросы

1. Каковы основные области применения никеля?
Никель в основном используется в производстве нержавеющей стали, аккумуляторов, монет и различных сплавов. Он ценится за свою прочность, коррозионную стойкость и способность накапливать энергию в аккумуляторных батареях.

2. Как никель добывают из руды?
Никель добывают пирометаллургическими (нагрев и плавка) или гидрометаллургическими (выщелачивание кислотами или щелочными растворами) методами с последующим электролитическим рафинированием для получения чистого никеля.

3. Каковы физические свойства никеля?
Никель - вязкий, твердый металл с высокой температурой плавления (1455°C), высокой плотностью (8,908 г/см³) и хорошей электропроводностью (1,43 × 10⁶ С/м).

4. Почему никель используется в нержавеющей стали?
Никель повышает прочность, коррозионную стойкость и долговечность нержавеющей стали, что делает ее идеальной для использования в таких отраслях, как строительство, автомобилестроение и производство кухонной утвари.

5. Как никель влияет на работу аккумуляторов?
Никель играет важную роль в аккумуляторных батареях благодаря высокой плотности энергии и длительному сроку службы, что способствует повышению эффективности гибридных автомобилей и электроинструментов.