Нікель ціна, сплави, фізичні властивості, характеристика, застосування
Що таке нікель
Це перехідний метал, тобто, що виявляє властивості і кислотні, і лужні. Має сріблясто-білий блиск, пластичний, ковкий, але твердий. Молекулярна маса невелика - 28, так що він відноситься до речовин легким.
Поняття і особливості
З точки зору хімії нікель - метал дуже цікавий і незвичайний. З одного боку, він в змозі вступати в реакцію і з кислотами, і з лугами, але з іншого, відрізняється хімічною інертністю і навіть з концентрованими лугами і кислотами відмовляється реагувати. Причому властивість це настільки яскраво виражено, що нікель застосовують при виготовленні різноманітної кислотоупорной апаратури і резервуарів для лугів.
Метал виплавляється, а потім використовується у вигляді прутків, листів і так далі. І в такому стані проявляє звичайні металеві властивості малоактивного речовини. А ось перетворений в дуже тонкий порошок нікель стає пірофорним і здатний самозайматися на повітрі.
Секрет в тому, що звичайна речовина на повітрі, на зразок алюмінію, наприклад, покривається оксидною плівкою, і ця плівка виступає в якості міцного захисного шару.
Це якість обумовлює одне з найстаріших застосувань металу - нікелювання, тобто, нанесення на поверхню предметів найтоншого шару нікелю. Такий шар повністю захищає від корозії сталь, чавун, магній, алюміній і так далі.
Вироби з чистого нікелю зустрічаються рідко і застосовуються тільки на особливо відповідальних ділянках. Його використання в промисловості обумовлено іншим унікальним якістю: в сплаві нікель повідомляє матеріалу ту ж чудову стійкість до корозії, якою володіє сам. Більшість нержавіючих і конструкційних сталей включає нікель як легуючий компонент. Саме він і забезпечує стійкість стали і її довговічність.
Сплави на основі нікелю дуже різноманітні і відрізняються чудовими властивостями: міцністю, жаростійкістю, здатністю витримувати високі силові навантаження при високій температурі, зносостійкість, нечутливістю до хімічно агресивних речовин і так далі. З усього обсягу видобутого речовини в чистому вигляді використовується близько 9%. Ще 7% витрачається на нікелювання, а весь інший обсяг витрачається на отримання сплавів.
Нікель складає з залізом і кобальтом тріаду заліза. До складу групи також входять і платинові - осмій, платина, родій. Однак, незважаючи на відносну близькість, властивості металів помітно відрізняються. По міцності нікель мало поступається залізу, володіє навіть більш високою щільністю, але на відміну від останнього дуже стійкий до корозії, в той час як залізо на повітрі, а тим більше при контакті з водою швидко кородує.
У порівнянні з платиновими металами нікель куди легше, значно дешевше і набагато активніше: платина, осмій і інші відносяться до благородних металів, які мають позитивний електродний потенціал і є вкрай інертними.
Далі представлено опис переваг і недоліків нікелю.
Плюси і мінуси
- Нікель має непоганий міцністю і твердістю, при цьому зберігаючи здатність до куванні і високу в'язкість: з нього можна отримувати найтонші листи і прутки.
- Метал має чудову стійкість до корозії. Більш того, це якість він передає сплавів, до складу яких входить у вигляді легуючого елемента.
- Сплави на нікелевій основі дуже різноманітні і відрізняються винятковими якостями. Так, жароміцні залізо-нікелеві сплави застосовуються при виготовленні частин атомних реакторів і реактивних двигунів. На сьогодні описані і використовуються близько 3000 різних нікелевих сплавів.
- Покриття на основі нікелю та зараз активно застосовується не тільки в приладо- і верстатобудуванні, але і в побуті, в будівництві. Нікельований посуд, столові прибори, фурнітура та інше не тільки естетично привабливі, але і абсолютно гігієнічні, нешкідливі і вкрай довговічні. Інертність і гігієнічність металу обумовлює його використання в харчовій промисловості.
- Нікель є феромагнетиком, тобто, речовиною схильним до мимовільного намагнічування. Ця властивість дозволяє використовувати метал для виробництва постійних магнітів.
- Метал відносно дешевий в отриманні і володіє хорошими характеристиками по електропровідності. Нікель замінює дороге срібло або небезпечний свинець у виробництві акумуляторів.
Структура і хімічний склад нікелю розглянуті нижче.
Структура і склад
Нікель, як і інші чисті метали, володіє однорідною, добре впорядкованою структурою, що і забезпечує цих речовин здатність проводити струм. Однак фазовий склад матеріалу може бути різним, що впливає на його властивості.
- При нормальних умовах справа мають з β-модифікацією нікелю. Вона характеризується гранецентрированной кубічної гратами і обумовлює звичні властивості металу - гнучкість, пластичність, здатність до механічної обробки, феромагнетизм і так далі.
- Існує і матеріал іншого виду. Нікель, підданий катодного розпорошення в атмосфері водню, в реакцію не вступає, а й змінює структуру, переходячи в α-модифікацію. Остання має щільну гексагональну решітку. При нагріванні до 200 С α-фаза переходить в β-фазу. У промисловості мають справу з β-модифікацією нікелю.
Далі розглянуті основні властивості і характеристики нікелю як хімічного елемента і як металу.
Властивості і характеристики
Характеристики β-фази, як основний, представляють більший інтерес, оскільки саме існування α-фази обмежена. Властивості металу такі:
- щільність при нормальній температурі - 8,9 г / куб. см;
- температура плавлення - 1453 С;
- температура кипіння - 3000 С;
- дуже низький коефіцієнт теплового розширення - 13,5 ∙ 10 -6 K -1
- модуль пружності - 196-210 ГПа;
- межа пружності складає 80 Мн / кв. м;
- межа плинності - 120 Мн / кв. м:
- межа розтягування 40-50 кгс / кв. мм;
- питома теплоємність речовини - 0,440 кДж / (кг · К);
- теплопровідність - 90,1 Вт / (м · К);
- питомий електричний опір - 0,0684 мкОм ∙ м.
Нікель є феромагнетиком, його точка Кюрі - 358 С.
Про виготовлення та виробника нікелевих сплавів поговоримо нижче.
виробництво
Самородний нікель на Землі не зустрічається. У зв'язаному вигляді він є в наявності в мідно-нікелевих рудах - мишьяксодержащіх і сульфідних. Це нікелін - червоний нікелевий колчедан, той самий, який гірники брали за мідну руду. хлоантіт - білий нікелевий колчедан, гарніеріт, мідний колчедан і так далі.
Початковою сировиною найчастіше служить сульфидная руда, що включає і мідь. і нікель, тому в схему виробництва включені додаткові етапи по розділенню металів.
- Сульфідні руди зазвичай містять багато вологи і глинистих речовин. Щоб позбутися від них, руду подрібнюють, сушать і брикетують. При занадто високому вмісті сірки в руді її обпалюють.
- Плавка на штейн - здійснюються в шахтних або відбивних печах. Отримують сплав сульфіду нікелю і заліза, включаючи невелику кількість міді.
- Поділ нікелю і міді.
- Випал нікелевого концентрату, відновна плавка і рафінування електролізом.
Спосіб отримання нікелю з окисленої руди виглядає дещо інакше.
- Руду піддають сульфідізірующей плавці з частковим відновленням.
- Отримують Файнштейн - розплавлений штейн продувають повітрям в конверторах.
- Файнштейн обпалюють і очищають від міді;
- Потім відновлюють нікель або плавлять обпалену крицю на ферроникель.
Галузь застосування
Нікель сам по собі використовується досить рідко. Набагато ширше область застосування його сплавів.
- У побуті найчастіше стикаються з нікельованими виробами - крани, змішувачі, меблева фурнітура. Металеві частини меблів досить часто покриті шаром сріблястого НЕ тьмяніють металу. Те ж саме стосується столових приладів і посуду.
- Ще один відомий спосіб використання - біле золото. У його склад входить золото певної проби і сплав нікелю.
- В електротехніці широке розповсюдження знайшли нікелеві катоди. Численні акумулятори - нікель-кадмієві. Нікель-цинкові. залізо-нікелеві і так далі становлять конкуренцію свинцевим акумулятором і при цьому набагато безпечніше.
Однак основним споживачем нікелю є кольорова і чорна металургія: 67% всього видобутого металу використовується для отримання нержавіючих сталей. А 17% - на виготовлення інших, які не залізних сплавів.
- Конструкційна і нержавіюча сталь застосовується буквально всюди: будівництво і машинобудування, електротехніка і виготовлення трубопроводів, приладобудування і зведення несучих каркасів. Саме нікель надає сталям їх стійкість до корозії.
- Нікель-мідних сплавів найчастіше застосовуються при виготовленні кислототривкої апаратури і різноманітних деталей, які повинні працювати в умовах агресивного хімічного середовища.
- Сплави нікелю і хрому знамениті своєю жароміцністю і стійкість до лугів і кислот. Їх використовують в печах, атомних реакторах, двигунах і так далі.
- Сплави нікелю, хрому та заліза, крім того, зберігають стійкість до високої навантаженні при дуже високих температурах - до 900 С. Це незамінний матеріал для газових турбін.
Нікель - метал з надзвичайними властивостями. Міцний, ковкий, стійкий до кислот і лугів і здатний передати ці властивості практично будь-якого сплаву. Не дивно, що нікель так широко застосовується.
StroyRes.NET - це інтернет журнал про будівельні матеріали. У нас Ви знайдете їх опис та фізико-хімічні властивості. Ми розповідаємо про сфери застосування з практичними уроками, а також торкаємося питання виробництва, доставки і зберігання матеріалів.