Никель

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

на тему: «Никель»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Студент Группа:

 

 

 

                                                                                                                   

                                                                                                                        

 

 

 

2012

Содержание

 

Введение…………………………………………………………………. 3

1. Свойства руды…………………………………………………………… 4
2. Химические и физические свойства…………………………………… 6
3. Получение………………………………………………………………..  8
4. Применение никеля……………………………………………………... 12

Заключение……………………………………………………………….15

Литература………………………………………………………………. 17

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Никель металл из тяжелых  цветных металлов, получивший широкое  применение только в конце XIX веке. Впервые как химический элемент никель был открыт в 1751 г. и выделен в чистом виде в 1804 г. Однако он был обнаружен в составе монетных сплавов, применявшихся еще в III столетии до н.э. До 1875 г. никель считался ювелирным металлом, стоил дорого и производили его в очень небольших количествах. Мировое производство никеля в 1875 г. составляло всего ~ 500 т, а затем начало быстро расти. В России первое месторождение никелевых руд было открыто на Урале в 1854 г. На базе этих руд вначале удалось получить никелевый чугун (20 % Ni), а затем и металлический никель; в период с 1874 по 1878 г. было получено ~17т Ni. Промышленное производство никеля на территории царской России не было организовано. Первенцем отечественной никелевой промышленности был Уфалейский никелевый завод, введенный в строй в конце 1933 г. В настоящее время эта подотрасль цветной металлургии в странах СНГ представлена  несколькими никелевыми  комбинатами.

Никель обладает ценными  химическими и высокими механическими  свойствами. Благодаря хорошей пластичности из никеля можно получать разнообразные  изделия методом деформации в  горячем и холодном состоянии. Основным объектом применения никеля являются металлические сплавы. В этих сплавах  никель является или основой, или  одним из важных легирующих элементов, придающих сплавам те или иные необходимые свойства. Не случайно, что в течение многих лет в  общем потреблении никеля расход его качестве сплавов или легирующего  элемента составляет более 80%. Остальная  часть никеля применяется в чистом виде (8%) и для никелевых защитных покрытий (около 10%).

В качестве сплавов никель нашел широкое применение в виде жаропрочных, кислотостойких, магнитных  материалов, сплавов с особыми  физическими свойствами. Особенно большое  значение имеет применение никеля в  качестве легирующего элемента в  специальных сталях и сплавах.

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Свойства руды

 

Никель — элемент побочной подгруппы восьмой группы, четвертого периода периодической системы  химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 28. Обозначается символом Ni (лат. Niccolum). Простое вещество никель (CAS-номер: 7440-02-0) — это пластичный ковкий переходный металл серебристо-белого цвета, при обычных температурах на воздухе покрывается тонкой плёнкой  оксида. Химически малоактивен.

Никель - элемент земных глубин (в ультраосновных породах мантии его 0,2% по массе). Существует гипотеза, что земное ядро состоит из никелистого  железа; в соответствии с этим среднее  содержание никеля в земле в целом по оценке около 3%. В земной коре, где никеля 5,8Ч10-3%, он также тяготеет к более глубокой, так называемой базальтовой оболочке. Ni в земной коре - спутник Fe и Mg, что объясняется сходством их валентности (II) и ионных радиусов; в минералы двухвалентных железа и магния никеля входит в виде изоморфной примеси. Собственных минералов никеля известно 53; большинство из них образовалось при высоких температурах и давлениях, при застывании магмы или из горячих водных растворов. Месторождения никеля связаны с процессами в магме и коре выветривания. Промышленные месторождения никеля (сульфидные руды) обычно сложены минералами никеля и меди. На земной поверхности, в биосфере никеля - сравнительно слабый мигрант. Его относительно мало в поверхностных водах, в живом веществе. В районах, где преобладают ультраосновные породы, почва и растения обогащены никелем.

Никель в нечистом виде впервые получил в 1751 шведский химик  А. Кронстедт, предложивший и название элемента. Значительно более чистый металл получил в 1804 немецкий химик  И. Рихтер. Название никель происходит от минерала купферникеля (NiAs), известного уже в 17 веке и часто вводившего в заблуждение горняков внешним сходством с медными рудами (нем. Kupfer - медь, Nickel - горный дух, якобы подсовывавший горнякам вместо руды пустую породу). С середины 18 века никель применялся лишь как составная часть сплавов, по внешности похожих на серебро. Широкое развитие никелевой промышленности в конце 19 века связано с нахождением крупных месторождений никелевых руд в Новой Каледонии и в Канаде и открытием "облагораживающего" его влияния на свойства сталей. История происхождения никеля и нахождения его в природе имеет большое познавательное значение. Никель и его аналоги - железо и кобальт - не только встречаются в недрах Земли, но и являются основными составляющими космических тел, попадающих на нашу планету в виде отдельных осколков - метеоритов или аэролитов. Эти тела, издавна известные как метеоритное железо, являются в основном сплавами железа с разным содержанием никеля и кобальта. Поэтому историю никеля можно рассматривать не только как историю происхождения и распределения его в геосферах Земли, но и как историю космоса и историю происхождения метеоритов. Она может быть прослежена начиная от недр Земли, ее различных глубинных геосфер и кончая метеоритами. Результаты исследовании метеоритов могут быть сопоставлены с новейшими исследованиями синтетических никелевых сплавов, в какой-то степени повторяющих природные химические составы железо - никелевых сплавов, входящих в основу метеоритных железных сплавов. Таким образом, никель является одним из древнейших металлов, обнаруженных совместно" с железом в самородном состоянии, а также в виде различных минеральных образований. В своем знаменитом труде «Опыт описательной минералогии» В, И. Вернадский уделил много внимания описанию самородных элементов. Он впервые подробно осветил вопрос о самородном железе и самородных сплавах железа с никелем.

Залежи полезных ископаемых, содержащие никель в количествах, при  которых экономически целесообразно  его извлечение. Используемые в промышленном производстве Н. р. подразделяются на сульфидные медно-никелевые и силикатные. В  сульфидных медно-никелевых рудах  главными минералами являются пентландит, миллерит, халькопирит, кубанит, пирротин, магнетит, нередко сперрилит. Месторождения  этих руд принадлежат к магматическим  образованиям, приуроченным к кристаллическим  щитам и древним платформам. Они  располагаются в нижних и краевых  частях интрузий норитов, перидотитов, габбродиабазов и др. пород основной магмы. Образуют залежи, линзы и жилы сплошных богатых и зоны менее  богатых вкраплённых руд, характеризуемые  различным соотношением пентландита  к сульфидам меди и пирротину. Широким распространением пользуются вкрапленные, брекчиевидные и массивные  руды. Содержание никеля в сульфидных рудах колеблется в пределах от 0,3 до 4% и более; соотношение Cu: Ni варьирует  от 0,5 до 0,8 в слабомедистых и от 2 до 4 в высокомедистых сортах руд. Кроме Ni и Cu, из руд извлекается значительное количество Со, а также Au, Pt, Pd, Rh, Se, Te, S. Месторождения медно-никелевых  руд известны в СССР в районе Норильска  и в Мурманской области (район  Печенги), за рубежом -- в Канаде и  Южной Африке. Силикатные Н. р. представляют собой рыхлые и глиноподобные  породы коры выветривания ультрабазитов, содержащие никель (обычно не менее 1%). С корами выветривания серпентинитов  площадного типа связаны руды, в  которых никельсодержащими минералами являются: нотронит, керолит, серпентин, гётит, асболаны. Эти никелевые руды характеризуются обычно невысоким содержанием Ni, но значительными запасами. С корами выветривания трещинного, контактово-карстового и линейно-площадного типов, формирующимися в сложных геологотектонических и гидрогеологических условиях, связаны более богатые руды. Главными минералами в них являются гарниерит, непуит, никелевый керолит, ферригаллуазит.

Среди силикатных руд выделяются железистые, магнезиальные, кремнистые, глинозёмистые разности, обычно смешивающиеся  для металлургической переработки  в определённых соотношениях. Механическому  обогащению никелевые руды не поддаются. В силикатных никелевых рудах содержится кобальт при соотношении Со: Ni порядка 1: 20 - 1: 30. В некоторых месторождениях совместно с силикатными никелевыми рудами залегают железо-никелевые руды с высоким содержанием Fe (50-60%) и Ni (1-1,5%). Основные месторождения никелевых руд находятся в Канаде, России (Мурманская область, Норильский район, Урал), Кубе, ЮАР, Новой Каледонии и на Украине.

 

2. Химические и физические свойства

 

При обычных условиях никель существует в виде b-модификации, имеющей гранецентрированную кубическую решётку (a = 3,5236). Но никель, подвергнутый катодному распылению в атмосфере H2, образует a-модификацию, имеющую гексагональную решётку плотнейшей упаковки (а = 2,65 , с = 4,32 ), которая при нагревании выше 200 °С переходит в кубическую. Компактный кубический никель имеет плотность 8,9 г/см3 (20 °С), атомный радиус 1,24 , ионные радиусы: Ni2+ 0,79 , Ni3+ 0,72 ; tпл 1453 °С; t kип. около 3000 °С; удельная теплоёмкость при 20 °С 0,440 кдж/(кг·К) [0,105 кал/(г·К)]; температурный коэффициент линейного расширения 13,3·10-6 (0-100 °С); теплопроводность при 25 °С 90,1 Вт/(м·K); то же при 500 °С 60,01 Вт/(м·K). Удельное электросопротивление при 20 °С 68,4 ном-м, т. е. 6,84 мкОм·См; температурный коэффициент электросопротивления 6,8Ч10-3 (0-100 °С).

Никель - ковкий и тягучий  металл, из него можно изготовлять  тончайшие листы и трубки. Предел прочности при растяжении 400-500 Мн/м2 (т. е. 40-50 кгс/мм2), предел упругости 80 Мн/м2, предел текучести 120 Мн/м2; относительное  удлинение 40%; модуль нормальной упругости 205 Гн/м2; твёрдость по Бринеллю 600-800 Мн/м2. В температурном интервале  от 0 до 631 К (верхняя граница соответствует  Кюри точке) никель ферромагнитен. Ферромагнетизм никеля обусловлен особенностями строения внешних электронных оболочек (3d84s2) его атомов. Никель вместе с Fe (3d64s2) и  Со (3d74s2), также ферромагнетиками, относится к элементам с недостроенной 3d-электронной оболочкой (к переходным 3d-металлам). Электроны недостроенной оболочки создают нескомпенсированный спиновый магнитный момент, эффективное значение которого для атомов никеля составляет 6 mБ, где mБ - Бора магнетон. Положительное значение обменного взаимодействия в кристаллах никеля приводит к параллельной ориентации атомных магнитных моментов, т. е. к ферромагнетизму. По той же причине сплавы и ряд соединений никель (окислы, галогениды и др.) магнитоупорядочены (обладают ферро-, реже ферримагнитной структурой, см. Магнитная структура). Никель входит в состав важнейших магнитных материалов и сплавов с минимальным значением коэффициента теплового расширения (пермаллой, монель-металл, инвар и др.). В химическом отношении Ni сходен с Fe и Со, но также и с Cu и благородными металлами. В соединениях проявляет переменную валентность (чаще всего 2-валентен). Никель - металл средней активности, Поглощает (особенно в мелкораздробленном состоянии) большие количества газов (H2, CO и др.); насыщение Н. газами ухудшает его механические свойства. Взаимодействие с кислородом начинается при 500 °С; в мелкодисперсном состоянии никель пирофорен - на воздухе самовоспламеняется. Из окислов наиболее важна закись NiO - зеленоватые кристаллы, практически нерастворимые в воде (минерал бунзенит). Гидроокись выпадает из растворов никелевых солей при прибавлении щелочей в виде объёмистого осадка яблочно-зелёного цвета.

При нагревании никель соединяется с галогенами, образуя NiX2. Сгорая в парах серы, даёт сульфид, близкий по составу к Ni3S2. Моносульфид NiS может быть получен нагреванием NiO с серой. С азотом никель не реагирует даже при высоких температурах (до 1400 °С). Растворимость азота в твёрдом никеле приблизительно 0,07% по массе (при 445 °С). Нитрид Ni3N может быть получен пропусканием NH3 над NiF2, NiBr2 или порошком металла при 445 °С. Под действием паров фосфора при высокой температуре образуется фосфид Ni3P2 в виде серой массы. В системе Ni - As установлено существование трёх арсенидов: Ni5As2, Ni3As (минерал маухерит) и NiAs. Структурой никель-арсенидного типа (в которой атомы As образуют плотнейшую гексагональную упаковку, все октаэдрические пустоты которой заняты атомами Ni) обладают многие металлиды. Неустойчивый карбид Ni3C может быть получен медленным (сотни часов) науглероживанием (цементацией) порошка никеля в атмосфере CO при 300 °С. В жидком состоянии никель растворяет заметное количество С, выпадающего при охлаждении в виде графита. При выделении графита никель теряет ковкость и способность обрабатываться давлением. В ряду напряжений Ni стоит правее Fe (их нормальные потенциалы соответственно -0,44 в и -0,24 в) и поэтому медленнее, чем Fe, растворяется в разбавленных кислотах. По отношению к воде никель устойчив. Органические кислоты действуют на никель лишь после длительного соприкосновения с ним. Серная и соляная кислоты медленно растворяют никель; разбавленная азотная - очень легко; концентрированная HNO3 пассивирует никель., однако в меньшей степени, чем железо. При взаимодействии с кислотами образуются соли 2-валентного Ni. Почти все соли Ni (II) и сильных кислот хорошо растворимы в воде, растворы их вследствие гидролиза имеют кислую реакцию.

Труднорастворимы соли таких  сравнительно слабых кислот, как угольная и фосфорная. Большинство солей  никель разлагается при прокаливании (600-800 °С). Одна из наиболее употребительных солей -сульфат NiSO4 кристаллизуется из растворов в виде изумруднозелёных кристаллов NiSO4Ч7H2O - никелевого купороса. Сильные щёлочи на никель не действуют, но он растворяется в аммиачных растворах в присутствии (NH4)2CO3 с образованием растворимых аммиакатов, окрашенных в интенсивно-синий цвет; для большинства из них характерно наличие комплексов [Ni (NH3)6]2+ и [Ni (OH)2(NH3)4]. На избирательном образовании аммиакатов основываются гидрометаллургические методы извлечения никеля из руд. NaOCI и NaOBr осаждают из растворов солей Ni (II), гидроокись Ni (OH)3 чёрного цвета. В комплексных соединениях Ni, в отличие от Со, обычно 2-валентен. Комплексное соединение Ni с диметилглиоксимом (C4H7O2N)2Ni служит для аналитического определения Ni. При повышенных температурах никель взаимодействует с окислами азота, SO2 и NH3. При действии CO на его тонкоизмельчённый порошок при нагревании образуется карбонил Ni(CO)4. Термической диссоциацией карбонила получают наиболее чистый никель.