Хімія нікелю

Министерство Освіти Республіки Беларусь.

Білоруський Національний Технічний Университет.

Кафедра Химии.

Реферат на тему:

Хімія никеля.

Исполнитель: Адамчик Ю. В. грн. 104 312.

_______________________.

Руководитель: Медведєв Д.И.

_______________________.

Минск-2003.

|стор. | | |Запровадження |3 | | |Поширення у природі |4 | | |Одержання |7 | | |Фізичні і хімічні властивості |8 | | |Нікелеві сплави |11 | | |Застосування нікелю у техніці |15 | |5.1|Применение чистого нікелю |16 | |5.2|Применение нікелевих сплавів |21 | | |Укладання |22 | | |Література |25 |.

Основою сучасної техніки є метали і металеві сплави. Різноманітні вимоги до металевим матеріалам зростають з розвитком нових галузей техники.

Нині успішно, й дедалі більше широко використовується атомна енергія в мирних цілях, пред’являючи високі вимоги до нових матеріалам із цілком особливими властивостями; реактивна техніка, теоретичні основи якому було розроблено наші вчені багато років тому, могло стати на службу радянський народ тільки тоді, як було вже створені і впроваджені спеціальні жароміцні сплави. Прогресивно що розвиваються галузі промисловості — хімічна, нафтова, машинобудування, транспорт та інші — грунтуються широкому застосуванні високоміцних залізних, нікелевих і інших сплавів. Серед найголовніших у сучасній техніці металів нікелю належить одне з перших місць. Хоча з поширеності у природі нікель посідає серед металів лише тринадцяте місце, проте за ступеня його значення техніці він стоїть які з залізом, алюмінієм, хромом і іншими найважливішими металлами.

Нікель має цінними хімічними і високими механічними властивостями. Завдяки хорошою пластичності з нікелю можна одержувати різноманітні вироби методом деформації в гарячому і холодному стані. Основним об'єктом застосування нікелю є металеві сплави. У цих сплавах нікель є чи основою, чи однією з важливих легуючих елементів, які надають сплавів ті чи інші необхідні властивості. Невипадково, що у надувалася протягом багатьох років у загальному споживанні нікелю витрата її якості сплавів чи легирующего елемента становить понад 80%. Решта нікелю застосовується у чистому вигляді (8%) й у нікелевих захисних покриттів (близько 10%).

Як сплавів нікель знайшов широке використання у вигляді жароміцних, кислотостойких, магнітних матеріалів, сплавів із цілком особливими фізичними властивостями. Особливо велике значення має тут застосування нікелю як легирующего елемента у спеціальних сталях і сплавах. Про великому розмаїтті складів нікелевих сплавів свідчить те, що у даними, опублікованим у останні роки, зазвичай більше 3000 добре описані у літературі складів нікелевих сплавів, містять різні елементи у різних пропорціях і виділені на різних целей.

1. Поширення в природе.

Нікель — елемент земних глибин (в ультраосновных породах мантії його 0,2% щодо маси). Існує гіпотеза, що земне ядро складається з никелистого заліза; відповідно до цим середнє зміст М. у землі загалом оцінці близько 3%. У земної корі, де нікелю 5,8Ч10−3%, він також тяжіє до глибшої, так званої базальтовій оболонці. Ni в земної корі - супутник Fe і Mg, що подібністю їх валентності (II) і іонних радіусів; в мінерали двовалентних заліза і магнію нікелю входить у вигляді изоморфной домішки. Власних мінералів нікелю відомо 53; більшість їх утворилося при високих температур і тисках, при застывании магми або з гарячих водних розчинів. Родовища нікелю пов’язані з процесами в магмі і корі вивітрювання. Промислові родовища нікелю (сульфидные руди) зазвичай складено мінералами нікелю і міді. На земної поверхні, в біосфері нікелю — порівняно слабкий мігрант. Його щодо мало — в поверхневих водах, в живу речовину. У районах, де переважають ультраосновные породи, грунт й рослини збагачені никелем.

Нікель в нечистому вигляді уперше отримав в 1751 шведський хімік А. Кронстедт, який запропонував і назву елемента. Значно чистіший метал одержав у 1804 німецький хімік І. Ріхтер. Назва нікель відбувається від мінералу купферникеля (NiAs), відомого вже у 17 в. і найчастіше вводившего на манівці гірників зовнішньою подібністю з мідними рудами (ньому. Kupfer — мідь, Nickel — гірський дух, нібито подсовывавший гірникам замість руди порожню породу). Із середини 18 в. нікель застосовувався лише як частину сплавів, із зовнішністю подібних до срібло. Широке розвиток нікелевої промисловості, у кінці 19 в. пов’язані з перебуванням великих родовищ нікелевих руд у новій Каледонії й у Канаді і відкриттям «облагораживающего «його впливу властивості сталей. Історія походження нікелю й знаходження їх у природі має велику пізнавальне значення. Никелъ та її аналоги — залізо «і кобальт — як зустрічаються у надрах Землі, а й є основними складовими космічних тіл, потрапляють на форумі нашу планету як окремих осколків — метеоритів чи аэролитов. Ці тіла, здавна відомі як метеоритне залізо, є переважно сплавами заліза з різними змістом нікелю і кобальту. Тому історію нікелю так можна трактувати як як історію походження і розподілу їх у геосферах Землі, а й як історію космосу, і історію походження метеоритів. Вона то, можливо простежується починаючи з надр Землі, її різних глибинних геосфер і закінчуючи метеоритами. Результати дослідженні метеоритів може бути порівняно з новітніми дослідженнями синтетичних нікелевих сплавів, до якогось ступеня які повторюють природні хімічні склади железо-никелевых сплавів, які входять у основу метеоритних залізних сплавів. Отже, нікель одна із найдавніших металів, виявлених спільно «з залізом в самородном стані, соціальній та вигляді різних мінеральних утворень. У своєму відомому праці «Досвід описової мінералогії» У, І. Вернадський приділив багато уваги опису самородних елементів. Він першим докладно освітив питання самородном залозі і самородних сплавах заліза з никелем.

Поклади з корисними копалинами, містять нікель у кількості, у яких економічно доцільно його вилучення. Використовувані в промисловому виробництві М. р. поділяються на сульфидные мідно-нікелеві і силікатні. У сульфідних медно-никелевых рудах головними мінералами є пентландит, миллерит, халькопирит, кубанит, пирротин, магнетит, нерідко сперрилит. Родовища цих руд належать до магматическим утворенням, приуроченим до кристалічним щитам і древнім платформам. Вони містяться у нижніх і крайових частинах интрузий норитов, перидотитов, габбродиабазов та інших. порід основний магми. Утворюють поклади, лінзи і жили суцільних багатих і зони бідніших вкраплённых руд, характеризуемые різним співвідношенням пентландита до сульфидам міді пирротину. Широким поширенням користуються вкраплені, брекчиевидные і масивні руди. Зміст нікелю в сульфідних рудах коливається не більше від 0,3 до запланованих 4% і більш; співвідношення Cu: Ni варіює від 0,5 до 0,8 в слабомедистых і південь від 2 до 4 в высокомедистых сортах руд. Крім Ni і Cu, з руд витягається значну кількість З, і навіть Au, Pt, Pd, Rh, Se, Te, P. S. Родовища медно-никелевых руд відомі у СРСР у районі Норильська й у Мурманської області (район Печенги), там — у Канаді та Африці. Силікатні М. р. є пухкі і глиноподобные породи кори вивітрювання ультрабазитов, містять нікель (звичайно менш 1%). З корами вивітрювання серпентинитов майданного типу пов’язані руди, у яких никельсодержащими мінералами є: нотронит, керолит, зміїний, гётит, асболаны. Ці М. р. характеризуються зазвичай невисоким змістом Ni, але значними запасами. З корами вивітрювання трещинного, контактовокарстового і линейно-площадного типів, формувалися у непростих геологотектонических і гідрогеологічних умовах, пов’язані багатші руди. Головними мінералами у яких є гарниерит, непуит, нікелевий керолит, ферригаллуазит. Серед силікатних руд виділяються залізисті, магнезиальные, крем’янисті, глинозёмистые різниці, зазвичай смешивающиеся для металургійної переробки на певних співвідношеннях. Механічному збагаченню М. р. не піддаються. У силікатних М. р. міститься кобальт при співвідношенні З: Ni порядку 1: 20 — 1: 30. У деяких родовищах що з силикатными М. р. залягають железо-никелевые руди з великим змістом Fe (50−60%) і Ni (1−1,5%). Нікелеві родовища вивітрювання відомі у СРСР на Середньому і Південному Уралі, в Україні, Серед країн капіталістичного світу з розмірам видобутку М. р. виділяються Канада і Нова Каледонія (в 1972 вироблено відповідно 232,6 тис. т і 115,3 тис. т Ni).

2. Получение.

Близько 80% М. від загального його виробництва (без СРСР) отримують з сульфідних медно-никелевых руд. Після селективного збагачення методом флотації з руди виділяють мідний, нікелевий і пирротиновый концентрати. Нікелевий рудний концентрат в суміші з флюсами виплавляють в електричних шахтах чи отражательных печах з метою відокремлення порожній породи й виведення М. в сульфидный розплав (штейн), у якому 10−15% Ni. Зазвичай электроплавке (основний метод плавки у СРСР) передують частковий окисний випал і окускование концентрату. Поруч із Ni в штейн переходять частина Fe, З і практично цілком Сu та шляхетні метали. Після відділення Fe окисленням (продувкой рідкого штейну в конвертерах) отримують сплав сульфидов Cu і Ni — файнштейн, який повільно охолоджують, тонко подрібнюють і скеровують на флотацию потреби ділити Cu, і Ni. Нікелевий концентрат ліплять в киплячому шарі до NiO. Метал отримують відновленням NiO в електричних дугових печах. З чорнового нікелю виливають аноди і рафинируют электролитически. Зміст домішок в электролитном М. (марка 110) 0,01%. ля поділу Cu і Ni використовують також т. зв. карбонильный процес, заснований на оборотності реакции:

Ni+4CO=Ni (CO).

Одержання карбонила проводять при 100−200 атм. і за 200−250 °З, яке розкладання — без доступу повітря при атмосферному тиску і майже 200 °З. Розпад Ni (CO)4 використовують також і отримання нікелевих покриттів і виготовлення різних виробів (розкладання на нагрітої матриці). У сучасних «автогенных «процесах плавка здійснюється рахунок тепла, выделяющегося при окислюванні сульфидов повітрям, збагаченим киснем. Це дозволяє відмовитися від вуглецевого палива, отримати гази, багаті SO2, придатні виробництва сірчаної кислоти чи елементарної сірки, і навіть різко підвищити економічність процесу. Найбільш цілком і перспективне окислювання рідких сульфидов. Все більш поширюються процеси, засновані на обробці нікелевих концентратів розчинами кислот чи аміаку в присутності кисню при підвищених температурах і тиску (автоклавные процеси). Зазвичай М. переводять їх у розчин, з яких виділяють його вигляді багатого сульфидного концентрату чи металевого порошку (відновленням воднем під тиском). З силікатних (окислених) руд М. також може бути сконцентрований в штейне під час введення в шихту плавки флюсів — гіпсу чи піриту. Восстановительно-сульфидирующую плавку проводять зазвичай, у шахтних печах; утворений штейн містить 16−20% Ni, 16−18% P. S, інше — Fe. Технологія вилучення М. з штейну аналогічна описаної вище, крім те, що операція відділення Cu часто випадає. При малому змісті в окислених рудах З їх доцільно піддавати відновлювальної плавленні із отриманням феронікелю, спрямовуваного на виробництво сталі. Для вилучення М. з окислених руд застосовують також гидрометаллургические методи — аммиачное вилуговування попередньо відновленої руди, сернокислотное автоклавное вилуговування і др.

3. Фізичні і хімічні свойства.

При умовах нікель існує у вигляді b-модификации, має гранецентрированную кубічну грати (a = 3,5236 [pic]). Але М., підданий катодному розпорошення у атмосфері H2, утворює a-модификацию, має гексагональную грати плотнейшей упаковки (а = 2,65 [pic], з = 4,32 [pic]), яка за нагріванні вище 200 °З перетворюється на кубічну. Компактний кубічний М. має щільність 8,9 г/см3 (20 °З), атомний радіус 1,24 [pic], іонні радіуси: Ni2+ 0,79 [pic], Ni3+ 0,72 [pic]; tпл 1453 °З; tkип близько 3 тис °З; питома теплоёмкость при 20 °З 0,440 кдж/(кг-К) [0,105 кал/(г°С)]; температурний коефіцієнт лінійного розширення 13,310−6 (0−100 °З); теплопровідність при 25 °З 90,1 вмl (м-K)[0,215 кал/(см-сек-оС)]; то навіть за 500 °З 60,01 вм/(м-К) [0,148 кал/см (сек-оС)]. Питома электросопротивление при 20 °З 68,4 ном-м, т. е. 6,84 мкОм-См; температурний коефіцієнт електроопору 6,8Ч10−3 (0−100 °З). Нікель — ковкий і тягучий метал, нього можна виготовляти найтонші листи і трубки. Межа міцності при розтягненні 400−500 Мн/м2 (т. е. 40−50 кгс/мм2), межа пружності 80 Мн/м2, межа плинності 120 Мн/м2; відносне подовження 40%; модуль нормальної пружності 205 Гн/м2; твердість по Бринеллю 600−800 Мн/м2. У температурному інтервалі від 0 до 631 До (верхня межа відповідає Кюрі точці) нікель ферромагнитен. Ферромагнетизм нікелю обумовлений особливостями будівлі зовнішніх електронних оболонок (3d84s2) його атомів. Нікель разом із Fe (3d64s2) і З (3d74s2), також ферромагнетиками, належить до елементам з недобудованій 3dелектронної оболонкою (до перехідним 3d-металлам). Електрони недобудованій оболонки створюють нескомпенсированный спиновый магнітний момент, ефективне значення для атомів нікелю становить 6 mБ, де mБ — Бору магнетон. Позитивне значення обмінного взаємодії кристалах нікелю призводить до паралельної орієнтації атомних магнітних моментів, т. е. до ферромагнетизму. З тієї ж причини сплави і кілька сполук нікель (окисли, галогениды та інших.) магнитоупорядочены (мають феро-, рідше ферримагнитной структурою, див. Магнітна структура). М. входить до складу найважливіших магнітних матеріалів і сплавів з мінімальним значенням коефіцієнта теплового розширення (пермалой, монель-металл, інвар та інших.). У хімічному відношенні Ni подібний з Fe і З, але й з Cu і благородними металами. У з'єднаннях виявляє зміну валентність (найчастіше 2- валентен). М. — метал середньої активності, Поглинає (особливо у мелкораздробленном стані) велику кількість газів (H2, CO та інших.); насичення М. газами погіршує його механічні властивості. Взаємодія з киснем починається при 500 °З; в мелкодисперсном стані М. пирофорен — надворі самозаймається. З окислів найважливіша закис NiO — зеленкуваті кристали, практично нерозчинні у питній воді (мінерал бунзенит). Гидроокись випадає з розчинів нікелевих солей при додаванні лугів в вигляді объёмистого осаду яблочно-зелёного кольору. При нагріванні М. сполучається з галогенами, створюючи NiX2. Згоряючи в парах сірки, дає сульфід, близький за складом до Ni3S2. Моносульфид NiS можна отримати нагріванням NiO із сірою. З азотом М. не реагує навіть за високих температур (до 1400 °З). Розчинність азоту в твердому М. приблизно 0,07% щодо маси (при 445 °З). Нітрид Ni3N можна отримати пропусканием NH3 над NiF2, NiBr2 чи порошком металу при 445 °З. Під впливом парів фосфору при високої температурі утворюється фосфід Ni3P2 як сірої маси. У системі Ni — As встановлено існування трьох арсенидов: Ni5As2, Ni3As (мінерал маухерит) і NiAs. Структурою никель-арсенидного типу (у якій атоми As утворюють плотнейшую гексагональную упаковку, все октаэдрические порожнечі якої зайняті атомами Ni) мають багато металлиды. Хитливий карбід Ni3C можна отримати повільним (сотні годин) науглероживанием (цементацией) порошку М. у атмосфері CO при 300 °З. У рідкому стані М. розчиняє помітне кількість З, выпадающего при охолодженні як графіту. При виділенні графіту М. втрачає гнучкість і можливість оброблятися тиском. Серед напруг Ni стоїть правіше Fe (їх нормальні потенціали відповідно -0,44 у і -0,24 у і тому повільніше, ніж Fe, розчиняється в розбавлених кислотах. Стосовно воді нікель стійкий. Органічні кислоти діють на М. лише після тривалого зустрічі з ним. Сірчана і соляна кислоти повільно розчиняють М.; разбавленная азотна — дуже просто; концентрована HNO3 пассивирует М., однак у меншою мірою, ніж залізо. При взаємодії з кислотами утворюються солі 2-валентного Ni. Майже всі солі Ni (II) і сильних кислот добре розчиняються у воді, розчини їх внаслідок гідролізу мають кислу реакцію. Труднорастворимы солі таких порівняно слабких кислот, як вугільна і фосфорна. Більшість солей М. розкладається при прокаливании (600−800 °З). Одною з найбільш уживаних солей — сульфат NiSO4 кристалізується з розчинів як изумруднозелёных кристалів NiSO4Ч7H2O — нікелевого купоросу. Сильні щёлочи на М. не діють, але розчиняється в аміачних розчинах у присутності (NH4)2CO3 із заснуванням розчинних аммиакатов, забарвлених у интенсивно-синий колір; більшість їх характерно наявність комплексів [Ni (NH3)6]2+ і [Ni (OH)2(NH3)4]. На виборчому освіті аммиакатов грунтуються гидрометаллургические методи вилучення М. з руд. NaOCI і NaOBr в облогу беруть з розчинів солей Ni (II), гидроокись Ni (OH)3 чорного кольору. У комплексних з'єднаннях Ni, в на відміну від З, зазвичай 2-валентен. Комплексне з'єднання Ni з диметилглиоксимом (C4H7O2N)2Ni служить для аналітичного визначення Ni. При підвищених температурах М. взаємодіє зі окислами азоту, SO2 і NH3. При дії CO з його тонкоизмельчённый порошок при нагріванні утворюється карбонил Ni (CO)4 (див. Карбонилы металів). Термічної дисоціацією карбонила отримують найбільш чистий М. .

4. Нікелеві сплави. Здатність нікелю розчиняти у собі значну кількість ін. металів і зберігати у своїй пластичність призвела до створення значної частини М. з. Корисні властивості М. з. певною мірою обумовлені властивостями самого нікелю, серед яких разом із здатністю утворювати твёрдые розчини із багатьма металами виділяються ферромагнетизм, висока коррозионная стійкість в газових і рідких середовищах, відсутність аллотропических перетворень. З кінця XIX в. порівняно широко використовуються мідно-нікелеві сплави, які мають високої пластичністю разом із високої коррозионной стійкістю, цінними електричними та інших. властивостями. Практичне застосування знаходять сплави типу модель — металу, які поруч із куниалями вирізняються серед конструкційних матеріалів високої хімічної стійкістю у питній воді, кислотах, міцних щёлочах, надворі, Важливу роль техніці грають феромагнітні сплави Ni (40−85%) з Fe, які стосуються класу магнитно-мягких матеріалів. Серед цих матеріалів є сплави, які характеризуються найвищим значенням магнітної проникності, її сталістю, поєднанням високої намагниченности насичення і магнітної проникності). Такі сплави застосовують у багатьох областях техніки, де визначена висока чутливість робочих елементів зміну магнітного поля. Сплави з 45−55% Ni, леговані потроху Cu чи З, мають коефіцієнтом лінійного термічного розширення, близькими до коефіцієнта лінійного термічного розширення скла, що використовують у тому випадку, коли необхідно мати герметичний контакт між склом і металом. Сплави Ni з З (4 чи 18%) ставляться до групи магнитострикционных матеріалів. Завдяки хорошою коррозионной стійкості у річковій і військовий морський воді такі сплави є цінним матеріалом для гідроакустичної апаратури. На початку 20 в. став відомий, що жаростійкість Ni надворі, досить висока як така, можна поліпшити шляхом запровадження Al, Si чи Cr. З сплавів подібного типу важливе практичного значення завдяки хорошому поєднання термоелектричних властивостей і жаростійкості зберігають сплав нікелю з Al, Si і Mn (алюмель) і сплав Ni з десятьма% Cr (хромель). Хромельалюмелевые термопари ставляться до найпоширеніших термопар, що застосовуються у в промисловості й лабораторної техніці. Знаходять практичне використання також термопари з хромеля і копеля. Важливе використання у техніці отримали жаростойкие сплави Ni з Cr — нихромы. Найбільше торгівлі поширення набули нихромы з 80% Ni, які до появи хромалей були справді жаростойкими промисловими матеріалами. Спроби здешевити нихромы зменшенням в них вмісту Ni увінчалися створенням т. зв. ферронихромов, у яких значної частини Ni заміщена Fe. Найбільш поширеної виявилася композиція з 60% Ni, 15% Cr і 25% Fe. Експлуатаційна стійкість більшості нихромов вище, ніж ферронихромов, тому останні використовуються, зазвичай, за більш низької температури. Нихромы і ферронихромы мають рідкісним поєднанням високої жаростійкості і високого електричного опору (1,05−1,40 мкомЧм). Тому разом із хромалями є два найважливіших класу сплавів, які у вигляді дроту і стрічки виготовлення високотемпературних електричних нагрівачів. Для электронагревателей здебільшого виробляють нихромы, леговані кремнієм (до $ 1,5%) разом із микродобавками рідкісноземельних, щёлочноземельных чи ін. металів. Гранична робоча температура нихромов цього становить, зазвичай, 1200 °З, в ряді марок 1250 °C. з., містять 15−30% Cr, леговані Al (до запланованих 4%), більш жаростойки, ніж сплави, леговані Si. Проте їх важче отримати однорідну за складом дріт чи стрічку, що необхідно для надёжной роботи электронагревателей. Тому такі М. з. використовують у основному задля виготовлення жаростойких деталей, не схильних до великим механічним навантажень при високих температурах до 1250 °З. Під час 2-ї світової війни 1939;45 у Великобританії розпочав виробництво жароміцних сплавів Ni — Cr — Ti — Al, званих нимониками. Ці сплави, виниклі як результат легування нихрома (типу X20H80) титаном (2,5%) і алюмінієм (1,2%), мають помітну перевагу по жаропрочности перед нихромами і спеціальними легованими сталями. На відміну від раніше які застосовувались жароміцних сталей, працездатних до 750−800 °З, нимоники виявилися придатними для експлуатації за більш високих температур. Поява їх послужило потужним поштовхом до розвитку авіаційних газотурбінних двигунів. За порівняно стислі терміни було створено велика кількість сложнолегированных сплавів типу нимоник (з Ti, Al, Nb, Ta, З, Mo, W, У, Zr, Ce, La, Hf) з робочої температурою 850−1000 °З. Ускладнення легування погіршує здатність сплавів до гарячої обробці тиском. Тому поруч із деформируемыми сплавами широкого розповсюдження набули ливарні сплави, які можна більш легованими, отже, і більше жаропрочными (до 1050 °З). Проте задля литих сплавів характерні менш однорідна структура як наслідок цього, кілька більший розкид властивостей. Випробувані способи створення жароміцних композиційних матеріалів введенням у нікель чи М. з. тугоплавких окислів торію, алюмінію, цирконію та інших. сполук. Найбільше застосування отримав М. з. з высокодисперсными окислами торію (ТД-никель). Важливу роль техніці грають леговані сплави Ni — Cr, Ni — Mo і Ni — Mn, які мають цінним поєднанням електричних властивостей: високим питомим електричним опором (r = 1,3−2,0 мкомЧм), малим значенням температурного коефіцієнта електричного опору (порядку 10−5 1/°С), малим значенням термоэдс разом з міддю (менш 5 мв/°С). За величиною температурного коефіцієнта електричного опору ці сплави поступаються манганину в інтервалі кімнатних температур, проте, мають у своєму 3−4 разу більше удільне електричне опір. Головна сферу застосування таких сплавів — малогабаритні резистивные елементи, яких потрібно сталість електричних властивостей у процесі служби. Елементи виготовляються, зазвичай, з микропроволоки або з тонкої стрічки завтовшки 5−20 мкм. Сплави з урахуванням Ni — Mo і Ni — Cr застосовують також і виготовлення малогабаритних тензорезисторов, що характеризуються майже лінійної залежністю зміни електричного опору від величини пружною деформації. Для хімічної апаратури, яка працює высокоагрессивных середовищах, наприклад, у соляної, сірчаної і фосфорної кислотах різної концентрації за температур, близьких до температурі кипіння, широко використовуються сплави Ni — Mo чи Ni — Cr — Mo, відомі там під назвою хастелой, реманит та інших., а СРСР — сплави марок H70M28, Н70М28Ф, Х15Н55М16 В, Х15Н65М16 В. Ці сплави перевершують по коррозионной стійкості у таких середовищах всі відомі коррозионностойкие стали. У практиці застосовують ще низку М. з. (з Cr, Mo, Fe та інших. елементами), які мають сприятливим поєднанням механічних і фізико-хімічних властивостей, наприклад коррозионностойкие сплави для пружин, твёрдые сплави для штампів та інших. Крім власне М. з., нікель входить як одне із компонентів у складі багатьох сплавів з урахуванням ін. металів (наприклад, ални сплавы).

5. Застосування нікелю у сучасній технике.

Масове й різноманітне застосування нікелю зв’язало із чудовими властивостями цього металу. Нікель — одне із елементів VIII групи періодичної системи, і аналогами його не є лише кобальт і залізо, про й метали групи паладію і платины.

У періодичної системі нікель за вертикаллю займає ряд: Ni — Pd — Pt, що визначає подібність цих металів. Саме тому нікель у багатьох відносинах зберігає високу хімічну стійкість, притаманну платині і палладию.

Ступінь хімічної стійкості цих елементів зменшується від платини до нікелю, але останній ще зберігає їх у достатньо для практичного застосування. Нікель не окислюється в атмосферних умовах при кімнатної «температурі, він стійкий у різних хімічно активних середовищах — в лугах та інших. і окислюється при нагріванні до 700—800°. Нікель є ферромагнитным металом; в чистому вигляді він пластичний і має достатню міцність. Він піддається всіх видах механічного оброблення — куванню, прокатці, штампування і добре сваривается.

Завдяки комплексу цих властивостей нікель в чистому вигляді знаходить різноманітне застосування, особливо широке у різноманітних сплавов.

Не треба докладно на відомих вже з літературним даним областях застосування нікелю. Вони наведені у зазначених монографіях по металургії нікелю. З погляду сучасної застосування нікелю в чистому вигляді й у різних сплавах цікаві дві оглядові статті за 1953 і 1955 рр., присвячені спеціально нікелю та її сплавів, Вони наведено стисле опис наукових робіт але нікелю та її сплавів (що містить вище 40% нікелю), виконаних останніми роками, відзначені нові області застосування нікелю і наводиться великий список литературы.

Ряд довідників і статей присвячений застосуванню нікелю як легирующего елемента у сталях і сплавах із цілком особливими фізичними, хімічними і механічними властивостями; багато праць присвячено розробці нових нікелевих жароміцних сплавів та його застосуванню у реактивної, газотурбінної техніці .

Це свідчить про все зростаючу котячу інтерес до металевому нікелю і його сплавів, обусловливающем безперервне зростання споживання цього металу у нових областях техники.

Зупинимося коротко що на деяких прикладах сучасного застосування нікелю і його сплавів на цьому тлі покажемо перспективи подальшого його развития.

5.1. Застосування чистого никеля.

Нікель в чистому вигляді знаходить основне використання у ролі захисних покриттів від корозії у різних хімічних середовищах. Захисні покриття на залозі та інших металах виходять двома відомими способами: плакировкой і гальванопластикой. Першим методом плакований шар створюється шляхом спільної прокатки в гарячому стані тонкої нікелевої платівки із товстим залізним листом. Співвідношення толщин нікелю і покрываемого металу у своїй дорівнює приблизно 1:10. У процесі спільної прокатки, з допомогою взаємної дифузії, ці листи зварюються, виходить монолітний двухслойный і навіть тришаровий метал, никелевая поверхню якого охороняє цей матеріал від коррозии.

Такі гарячий метод створення захисних нікелевих покриттів широко застосовується для запобігання заліза і нелегированных сталей від корозії. Це значно здешевлює вартість багатьох виробів і апаратів, виготовлених ні з чистого нікелю, та якщо з порівняно дешевого заліза чи стали, але покритих тонким захисним шаром з нікелю. З нікельованих аркушів заліза виготовляються великі резервуари транспортуванню і зберігання, наприклад, ядучих лугів, застосовувані також у різноманітних виробництвах хімічної промышленности.

Гальванічний засіб створення захисних покриттів нікелем є один з найстаріших методів електрохімічних процесів. Ця операція, широко відома у техніці під назвою нікелювання, у принципі представляє порівняно простий технологічний процес. Він містить у собі деяку підготовчу роботу з дуже ретельної очищенні поверхні покрываемого металу і підготовці електролітичної ванни, що з підкисленого розчину нікелевої солі, зазвичай сульфату нікелю. При электролитическом покритті катодом служить покрываемый матеріал, а анодом — никелевая платівка. У гальванічної ланцюга нікель осаджується на катоді з еквівалентним переходом його з анода в розчин. Метод нікелювання має широке використання у техніці, й у цього споживається велике кількість никеля.

Останнім часом метод електролітичного покриття нікелем застосовується до створення захисних покриттів на алюмінії, магнії, цинке і чавунах. У роботі описується застосування методу нікелювання алюмінієвих і магнієвих сплавів, зокрема на захисту дюралюмінієвих лопатей гвинтових літаків. У другій роботі описано застосування нікельованих чавунних барабанів для сушіння в паперовому виробництві; встановлено значне підвищення коррозионной стійкості барабанів, і підвищення якості папери на нікельованих барабанах проти звичайними чавунними без никелировки.

Теоретичним і практичних питань електролітичного нікелювання присвячені багато доповідей на 4-й міжнародної конференції з электроосаждению: отримання світлих покриттів, заходи запобігання розтріскування покриттів, застосування різних електролітів, вплив органічних сполук на поверхню осаждаемого нікелю і др.

Опису оригінального методу нікелювання через каталітичну реакцію присвячена робота. Цим методом, відмінними від електролітичного, вдається, по думці автора, досягати рівномірного по — 40 кревного шару незалежно від форми, конфігурації і середніх розмірів никелируемых деталей.

Діяльність радянських авторів вивчено электроосаждение золота «при добавку нікелю як Ni (CN)2 щоб одержати опадів із більшої твердістю і опором истиранию. Робота дала позитивні результати. Отриманню світлих опадів при никелировании присвячена также.

Плавлений, ковкий нікель в чистому вигляді також знаходить широке використання у вигляді аркушів, труб, прутків і дроту, легко отримуваних з нікелю існуючими технологічними операциями.

Основні споживачі нікелю — хімічна, текстильна, харчова та інші галузі промисловості. З чистого нікелю виготовляються різні апарати, прилади, казани і тиглі із високим коррозионной стійкістю та сталістю фізичних властивостей. Особливого значення мають нікелеві матеріали в виготовленні резервуарів і цистерн для зберігання ЕВР у них продуктів харчування, хімічних реагентів .

Нікелеві тиглі поширені на практиці аналітичної хімії. Нікелеві труби різних розмірів служать виготовлення конденсаторів, в виробництві водню, для перекачування різних хімічно активних речовин (лугів) в хімічному виробництві. Нікелеві, хімічно стійкі інструменти широко використовують у медицині, в науково-дослідної работе.

Порівняно новою сферою застосування нікелю є нові види техніки: прилади для радіолокації, телебачення, дистанційного управління процесами (в атомної техніці), останнім часом стали виготовлятися з чистого никеля.

За повідомленням авторів роботи, нікелеві платівки останнім часом застосовують замість кадмиевых в механічних прерывателях нейтронного пучка з з метою отримання нейтронних імпульсів з великим значенням энергии.

Є цікаві вказівки про застосування нікелевих платівок в ультразвукових установках, як електричних, і механічних, соціальній та сучасних конструкціях телефонних аппаратов.

Є певні області техніки, де чистий нікель застосовується чи у порошкоподібному вигляді або у вигляді різних виробів, отримуваних з порошків чистого никеля.

Однією з областей застосування порошкоподібного нікелю є каталітичні процеси в реакціях гідрогенізації непредельных вуглеводнів, циклічних альдегідів, спиртів, ароматичних углеводородов.

Каталітичні властивості нікелю аналогічні тим самим властивостями платини і паладію. Отже, хімічна аналогія елементів одному й тому ж групи періодичної системи знаходить відбиток й тут. Нікель, як метал дешевший, ніж паладій і платина, широко застосовується у ролі каталізатора при гидрогенизационных процессах.

Для цього доцільно застосовувати нікель як найтоншого порошку. Він виходить спеціальним режимом відновлення воднем закису нікелю в інтервалі температур 300—350°.

Останнім часом розроблений оригінальний метод отримання найчистішого порошку нікелю (до 99,8—99,9% Ni) щодо різноманітних цілей, зокрема й у каталітичних процессов.

Питанню отримання порошкоподібного нікелю стандартного складу присвячена одне з радянських робіт. У повідомленні дається опис металокерамічного методу отримання порошкоподібного нікелю високої чистоти і порядку застосування його для електротехнічних цілей. Саме там наводяться дані про виготовлення цим методом сплавів нікелю з залізом. За підсумками застосування порошків чистого нікелю освоєно виробництво пористих фільтрів для фільтрування газів, палива тощо. у різноманітних галузях хімічної промисловості. Значне кількість нікелю в порошкоподібному вигляді споживається у виробництві різних нікелевих сплавів і як зв’язки і при отриманні металлокерамическим способом твердих і надтвердих сплавов.

Нікель широко застосовується у ролі акумуляторних електродів в лужних акумуляторах. У ще у роки війни розробили метод виготовлення цих електродів з пресованих і спеченных за певних умовах порошків чистого нікелю. Такий спосіб став широко застосовуватися у Німеччині та інших странах.

Є повідомлення у тому, що платівки для лужних акумуляторів, одержані із тонкого порошку найчистішого нікелю, отриманого через карбонил нікелю, мають 80% пористости ще більшу поверхню, показують високу продуктивність. Такі акумулятори зберігаються без розрядки якщо зберіганні (приблизно до одного года).

Певний застосування нікель знаходять у вигляді неорганічних сполук, у керамічної промисловості щодо різноманітних покриттів, эмалирования та інших целей.

5.2. Застосування нікелевих сплавів .

Попри всю різноманітність застосування нікелю в чистому вигляді треба все-таки помітити, що витрати його за це становить по тоннажу невелику частку від загального користування нікелю — приблизно 8%.

Головною і основний областю застосування нікелю майже з часу зародження нікелевої промисловості є металеві сплави, у яких нікель є або легирующим елементом, або основою нікелевого сплаву, легованого іншими элементами.

Вище наведено співвідношення частки витрати нікелю на металеві сплави й у чистому вигляді для США за 1935 р.: приблизно 82% для сплавів, 8% в чистому вигляді й 10% для никелирования.

Останніми роками у розподілі нікелю з об'єктів його споживання докорінних змін цього не сталося. Так було в 1953 р. споживання нікелю в США різноманітні об'єктах составило.

Заключение

.

Нікель одна із надзвичайно важливих металів; вона має свою чудову пам’ятати історію та привабливі перспективи подальшого применения.

Як хімічний елемент нікель відомий трохи більше 200 років, але практичне застосування його вигляді різних сплавів іде у глибоку давнина. У розвитку людської культури, особливо народів Закавказзя, Середню Азію, Китаю, Індії, та Єгипту, відомі приклади застосування никельсодержащих сплавів за 3000 років до нашої эры.

У історії первісної культури, в так званому залізному столітті нікелю, поруч із його аналогом — залізом, належить особливу увагу, тому що ці два металу супроводжували один одному самородном залозі і особливо у метеоритному залозі. Багато металеві вироби, характерні для Єгипті, виявилися виготовленими за ЗЭОО—4000лет е. з метеоритного заліза, що містить від 6 до 50—60% никеля.

Але, зрозуміло, це були випадковим застосуванням нікелю, не повідомляючи його як металу, не повідомляючи його властивостей і методів його одержання в чистому виде.

З кінця XVIII століття, з недостатнім розвитком математично-природничої грамотності і особливо хімії, у орбіту господарську діяльність людини почало втягуватися все більше й більше металів. У XVIII століття відкрили нікель як элемент.

У успішний розвиток хімічної науки ХІХ століття, підготовкою і про відкриття найбільшого закону природи — періодичного закону хімічних елементів, сформульованого Д. І. Менделєєвим в 1869 р., нікель та її аналоги грали винятково важливу роль. Елементи VIII групи мали велике значення в обгрунтуванні періодичної системи елементів— до вивчення періодичного характеру зміни властивостей елементів, оскільки вони були з'єднувальною ланкою між елементами основний підгрупи і побічних груп (підгрупи У) періодичної системи, пояснюючи стрибкоподібний характер зміни властивостей елементів по периодам.

Як зрозуміло, через ці крайні елементи VIII групи — нікель, паладій і платину — і далі через елементи нульової групи відбувається перехід до елементам I групи (підгрупи У) і виявляється періодичність зміни властивостей элементов.

Із середини ХІХ століття нікель став знаходити практичне застосування. Як легуючий елемент, що надає високу в’язкість і міцність сталям, як хімічно стійкий метал як і основа багатьох металевих сплавів з особливими фізичними властивостями — електричними, магнітними та інших. — нікель стає найважливішим технічним металлом.

Бистре розвиток світового виробництва нікелю пояснюється широкі й різнобічними потребами швидко що розвивається техники.

XIX і XX століть. Особливо більших масштабів виробництва нікелю намітилися в роки справжнього століття, коли почали легувати нікелем стали, в особливості конструкційні, машинобудівні і броньові. Велике значення отримали різного призначення чавуни, містять никель.

З розвитком багатьох галузей техніки знадобилися високолегованих сталях і сплавах з «особливими фізичними, хімічними і механічними властивостями. У цьому плані першорядне роль належала й належить нікелю, никелевым сталям і никелевым сплавів. До нинішнього часу налічується понад 3000 складів різних сталей і сплавів, де нікель є основою чи присутній як легуючий. элемент.

Застосування нікелю у сучасній техніці дуже різноманітно. Він застосовується у чистому вигляді як хімічно стійкий, ферромагнитный матеріал в аппаратостроении, як каталізатор як і матеріал для акумуляторів. Чистий нікель застосовується у значних масштабах для захисних поверхневих покриттів: зване нікелювання має значення щоб надати поверхні металевих матеріалів високої хімічної стойкости.

Велике розвиток одержало застосування нікелю у різноманітних сплавів на його основі. Слід підкреслити особливо широке застосування сплавів нікелю з хромом і залізом (нихромы і ферронихромы), коррозионноі кислотостойких нікелевих сплавів, жароміцних сплавів, сплавів нікелю з міддю, бериллием, кобальтом, твердих сплавів, де нікель необхідний, як що з'єднує материал.

1. РР. Уразов. Металургія нікелю .ОНТИ, 1935.

2. В.І. Смирнов. Металурги нікелю. Металлургиздат, 1947.

3. Д.І. Чижиків. Металургія кольорових важких металів. Вид-во АН.

СССР, 1948.

4. С. М. Ясюкович. Устаткування руд. Металлургиздат, 1953.