Nikkel

Nikkel
Illustrativt billede af artiklen Nikkel
Knude af rent nikkel (99,9%), raffineret ved elektrolyse, ved siden af ​​en 1 cm³ terning
Kobolt ← Nikkel → Kobber
-
  Kubisk krystalstruktur
 
28
Eller
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
   
                                           
Eller
Pd
Fuldt bordUdvidet bord
Position i det periodiske system
Symbol Eller
Efternavn Nikkel
Atom nummer 28
Gruppe 10
Periode 4 th periode
Blok Blok d
Elementfamilie Overgangsmetal
Elektronisk konfiguration [ Ar ] 3d 8 4 s 2 eller
[ Ar ] 3d 9 4 s 1
Elektroner efter energiniveau 2, 8, 16, 2
Elementets atomare egenskaber
Atommasse 58,6934  ± 0,0002  u
Atomisk radius (calc) 135  pm ( 149  pm )
Kovalent radius 124  ±  16:00
Van der Waals-radius 163  pm
Oxidationstilstand 2 , 3
Elektronegativitet ( Pauling ) 1,91
Oxid svagt grundlæggende
Ioniseringsenergier
1 re  : 7.6398  eV 2 e  : 18.16884  eV
3 e  : 35,19  eV 4 e  : 54,9  eV
5 e  : 76,06  eV 6. th  : 108  eV
7 th  : 133  eV 8 th  : 162  eV
9 e  : 193  eV 10 e  : 224,6  eV
11 e  : 321,0  eV 12 th  : 352  eV
13 th  : 384  eV 14 e  : 430  eV
15 e  : 464  eV 16 e  : 499  eV
17 e  : 571,08  eV 18 th  : 607,06  eV
19 th  : 1.541  eV 20 e  : 1648  eV
21 e  : 1.756  eV 22 nd  : 1.894  eV
23. e  : 2011  eV 24 th  : 2.131  eV
25 th  : 2,295  eV 26 e  : 2399,2  eV
27 e  : 10 288,8  eV 28 E  : 10 775,40  eV
Mest stabile isotoper
Iso ÅR Periode MD Ed PD
MeV
56 Nor {syn.} 6.077  d ε 2.136 56 Co
58 Ni 68,0769  %
stabil med 30 neutroner
59 Nor {syn.}
spor
76.000  a ε 1.072 59 Co
60 Ni 26,10  % stabil med 32 neutroner
61 Hverken 1,13  % stabil med 33 neutroner
62 Ni 3,59  % stabil med 34 neutroner
63 heller ikke {syn.} 100,1  a β- 2.137 63 Cu
64 Ni 0,91  % stabil med 36 neutroner
Enkle kropsfysiske egenskaber
Almindelig tilstand fast ( ferromagnetisk )
Volumenmasse 8,902  g · cm -3 ( 25  ° C )
Krystal system Ansigtscentreret kubik
Hårdhed 4
Farve Sølvhvid, grå refleksion
Fusionspunkt 1.455  ° C
Kogepunkt 2.913  ° C
Fusionsenergi 17,47  kJ · mol -1
Fordampningsenergi 370,4  kJ · mol -1
Molært volumen 6,59 × 10 -6  m 3 · mol -1
Damptryk 0,545  Pa
ved 1.456,85  ° C
Lydens hastighed 4970  m · s -1 til 20  ° C
Massiv varme 440  J · kg -1 · K -1 til 20  ° C
Elektrisk ledningsevne 14,3 x 106  S · m- 1
Varmeledningsevne 90.7  W · m -1 · K -1
Opløselighed jord. i HNO 3 ,

HCI + Pt (IV) ioner ,
HCI + H 2 O 2

Forskellige
N o  CAS 7440-02-0
N o  ECHA 100.028.283
N o  EF 231-111-4
Forholdsregler
SGH
SGH07: Giftig, irriterende, sensibiliserende, narkotiskSGH08: Sensibilisator, mutagen, kræftfremkaldende, reproduktionstoksisk
Advarsel H317 , H351 , H372 , P280 og P314 H317  : Kan forårsage en allergisk hudreaktion
H351  : Mistænkt for at forårsage kræft (angiv eksponeringsvej, hvis det er endeligt bevist, at ingen anden eksponeringsvej forårsager den samme fare)
H372  : Påvist risiko for alvorlige virkninger for organer (angiv alle berørte organer, hvis kendt) efter gentagen eksponering eller langvarig eksponering (angiv eksponeringsvejen, hvis det er endeligt bevist, at ingen anden eksponeringsvej fører til den samme fare)
P280  : Bær beskyttelseshandsker / beskyttelsestøj / øjenbeskyttelse / ansigtsbeskyttelse.
P314  : Søg lægehjælp, hvis du føler dig utilpas.
WHMIS
D2A: Meget giftigt materiale, der forårsager andre toksiske virkninger
D2A, D2B, D2A  : Meget giftigt materiale, der forårsager andre toksiske virkninger
Kræftfremkaldende egenskaber: IARC-gruppe 2B
D2B  : Giftigt materiale, der forårsager andre toksiske virkninger
Human hudsensibilisering

0,1% offentliggørelse i henhold til listen over ingredienser
NFPA 704

NFPA 704 symbol.

4 2 1  
Enheder af SI & STP, medmindre andet er angivet.

Den nikkel er det grundstof af atomnummer 28, symbol Ni. Den enkle nikkellegeme er af metal .

Atomiske egenskaber

Nikkel er et d-blok overgangsmetalelement , det letteste i gruppe 10 .

Nikkelatomet har to elektroniske konfigurationer , [Ar] 3d 8 4s 2 og [Ar] 3d 9 4s 1 , som er meget tæt på energi - symbolet [Ar] betegner kerneelektronerne, der har konfigurationen af argonatom . Der er uenighed om, hvilken konfiguration der skal betragtes som lavere energi. Kemiske lærebøger angiver elektronkonfigurationen af ​​nikkel som [Ar] 4s 2 3d 8 eller tilsvarende som [Ar] 3d 8 4s 2 . Dette valg er i overensstemmelse med Klechkowskis regel , der bestemmer, at 4s-underlaget udfyldes før 3d. Det understøttes også af det eksperimentelle faktum, at den laveste energitilstand for nikkelatomet er et niveau af 3d 8 4s 2- konfigurationen , nemlig 3d 8 ( 3 F) 4s 2 3 F-niveau, J  = 4.

Hver af disse to konfigurationer svarer imidlertid til et sæt kvantetilstande med forskellige energier. De to sæt energier overlapper hinanden, og den gennemsnitlige energi af tilstandene for konfigurationen [Ar] 3d 9 4s 1 er faktisk mindre end den gennemsnitlige energi af tilstandene for konfigurationen [Ar] 3d 8 4s 2 .

Af denne grund betragter forskningspublikationer om atomstrukturberegninger den grundlæggende elektronkonfiguration af nikkel som [Ar] 3d 9 4s 1 .

Nikkelatomet er paramagnetisk .

Generelt, opdagelse af den enkle krop og elementet

Nikkel er ofte forbundet med kobolt i minedepoter, det er især værdsat for de legeringer, det danner. Lang forvirret med sølv eller kobber , nikkel bruges nu til fremstilling af mønter og legeringer i industrien.

Den enkle krop, et tæt sølvhvidt metal, hårdere og mere sej end jern, blev isoleret i 1751 fra nikkelarsenider, generisk benævnt Kupfernickel på tysk, kopparnickel på svensk eller "nickeline" på fransk, af den svenske kemiker, Baron Axel Frederik von Cronstedt . Operatøren, en tidligere studerende af Georg Brandt , en mesterarsenidspecialist og opdageren af ​​koboltelementet, studerer grønne rester fra en koboltmalmmine i Helsingland. Er dette et sidste forsøg i starten med at udvinde kobber fra denne grønlige malm, denne "Kupfernickel", der tidligere blev betragtet som en slags "djævelens kobber", da den har det grønlige udseende og afvist af erfarne minearbejdere? ? Han opnåede først ved opvarmning i nærværelse af svovl og kaliumcarbonat af nikkeloxid, før han reducerede det til nikkeloxiddigel Brasque med aktivt kul for at opnå et pulver, som, når det komprimeres og hærdes, giver et eksemplar af skinnende hvidt metal, som han trivielt kalder " nikkel ", for at betegne, at det på ingen måde var kobber eller i det mindste" falsk kobber "ifølge ham. Ved at observere den forskellige kemi i denne enkle krop opdager han, at det er et kemisk element.

Den tyske kupfernickel henviser også til den formodede handling fra dværge, genier eller onde nisser fra miner, "kobbernikkel", på vener af kobber eller kobbermalm såvel som på andre interessante mineralårer, for eksempel rig på ædle metaller. Ifølge forfatterne skjulte, stjal eller usynlige dværge eller nikkel det gode materiale, der åbenbart var efterspurgt, da de ondskabsfuldt forårsagede rystelser, forstyrrende lyde eller resonanser, perverse fejl, hvor vand infiltrerede, som oversvømmede gallerierne eller frigav mephitiske dampe. Navnet på dværgene kommer fra deres middelalderlige protektor eller forbøn Saint Nicholas eller sankt Nickelaas, i kirkelig latin Sanctus Nicolaus . I det XII th  århundrede , skytshelgen for sømænd, garant for ligevægt og stabilitet i den naturlige verden og udstyr af menneskelig kunstgreb, sikret af hans hengivenhed og fortsættelse under ledelse af de gamle ritualiseret praksis Saxon minearbejdere eller germansk, roen og sikkerhed i minearbejdsmiljøet, ligesom roen ved hav- eller flodbølger.

Disse navne kommer delvis fra manglende evne til at udvinde kobber fra det, der på det tidspunkt blev antaget at være tilsyneladende kobbermalm; man mente, at "kobbermalm" havde lidt skæbne for små dæmoner. Faktisk er den rationelle fejl, at naive forskere forvekslede kobbermalm med nikkelmalm, et kemisk element, der var ret ukendt, adskilt fra kobber.

Udtrykket nikkel attesteres på fransk skrevet omkring 1765. Adjektivet nikkelholdigt , der allerede er attesteret i 1818, men meget mere almindeligt i 1900, kvalificerer et materiale eller et legeme, der indeholder nikkel. Den fornikling betegner før midten af det XIX E  århundrede virkningen af verbet nickeler , dvs. at dække med et tyndt lag nikkel, samt den metalliske belægning af beskyttende nikkel, dvs. resultatet af verb nikkel i galvanisering . Adjektivet forniklet beskriver et metal eller en legering dækket med et lag nikkel. I 1857 betegner nikkel en bestemt teknik, der skal specificeres, ved hvilken metaller kan fornikles og generelt kunsten at fornikle og det arbejde, der udføres ved fornikling. Kemikeren Adolphe Wurtz populariserede i 1873 adjektivet nikkel for at kvalificere visse forbindelser af nikkel. NiCr eller nikkelkromlegeringen er nævnt i Grand Larousse encyklopædi i 1932.

Nikkel har 31 isotoper med et massetal fra 48 til 78 samt syv nukleare isomerer . Det eksisterer i naturen som fem stabile eller næsten stabile isotoper  : 58 Ni, 60 Ni, 61 Ni, 62 Ni og 64 Ni, 58 Ni er den mest rigelige ( naturlig overflod på 68,077%). Det tildeles en standard atommasse på 58,6934 (2) u . 26 radioisotoper blev karakteriseret, idet den mest stabile var 59 Ni med en halveringstid på 76.000 år, efterfulgt af 63 Ni (100.1 år) og 56 Ni (6.077 dage). Alle andre radioisotoper har en halveringstid på mindre end 60 timer og de fleste mindre end 30 sekunder.

Forekomster af elementet, minedrift og rensning

Nikkel er den 5 th mest udbredte grundstof i Jordens (2,4%), men bag den første fire ( jern  : 35%, oxygen  : 30%, silicium  : 15%, magnesium  : 13%). Dette er den 24 th i jordskorpen , med en Clarke 75 til 80  g / t (75-80  ppm ) estimeres og 9 e i kappen med 1860  ppm . Dette er imidlertid en hovedkomponent i kernen , 2 e (efter jern) i den indre kerne (ca. 20%) og 2 e eller 3 e i den ydre kerne (ca. 5%).

Metallisk nikkel findes naturligt, det er naturligt nikkel , som ofte indeholder forskellige andre metaller som urenheder. Den meteoritter metal, siger meteor jern , er fremstillet af et jern-nikkellegering (såsom jordens kerne, og dette er også tilfældet med asteroider af typen M . De noduler af havdybder er baseret på Mn , Ni, Co , Fe , Cr ,  osv

Nikkel erstatter let jern eller magnesium i forskellige silikater af skorpen og kappen, især de af alkaliske eller basiske magmatiske klipper eller endda ultrabasiske, såsom peridoter og pyroxener . De peridotites kan indeholde mere end 3,1  kg per ton. Således nikkel vises i form af silicater eller hydrosilikater, ligesom sorter af serpentiner såsom garnierite eller nouméite, en kompleks silicat af nikkel og magnesium med den forenklede formel (Ni, Mg) 3 [Si 2 O 5 ] (OH) 4 )som også kan betragtes som en komponent i detrital sten eller lateritter. Da disse sidstnævnte garnieritesamlinger kaldes saprolithiske malme, kvalificerer adjektivet lateritic ofte de mere ændrede formationer baseret på nikkelholdige limonitter (Fe, Ni) O (OH). nH 2 O.

Det findes i kombineret form med svovl i millerit NiS, Polydymite Ni 3 S 4pyrrolit (Fe, Ni) S, pentlandit (Ni, Fe) 9 S 8meget ofte indsat i en stenmatrix baseret på pyrrhotit . Det er CuFeS 2 chalcopyrite eller nikkelbærende pyrrhotit fra de gamle forfattere.

Kombineret med arsen eller i form af arsenider eller arsenater er den til stede i nickelin eller niccolit NiAsrøde, chloantit NiA'er 3, smaltit , annabergit eller "nikkel okker" Ni 3 (AsO 4 ) 2 . 8 H 2 O, aerugite ...

Det vises også i form af oxider, sulfater, carbonater, fosfater, antimonider ( breithauptit eller NiSb-legering), phosphider , sulfoarsenider ( gersdorffit NiAsS eller disomose) ... Alle disse mineraler er knyttet til aflejringer forbundet med magmatiske klipper, sommetider har dannet excentriske vener.

Malm og minedrift

De malm af nikkel var kendt i Frankrig i XIX th  århundrede i Pyrenæerne , det Alperne eller i Algeriet . Den udvinding af nikkel kompliceres af hyppige associationer med Fe, Cu, Co,  etc. Svovlmalme, der tidligere var oxideret eller brændt, blev reduceret med vanddamp. For effektivt at rense nikklet tager det Mond-processen, der bruger træningen mellem 60  ° C og 80  ° C af nikkeltetracarbonyl Ni (CO) 4flygtig og pyrolyse af dette ustabile legeme ved omkring 180  ° C , hvilket efterlader en aflejring af nikkelmetal.

Nikkel er almindeligvis til stede i resterne af fremstillingen af smalt , baseret på nikkelsulfoarsenider, der undertiden omtales som speiss . Ristningen af ​​speiss gør det muligt at opnå urent nikkel, som kan renses efter nogle få gentagne stadier af raffinering.

Nikkel eller rettere sagt silicat af magnesia og nikkel, der tidligere er beskrevet, har længe været den vigtigste rigdom i Ny Kaledonien , opdaget af ingeniøren Jules Garnier i 1864 . Malmen blev udnyttet fra et indhold, der var større end 0,5  %, i masse i 1990'erne. Dette autonome område har ca. 30% af verdens reserver og derefter anslået til mere end 174 millioner tons.

I 1990'erne var de andre producerende lande Rusland, Canada, Australien og Cuba, De Forenede Stater. Vigtige indskud udnyttes stadig i Rusland i Norilsk- regionen . 27% af verdens nikkelproduktion kommer fra miner, der befinder sig i stødkrateret i en massiv Sudbury- meteorit for 1,8 milliarder år siden.

I begyndelsen af XXI th  århundrede, er nikkel udvundet af to typer af malm: den laterit og sulfid nikkel, de drives på mange indskud i verden, sammen med mafiske og ultramafiske klipper. To hovedgeologiske sammenhænge er blevet anerkendt: (1) sengede vulkanske komplekser , store magmatiske sæt som følge af kappen, udnyttet især i Ural ( Norilsk ), det canadiske skjold ( Sudbury ) og provinsen Gansu i Kina (Jinchuan) . (2) den primitive kappe-vulkanisme rig på magnesium fra Archean eller komatiite , der danner aflejringer for eksempel i Australien ( Kambalda ), i Quebec ( Raglan ) eller i Brasilien. Alle disse aflejringer kombinerer nikkel med kobber, ofte kobolt- og platinagruppeelementer. Nogle aflejringer er forbundet med sorte skiferniveauer, især i Sotkamo i Finland.

Men selv om 70% af nikkel reserver er lateritmalme, disse kun svarer til 40% af verdensproduktionen. De lateritiske malme er hovedsageligt beregnet til produktion af ferronickel , idet de svovlholdige malme via matter generelt er dedikeret til produktionen af ​​meget ren nikkel. Sulfidet ristning foregår i det mindste mellem 500  ° C og 700  ° C . De smeltede materialer gennemgår derefter konventionelle hydrometallurgiske processer .

Uanset om de er lateritiske eller svovlholdige, udnyttes nikkelmalm, så snart deres rigdom overstiger 1,3% nikkel. Dette lave indhold forklarer kompleksiteten og mangfoldigheden af ​​processerne, bestemt af malmenes binde såvel som kvaliteten af ​​det ønskede nikkel i slutningen af ​​ekstraktionen.

Fysiske og kemiske egenskaber ved det enkelte metallegeme, præparat og legeringer

Nikkel er et sølvfarvet hvidt metal, nogle gange let gråligt, med en densitet på 8,9. Der er to allotrope sorter , Ni αustabil sekskantet og Ni β kubisk ansigt centreret, mest stabil sort.

Denne krystallinske kubikmaske er ofte allerede skinnende, den har en smuk skinnende glans ved polering. Det er en del af gruppen af ​​ikke-jernholdige metaller. Nikkel er klassificeret som et overgangsmetal , det er et ret hårdt fast legeme, det hårdeste af metallerne efter krom , sejt, duktilt , formbart , især mere formbart end kobolt. For metallurg er nikkelens mekaniske egenskaber tæt på jernens. Det kan rulles og strækkes i temmelig fine tråde.

Nikkel er en god leder af varme og elektricitet. Det er ferromagnetisk .

Fysiske egenskaber

Den mesh af nikkel β er fladecentreret kubisk med en krystallinsk parameter af 0,352  nm , hvilket svarer til en atomradius af 0,124  nm . Denne krystalstruktur er stabil op til tryk på mindst 70  GPa .

Nikkel er ligesom kobolt mere sejt end jern. Dets brud er fibrøst. Metal, der er mindre smelteligt end jern, men mere smeltbart end krom, det er let at arbejde. Dens massefylde kan variere efter hærdning, idet dele, der viser bulkdensitet, går fra 8,3 til 8,8.

Den enkle krop kan udvides med varme. Den elektriske ledningsevne er 24% IACS, det vil sige mindre end en fjerdedel end den for rent kobber . Det er smeltelig over 1452  ° C og meget ren, koger ved ca. 2730  ° C .

Paramagnetisk nikkel er ferromagnetisk ved almindelige temperaturer. Kun tre andre elementer har denne egenskab: jern , cobalt og gadolinium . Dens Curie temperatur er 355  ° C , hvilket betyder, at fast nikkel er ikke-magnetisk over denne temperatur. I praksis magnetfeltet aftager fra 250  ° C .

Kemiske egenskaber, overfladestabilitet metal og fornikling

Nikkel er stabilt i luft og vand. Nikkel oxiderer ikke let i fugtig luft. Nikkel oxiderer ikke i kold luft, oxidation findes i meget varm luft, og desto vigtigere med stigende temperatur. En fin, opvarmet nikkeltråd forbrændes i ren iltgas. Nikkelskum, et meget opdelt pulverlegeme med et højt specifikt overfladeareal, kan antænde i luft, når det udsættes for et varmt sted eller gnist. The Raney-nikkel er et organ pyroforisk .

Pulveriseret nikkelmetal er et superadsorbent af gasmolekyler, såsom hydrogen eller kulilte . Det kan let holde og frigive mere end 8  liter kulilte. "Nikkelskum", udviklet i 1980'erne, revolutionerede katalyse, især inden for hydrogenering såvel som elektrokemi.

Fast nikkel angribes langsomt af ikke-oxiderende syrer. Nikkel opløses let i svovlsyre og saltsyre under udvikling af brintgas. Opløsningsreaktionen kan udføres i disse syrer fortyndet eller fortyndet med vand.

Ellersolid + 2H 3 O +aq hydroniumioner i et ikke-oxiderende medium +4 H 2 Ovand → [Ni (H 2 O) 6 ] 2+hydratiseret nikkel kation green + H 2gas

Når den bringes i kontakt med koncentreret salpetersyre, bliver metaloverfladen passiv , ligesom jernets passivitet. I praksis, hvis det angribes hurtigt af fortyndet salpetersyre, er metallet Ni uopløseligt i koncentrerede oxiderende syrer. Generelt er angrebet langsomt under oxiderende forhold.

Nikkel er uopløselig i ammoniakopløsningsmidlet .

Således er metalpladen eller nikkelbelægningen for at beskytte oxiderbare metaller modstandsdygtig over for korrosion og langvarig udsættelse for fugtig luft og danner et passiverende eller beskyttende oxidlag NiO. Det får ofte en gråhvid nuance.

Nikkel forbliver oftest intakt i neutral eller alkalisk opløsning, i nærværelse af havvand eller udsættes for milde atmosfæriske forhold.

Nikkel er modstandsdygtig over for basernes virkning, selv når den er varm. Reducerende forhold forsinker generelt angreb. Derfor anvendes nikkel til håndtering eller transport af koncentrerede baser .

Takket være dets modstandsdygtighed over for oxidation og korrosion bruges den i mønter til plettering af jern , kobber , messing , i visse kemiske kombinationer og i et stort antal legeringer .

Enkel kropsforberedelse, produktion

Nikkeloxid blev fremstillet ud fra nikkelarsenider eller sulfo-arsenider i overensstemmelse med Georg Brandts laboratoriums teknikker ved opvarmning med svovl Sog kaliumcarbonat K 2 CO 3, som giver kaustisk kaliumchlorid ved opvarmning.

Genvinding af nikkelsulfid var også mulig. Malme behandles med kalium pentasulfid K 5 S 5idet sidstnævnte legeme er opløseligt i vand, mens nikkelsulfidet er uopløseligt.

Nikkelsulfid, som også kan være en koncentreret sulfidmalm, blev derefter brændt og derefter behandlet med svovlsyre ifølge en gammel proces udviklet i Friedrich Wölers laboratorium . svovlet efterlades som hydrogensulfidgas . Efterfølgende behandling med kaliumchlorid gav "hydreret nikkeloxid" eller Ni (OH) 2 æblegrøn, uopløselig.

I laboratoriet blev nikkeloxidet derefter reduceret ved lav temperatur i et glasrør under en brintgasfejning .

Fast NiO + H 2gas → Nisintermetal + H 2 Odamp eller fordampet væske

Kemikerne opnåede et pulverformigt pulver, reaktivt og "pyroforisk", da det antændes i luft, når det bringes i kontakt med iltgassen , som er en mindre del af luften . Industrien fortsatte med en billigere reduktion med kul i en ildfast digel for at opnå et urent nikkel, det kommercielle metalpulver indeholdende de enkle legemer kobolt, kobber og jern.

For at opnå et oprenset nikkel blev nikkeloxidet behandlet med oxalsyre og nikkeloxalatet 2NiO. C 4 O 6opnået opvarmet i en smedebrand i et vakuum nedbrudt til simpel krop Ni og kuldioxid . Nikklet blev reduceret i en passende lukket digel, hvor metallet blev anbragt i bunden.

Det største tekniske problem var adskillelsen af ​​nikkel fra kobolt. De koncentrerede saltopløsninger, fremstillet med en blandet oxid af cobalt og nikkel, blev neutraliseret ved kaliumchlorid. Til blandingen blev der tilsat en opløsning af kaliumnitrit i overskud , inden den lod henstå i et surt medium, for eksempel i et eddikesyremedium , i en dag. Dobbelt nitrit af kalium og cobalt CoK (NO 2 ) 3var langsomt udfældet, og bundfaldet blev opsamlet ved filtrering af opløsningen efter vask grundigt med en vandig opløsning af kaliumchlorid . Denne genvundne faste krop blev brugt til at fremstille koboltgult , der blev brugt til akvarelmaleri . Den filtrerede væske indeholdende nikkelionen blev behandlet med kaliumhydroxid for at udfælde et "hydratiseret nikkeloxid" eller nikkelhydroxid .

Alle nuværende ekstraktionsprocesser kombinerer stadig hydrometallurgi og pyrometallurgiteknikker , hvis optimering afhænger stærkt af arten af ​​den behandlede malm. Aktiviteten er i det væsentlige kapitalintensiv  : et anlæg, der producerer 60.000 ton om året ferronickel fra laterit, koster omkring 4 milliarder dollars (Koniambo, Ny Kaledonien ) eller en investering på 70.000 dollars pr. Ton produceret nikkel årligt. Imidlertid blev et ton nikkel solgt i form af ferronickel i 2010 opført til 26.000 dollars. På samme tid var omkostningerne ved omdannelse af malm til ferronickel mellem $ 4.000 og $ 6.000 for et højtydende anlæg: Kapitalafskrivning forklarer forskellen mellem salgspris og produktionsomkostninger.

Nikkel kan formales, smeltes, formes ved støbning. Det er også let at bearbejde og svejse. Nikkel svejses godt med jern. Tidligere blev der ved rullende plader, der var resultatet af en samling bestående af et stålblad, fanget mellem to nikkelplader, opnået plader belagt med nikkel på begge sider.

Nikkelbasislegeringer

Nikkel kan i princippet legeres med alle metaller undtagen bly , sølv , thorium og alkalimetaller .

De mest almindelige Ni-legeringer er med metallerne Fe, Mn, Cr, Co, Cu, Zn, Al ... og ikke-metaller som f.eks. Si. Nikkel styrker stålets modstandsdygtighed over for brud og kemiske angreb.

De mekaniske og termiske egenskaber af de fremstillede legeringer er bemærkelsesværdige, især slidstyrke over brede temperaturområder, lav-temperaturer undertiden mere end 1000  ° C . Dette er materialer, der ikke eller meget lidt er deformerbare, der ofte viser et virtuelt fravær af ekspansion, modstandsdygtighed over for kemiske reagenser og atmosfærisk korrosion , meget lavt slid, fysiske egenskaber, såsom elektrisk modstand , lidt påvirket af temperaturparameteren ...

Nikkel er til stede i et stort antal legeringer, fra rustfrit stål og ildfast stål med højt kromindhold og nikkelindhold til nikkelsmeltninger såsom Ni-resist , magnetiske afskærmningslegeringer , såsom jern-nikkel-legering eller ferro-nikkel meget hårdt, sinimax Ni 0,43 Fe 0,54 Si 0,03og permalloy med Alnico permanente magneter , korrosionsbestandige legeringer af hastelloy- typen (for eksempel korrosionsbestandig hastelloy C eller høj mekanisk styrke hastelloy D Ni 0,84 Cu 0,03 Fe 0,02 Si 0,075 Mn 0,02 Co 0,015, undertiden molybdæn) eller nikkel-chrom eller chrom-nikkel til Monel-legering med høj modstandsdygtighed over for kemisk angreb, hovedsageligt baseret på Ni og Cu, for eksempel Ni 0,65 Cu 0,27 Fe 0,02 Si 0,03 Mn 0,03eller forskellige cupro-nikkel , for eksempel til mønter eller endda nigusil ...

Nikkel er for den metallurgiske fysiker et gammagent element , det vil sige, som stabiliserer den ansigtscentrerede kubiske fase og pludselig fremmer opnåelsen af ​​en martensitisk struktur på dele med store sektioner, hvilket forbedrer resultatet af slukningen .

For lavlegerede stål, for eksempel baseret på jern forbundet med 1,85% Ni, 0,8% Cr, 0,7% Mn, 0,4% C, 0,25% Mo .., øger nikkel den mekaniske styrke, forbedrer unægteligt lave temperaturegenskaber og korrosionsbestandighed. For et klassisk rustfrit stål, såsom 18/8 (Fe med 18% Cr og 8% Ni) eller 18/10, er metallurgister enige om karakteristikken ved "rustfri overflade" leveret af krom og modstand. Mekanisk strækning og korrosionsbestandighed leveret af nikkel. På overfladerne dannes en film af beskyttende oxider, som i vid udstrækning kan udslette de gunstige oxidationsbetingelser. Omvendt, under reducerende betingelser og for eksempel med formidlingen af ​​den chloridion , der er ansvarlig for pitting og sprækker, kan ødelæggelsen af ​​oxidlaget være meget hurtig under forskellige begrænsninger og frigøre mulighederne for dybere angreb.

Mikrostrukturen af ​​specialstål og superlegeringer, der delvis kan observeres af underkornene og kornene , er afhængig af den varme deformation af stålet eller legeringen.

Det findes i "nikkelbronser" baseret på 45  % til 67  % Cu, 19  % til 41  % Zn og 10  % til 26  % Ni, med Pb chouïas mellem 0  % og 2,5  % og 0,5  % Mn og 0,5  % Fe , "Nikkel-Bronze-Aluminium" -legeringer baseret på Ni, Cu, Zn og Al, packfong Cu 0,5 Ni 0,25 Zn 0,25eller nikkel sølv , baseret på Cu, Zn og Ni, der mere eller mindre ligner sølvmetal, men også argentan, argenton , ruolz ... sølv. Nikkel molybdæn legering Ni 0,80 Mo 0,20sælges i pulverform, disse legeringer fra Ni 0,5 Mo 0,5op til Ni 0,875 Mo 0,125var tidlige modeller til undersøgelse af oxidation indtil 800  ° C .

De termiske og elektriske egenskaber retfærdiggør de navngivne legeringer: invar ved 64  % Fe og 36  % Ni, konstantan (præcisionsmodstand med formlen Cu 0,54 Ni 0,44 Mn 0,01 Fe 0,005 Zn ε Sn έ), Kovar , platinite, alumel- , nimonic NiCrTiCoAlved ca. 75  % Ni, cunife , inconel eller incoloy DS, NiCrSived oprindelsen af intermetalliske legeringer ... Legeringens varmeudvidelseskoefficient Fe 0,53 Ni 0,29 Co 0,28 er tæt på det for blæst glas, blev det brugt som en leder i pærer.

Magnetiske egenskaber er efterspurgte, for eksempel Mu-metal, der stammer sit navn fra dets magnetiske permeabilitet , Alnico fra permanente magneter ...

Den nikkel-chrom er en legering anti-korrosion og høj elektrisk modstand. Karma-legeringen Ni 0,74 Cr 0,20 Cu 0,03 Fe 0,03er en specifik strain gauge legering .

Elektrokemiske teknikker har efterladt os andre Ni-legeringer, såsom legerede zinker . Termiske fordampningsprocesser (dannelse af aflejringer begrænset til tynde lag) eller pulvermetallurgi (i mere kompakt masse) gør det muligt at fremstille WNi-legeringer, der fungerer som forstøvningsmål for elektrokromiske belægninger. NiTi legeringer, ligesom nitinollegeringen , er blandt de første, der har formhukommelse . Nikkelphosphor NiP-legeringkan udgøre et tredimensionalt ultralet netværk materiale af hule rør af densitet nærmer sig en densitet på 0,9  mg / cm 3 .

Nikkelkemi, Ni-baserede forbindelser og komplekser

Nikkel er mindre reaktivt end jern og cobalt , især mod syrer og ilt.

Bemærk valensen 0 af komplekset K 4 [Ni (CN) 4 ]og den flygtige forbindelse Ni-tetracarbonyl Ni (CO) 4.

Dens mest almindelige oxidationsnummer er II, det vidner om en ionisk karakter.

Der er stadig oxidationsgraderne -II, -I, I, III, IV. Den grad af oxidation III, kendetegnet ved talrige komplekser med donorligandere for σ-binding, såsom familier thioler og phosphiner , er i mindretal, som er graden I, til stede i legeringer med natrium, de tetraedriske komplekser godt stabiliseret, og enzymer med en hydrogeneringsfunktion (hydrogenaser) og IV, især almindeligt fremstillet i oxidform af elektrokemister med speciale i katoder. Endnu sjældnere er oxidationsgraderne -II, -I.

Nikkelsalte er ofte isomorfe end dem af jern. Der er en lang række dobbeltsalte, forskelligt hydreret, med alkalimetalerne og ammoniumkationen . Således niso 4. (NH 4 ) 2 SO 4 . 6 H 2 O... De er meget ofte isomorfe af dobbeltsalte, hvor nikkel (II) erstattes af jernion, cobalt, magnesium ... divalente metalioner.

Et stort antal divalent nikkel salt, når de opløses i vand, har æble-grøn farve af det hydratiserede ion [Ni (H 2 O) 6 ] 2+, ligesom de hydratiserede krystaller af forskellige nikkelsalte. Vandfri, de er ret gule eller med en svagere grøn skygge. Farven afhænger dog af anionen, både dens elektronegativitet og dens polariserbarhed, således NiBr 2er gul, mens NiI 2er sort. Opløst i ammoniak , farvning af opløsningerne er blå eller lilla, takket være de komplekse ioner af ammoniakalsk nikkel [Ni (NH 3 ) n ] 2+.

Nikkelkemi er præget af de farvede komplekser af Ni (II) med elektroniske konfigurationer i henhold til teorien om ligander eller koordineringsfelt. Deres strukturer kan være i henhold til hybridisering:

Ni (II) -komplekser er vanskelige at oxidere til Ni (III) -komplekser, i modsætning til kobolt- og jernioner og -komplekser. Men Ni (II) -komplekser kan let reduceres til Ni (I) eller endda til Ni (0). Cyanidkomplekset [Ni (CN) 4 ] 2-kan reduceres til [Ni (CN) 3 ] 2-eller endda i [Ni (CN) 4 ] 4-.

Nikkelcyanid, der krystalliserer i en ammoniak-benzenblanding, efterlader et amminobensenennikkelcyanid. Alt sker som om benzenmolekylerne blev fanget i maskerne i det dannede krystallinske netværk uden at være forbundet. Disse komplekser kaldes klatrater.

Nikkelionen findes ligesom vanadiumionen fanget i supramolekylære strukturer af porphyrintypen , for eksempel i de tunge fraktioner af råolie .

Det er muligt at fremstille "nikkelstøbejern" eller "karburiseret metal".

Ni krystal fast + C trækul efter opvarmning → Ni 1-x C x"nikkelstøbejern" med x fraktion på flere procent

Nikkeloxidet blev reduceret direkte i en digel loddet med en smedebrand.

NiO fast krystal + C trækul efter opvarmning → NiVS"smeltet karburiseret nikkelmetal" + CO- gas

Nikkel reagerer varmt med oxiderende legemer, såsom iltgas eller halogener , såsom klor .

Nikkel er chalcophilic og arsenophilic. Det reagerer let med svovl og arsen .

Hovedforbindelser

Nogle af de vigtigste forbindelser inkluderer:

nikkelprotoxid eller monoxid II NiO nikkel sesquioxide Ni 2 O 3 ikke-basisk og ustabil at varme op magnetisk oxid Ni 3 O 4 nikkeldioxid NiO 2 nikkelferritter Ni 1-x Zn x Fe 2 O 4 Nikkeloxyhydroxid NiOOH Andre Ni (III) oxyhydroxid Ni 2 O 3 . nH 2 O Andet Ni (IV) Ni oxyhydroxidO 2 . nH 2 O Edisons trommer nikkelhydroxid Ni(OH) 2 hydreret nikkelhydroxid Ni(OH) 2 . 1/4 H 2 O Nikkel III hydroxid Ni(OH) 3 Nikkelfluorid NiF 2 kalium hexafluoronickelate (IV) K 2 [Ni F 6 ] ustabil Divalent nikkelchlorid NiCl 2 gul Ni nikkelchloridhexahydratCl 2 . 6 H 2 O med grøn-smaragdkrystaller Hexa-ammonium nikkelchlorid NiCl 2 . 6 NH 3 Nikkelammoniumchlorid NiCl 2 . NH 4 Cl. 6 H 2 O EllerBr 2, lækker gulbrun krop EllerBr 2 . 3 H 2 O EllerBr 2 . 6 NH 3lilla pulver nikkelbromoplatinat NiPtBr 6 . 6 H 2 O nikkeliodid NiI 2 sortNiSb Nikkel sulfid NiS sort nikkel subsulfid Ni 3 S 2 jern nikkel sulfid NiA'ereller nickeline Nikkel-skutterudit , krystal med den kemiske formel (Ni, Co) Som 2 til 3, Nikkelsulfat hydreret nikkelsulfat Nikkelammonium-dobbelt-sulfathexahydrat NiSO 4 (NH 4 ) 2 SO 4 . 6 H 2 O Nikkel-boussingaultite , mineral med den kemiske formel (NH4) 2 (Ni, Mg) (SO 4 ) 2 , 6 H 2 O. Nikkel-zippeite , mineral med kemisk formel Ni 2 (UO 2 ) 6 (SO 4 ) 3 (OH) 10 , 16 H 2 O EllerCO 3 -Hydroxycarbonatet x NiCO3 • y Ni (OH) 2 • z H 2 O nikkel (II) borat Ni (BO 2 ) 2 nikkelhydrid nikkel (II) cyanid Ni (CN) 2 kompleks af Ni (I) K 2 [Ni (CN) 3 ] oftest dimeriseret Ni (O) K 4 [Ni (CN) 4 ] kompleks Amminobensen-nikkelcyanid, " clathrat- kompleks " nikkel-bis-dimethylglyoxim NiC 8 H 14 O 4 N 4, skarlagenrøde krystaller, vanduopløselig "chelatkompleks" Nikkel diacetyl glyoxim

Der er også bedre stabiliserede organiske nikkelforbindelser.

At analysere

Nikkel farver boraxperlen i lysegul, når den er kold, i orange rød, når den er varm.

Den kvantitative analyse kan bruge dimethylglyoxim  (en) eller “ Chugayevs reagens  ”: den divalente nikkelkation reagerer med dimethylglyoxim for at give en elektrisk neutral forbindelse, rød eller skarlagen chelat , nikkel bis (dimethylglyoxim). Dette vigtige kompleks udfældes i kvalitativ og kvantitativ analyse af nikkel i let ammoniakopløsninger.

Anvendelser

Det ekstraherede nikkel anvendes til fremstilling af rustfrit stål (op til 68% af tonnagen), ikke-jernholdige legeringer (10%), elektrolytisk fornikling (9%), stållegeringer (7%), i støberi (3%) og endelig til andre anvendelser inklusive akkumulatorer (4%)

Legeringer

Nikkel indgår i sammensætningen af ​​flere familier af metallegeringer . Bortset fra rustfrit stål (som ikke hører til familien af ​​nikkellegeringer, men til stål), kan nikkellegeringer klassificeres i tre kategorier:

Nikkel er ofte til stede i specialstål. Ni og Cr stål anvendes til fremstilling af pansrede plader, pengeskabe og pansrede døre, tanke ... Nikkel-krom bruges som varmebestandighed Ni 60 til 80% Cr 10 til 25% Fe ε Mn έ, men også især til tandpleje og som svejsemateriale.

I smykker er nikkel forbundet med guld for at opnå bedre mekanisk modstand samt originale farver. Således, kobber , nikkel og guld giver gul eller steg guld. Guld og nikkel giver hvidt guld. "Nikkelbronserne" findes i arkitektoniske profiler eller dekorative elementer og i bestiket til bordservices, i små smykker med alpacca-legeringer, men også i industrielle designinstrumenter (kompasser, tør pint ...), urværkmekanismer såsom fjedre, præcisionsdele af videnskabelig og teknisk instrumentering, forskellige komponenter i præcisionsmekanik og optik.

Andre anvendelser

Fornikling er oftest en antikorrosionsbelægning, der opnås ved elektrolytisk udpladning under anvendelse af vandopløselige salte. Det er meget nyttigt på jern, et metal, der er mere følsomt over for korrosion.

Et "historisk" udløb for nikkel er mønter, hvor produktets kvaliteter og modstandsdygtighed, med lavt slid, især værdsættes. For eksempel findes nikkel i amerikanske og canadiske mønter og i en og to euromønter . Ren nikkel eller nikkelbelagte mønter er hvide, cupronickel mønter er gule.

Nikkel bruges til at fremstille magneter, magnetiske skærme. Det bruges til at fremstille elektriske kontaktorer og elektroder, tændrør til forbrændingsmotorer. Den bruges som varmebestandighed (brødrister, radiator eller endda hårtørrer) takket være dens meget lave varmeledningsevne eller som belægning på F1-hjelme til brandmænd .

Nikkel bruges til at fremstille spatler, digler og forskellige analytiske instrumenter. Nikkeltanke bruges til transport på skibe med kaustisk, koncentreret eller meget ren sodavand. Det bruges til raffinering og opbevaring af chlorerede opløsningsmidler eller forskellige forbindelser, såsom phenol . Dens rene overflade forhindrer også forurening eller misfarvning af disse materialer. Ren nikkel bruges til visse typer elektriske guitarstrenge.

Akkumulatorer

Nikkel bruges også i forskellige alkaliske akkumulatorer, såsom jern-nikkel, nikkel-cadmium ... eller andre. For eksempel den udgør katoden af nikkel -mangan dioxid alkaliske batterier , og af nikkel cadmium , nikkel-metal hydrid og nikkel zink alkaliske akkumulatorer .

Bortset fra dets rolle som legeringselement og del af akkumulatorer, anvendes nikkel også som en hydrogeneringskatalysator . Ni-baserede katalysatorer bruges til at hydrogenere umættede fede stoffer , for eksempel at fremstille margarine eller visse sæber .

The Raney-nikkel eller nikkel-Sabatier Senderens katalyserer hydrogeneringen . "Nikkelskum" spiller denne rolle.

Visse Ni (II) -komplekser, såsom alkylamino-thiophenolater, spiller en stabiliserende rolle med hensyn til lys, de kaldes deaktiveringsmidler eller " quenchers " på videnskabelig engelsk. Disse centre indsættes i de kromoforiske dele af en polymer og spiller en rolle i lagring af energi, som derefter kan frigøres ved varme , fluorescens og / eller fosforescens .

I radikal kemi er Ni (II) -komplekser, såsom dialkylthiocarbamater, thiobisphenolater og andre phosphitter, effektive hydroxyperoxiddeaktiveringsmidler og frie radikaler. De kan stoppe en radikal reaktion, som er langsom nok.

Ni er en aktiv ion i nogle enzymer, der bruger nikkel som et katalytisk center.

De salte af nikkel (hydroxy carbonat, chlorid, sulfat, hypophosphit ...) kun anvendes i katalyse, men i forskellige industrier som elektronik , den galvanisering .

Biokemi

Nikkel-agarosekugler anvendes som en matrix eller harpiks til at udføre affinitetskromatografi af proteiner eller til deres oprensning efter mærkning i biokemi .

Bemærkninger

Det skal bemærkes, at nikkel til visse anvendelser kan erstattes af andre elementer, for eksempel: platin og palladium til hydrogenering , cobalt til magnetiske eller rustfrie legeringer. Nikkel bruges hovedsageligt på grund af de lave omkostninger ved ekstraktion og forarbejdning sammenlignet med andre hidtil teknisk tænkelige løsninger.

I øjeblikket i Den Europæiske Union indsamles og genanvendes omkring 80% af produkter, der indeholder nikkel i slutningen af ​​deres levetid. Globalt genvindes mere end 50% af udtjent nikkel.

Nikkelproduktion og økonomi

Nickel Stock Exchange er placeret i London. Men den globale produktion er stadig forskellig afhængigt af land og virksomhed.

I 2018 (oktober) revurderede en McKinsey-, CRU- og BRGM-undersøgelse tilgængeligheden af ​​nikkel og omkring halvtreds andre elementer (under de nuværende tekniske og økonomiske forhold og under bedre hensyntagen til behovet for malm af "kvalitet", den tid det tager at udtømme kendte reserver, men også den geopolitiske risiko og det lille antal aktører i forsyningskæden osv.) Dette arbejde udført inden for rammerne af "  World Materials Forum  " ønskede at tilskynde til at tænke på "virkningerne af udnyttelsen af nye råvarer opstrøms for sektorernes udvikling "snarere end blot" enkelt pris / præstationskriterier ". Han konkluderer, at der er en risiko for mangel på moderat sjældne strategiske metaller: cobalt, nikkel, wolfram (krævet af luftfart, ammunitionssektoren), tin og 3 sjældne jordarter, der er nødvendige eller nyttige til elektronik / IT. (Dysprosium, neodym og praseodym), energiovergang (især til energilagring og mobilitet). For tin er dette krydskonsekvensen af ​​udmattelsen af ​​let at betjene miner og et driftsunderskud, idet industrien har undervurderet efterspørgslen.

Efter land

Ifølge en rapport fra GlobalData faldt den globale nikkelproduktion i 2020 med 7,4% fra 2019 til 2.195.000  tons i 2020.

For United States Institute of Geological Studies var den globale minedrift nikkelproduktion 2.500  kt i 2020, et fald på 4% fra 2019 (2.610  kt ), hvor de fem største producerende lande var:

De største producerende lande i 2014 er:

Land Produktion (t) % verden
1 Filippinerne 440.000 18.1
2 Rusland 260.000 10.7
3 Indonesien 244.000 10
4 Canada 233.000 9.6
5 Australien 220.000 9.1
6 Ny Kaledonien ( Frankrig ) 165.000 6.8
7 Brasilien 126.000 5.2
8 Kina 100.000 4.1
9 Colombia 75.000 3.1
10 Cuba 66.000 2.7
11 Sydafrika 54.700 2.3
12 Madagaskar 37.800 1.6
13 Makedonien (1) 21.100 0,9
14 Botswana (1) 19.600 0,8
15 Grækenland (1) 19.400 0,8
Total verden 2.430.000 100

(1) 2013, minéralinfo.fr

Efter firma

I 2010 er de største producenter:

Handle

I 2014 var Frankrig en nettoimportør af nikkel ifølge fransk told. Den gennemsnitlige importpris pr. Ton var € 13.000.

Historie

Brugen af ​​nikkel er meget gammel, bekræftet indtil 3500 f.Kr. AD De bronzer, der findes i Syrien, har et nikkelindhold på op til 2%. Tidligere kinesiske manuskripter tyder på, at "hvide kobber" blev brugt i Kina mellem XVIII th og XV th  århundrede f.Kr.. AD . Under hensyntagen til det faktum, at nikkelmalm ofte blev forvekslet med sølv , vil dens viden og anvendelser ikke blive udviklet før meget senere.

De første kendte mønter af hvid-sølv cupronickel, der indeholder ca. 20% nikkel, blev præget i Bactria (Lilleasien) under Euthydemus II, Agathocles og Pantaleon, omkring 190 f.Kr. J.-C.

Den niccolite , nikkel malm blev meget værdsat for sin evne til at farve glasset grønt.

Den nikkel er udviklet af den engelske kemiker Michael Faraday i 1834. Den høje korrosionsbestandighed nikkellaget retfærdiggør brugen af denne teknik.

I USA , nikkel eller nick , i populært sprog først henvist til den indiske cent af cupro-nikkel, der blev indført i 1859 . I 1865 blev betegnelsen overført til tre cent-mønten og det følgende år til den fem-cent-mønt kendt som skjoldet (Arms). Den første rene nikkelmønt er schweizisk og stammer fra 1881 .

I smykker blev nikkel tidligere brugt rent. Avisen "L'Avenir des Colonies et de la Marine" af 31. december 1884 tilbød således sine abonnenter muligheden for at erhverve "et varieret sortiment af rene nikkelsmykker fra Ny Kaledonien , af den bedste smag og af den mest model." .

Omkring 1880 var mønterne på den franske republik 5, 10 og 25 centimes enten rent kobber eller cupronickel Cu 75% Ni 25%. Cupronickel var en tysk monetær legering under Belle Époque . Cu-legeringerNiZner belgiske og chilenske monetære legeringer. Navngivet nikkel sølv i Frankrig eller "tysk sølv", de bruges til at fremstille skinnende bordbestik.

Metallurgister, der søger at forbedre de mekaniske og fysisk-kemiske egenskaber ved jernholdige produkter, finder ud af, at ud over den lette legering med mange metaller giver nikkel stål og jern stor modstand. Han inkorporerer nikkel i deres stadig mere sofistikerede produktioner via forskellige tålmodigt udviklede ferronikeller . Stål med 3 masse-% nikkel meget hurtigt anvendes i hjulene på jernbanevogne, eftersom minimal tilsætning af Ni øger belastningen fra 125  kg / m 2 til 160  kg / m 2 . De nationale flåde bruger nikkelstål til rustning af skibe. Lavlegerede stål hærdes let med 2% nikkel og 1% nikkel.

Ludwig Mond opdager carbonylnikkel , et mellemprodukt i Ni-oprensningsprocessen, der bærer hans navn, udviklet i 1890. Udnyttelsen af ​​den canadiske deponering af Sudbury, baseret på " nikkelbærende pyrrhotiner ", har stort set gjort det muligt for udviklingen af Mond Nickel Company  ( in) , oprettet i september 1900 og godkendt af repræsentationen af ​​Ludvigs ældste søn, Robert Mond i Ontario den følgende oktober. Mond-selskabet blev inkorporeret i 1929 i International Nickel Company .

Elektrokemisk behandling udviklede sig også under Belle Époque. Kemikerne eller metallurgerne Becquerel, Roseleur, Adams og Pfannhauser udvikler en behandling baseret på dobbelt nikkel og ammoniumsulfat. Dette er de første forniklede dele, nu almindelige i almindelige enheder. Fornikling fremstår som en moderigtig galvaniseringsproces. Sabbelsskeden og sadleriets synlige genstande er forniklet. Nikkelbelægningen vedrører let oxiderbare messing- eller jerngenstande for at bruge dem på en mere holdbar måde. Denne langvarige effekt kombineret med en ren og skinnende overflade er efterspurgt lige så meget på kirurgiske instrumenter som på kobberprint galvanoer. Forniklingsbade bruger for eksempel 80  g dobbeltnikkel og ammoniumsulfat til en liter vand, hvilket kræver aflejring ved en strømtæthed på 0,3  A / dm 2 til 0,6  A / dm 2 .

Omkring 1916 blev et elektrokemisk bad baseret på nikkelchlorid, nikkelsulfat og borsyre testet af Watts, som brugte hjælpestoffer.

I 1920'erne var fremstilling af køkkenredskaber ved hjælp af nikkellegeringer og / eller nikkelbelægningsprocesser almindelig.

Inkorporeringen af ​​nikkel i stålrustningen under Anden Verdenskrig resulterede i, at de krigsførende begrænsede dets anvendelse i mønter. Men nationerne eller de forsynede militære magter havde med al samvittighed forestillet sig dette opsving efter hamstring.

Toksicitet

I meget små mængder og i former, der kan assimileres af kroppen, betragtes nikkel som et sporstof for dyr, også vigtigt for plantevækst.

Hvis det enkle nikkelmetallegeme i kompakt og massiv form i princippet ikke er giftigt , kan langvarig kontakt med huden og slimhinderne forårsage kløe, kløe og undertiden allergi. Indtagelse af opløselige salte fortyndet i vand forårsager kvalme, opkastning, diarré.

Visse nikkelforbindelser er farlige eller meget giftige stoffer, for eksempel nikkeltetrakarbonyl, et anerkendt kræftfremkaldende stof, der findes i dampe eller dampe. Selv nikkelstøv eller de forskellige findelte nikkelpulvere, der anvendes i katalyse, er også genkendte kræftfremkaldende stoffer, de først ved kontakt og i kroniske lave doser forårsager dermatitis og hudallergi.

Den deraf følgende tilstedeværelse af nikkel af naturlig oprindelse er giftig: dette er tilfældet på ultramafisk jord. Jord, der er stærkt forurenet med nikkel, bliver steril og vegetation sjælden, bortset fra nogle få sjældne plantearter med stor modstand. Der er således hyperakkumulerende planter, såsom Alyssum- vægmaleri, som kan genvinde 120 kg / ha fra snavset jord  .

Imprægnering af menneskelige populationer

Det er a priori højere i henholdsvis mineindustriområdet, der er berørt af udvinding og bearbejdning af dette metal;

I Frankrig offentliggjorde den "  perinatale komponent  " i det nationale bioovervågningsprogram i 2018 en vurdering af imprægnering af gravide kvinder inklusive nikkel (og 12 andre metaller eller metalloider samt nogle organiske forurenende stoffer).

Bestemmelsen af ​​nikkel blev foretaget i urinen hos 990 gravide på tidspunktet for deres ankomst til barselshospitalet. De var alle en del af "  Elf Cohort  ", et panel bestående af kun kvinder, der fødte i Frankrig i 2011 ( undtagen Korsika og TOM ).

Den urin dosering af disse 990 kvinder gav en geometrisk gennemsnit på 1,38 ug nikkel per liter urin (1,89 ug / g creatinin ). Disse satser er sådanne (eller endda lidt lavere) end dem, der tidligere er beskrevet i Frankrig og i udlandet hos gravide eller voksne kvinder. Her steg nikkelimprægnering "  med rygning og te- forbrug  " . Et link til kampbalancen kunne muligvis forklare denne sammenhæng med te, men i mangel på data "  om jernstatus hos gravide kvinder inden for Elf-kohorten er dette fortsat en hypotese  " .

Toksicitet for mennesker

Menneskekroppen siges at indeholde mindre end 500 mikrogram (µg) nikkel. Dette sporelement virker meget selektivt, det spiller en rolle i lungerne. Men dets overdrevne tilstedeværelse er skadelig.

Det Internationale Agentur for Kræftforskning klassificerer nikkel som et muligt kræftfremkaldende middel til mennesker. Kronisk eksponering for nikkel er en risikofaktor for lungekræft , der er anført som sådan i tabellerne over erhvervssygdomme.

Nikkel er det mest allergifremkaldende af alle metaller. Mere end 12% af befolkningen er allergisk over for den, hvoraf størstedelen er kvinder. Den mest almindelige reaktion er kontaktdermatitis forårsaget af et urrem, kostume smykker, tilbehør til tøj (spænder, knapper, lynlåse osv.).

På trods af denne toksicitet har nikkel været en integreret del af konstruktionen af ​​euromønter.

Eksempel: i kronen på 2 € -mønten  eller i midten af ​​1 € -mønten  er der nikkel, men der tilføjes cupronickel (legering af kobber og nikkel) og også en legering med højere andele kobber til mønter på 1, 2 og 5 eurocent samt cuproaluminium (legering af kobber og aluminium).

Der er kontroverser over brugen af ​​nikkel i ikke-ædle tandlegeringer .

Miljøforurening

Verdensomspændende: Den årlige frigivelse i atmosfæren vil være 24.000 til 87.000 ton om året (ifølge estimater), og vi skal tilføje de 26.000 tons, der årligt udsendes af vulkaner eller som følge af vinderosion.

Nikkelniveauet i havet varierer fra sted til sted rundt om i verden; på 0,12 til 0,70  mikrogram pr. liter med et gennemsnit på 0,4  g / l .

I Frankrig  ; luftemissioner blev anslået til 218 ton i 2002 (for kilder fra forbrænding af olie og kul og fra den metallurgiske industri (ikke-jernholdige metaller). Seinen-Normandiet vandagentur anslog, at der i dets bassin blev bragt hundrede tons nikkel til floderne, hovedsageligt fra landbrugsafstrømning V.

Til søs er hastigheden ofte højere nær kysten (4 μg⋅L -1 i Seinen og 1 μg⋅L -1 i Rhône i den opløste fase og 50 mg⋅kg -1 for eksempel på suspenderet stof fra Gironde eller ca. 30 mg⋅kg -1 for Seinen og Rhône).

I USA giver Musling Watch et gennemsnitligt niveau i muslinger på 1,9 mg⋅kg -1 (dw) med et maksimum på 3,5 mg⋅kg -1 (dw). For østers ville gennemsnittet være 1,8 mg⋅kg -1 (dw) med et maksimum på 3,4 mg⋅kg -1 (dw). I det nordlige Australien varierer nikkelindholdet i let forurenede farvande fra 0,36 til 0,44 mg⋅kg -1 (dw) for østers.

Økotoksicitet

Dens økotoksiske virkninger er blevet lidt undersøgt, skønt dette metal har en stærk affinitet for organiske ligander, der omfatter en thiol (SH-) funktion, hvilket forklarer, hvorfor dets toksicitet reduceres i nærvær af ligander. Det findes også i nærværelse af opløst organisk kulstof (DOC) og suspenderet stof (SS).

Dens økotoksicitet er også moduleret af mediets pH, tilstedeværelsen af ​​andre metaller eller forurenende stoffer (som måske eller måske ikke har synergistiske virkninger) og i henhold til eksponeringsmetoden og -vejen (mad, vand, sediment), herunder i vanddyr. som biokoncentrerer det (fra 1 til et par snesevis af mg⋅kg -1 ). I ferskvands akvatiske snegle Hyalella azteca og Lymnaea stagnalis er nikkel det mindst giftige for dyr, når det kun findes i vand. Det er mere giftigt for sneglen i sedimentet og det mest giftige, når det er til stede som forurening i begge de 3 rum (vand, sediment og mad).

I østers , er larveudvikling forstyrret til 349  g / l af nikkelsulfat og 891 μg⋅L -1 i støbeformen , der synes mindre følsomme der. Ferskvandsmuslinger (f.eks. Zebramuslinger ) kan også akkumulere en betydelig mængde i deres skaller.

Noter og referencer

  1. (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics , CRC Press Inc,2009, 90 th  ed. , 2804  s. , Indbundet ( ISBN  978-1-420-09084-0 )
  2. (i) Beatriz Cordero Verónica Gómez, Ana E. Platero-Prats, Marc Reves Jorge Echeverría, Eduard Cremades, Flavia og Santiago Barragan Alvarez , "  Covalent radier revisited  " , Dalton Transactions ,2008, s.  2832 - 2838 ( DOI  10.1039 / b801115j )
  3. John Emsley, The Elements , tredje udgave, Oxford University Press, 1998.
  4. (i) John H Tundermann, John K. Tien, Timothy E. Howson, Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology 4. udg. : Nickel and Nickel Alloys , vol.  17, John Wiley & Sons.
  5. (in) Thomas R. Dulski, En manual til kemisk analyse af metaller , bind.  25, ASTM International,1996, 251  s. ( ISBN  0803120664 , læst online ) , s.  75
  6. (i) Metals Handbook , Vol.  10: Materialekarakterisering , ASM International,1986, 1310  s. ( ISBN  0-87170-007-7 ) , s.  344
  7. Indeksnummer 028-002-00-7 i tabel 3.1 i tillæg VI til EF-regulativ nr. 1272/2008 (16. december 2008)
  8. SIGMA-ALDRICH
  9. Nikkel  " i databasen over kemiske produkter Reptox fra CSST (Quebec-organisation med ansvar for sikkerhed og sundhed på arbejdspladsen), adgang til den 25. april 2009
  10. (i) "  NICKEL  "https://cameochemicals.noaa.gov
  11. (da) Scerri, Eric R., Det periodiske system: dens historie og dens betydning , Oxford, Oxford University Press ,2007, 346  s. ( ISBN  978-0-19-530573-9 og 0-19-530573-6 , læs online ), s.  239-240 .
  12. Housecroft CE og Sharpe AG Uorganisk kemi , de Boeck 2010, ( ISBN  978-2-8041-6218-4 ) , s.  19
  13. Atkins PW, Jones L. og Laverman L. Principles of Chemistry , 3 th udg. Fransk, de Boeck 2014, ( ISBN  978-2-8041-8731-6 ) , s.  730
  14. Huheey JE, Keiter EA og Keiter AL, Uorganisk kemi , de Boeck 1996, ( ISBN  2-8041-2112-7 ) , s.  24
  15. NIST Atomic Spectrum Database For at læse nikkelatomets niveauer skal du skrive "Ni I" i feltet "Spectrum" og klikke på "Hent data".
  16. Denne enkle krop stadig indeholder urenheder af Co, Cu, Fe ... For at fortsætte med en rensning, var det nødvendigt at fortsætte i vandig opløsning eller med oxalsyre.
  17. Disse små væsener af nordisk folketro kaldes alfer af forskellige bonde traditioner, der hævdede at se dem på overfladen, for eksempel med spor af genanvendelse svampe eller andre fænomener (klimatiske ...) formodes at hidrøre fra jorden. I denne vage forstand er de meget tæt på kobolderne ved oprindelsen af ​​navnet kobolt . Jargonen hos germanske minearbejdere synes imidlertid ikke at forvirre "nikkel" og "kobolt", medmindre de kategorisk definerer dem som "onde ånder eller onde små genier, der hjemsøger miner og ødelægger malm. Selv i folklore henviser hver fortælling til et defineret væsen, "kobbernikkel" på en bestemt minedrift ...
  18. Encyclopedia artiklen .
  19. Det bruges derefter til at kvalificere et depositum.
  20. Dette verb er konjugeret som verbet at kalde, således je nickelle ...
  21. Dette adjektiv findes i den universelle ordbog skrevet af Louis-Nicolas Bescherelle i 1845. Verbet nickeler er citeret i 1853 i kunstbogen og fremstiller skrevet under autoritet af ingeniøren og grundlæggeren Laboulaye fra 1847.
  22. Udtrykket nikkel er til stede i den officielle tidsskrift i 1875. Senere under Belle Époque vises verbet "nikkelisering" og navneordet "nikkelisage".
  23. Adjektivet betegner så ofte, hvad der vedrører nikkel.
  24. (in) "  Isotoper af elementet nikkel  " , videnskabsuddannelse , Jefferson Lab
  25. (i) James Girard, Principles of Environmental Chemistry , Jones & Bartlett Learning,2005, 677  s. ( ISBN  978-0-7637-2471-9 , læs online ) , s.  9.
  26. Alain Foucault, opus citeret.
  27. (in) "  Element overflader i jordens kappe  " (adgang til 9. juni 2019 ) .
  28. Et gammelt generisk navn for disse naturligt forekommende hydratiserede silikater af Ni, Mg og Ca er nikkelgymnit eller nikkelholdig gymnite . I fortiden, pålydende værdi nouméite og garnierite betegnes henholdsvis de sorter, rig eller fattig i Ni.
  29. André Brahic, af ild og is , red. Odile Jacob, 2010 ( ISBN  978-2-7381-2330-5 ) .
  30. (da) Frank K. Krundwell , Michael S. Moats , Venkoba Ramachandran , Timothy G. Robinson og William G. Davenport , Extractive Metallurgy of Nickel, Cobalt and Platinum Group Metals , Elsevier ,2011, 610  s. ( ISBN  978-0-08-096809-4 , læs online ) , s.  1-15; 27-32
  31. Denne operation forklarer frigivelsen af svovldioxid SO 2
  32. "  Ikke-jernholdige metaller  " , om Federation of Recycling Companies (adgang 23. oktober 2014 )
  33. Det er næsten lige så magnetisk jern.
  34. Kittel, Charles, Introduktion til solid state fysik , Wiley ,1996( ISBN  0-471-14286-7 ) , s.  449.
  35. Samme bemærkning om nikkel med aqua regia .
  36. I 1980'erne var de vigtigste legeringer med stål, kobber og aluminium.
  37. Speciale af Marie-Josephe Gouillon. Undersøgelse af oxidationskinetikken for nikkel-molybdænlegeringen. Process Engineering. National Higher School of Mines of Saint-Étienne, 1974
  38. HRL-laboratorier tildelt af Guinness Record i henhold til SCF Info World News § 221 online marts nr .  5
  39. På trods af deres faldende reaktivitet er Fe, Co og Ni ret ens kemisk. Nikkel, palladium og platin hører til "nikkelgruppen", Pd og Pt er signifikant mindre reaktive end nikkel. Men de tre hovedgruppemetaller er vigtige katalysatorer og danner et stort antal koordinationskomplekser.
  40. Den reversible reaktion, drejning af Mond-processen, der gør det muligt at genvinde og / eller rense nikkel, er som følger: Ni krystal fast + CO kulilte, reaktiv mellem 60  ° C og 80  ° C → Ni (CO) 4gas, der nedbrydes ved ca. 180  ° C
  41. Divalent nikkel er almindelig og stabil, hvilket forklarer omfanget af Ni (II) forbindelser. Cobalt Co 3+ ionfri er meget oxiderende undtagen i nogle stabile komplekser. Ferric ion fe 3+ er en almindelig, mere moderat oxidant.
  42. [Fe II (CN) 6 ] 4-kan let oxideres til [Fe III (CN) 6 ] 3-
  43. Magnetisk afhængig modstand (MDR)
  44. arter opdaget i 1845, kemisk klasse af sulfider ...
  45. (kemisk klasse: sulfater), arter opdaget i 1976
  46. mineralarter opdaget i 1976, kemisk klasse: sulfater
  47. katalysator
  48. Denne cyklusstrukturerede forbindelse er et chelat. Kelering, især gennem hydrogenbindinger, stabiliserer komplekserne.
  49. (in) "  Nickel Use In Society  " [ arkiv21. september 2017] , om Nickel Institute
  50. ”  http://www.atlantic-codental.com/rp2.htm  ” ( ArkivWikiwixArchive.isGoogle • Hvad gør? ) (Adgang 25 Mar 2013 )
  51. Med henvisning til verbet at slukke , slukke. For eksempel Ni (II) butylaminethiophenolat
  52. "  Nikkel i Den Europæiske Union  " , på Nickel Institute ,oktober 2012(adgang 23. oktober 2014 )
  53. (in) "  Metallagre og genanvendelsespriser  "UNEP - FNs miljøprogram (adgang 23. oktober 2014 )
  54. London Metal udveksling
  55. (da) TD Kelly og GR gear , "  Nickel Statistics  " , US Geological Survey
  56. Novethic (2018) Seks essentielle råvarer sætter energiomstillingen i fare , 4. juli 2018
  57. Mendeleevs nye maleri fra World Materials Forum  ; Offentliggørelsesdato: Fredag ​​den 29. juni 2018
  58. https://miningglobal.com/supply-chain-and-operations/global-nickel-production-decline-74-percent-2020
  59. https://www.kitco.com/news/2021-03-02/World-s-nickel-production-dropped-4-in-2020.html
  60. (i) "  Verden Nikkel producentlande Kort  "www.mapsofworld.com (adgang Oktober 14, 2016 )
  61. https://www.bloomberg.com/news/2011-06-07/world-s-10-biggest-refined-nickel-producers-in-2010-table-.html
  62. "  Indikator for import / eksporthandel  " om tolddirektoratet. Angiv NC8 = 26040000 (adgang til 7. august 2015 )
  63. (es) Miguel Calvo Rebollar, Construyendo la Tabla Periódica , Zaragoza, Spanien, Prames,2019, 407  s. ( ISBN  978-84-8321-908-9 ) , s.  115
  64. "  Fremtiden for Coniston, Historie nikkel  "sudburymuseums.ca (tilgængelige på en st marts 2017 )
  65. (in) Trends of Nickel in Coins
  66. Christine Courtis, Efter 1878: minderne om kaptajn Kanappe , Nouméa, Publikationer fra Society for Historical Studies of New Caledonia,1984, 122  s. , side 32
  67. Anlæg til udvinding af metaller, INRA Nancy
  68. : forskning i metaller og metalloider fra Elf-kohorten; December 2016; OFFENTLIG SUNDHED Frankrig / Imprægnering af gravide af miljøforurenende stoffer i Frankrig i 2011]. Perinatal sektion af det nationale bioovervågningsprogram | PDF, 224p | også tilgængelig fra URL: www.santepubliquefrance.fr
  69. http://www.lenntech.fr/francais/data-perio/ni.htm
  70. http://www.holodent.com/article-13665924.html
  71. http://www.etna-mint.fr/index.php?page=identifier
  72. Overvågning af havmiljøet, arbejde fra National Marine Quality Observation Network Ifremer, The RNO: aktuelle programmer - Sølv, cobalt, nikkel og vanadium i bløddyr fra den franske kyst - Sedimentære kerner, hukommelse af forurening, Ifremer Bulletin, 2002
  73. 22 i PDF-dokumentet / Samling af faktaark om metaller (hørt 2009/09/29)
  74. Custer, KW, Hammerschmidt, CR, & Burton, GA (2016). Nikkel-toksicitet for bentiske organiske organismer: Opløsningen af ​​kulstof, suspenderede faste stoffer og eksponeringsvejen. Miljøforurening , 208, 309-317 ( resumé ).

Bibliografi

18. Komplekser af jern, cobalt og nikkel; 20.1. Metallegeringer; 20.2. Metallegeringer (fortsat); 20.3 Metallegeringer (fortsat) "

(note BNF n o  FRBNF37229023 )

Se også

Relaterede artikler

eksterne links


  1 2                               3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
1  H     Hej
2  Li Være   B VS IKKE O F Født
3  Ikke relevant Mg   Al Ja P S Cl Ar
4  K At   Sc Ti V Cr Mn Fe Co Eller Cu Zn Ga Ge Es Se Br Kr
5  Rb Sr   Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag CD I Sn Sb Du jeg Xe
6  Cs Ba   Det Dette Pr Nd Om eftermiddagen Sm Havde Gd TB D y Ho Er Tm Yb Læs Hf Jeres W D Knogle Ir Pt Hg Tl Pb Bi Po Rn
7  Fr Ra   Ac Th Pa U Np Kunne det Er Cm Bk Jf Er Fm Md Ingen Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og
8  119 120 *    
  * 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142  


  alkali   metaller
  Alkalisk  
jord
  Lanthanider  
overgangsmetaller   metaller  
  Dårlige   metaller
  Metal-  
loids
Ikke-
  metaller  
halo
  -gener  
  Ædle   gasser
Varer
  uklassificeret  
Actinides
    Superactinider