ניקל מתכת: זה מאפיינים, היסטוריה, הפקה ושימושים

ניקל הוא מתכת חזקה, זוהר-לבן-כסוף, המהווה מצרך בחיי היומיום שלנו וניתן למצוא אותו כל מה החל מהסוללות המפעילות את הטלוויזיה שלנו מרחוק ועד הנירוסטה המשמשת לייצור שלנו כיורי מטבח.

• סמל אטומי: ני
• מספר אטומי: 28
• קטגוריית אלמנטים: מעבר מתכת
• צפיפות: 8.908 גרם / ס"מ³
• נקודת התכה: 1455 מעלות צלזיוס
• נקודת רתיחה: 2913 מעלות צלזיוס
• קשיותו של מו: 4.0

ניקל טהור מגיב עם חמצן, ולכן לעתים רחוקות הוא נמצא על פני כדור הארץ, למרות היותו היסוד החמישי ביותר בשפע בכוכב הלכת שלנו. בקומבינציה עם ברזלניקל יציב ביותר, מה שמסביר הן את התרחשותו בעפרות המכילות עפרות והן את השימוש היעיל בשילוב עם ברזל לייצור נירוסטה.

ניקל חזק מאוד ועמיד בפני קורוזיה, מה שהופך אותו למצוין לחיזוק מתכת סגסוגות. זה גם רקיע ו ניתן לניפוח, מאפיינים המאפשרים לעצב את סגסוגותיו הרבות לחוט, מוטות, צינורות וסדינים.

הברון אקסל פרדריק קרונסטטט חילץ לראשונה ניקל טהור בשנת 1751, אך ידוע שהוא קיים הרבה יותר מוקדם. מסמכים סיניים מסביב 1500 לפנה"ס מתייחסים ל"נחושת לבנה "(בייטונג), שהיה ככל הנראה סגסוגת של ניקל וכסף. כורים גרמנים מהמאה ה- 15, שהאמינו שהם יכולים לחלץ נחושת מעפרות ניקל בסקסוניה, התייחסו למתכת כאל

בשנת 1889, ג'יימס ריילי הציג במכון הברזל והפלדה בבריטניה כיצד הציג ניקל יכול לחזק פלדות מסורתיות. המצגת של ריילי הביאה למודעות הולכת וגוברת לתכונות הסגסוגת המועילות של ניקל ובמקביל לגילוי מרבצי ניקל גדולים בקלדוניה החדשה ובקנדה.

בראשית המאה העשרים, גילוי מרבצי עפרות ברוסיה ובדרום אפריקה איפשר ייצור ניקל נרחב. זמן לא רב אחר כך, מלחמת העולם הראשונה ומלחמת העולם השנייה הביאו לעלייה משמעותית בפלדה וכתוצאה מכך לביקוש ניקל.

ניקל מופק בעיקר מהניקל סולפידים פנטלנדיט, פירוחט ומילריט המכילים כ -1% תכולת ניקל ותמצית הברזל המכילה עפרות לטריטיות לימניט וגרניט, המכילים כ -4% - תכולת ניקל. עפרות ניקל מכרות ב 23 מדינות ואילו ניקל נמס ב 25 מדינות שונות.

תהליך ההפרדה של ניקל תלוי מאוד בסוג העפרות. גופרית ניקל, כמו אלו שנמצאות במגן הקנדי ובסיביר, נמצאות בדרך כלל עמוק מתחת לאדמה, מה שהופך אותם לאינטנסיביים לעבודה ויקרים לחילוץ. עם זאת, תהליך ההפרדה של עפרות אלה זול בהרבה מאשר עבור הזן הלטיטי, כמו אלה שנמצאים בקלדוניה החדשה. יתר על כן, לעתים קרובות, ניקל גופריתי יתרון בכך שהוא מכיל זיהומים של אלמנטים חשובים אחרים הניתנים להפרדה כלכלית.

ניתן להפריד עפרות גופרתי באמצעות הנפקות קצף ותהליכים הידרומטאלורגיים או מגנטיים ליצירת תחמוצת ניקל מט וניקל. לאחר מכן מעובדים מוצרי ביניים אלה, המכילים בדרך כלל 40-70% ניקל, לעיתים קרובות באמצעות תהליך שרית-גורדון.

תהליך Mond (או Carbonyl) הוא השיטה הנפוצה והיעילה ביותר לטיפול בגופרת ניקל. בתהליך זה מטפלים בגופרית במימן ומוזנים לכבשן התנפצות. כאן הוא פוגש חד תחמוצת הפחמן בערך 140F° (60C°) ליצירת גז קרבוניל ניקל. גז הפחמן ניקל מתפרק על פני כדוריות ניקל מחוממות מראש הזורמות בתא חום עד שהן מגיעות לגודל הרצוי. בטמפרטורות גבוהות יותר ניתן להשתמש בתהליך זה ליצירת אבקת ניקל.

עפרות לוטיטיות, לעומת זאת, בדרך כלל נמסות בשיטות פירו-מטאליות בגלל תכולת הברזל הגבוהה שלהן. לעפרות לטריטיים יש גם תכולת לחות גבוהה (35-40%) הדורשת ייבוש בכבשן כבשן סיבוב. היא מייצרת תחמוצת ניקל, המופחתת לאחר מכן באמצעות תנורים חשמליים בטמפרטורות שבין 2480-2930 מעלות צלזיוס (1360-1610 מעלות צלזיוס) ומתפזרת לייצור מתכת ניקל מחלקה וניקל גופרתי.

בגלל תכולת הברזל המופיעה באופן טבעי בעפרות לרוחב, התוצר הסופי של מרבית ההתכתיות העובדות עם כאלה עפרות הוא פרוניקל, שיכולים לשמש יצרני פלדה לאחר זיהומי סיליקון, פחמן וזרחן הוסר.

לפי מדינה, היצרנים הגדולים ביותר של ניקל בשנת 2010 היו רוסיה, קנדה, אוסטרליה ואינדונזיה. ה המפיקים הגדולים ביותר של ניקל מעודן הם נורילסק ניקל, Vale S.A. וקבוצת ג'ינצ'ואן בע"מ. נכון לעכשיו, רק אחוז קטן מהניקל מיוצר מחומרים ממוחזרים.

ניקל הוא אחת המתכות הנפוצות ביותר על פני כדור הארץ. על פי נתוני מכון ניקל, המתכת משמשת ביותר מ- 300,000 מוצרים שונים. לרוב זה נמצא ב- פלדות וסגסוגות מתכת, אך משתמשים בהן גם בייצור סוללות וקבועות מגנטים.

פלדת אל - חלד
כ- 65% מכלל הניקל המיוצר נכנס לפלדת אל חלד.

פלדות אוסטניות הם פלדות אל חלד לא מגנטיות המכילות רמות גבוהות של כרום וניקל, ורמות נמוכות של פחמן. קבוצת פלדות זו - המסווגת כ- 300 סדרות אל חלד - מוערכת על יכולתן ועמידותן בפני קורוזיה. פלדות אוסטניות הן הכיתה הנפוצה ביותר של נירוסטה.

הטווח האוסטניטי המכיל ניקל של פלדות אל חלד מוגדר על ידי מעוקב הפנים שלהם (FCC) מבנה גביש, שיש לו אטום אחד בכל פינה של הקוביה ואחד באמצע כל אחד פנים. מבנה תבואה זה נוצר כאשר מוסיפים כמות מספקת של ניקל לסגסוגת (שמונה עד עשרה אחוזים בסגסוגת נירוסטה רגילה 304).

מקורות

_{רחוב, ארתור. ואלכסנדר, וו. O., 1944. מתכות בשירות האדם. מהדורה 11 (1998).
USGS. סיכומי סחורות מינרליים: ניקל (2011).
מקור: http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/nickel/
אנציקלופדיה בריטניקה. ניקל.
מקור: http://www.britannica.com/EBchecked/topic/414238/nickel-Ni
פרופיל מתכת: ניקל}