نیکل

نیکل یک عنصر شیمیایی با نماد Ni و عدد اتمی 28 است. این فلز براق به رنگ سفید مایل به نقره ای با رنگ طلایی کمی است. نیکل یک فلز انتقالی سخت و انعطاف پذیر است. نیکل خالص، پودر شده برای به حداکثر رساندن سطح واکنش پذیر، فعالیت شیمیایی قابل توجهی را نشان می دهد، اما قطعات بزرگتر در شرایط استاندارد به کندی با هوا واکنش می دهند زیرا یک لایه اکسید روی سطح تشکیل می شود و از خوردگی بیشتر (غیرفعال شدن) جلوگیری می کند.

با این حال، نیکل بومی خالص در پوسته زمین فقط در مقادیر بسیار کوچک، معمولاً در سنگ‌های اولترامافیک و در فضای داخلی شهاب‌سنگ‌های نیکل-آهن بزرگ‌تر که در خارج از جو زمین در معرض اکسیژن قرار نگرفته‌اند، یافت می‌شود.

نیکل شهاب‌سنگ در ترکیب با آهن یافت می‌شود که بازتابی از منشأ آن عناصر به‌عنوان محصولات نهایی اصلی سنتز هسته‌های ابرنواختر است. تصور می‌شود که مخلوط آهن و نیکل هسته‌های بیرونی و درونی زمین را تشکیل می‌دهد.

استفاده از نیکل (به عنوان آلیاژ نیکل-آهن طبیعی) تا 3500 سال قبل از میلاد ردیابی شده است. نیکل اولین بار در سال 1751 توسط Axel Fredrik Cronstedt، که در ابتدا سنگ معدن را با یک ماده معدنی مس اشتباه گرفت، در معادن کبالت لس، هالسینگلند، سوئد، جداسازی و به عنوان یک عنصر طبقه بندی کرد. نام این عنصر از یک جن شیطنت آمیز اساطیر معدنچیان آلمانی، نیکل (مشابه نیکل قدیمی) گرفته شده است که این واقعیت را نشان می دهد که سنگ های مس نیکل در برابر پالایش به مس مقاومت می کنند.

یکی از منابع مهم اقتصادی نیکل، سنگ آهن لیمونیت است که اغلب 1 تا 2 درصد نیکل است. سایر کانی های مهم سنگ نیکل شامل پنتلاندیت و ترکیبی از سیلیکات های طبیعی غنی از نیکل به نام گارنیریت است. سایت های اصلی تولید عبارتند از: منطقه سادبری، کانادا (که تصور می شود منشا شهاب سنگی دارد)، کالدونیای جدید در اقیانوس آرام، و نوریلسک، روسیه.

نیکل در دمای اتاق به آرامی توسط هوا اکسید می شود و در برابر خوردگی مقاوم است. از لحاظ تاریخی، از آن برای آبکاری آهن و برنج، پوشش تجهیزات شیمی و ساخت آلیاژهای خاصی استفاده می شده است که خاصیت نقره ای بالایی دارند، مانند نقره آلمانی. حدود 9 درصد از تولید نیکل جهان هنوز برای آبکاری نیکل مقاوم در برابر خوردگی استفاده می شود. اشیاء نیکل اندود شده گاهی اوقات باعث ایجاد حساسیت به نیکل می شوند. نیکل به طور گسترده در سکه ها استفاده شده است، اگرچه افزایش قیمت آن منجر به جایگزینی فلزات ارزان تر در سال های اخیر شده است.

نیکل یکی از چهار عنصری است (سایر عناصر آهن، کبالت و گادولینیوم)که تقریباً در دمای اتاق فرومغناطیسی هستند. آهنرباهای دائمی Alnico که بخشی از آن بر پایه نیکل است، بین آهنرباهای دائمی مبتنی بر آهن و آهنرباهای خاکی کمیاب استحکام متوسطی دارند. این فلز در دوران مدرن عمدتاً در آلیاژها ارزشمند است.

حدود 68 درصد از تولید جهانی در فولاد ضد زنگ استفاده می شود. 10٪ دیگر برای آلیاژهای مبتنی بر نیکل و مس، 7٪ برای فولادهای آلیاژی، 3٪ در ریخته گری، 9٪ در آبکاری و 4٪ در سایر کاربردها، از جمله بخش باتری با رشد سریع،از جمله استفاده می شود. از جمله استفاده می شود. آنهایی که در وسایل نقلیه الکتریکی (EVs) هستند.

نیکل،Ni

نیکل

ظاهر	براق و نقره ایی با رنگ طلایی
وزن اتمی	58.6934±0.0004
وزن	58.693±0.001 (abridged)

نیکل در جدول تناوبی

عدد اتمی	Z28
گروه	گروه 10
تناوبی	تناوبی 4
بلوک	بلوک D
ساختار الکترونی	3d8 4s2 or 3d9 4s1
الکترون در هر پوسته	2, 8, 16, 2 or 2, 8, 17, 1

ویژگی های فیزیکی

حالت نرمال	جامد
نقطه ذوب	1728 K ​(1455 °C, ​2651 °F)
نقطه جوش	3003 K ​(2730 °C, ​4946 °F)
چگالی (نزدیک به r.t.)	8.908 g/cm3
هنگامی که مایع است (در m.p.)	7.81 g/cm3
گرمای همجوشی	17.48 kJ/mol
گرمای تبخیر	379 kJ/mol
ظرفیت حرارتی مولی	26.07 J/(mol·K)

نیکل به‌عنوان یک ترکیب، چندین کاربرد شیمیایی دارد، مانند کاتالیزور برای هیدروژناسیون، کاتد برای باتری‌های قابل شارژ، رنگدانه‌ها و درمان‌های سطح فلزنیکل یک ماده مغذی ضروری برای برخی از میکروارگانیسم ها و گیاهانی است که دارای آنزیم هایی با نیکل به عنوان یک محل فعال هستند.

خواص

خواص اتمی و فیزیکی

نیکل فلزی به رنگ سفید مایل به نقره‌ای با رنگ طلایی ملایمی است که جلا می‌دهد. این یکی از تنها چهار عنصری است که در دمای اتاق یا نزدیک به آن مغناطیسی هستند. بقیه آهن، کبالت و گادولینیوم هستند. دمای کوری آن 355 درجه سانتیگراد (671 درجه فارنهایت) است، به این معنی که نیکل حجیم بالاتر از این دما غیر مغناطیسی است.

سلول واحد نیکل یک مکعب رو به مرکز با پارامتر شبکه 0.352 نانومتر است که شعاع اتمی آن 0.124 نانومتر است. این ساختار کریستالی در برابر فشارهای حداقل 70 گیگا پاسکال پایدار است. نیکل سخت، چکش خوار و انعطاف پذیر است و رسانایی الکتریکی و حرارتی نسبتا بالایی برای فلزات واسطه دارد.

مقاومت فشاری بالای 34 گیگا پاسکال که برای بلورهای ایده‌آل پیش‌بینی می‌شود، هرگز در مواد حجیم واقعی به دلیل شکل‌گیری و حرکت نابجایی‌ها به دست نمی‌آید. با این حال، در نانوذرات نیکل به آن رسیده است.

اختلاف پیکربندی الکترون

نیکل دارای دو پیکربندی الکترونی است، [Ar] 3d8 4s2 و [Ar] 3d9 4s1، که از نظر انرژی بسیار نزدیک هستند. [Ar] ساختار کامل هسته آرگون را نشان می دهد. در مورد اینکه کدام پیکربندی انرژی کمتری دارد، اختلاف نظر وجود دارد.کتاب‌های درسی شیمی پیکربندی الکترون نیکل را به صورت [Ar]4s2 3d8 نقل می‌کنند که [Ar] 3d8 4s2 نیز نوشته شده است.این پیکربندی با قانون ترتیب انرژی Madelung مطابقت دارد که پیش‌بینی می‌کند 4s قبل از 3d پر می‌شود. این واقعیت تجربی تأیید می کند که پایین ترین حالت انرژی اتم نیکل یک سطح انرژی 3d8 4s2 است، به ویژه سطح انرژی 3d8 (3F) 4s2 3F، J = 4.

با این حال، هر یک از این دو پیکربندی به دلیل ساختار خوب به چندین سطح انرژی تقسیم می‌شوند،و دو مجموعه از سطوح انرژی با هم همپوشانی دارند. انرژی متوسط ​​حالات با [Ar] 3d9 4s1 در واقع کمتر از میانگین انرژی حالات با [Ar] 3d8 4s2 است. بنابراین، ادبیات تحقیق در مورد محاسبات اتمی، پیکربندی حالت پایه را به صورت [Ar] 3d9 4s1 نقل می کند.

ایزوتوپ ها

مقاله اصلی: ایزوتوپ های نیکل

ایزوتوپ های نیکل در وزن اتمی از 48 u (48 Ni) تا 78 u (78 نی).[20] نیکل طبیعی از پنج ایزوتوپ پایدار، 58 تشکیل شده است نی، 60 نی، 61 نی، 62 نی و 64 نیکل که 58 نیکل فراوان ترین (68.077٪ فراوانی طبیعی) است.

نیکل-62 دارای بالاترین انرژی اتصال در هر نوکلئون در میان هر نوکلید است: 8.7946 MeV/nucleon.از هر دو 56 Fe و 58 آهن، هسته‌های فراوان‌تر اغلب به اشتباه به عنوان دارای بالاترین انرژی اتصال ذکر می‌شوند.اگرچه به نظر می‌رسد که این امر نیکل را به عنوان فراوان‌ترین عنصر سنگین در جهان پیش‌بینی می‌کند، اما نرخ بالای متلاشی شدن نیکل در فضای داخلی ستاره‌ها باعث می‌شود که آهن تا حد زیادی فراوان‌ترین عنصر باشد.

نیکل 60 محصول دختر رادیونوکلئید منقرض شده 60 است آهن (نیمه عمر 2.6 میلیون سال). به دلیل نیمه عمر طولانی 60 آهن، ماندگاری آن در مواد منظومه شمسی ممکن است تغییرات قابل مشاهده در ترکیب ایزوتوپی 60 ایجاد کند. نی. بنابراین، فراوانی 60 نیکل موجود در مواد فرازمینی ممکن است بینشی در مورد منشا منظومه شمسی و تاریخ اولیه آن ارائه دهد.

حداقل 26 ایزوتوپ رادیویی نیکل مشخص شده است. پایدارترین آنها 59 است Ni با نیمه عمر 76000 سال 63 Ni (100 سال) و 56 نیکل (6 روز). تمام ایزوتوپ های رادیویی دیگر نیمه عمر کمتر از 60 ساعت دارند و نیمه عمر اکثر آنها کمتر از 30 ثانیه است. این عنصر یک حالت متا نیز دارد.

نیکل-56 رادیواکتیو توسط فرآیند سوزاندن سیلیکون تولید می شود و بعداً در مقادیر زیادی در ابرنواخترهای نوع Ia آزاد می شود. شکل منحنی نور این ابرنواخترها در زمان های میانی تا پایانی مربوط به واپاشی از طریق جذب الکترون 56 است. نیکل به کبالت-56 و در نهایت به آهن-56.

خریدار ضایعات نیکل

09353316491

نیکل-59 یک رادیونوکلئید کیهانی با عمر طولانی است. نیمه عمر 76000 سال 59 نیکل کاربردهای زیادی در زمین شناسی ایزوتوپی پیدا کرده است. 59 نیکل برای تعیین سن زمینی شهاب سنگ ها و تعیین فراوانی غبار فرازمینی در یخ و رسوبات استفاده شده است. نیمه عمر نیکل-78 اخیراً 110 میلی ثانیه اندازه گیری شد و اعتقاد بر این است که ایزوتوپ مهم در سنتز هسته ابرنواختری عناصر سنگین تر از آهن است.

48Ni که در سال 1999 کشف شد، غنی ترین ایزوتوپ عنصر سنگین از پروتون شناخته شده است. با 28 پروتون و 20 نوترون، 48Ni “جادویی مضاعف” است، همانطور که 78Ni با 28 پروتون و 50 نوترون است. بنابراین هر دو به طور غیرعادی برای هسته هایی با عدم تعادل پروتون-نوترون بسیار پایدار هستند.

نیکل-63 آلاینده ای است که در ساختار پشتیبانی راکتورهای هسته ای یافت می شود. از طریق جذب نوترون توسط نیکل-62 تولید می شود. مقادیر کمی نیز در نزدیکی سایت های آزمایش تسلیحات هسته ای در اقیانوس آرام جنوبی یافت شده است.

وقوع

در زمین، نیکل اغلب در ترکیب با گوگرد و آهن در پنتلاندیت، با گوگرد در میلریت، با آرسنیک در کانی نیکلین، و با آرسنیک و گوگرد در نیکل گالن وجود دارد.

نیکل معمولا در شهاب سنگ های آهنی به عنوان آلیاژهای کاماسیت و تانیت یافت می شود. نیکل در شهاب سنگ ها اولین بار در سال 1799 توسط ژوزف لوئیس پروست، شیمیدان فرانسوی که سپس در اسپانیا کار می کرد، شناسایی شد. پروست نمونه هایی از شهاب سنگ کامپو دل سیلو (آرژانتین) را که در سال 1783 توسط میگل روبین دی سلیس به دست آمده بود، تجزیه و تحلیل کرد و به وجود نیکل (حدود 10٪) همراه با آهن در آنها پی برد.

بخش عمده ای از نیکل از دو نوع ذخایر معدنی استخراج می شود. اولین مورد لاتریت است که در آن مخلوط‌های معدنی اصلی عبارتند از لیمونیت نیکلی‌فر، (Fe,Ni)O(OH) و گارنیریت (مخلوطی از نیکل آبدار مختلف و سیلیکات‌های غنی از نیکل). دومین ذخایر سولفیدی ماگمایی است که کانی اصلی آن پنتلاندیت است: (Ni,Fe) 9S 8.

اندونزی و استرالیا با 43.6 درصد از کل ذخایر جهان بزرگترین ذخایر برآورد شده را دارند.

منابع زمینی شناسایی شده در سراسر جهان با میانگین 1% نیکل یا بیشتر شامل حداقل 130 میلیون تن نیکل (حدود دو برابر ذخایر شناخته شده) است. حدود 60 درصد در لاتریت ها و 40 درصد در رسوبات سولفیدی است.

بر اساس شواهد ژئوفیزیکی، اعتقاد بر این است که بیشتر نیکل روی زمین در هسته بیرونی و درونی زمین است. کاماسیت و تانیت آلیاژهای طبیعی آهن و نیکل هستند. برای کاماسیت، آلیاژ معمولاً به نسبت 90:10 تا 95:5 است، اگرچه ممکن است ناخالصی هایی (مانند کبالت یا کربن) وجود داشته باشد. تانیت 20 تا 65 درصد نیکل است. کاماسیت و تانیت نیز در شهاب سنگ های آهن نیکل یافت می شوند.

ترکیبات

رایج‌ترین حالت اکسیداسیون نیکل +2 است، اما ترکیبات Ni0، Ni+ و Ni3+ به خوبی شناخته شده‌اند و حالت‌های اکسیداسیون عجیب و غریب Ni2−، Ni1− و Ni$+ تولید و مطالعه شده‌اند.

نیکل (0)

نیکل تترا کربنیل (Ni(CO) 4)، کشف شده توسط لودویگ موند، [36] یک مایع فرار و بسیار سمی در دمای اتاق است. با گرم شدن، مجموعه دوباره به نیکل و مونوکسید کربن تجزیه می شود: نیکل (CO) 4 ⇌ Ni + 4 CO همانطور که در بالا توضیح داده شد، این رفتار در فرآیند Mond برای تصفیه نیکل مورد استفاده قرار می گیرد. کمپلکس نیکل (0) بیس (سیکلواکتادین) نیکل (0) یک کاتالیزور مفید در شیمی آلی نیکل است زیرا لیگاندهای سیکلواکتادین (یا cod) به راحتی جابجا می شوند.

نیکل (I)

کمپلکس های نیکل (I) غیر معمول هستند، اما یک مثال کمپلکس چهار وجهی NiBr(PPh3)3 است. بسیاری از کمپلکس‌های نیکل (I) دارای پیوند Ni-Ni هستند، مانند دیامغناطیسی قرمز تیره K4[Ni2(CN)6] که با کاهش K2[Ni2(CN)6] با آمالگام سدیم تهیه می‌شود. این ترکیب در آب اکسید می شود و H را آزاد می کند 2. تصور می شود که حالت اکسیداسیون نیکل (I) برای آنزیم های حاوی نیکل، مانند [NiFe] – هیدروژناز، که کاهش برگشت پذیر پروتون ها به H را کاتالیز می کند، مهم است.

نیکل (II)

نیکل (II) با تمام آنیون‌های رایج از جمله سولفید، سولفات، کربنات، هیدروکسید، کربوکسیلات‌ها و هالیدها ترکیباتی را تشکیل می‌دهد. سولفات نیکل (II) در مقادیر زیادی با حل کردن فلز یا اکسیدهای نیکل در اسید سولفوریک تولید می‌شود که هم یک هگزا و هم هپتاهیدرات[39] برای آبکاری نیکل مفید است. نمک های معمول نیکل مانند کلرید، نیترات و سولفات در آب حل می شوند و محلول های سبز رنگ کمپلکس فلزی [Ni(H 2O) 6] 2+

چهار هالید ترکیبات نیکل را تشکیل می دهند که با مولکول هایی با مراکز نیکل هشت وجهی جامد هستند. کلرید نیکل (II) رایج ترین است و رفتار آن نشان دهنده سایر هالیدها است. کلرید نیکل (II) از حل کردن نیکل یا اکسید آن در اسید هیدروکلریک ساخته می شود. معمولاً به عنوان هگزا هیدرات سبز یافت می شود که فرمول آن معمولاً NiCl2•6H2O نوشته می شود. هنگامی که این نمک در آب حل می شود، کمپلکس آبی فلزی [Ni(H 2O) 6] 2+ . کم آبی NiCl2•6H2O باعث ایجاد نیکل بی آب زرد رنگ می شود 2.

برخی از کمپلکس‌های نیکل (II) تتراکوردینات، به عنوان مثال. کلرید بیس (تری فنیل فسفین) نیکل، هم در هندسه چهار وجهی و هم در هندسه مسطح مربع وجود دارد. مجتمع های چهار وجهی پارامغناطیس هستند. مجتمع های مسطح مربع دیامغناطیس هستند. از نظر داشتن خواص تعادل مغناطیسی و تشکیل کمپلکس های هشت وجهی، آنها با کمپلکس های دو ظرفیتی فلزات گروه 10 سنگین تر، پالادیوم (II) و پلاتین (II) که فقط هندسه مسطح مربع را تشکیل می دهند، در تضاد هستند.

نیکلوسن شناخته شده است. شمارش الکترون آن 20 است که آن را نسبتاً ناپایدار می کند.

نیکل (III) و (IV)

بسیاری از Ni (III) ترکیبات شناخته شده است. اولین نمونه از این قبیل نیکل (III) تری هالوفسفین (NiIII (PPh3) X3) است. علاوه بر این، Ni (III) نمک های ساده ای را با یون های فلوراید[44] یا اکسید تشکیل می دهد. Ni (III) را می توان توسط لیگاندهای اهداکننده σ مانند تیول ها و ارگانوفسفین ها تثبیت کرد. Ni (IV) در اکسید مخلوط BaNiO وجود دارد. 3; Ni (III) در هیدروکسید اکسید نیکل وجود دارد که به عنوان کاتد در بسیاری از باتری های قابل شارژ از جمله نیکل-کادمیم، نیکل-آهن، نیکل هیدروژن و نیکل-فلز هیدرید استفاده می شود و توسط سازندگان خاصی در باتری های لیتیوم یون استفاده می شود. Ni (IV) یک حالت اکسیداسیون نادر است و ترکیبات بسیار کمی شناخته شده است.

تاریخ

از آنجا که سنگ معدن نیکل به راحتی با سنگ معدن نقره و مس اشتباه گرفته می شود، درک این فلز و کاربرد آن نسبتاً جدید است. اما استفاده ناخواسته از نیکل قدیمی است و می توان آن را تا 3500 سال قبل از میلاد ردیابی کرد. برنزهای موجود در سوریه امروزی حاوی 2 درصد نیکل هستند.

برخی از دست نوشته های چینی باستان نشان می دهد که “مس سفید” (cupronickel، معروف به baitong) در 1700-1400 قبل از میلاد در آنجا استفاده می شده است. این مس سفید پاکتونگ در اوایل قرن هفدهم به بریتانیا صادر شد، اما محتوای نیکل این آلیاژ تا سال 1822 کشف نشد. سکه‌های آلیاژ نیکل مس توسط پادشاهان باختری آگاتوکلس، اوتیدموس دوم و پانتالئون در قرن دوم ضرب شدند. قبل از میلاد، احتمالاً خارج از کوپرونیکل چینی.

در آلمان قرون وسطی، یک ماده معدنی زرد فلزی در Erzgebirge (کوه های سنگ معدن) یافت شد که شبیه سنگ معدن مس بود. اما زمانی که معدنچیان نتوانستند مسی از آن بدست آورند، یک جن شیطنت آمیز اساطیر آلمانی، نیکل (مشابه نیکل قدیمی) را به دلیل محاصره مس سرزنش کردند. آنها این سنگ معدنی Kupfernickel از Kupfer آلمانی را “مس” نامیدند.

این سنگ معدن اکنون به عنوان کانی نیکلین (نیکلیت سابق)، یک آرسنید نیکل شناخته می شود. در سال 1751، بارون آکسل فردریک کرونستد تلاش کرد مس را از کوپفرنیکل در معدن کبالت در روستای لوس سوئد استخراج کند و در عوض فلز سفید رنگی تولید کرد که نیکل را بر اساس روحی که نام آن را به این ماده معدنی داده بود، نامید. کوپفرنیکل یا کوپفر نیکل آلیاژ کوپرونیکل را مشخص می کند.

در اصل، تنها منبع نیکل، کوپفرنیکل کمیاب بود. در آغاز سال 1824، نیکل به عنوان یک محصول جانبی از تولید آبی کبالت به دست آمد. اولین ذوب نیکل در مقیاس بزرگ در سال 1848 در نروژ از پیروتیت غنی از نیکل آغاز شد. معرفی نیکل در تولید فولاد در سال 1889 تقاضا برای نیکل را افزایش داد. ذخایر نیکل کالدونیای جدید که در سال 1865 کشف شد، بیشترین نیاز جهان را بین سال‌های 1875 و 1915 تامین کرد. ریف، آفریقای جنوبی در سال 1924، تولید نیکل در مقیاس بزرگ را ممکن کرد.

ضرب سکه

جدا از سکه های باختری که ذکر شد، نیکل تا اواسط قرن نوزدهم جزء سکه ها نبود.

کانادا

99.9% سکه های پنج سنت نیکل در کانادا (بزرگترین تولید کننده نیکل در جهان در آن زمان) در سال های غیرجنگ از 1922 تا 1981 ضرب شد. محتوای فلز این سکه ها را مغناطیسی کرد. در طول سال های جنگ 1942-1945، بیشتر یا تمام نیکل از سکه های کانادا و ایالات متحده حذف شد تا برای ساخت زره ذخیره شود. کانادا از سال 1968 تا سال 2000 از 99.9 درصد نیکل در سکه های با ارزش بالاتر خود استفاده کرد.

سوئیس

سکه های تقریباً نیکل خالص برای اولین بار در سال 1881 در سوئیس مورد استفاده قرار گرفت.

انگلستان

بیرمنگام سکه های نیکل جعلی در سال. 1833 برای تجارت در مالزی.

ایالات متحده

در ایالات متحده، اصطلاح “نیکل” یا “نیک” در ابتدا به سنت عقاب پرنده مس نیکل اطلاق می‌شد که در سال‌های 1857-1858، 12 درصد نیکل را جایگزین مس کرد، سپس از سال 1859 تا 1864، سنت هندی همان آلیاژ را جایگزین کرد. هنوز بعداً، در سال 1865، این اصطلاح به نیکل سه سنت تعیین شد و نیکل به 25 درصد افزایش یافت. در سال 1866، نیکل سپر پنج سنتی (25٪ نیکل، 75٪ مس) این نام را به خود اختصاص داد. همراه با نسبت آلیاژ، این اصطلاح تا به امروز در ایالات متحده استفاده شده است.

سکه نیکل ایالات متحده حاوی 0.04 اونس (1.1 گرم) نیکل است که در قیمت آوریل 2007 به ارزش 6.5 سنت همراه با 3.75 گرم مس به ارزش حدود 3 سنت، با ارزش کل فلز بیش از 9 سنت بود. از آنجایی که ارزش اسمی نیکل 5 سنت است، آن را به یک هدف جذاب برای ذوب توسط افرادی تبدیل کرد که می خواهند فلزات را با سود بفروشند. ضرابخانه ایالات متحده، با پیش بینی این رویه، قوانین موقت جدیدی را در 14 دسامبر 2006، مشروط به اظهار نظر عمومی به مدت 30 روز، اجرا کرد که ذوب و صادرات سنت و نیکل را جرم انگاری می کرد. متخلفان می توانند با جریمه تا 10000 دلار و/یا حداکثر پنج سال زندان مجازات شوند. از 19 سپتامبر 2013، ارزش ذوب یک نیکل ایالات متحده (شامل مس و نیکل) 0.045 دلار (90٪ صورت) است. ارزش).

کاربرد کنونی

در قرن بیست و یکم، قیمت بالای نیکل منجر به جایگزینی فلز در سکه ها در سراسر جهان شده است. سکه هایی که هنوز با آلیاژهای نیکل ساخته می شوند شامل سکه های یک و دو یورویی، سکه های 5¢، 10¢، 25¢، 50¢ و 1 دلاری آمریکا، و سکه های 20p، 50p، 1 پوندی و 2 پوندی بریتانیا هستند. از سال 2012، آلیاژ نیکل مورد استفاده برای سکه های 5p و 10p انگلستان با فولاد نیکل اندود جایگزین شد. این موضوع باعث ایجاد یک جنجال عمومی در مورد مشکلات افراد مبتلا به آلرژی به نیکل شد.

تولید جهانی

تخمین زده می شود 2.7 میلیون تن (تن) نیکل در سال در سراسر جهان استخراج می شود. اندونزی (1,000,000 تن)، فیلیپین (370,000 تن)، روسیه (250,000 تن)، کالدونیای جدید (190,000 تن)، استرالیا (160,000 تن) و کانادا (130,000 تن) بزرگترین تولیدکنندگان تا سال 2021 هستند.[68] بزرگترین ذخایر نیکل در اروپای غیرروسی در فنلاند و یونان است. منابع زمینی شناسایی شده با میانگین حداقل 1 درصد نیکل حاوی حداقل 130 میلیون تن نیکل هستند. حدود 60 درصد در لاتریت ها و 40 درصد در رسوبات سولفیدی است. همچنین، منابع نیکل گسترده ای در اعماق اقیانوس آرام، به ویژه در منطقه ای به نام منطقه کلاریون کلیپرتون به شکل ندول های چند فلزی که در کف دریا در عمق 3.5 تا 6 کیلومتری زیر سطح دریا فلفل می کنند، یافت می شود.

این گره‌ها از فلزات خاکی کمیاب تشکیل شده‌اند و تخمین زده می‌شود که 1.7 درصد نیکل باشد. با پیشرفت‌های علم و مهندسی، مقرراتی در حال حاضر توسط سازمان بین‌المللی بستر دریا وضع می‌شود تا اطمینان حاصل شود که این گره‌ها به شیوه‌ای وجدان‌دار محیط‌زیست جمع‌آوری می‌شوند. ضمن پایبندی به اهداف توسعه پایدار سازمان ملل.

تنها جایی در ایالات متحده که نیکل به طور سودآوری در آن استخراج شده است، ریدل، اورگان است، با چندین مایل مربع ذخایر سطحی گارنیریتی نیکل دار. این معدن در سال 1987 بسته شد. پروژه معدن عقاب یک معدن نیکل جدید در شبه جزیره فوقانی میشیگان است. ساخت و ساز در سال 2013 به پایان رسید و عملیات در سه ماهه سوم 2014 آغاز شد. در اولین سال کامل بهره برداری، معدن عقاب 18000 تن تولید کرد.

تولید

نیکل از طریق متالورژی استخراجی به دست می آید: از سنگ معدن با فرآیندهای بو دادن و احیاء معمولی استخراج می شود که فلزی با خلوص بیش از 75 درصد بدست می آورد. در بسیاری از کاربردهای فولاد ضد زنگ، بسته به ناخالصی‌ها، می‌توان از نیکل خالص 75 درصد بدون خالص‌سازی بیشتر استفاده کرد.

به طور سنتی، بیشتر سنگ‌های سولفیدی با استفاده از تکنیک‌های پیرومتالورژیکی برای تولید مات برای پالایش بیشتر پردازش می‌شوند. پیشرفت‌های اخیر در تکنیک‌های هیدرومتالورژی منجر به تولید محصول نیکل فلزی خالص‌تر می‌شود. اکثر ذخایر سولفیدی به طور سنتی با غلظت از طریق فرآیند شناورسازی کف و به دنبال آن استخراج پیرومتالورژیکی پردازش می‌شوند. در فرآیندهای هیدرومتالورژی، کانی‌های سولفید نیکل با فلوتاسیون (فلوتاسیون دیفرانسیل در صورتی که نسبت نیکل به آهن خیلی کم باشد) غلیظ و سپس ذوب می‌شوند. مات نیکل بیشتر با فرآیند شریت-گوردون پردازش می شود. ابتدا مس با افزودن سولفید هیدروژن حذف می شود و کنسانتره ای از کبالت و نیکل باقی می ماند. سپس از استخراج با حلال برای جداسازی کبالت و نیکل استفاده می شود که محتوای نیکل نهایی آن بیش از 99 درصد است.

پالایش الکتریکی

دومین فرآیند متداول پالایش، شسته کردن فلز مات در محلول نمک نیکل است و به دنبال آن نیکل از محلول با آبکاری روی کاتد به عنوان نیکل الکترولیتی استخراج می شود.

فرآیند موند

مقاله اصلی: فرآیند موند

خالص ترین فلز از اکسید نیکل توسط فرآیند Mond به دست می آید که خلوصی بیش از 99.99% را به دست می آورد. در این فرآیند، نیکل با مونوکسید کربن در حضور یک کاتالیزور گوگرد در حدود 40 تا 80 درجه سانتیگراد واکنش داده و کربونیل نیکل را تشکیل می دهد. در واکنش مشابه با آهن، پنتاکاربونیل آهن می تواند تشکیل شود، اگرچه این واکنش کند است. در صورت لزوم، نیکل ممکن است با تقطیر جدا شود. اکتاکربونیل دیکوبالت نیز در تقطیر نیکل به عنوان یک محصول جانبی تشکیل می‌شود، اما در دمای واکنش به دودکاکاربونیل تتراکوبالت تجزیه می‌شود و یک جامد غیر فرار تولید می‌کند.

نیکل با یکی از دو فرآیند از نیکل کربونیل بدست می آید. ممکن است در دمای بالا از یک محفظه بزرگ عبور داده شود که در آن ده ها هزار کره نیکل (گلوله) دائماً هم زده می شود. کربونیل تجزیه می شود و نیکل خالص را روی کره ها رسوب می دهد. در فرآیند جایگزین، کربونیل نیکل در یک محفظه کوچکتر در دمای 230 درجه سانتیگراد تجزیه می شود تا پودر نیکل ریز ایجاد شود. محصول جانبی مونوکسید کربن دوباره به گردش در می آید و دوباره مورد استفاده قرار می گیرد. محصول نیکل با خلوص بالا با نام “کربونیل نیکل” شناخته می شود.

ارزش بازار

قیمت نیکل در بازار در سال 2006 و ماه های اولیه 2007 افزایش یافت. از 5 آوریل 2007، این فلز با قیمت 52300 دلار آمریکا در هر تن یا 1.47 دلار در هر اونس معامله می شد. قیمت بعداً به شدت کاهش یافت. تا سپتامبر 2017، این فلز به قیمت 11000 دلار در تن یا 0.31 دلار در هر اونس معامله می شد. در طول تهاجم روسیه به اوکراین در سال 2022، نگرانی ها در مورد تحریم صادرات نیکل روسیه باعث فشار کوتاهی شد و باعث شد که قیمت نیکل تنها در دو روز چهار برابر شود. ، به 100000 دلار در هر تن می رسد.

بورس فلزات لندن قراردادهایی به ارزش 3.9 میلیارد دلار را لغو کرد و معاملات نیکل را برای بیش از یک هفته به حالت تعلیق درآورد. تحلیلگر اندی هوم استدلال کرد که چنین شوک های قیمتی به دلیل الزامات خلوص تحمیل شده توسط بازارهای فلزی تشدید می شود: فقط فلز درجه یک (99.8٪ خالص) را می توان به عنوان فلز استفاده کرد. یک کالا در بورس است، اما بیشتر عرضه جهان یا از آلیاژهای فرو نیکل یا با درجه خلوص پایین تر است.

کاربرد نیکل

استفاده جهانی از نیکل در حال حاضر 68٪ در فولاد ضد زنگ، 10٪ در آلیاژهای غیر آهنی، 9٪ آبکاری الکتریکی، 7٪ فولاد آلیاژی، 3٪ ریخته گری، و 4٪ دیگر (از جمله باتری) است.

نیکل در بسیاری از محصولات صنعتی و مصرفی قابل تشخیص از جمله فولاد ضد زنگ، آهنرباهای آلنیکو، ضرب سکه، باتری های قابل شارژ (به عنوان مثال آهن نیکل)، سیم های گیتار برقی، کپسول های میکروفون، آبکاری بر روی وسایل لوله کشی و آلیاژهای خاص مانند آلیاژهای دائمی، الینوار، استفاده می شود. و invar. برای آبکاری و به عنوان رنگ سبز در شیشه استفاده می شود. نیکل عمدتاً یک فلز آلیاژی است و کاربرد اصلی آن در فولادهای نیکل و چدن‌های نیکل است که معمولاً استحکام کششی، چقرمگی و حد الاستیک را افزایش می‌دهد. به طور گسترده در بسیاری از آلیاژهای دیگر از جمله برنج نیکل و برنز و آلیاژهای مس، کروم، آلومینیوم، سرب، کبالت، نقره و طلا (Inconel، Incoloy، Monel، Nimonic) استفاده می شود.

از آنجایی که نیکل در برابر خوردگی مقاوم است، گاهی اوقات به عنوان جایگزینی برای نقره تزئینی استفاده می شد. نیکل همچنین گهگاه در برخی کشورها پس از سال 1859 به عنوان یک فلز سکه ارزان استفاده شد (به بالا مراجعه کنید)، اما در سال‌های آخر قرن بیستم، آلیاژهای ارزان‌تر فولاد ضد زنگ (یعنی آهن) جایگزین آن شدند، به جز در ایالات متحده و کانادا

نیکل یک عامل آلیاژی عالی برای برخی فلزات گرانبها است و در سنجش آتش به عنوان جمع کننده عناصر گروه پلاتین (PGE) استفاده می شود. به این ترتیب، نیکل می تواند به طور کامل هر شش PGE را از سنگ معدن جمع آوری کند، و می تواند تا حدی طلا را جمع آوری کند. معادن نیکل با کارایی بالا ممکن است بازیابی PGE را نیز انجام دهند (عمدتاً پلاتین و پالادیوم). به عنوان مثال می توان به نوریلسک، روسیه و حوضه سادبری، کانادا اشاره کرد.

فوم نیکل یا مش نیکل در الکترودهای انتشار گاز برای سلول های سوختی قلیایی استفاده می شود.

نیکل و آلیاژهای آن اغلب به عنوان کاتالیزور برای واکنش های هیدروژناسیون استفاده می شوند. نیکل رینی، یک آلیاژ نیکل-آلومینیوم ریز تقسیم شده، یکی از فرم های رایج است، اگرچه کاتالیزورهای مرتبط نیز از جمله کاتالیزورهای نوع Raney استفاده می شود.

نیکل به طور طبیعی مغناطیسی گیر است: در حضور میدان مغناطیسی، ماده دچار تغییر کمی در طول می شود. مغناطیس انقباض نیکل در حد 50 ppm است و منفی است، که نشان دهنده انقباض آن است.

نیکل به عنوان چسب در صنعت کاربید تنگستن یا فلز سخت استفاده می شود و به نسبت وزنی 6 تا 12 درصد استفاده می شود. نیکل کاربید تنگستن را مغناطیسی می کند و مقاومت در برابر خوردگی را به قطعات سیمانی می افزاید، اگرچه سختی آن کمتر از قطعات با چسب کبالت است.

63 نیکل، با نیمه عمر 100.1 سال، در دستگاه‌های کریترون به عنوان یک ذره بتا (الکترون پرسرعت) منتشر می‌کند تا یونیزاسیون توسط الکترود زنده را قابل اطمینان‌تر کند. این به عنوان منبع انرژی برای باتری‌های بتاولتائیک در حال بررسی است.

حدود 27 درصد از کل تولید نیکل برای مهندسی، 10 درصد برای ساختمان و ساخت و ساز، 14 درصد برای محصولات لوله ای، 20 درصد برای کالاهای فلزی، 14 درصد برای حمل و نقل، 11 درصد برای کالاهای الکترونیکی و 5 درصد برای سایر مصارف استفاده می شود.

نیکل Raney به طور گسترده برای هیدروژنه کردن روغن های غیراشباع برای ساخت مارگارین استفاده می شود و مارگارین نامرغوب و روغن باقی مانده ممکن است حاوی نیکل به عنوان یک آلاینده باشد. فورته و همکاران دریافتند که بیماران دیابتی نوع 2 دارای 0.89 نانوگرم در میلی لیتر نیکل در خون نسبت به 0.77 نانوگرم در میلی لیتر در افراد شاهد هستند.

نقش بیولوژیکی

تا دهه 1970 شناخته نشده بود، اما نیکل به عنوان نقش مهمی در بیولوژی برخی گیاهان، باکتری ها، باستان شناسی و قارچ ها شناخته شده است. آنزیم های نیکل مانند اوره آز در برخی از ارگانیسم ها عوامل بیماری زایی محسوب می شوند. اوره آز هیدرولیز اوره را کاتالیز می کند. آمونیاک و کاربامات تشکیل می دهند. هیدروژنازهای NiFe می توانند اکسیداسیون H را کاتالیز کنند 2 برای تشکیل پروتون و الکترون. و همچنین واکنش معکوس، کاهش پروتون ها برای تشکیل گاز هیدروژن.

یک کوآنزیم نیکل-تتراپیرول، کوفاکتور F430، در متیل کوآنزیم M ردوکتاز وجود دارد که می تواند تشکیل متان یا واکنش معکوس را در باستان های متانوژنیک (در حالت اکسیداسیون +1) کاتالیز کند. یکی از آنزیم های مونوکسید کربن دهیدروژناز شامل یک خوشه Fe-Ni-S. سایر آنزیم های نیکل دار شامل یک کلاس باکتریایی نادر از آنزیم های سوپراکسید دیسموتاز و گلیوکسالاز I در باکتری ها و چندین انگل تریپانوزوم یوکاریوتی (در موجودات دیگر، از جمله مخمرها و پستانداران، این آنزیم حاوی Zn2+ دو ظرفیتی است).

نیکل غذایی ممکن است از طریق عفونت های باکتری های وابسته به نیکل بر سلامت انسان تأثیر بگذارد، اما نیکل همچنین ممکن است یک ماده مغذی ضروری برای باکتری های ساکن روده بزرگ باشد و در واقع به عنوان یک پری بیوتیک عمل می کند. موسسه پزشکی ایالات متحده تایید نکرده است که نیکل یک عنصر ضروری است. این ماده مغذی برای انسان است، بنابراین نه مقدار توصیه شده رژیم غذایی (RDA) و نه دریافت کافی ایجاد نشده است. سطح قابل تحمل بالای مصرف نیکل در رژیم غذایی 1 میلی گرم در روز به عنوان نمک های نیکل محلول است. مصرف تخمینی رژیم غذایی 70 تا 100 میکروگرم در روز است. کمتر از 10 درصد جذب می شود. آنچه جذب می شود از طریق ادرار دفع می شود.

مقادیر نسبتاً زیادی نیکل – قابل مقایسه با میانگین تخمین زده شده در بالا – به مواد غذایی پخته شده در فولاد ضد زنگ نفوذ می کند. به عنوان مثال، میزان نیکل شسته شده پس از 10 چرخه پخت در یک وعده سس گوجه فرنگی به طور متوسط ​​88 میکروگرم است. نیکل آزاد شده از فوران های آتشفشانی سیبری تله مشکوک به کمک به رشد Methanosarcina، یک جنس از باستانی euryarchaeote است که متان را در پرمین تولید می کند. رویداد انقراض تریاس، بزرگترین انقراض دسته جمعی شناخته شده.

سمیت

اطلاعات بیشتر: حساسیت به نیکل

منبع اصلی قرار گرفتن در معرض نیکل مصرف خوراکی است، زیرا نیکل برای گیاهان ضروری است. غلظت‌های پس‌زمینه نیکل از 20 نانوگرم بر متر مکعب در هوا، 100 میلی‌گرم بر کیلوگرم در خاک، 10 میلی‌گرم بر کیلوگرم در پوشش گیاهی، 10 میکروگرم در لیتر تجاوز نمی‌کند. در آب شیرین و 1 میکروگرم در لیتر در آب دریا.

غلظت های محیطی ممکن است با آلودگی انسان افزایش یابد. برای مثال، شیرهای آبکاری شده با نیکل ممکن است آب و خاک را آلوده کنند. معدن و ذوب ممکن است نیکل را به فاضلاب بریزد. ظروف آشپزی با آلیاژ نیکل و فولاد و ظروف دارای رنگدانه نیکل ممکن است نیکل را وارد غذا کنند. هوا ممکن است در اثر پالایش سنگ معدن نیکل و احتراق سوخت فسیلی آلوده شود. انسان ممکن است نیکل را مستقیماً از دود تنباکو و تماس پوست با جواهرات، شامپوها، مواد شوینده و سکه ها جذب کند. یک شکل کمتر شایع مواجهه مزمن از طریق همودیالیز است زیرا ممکن است اثری از یون های نیکل از اثر کیلیت آلبومین به پلاسما جذب شود.

متوسط ​​قرار گرفتن در معرض روزانه تهدیدی برای سلامت انسان نیست. بیشتر نیکل جذب شده توسط انسان توسط کلیه ها خارج می شود و از طریق ادرار از بدن خارج می شود یا بدون جذب از طریق دستگاه گوارش دفع می شود. نیکل سم تجمعی نیست، اما دوزهای بزرگتر یا قرار گرفتن در معرض استنشاق مزمن ممکن است سمی و حتی سرطان زا باشد و یک خطر شغلی باشد.

ترکیبات نیکل بر اساس افزایش خطرات سرطان تنفسی که در مطالعات اپیدمیولوژیک کارگران پالایشگاه سنگ سولفیدی مشاهده شده است، به عنوان مواد سرطان زا برای انسان طبقه بندی می شوند. این توسط نتایج مثبت سنجش‌های زیستی NTP با سولفید نیکل و اکسید نیکل در موش‌ها و موش‌ها تأیید می‌شود.

داده های انسان و حیوان به طور مداوم نشان دهنده فقدان سرطان زایی از طریق دهان قرار گرفتن است و سرطان زایی ترکیبات نیکل را به تومورهای تنفسی پس از استنشاق محدود می کند. فلز نیکل به عنوان یک سرطان‌زای مشکوک طبقه‌بندی می‌شود؛ بین عدم افزایش خطر ابتلا به سرطان تنفسی در کارگرانی که عمدتاً در معرض نیکلند فلزی قرار دارند، عدم وجود تومورهای تنفسی در مطالعه سرطان‌زایی در طول عمر موش‌ها با پودر فلز نیکل وجود دارد.

در مطالعات استنشاق جوندگان با ترکیبات مختلف نیکل و فلز نیکل، افزایش التهاب ریه با و بدون هیپرپلازی غدد لنفاوی برونش یا فیبروز مشاهده شد. در مطالعات موش‌ها، مصرف خوراکی نمک‌های نیکل محلول در آب می‌تواند باعث مرگ و میر پری ناتال در حیوانات باردار شود. اینکه آیا این اثرات مربوط به انسان است یا نه مشخص نیست زیرا مطالعات اپیدمیولوژیکی کارگران زن بسیار در معرض اثرات سمیت رشدی نامطلوب نشان نداده است.

افراد می توانند در محیط کار از طریق استنشاق، بلعیدن و تماس با پوست یا چشم در معرض نیکل قرار گیرند. اداره ایمنی و بهداشت شغلی (OSHA) حد قانونی (محدودیت مواجهه مجاز) را برای محل کار 1 میلی گرم بر متر مکعب در هر 8 ساعت روز کاری بدون احتساب نیکل کربونیل تعیین کرده است. موسسه ملی ایمنی و بهداشت شغلی (NIOSH) حد مجاز قرار گرفتن در معرض (REL) را 0.015 میلی گرم بر متر مکعب در هر 8 ساعت روز کاری تعیین می کند. با 10 میلی گرم بر متر مکعب، نیکل بلافاصله برای زندگی و سلامتی خطرناک است.

کربونیل نیکل [Ni(CO) 4] یک گاز بسیار سمی است. سمیت کربونیل های فلزی تابعی از سمیت فلز و خروج گاز مونوکسید کربن از گروه های عاملی کربونیل است. کربونیل نیکل نیز در هوا انفجاری است.

افراد حساس ممکن است حساسیت تماس پوستی به نیکل نشان دهند که به عنوان درماتیت تماسی شناخته می شود. افراد بسیار حساس ممکن است به مواد غذایی با محتوای نیکل بالا نیز واکنش نشان دهند. بیماران مبتلا به پومفولیکس نیز ممکن است به نیکل حساس باشند. نیکل بالاترین آلرژن تماسی تایید شده در سراسر جهان است که تا حدودی به دلیل استفاده از آن در جواهرات گوش سوراخ شده است.

آلرژی به نیکل که بر گوش های سوراخ شده تأثیر می گذارد اغلب با خارش و قرمزی پوست مشخص می شود. اکنون بسیاری از گوشواره ها بدون نیکل یا با نیکل کم رهش برای رفع این مشکل ساخته می شوند. میزان مجاز در محصولاتی که با پوست انسان تماس دارند اکنون توسط اتحادیه اروپا تنظیم می شود. در سال 2002، محققان دریافتند که نیکل آزاد شده توسط سکه های 1 و 2 یورویی بسیار فراتر از این استانداردها است. اعتقاد بر این است که این به دلیل یک واکنش گالوانیکی است. نیکل در سال 2008 توسط انجمن درماتیت تماسی آمریکا به عنوان آلرژن سال انتخاب شد.

در آگوست 2015، آکادمی پوست آمریکا بیانیه ای را در مورد ایمنی نیکل اتخاذ کرد: “برآوردها نشان می دهد که درماتیت تماسی، که شامل حساسیت به نیکل می شود، حدود 1.918 میلیارد دلار است و نزدیک به 72.29 میلیون نفر را تحت تاثیر قرار می دهد.”

گزارش‌ها نشان می‌دهند که هم فعال‌سازی عامل القاکننده هیپوکسی (HIF-1) ناشی از نیکل و هم افزایش تنظیم ژن‌های القایی هیپوکسی به دلیل کاهش آسکوربات درون سلولی است. افزودن آسکوربات به محیط کشت، سطح آسکوربات درون سلولی را افزایش داد و هر دو تثبیت بیان ژن وابسته به HIF-1- و HIF-1α ناشی از فلز را معکوس کرد.