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Nickelmetall: Eigenschaften, Geschichte, Produktion

Nickel ist ein starkes, glänzendes, silberweißes Metall, das ein Grundnahrungsmittel unseres täglichen Lebens ist und in allem enthalten ist, von den Batterien, mit denen unsere Fernsehfernbedienungen betrieben werden, bis hin zu Edelstahl, aus dem unsere Küchenspülen hergestellt werden.

 

Eigenschaften

  • Atomsymbol: Ni
  • Ordnungszahl: 28
  • Elementkategorie: Übergangsmetall
  • Dichte: 8,908 g / cm 3
  • Schmelzpunkt: 1455 ° C (2651 ° F)
  • Siedepunkt: 2913 ° C (5275 ° F)
  • Mohs Härte: 4,0

 

Eigenschaften

Reines Nickel reagiert mit Sauerstoff und kommt daher selten auf der Erdoberfläche vor, obwohl es das fünfthäufigste Element auf (und in) unserem Planeten ist. In Kombination mit Eisen ist Nickel äußerst stabil, was sowohl sein Vorkommen in eisenhaltigen Erzen als auch seine effektive Verwendung in Kombination mit Eisen zur Herstellung von Edelstahl erklärt.

Nickel ist sehr stark und korrosionsbeständig. wodurch es sich hervorragend zur Verstärkung von Metalllegierungen eignet. Es ist auch sehr duktil und formbar. Eigenschaften, die es ermöglichen, seine vielen Legierungen zu Draht, Stangen, Rohren und Blechen zu formen.

 

Geschichte

Baron Axel Fredrik Cronstedt extrahierte 1751 erstmals reines Nickel, von dem jedoch bekannt war, dass es viel früher existiert. Chinesische Dokumente aus der Zeit um 1500 v. Chr. Beziehen sich auf „weißes Kupfer“ ( Baitong ), bei dem es sich höchstwahrscheinlich um eine Legierung aus Nickel und Silber handelte. Deutsche Bergleute des 15. Jahrhunderts, die glaubten, sie könnten Kupfer aus Nickelerzen in Sachsen gewinnen, bezeichneten das Metall als Kupfernickel , das Kupfer des Teufels, teilweise aufgrund ihrer vergeblichen Versuche, Kupfer aus dem Erz zu gewinnen, aber wahrscheinlich auch teilweise aufgrund auf die gesundheitlichen Auswirkungen des hohen Arsengehalts im Erz.

1889 hielt James Riley vor dem Iron and Steel Institute in Großbritannien eine Präsentation darüber, wie die Einführung von Nickel traditionelle Stähle stärken könnte. Rileys Präsentation führte zu einem wachsenden Bewusstsein für die vorteilhaften Legierungseigenschaften von Nickel und fiel mit der Entdeckung großer Nickelvorkommen in Neukaledonien und Kanada zusammen.

Zu Beginn des 20. Jahrhunderts ermöglichte die Entdeckung von Erzvorkommen in Russland und Südafrika die Produktion von Nickel in großem Maßstab. Nicht lange danach führten der Erste und der Zweite Weltkrieg zu einem deutlichen Anstieg der Stahl- und folglich der Nickelnachfrage.

 

Produktion

Nickel wird hauptsächlich aus den Nickelsulfiden Pentlandit, Pyrrhotit und Millerit, die etwa 1% Nickel enthalten, und den eisenhaltigen Lateriterzen Limonit und Garnierit, die etwa 4% Nickel enthalten, extrahiert. Nickelerze werden in 23 Ländern abgebaut, während Nickel in 25 verschiedenen Ländern geschmolzen wird.

Der Trennungsprozess für Nickel hängt stark von der Art des Erzes ab. Nickelsulfide, wie sie im kanadischen Schild und in Sibirien vorkommen, befinden sich im Allgemeinen tief im Untergrund, was ihre Gewinnung arbeitsintensiv und teuer macht. Das Trennverfahren für diese Erze ist jedoch viel billiger als für die lateritische Sorte, wie sie in Neukaledonien zu finden ist. Darüber hinaus haben Nickelsulfide häufig den Vorteil, Verunreinigungen anderer wertvoller Elemente zu enthalten, die wirtschaftlich abgetrennt werden können.

Sulfiderze können durch Schaumflotation und hydrometallurgische oder magnetische Verfahren getrennt werden, um Nickelmatt und Nickeloxid zu erzeugen. Diese Zwischenprodukte, die normalerweise 40-70% Nickel enthalten, werden dann weiterverarbeitet, häufig nach dem Sherritt-Gordon-Verfahren.

Das Mond- (oder Carbonyl-) Verfahren ist die häufigste und effizienteste Methode zur Behandlung von Nickelsulfid. Bei diesem Verfahren wird das Sulfid mit Wasserstoff behandelt und in einen Verflüchtigungsofen eingespeist. Hier trifft es Kohlenmonoxid bei etwa 140F ° (60C ° ) Nickelcarbonyl Gas zu bilden. Das Nickelcarbonylgas zersetzt sich auf der Oberfläche von vorgewärmten Nickelpellets, die durch eine Wärmekammer fließen, bis sie die gewünschte Größe erreichen. Bei höheren Temperaturen kann dieses Verfahren zur Bildung von Nickelpulver verwendet werden.

Lateritische Erze werden dagegen wegen ihres hohen Eisengehalts üblicherweise nach pyro-metallischen Methoden geschmolzen. Lateritische Erze haben auch einen hohen Feuchtigkeitsgehalt (35-40%), der in einem Drehrohrofen getrocknet werden muss. Es wird Nickeloxid erzeugt, das dann unter Verwendung von Elektroöfen bei Temperaturen zwischen 1360 und 1610 ° C reduziert und verflüchtigt wird, um Nickelmetall und Nickelsulfat der Klasse I herzustellen.

Aufgrund des natürlich vorkommenden Eisengehalts in Lateriterzen ist Ferronickel das Endprodukt der meisten mit solchen Erzen arbeitenden Schmelzen, die von Stahlherstellern verwendet werden können, nachdem Verunreinigungen aus Silizium, Kohlenstoff und Phosphor entfernt wurden.

Nach Ländern waren Russland, Kanada, Australien und Indonesien die größten Nickelproduzenten im Jahr 2010. Die größten Hersteller von raffiniertem Nickel sind Norilsk Nickel, Vale SA und Jinchuan Group Ltd. Derzeit wird nur ein geringer Prozentsatz des Nickels aus recycelten Materialien hergestellt.

 

Anwendungen

Nickel ist eines der am häufigsten verwendeten Metalle auf dem Planeten. Nach Angaben des Nickel Institute wird das Metall in über 300.000 verschiedenen Produkten verwendet. Am häufigsten wird es in Stählen und Metalllegierungen gefunden, aber es wird auch zur Herstellung von Batterien und Permanentmagneten verwendet .

Edelstahl
Etwa 65% des gesamten produzierten Nickels gehen in Edelstahl.

Austenitische Stähle sind nichtmagnetische rostfreie Stähle, die einen hohen Anteil an Chrom und Nickel sowie einen geringen Anteil an Kohlenstoff enthalten. Diese Gruppe von Stählen – klassifiziert als rostfreier Stahl der Serie 300 – wird aufgrund ihrer Formbarkeit und Korrosionsbeständigkeit bewertet. Austenitische Stähle sind die am häufigsten verwendete Edelstahlsorte.

Der nickelhaltige austenitische Bereich von rostfreien Stählen wird durch ihre flächenzentrierte kubische (FCC) Kristallstruktur definiert, die ein Atom an jeder Ecke des Würfels und eines in der Mitte jeder Fläche aufweist. Diese Kornstruktur entsteht, wenn der Legierung eine ausreichende Menge Nickel zugesetzt wird (acht bis zehn Prozent in einer Standardlegierung aus rostfreiem Stahl 304).

Quellen

Straße, Arthur. & Alexander, WO, 1944. Metalle im Dienst des Menschen . 11. Auflage (1998).
USGS. Mineral Commodity Summaries: Nickel (2011).
Quelle: http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/nickel/
Encyclopedia Britannica. Nickel.
Quelle: http://www.britannica.com/EBchecked/topic/414238/nickel-Ni
Metallprofil: Nickel

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