Nikkel is een sterk, glanzend, zilverwit metaal dat een hoofdbestanddeel is van ons dagelijks leven en te vinden is in alles van de batterijen die onze tv-afstandsbedieningen aandrijven tot het roestvrij staal dat wordt gebruikt om onze te maken keukenspoelbakken.
Eigendommen
- Atoomsymbool: Ni
- Atoomnummer: 28
- Elementcategorie: overgangsmetaal
- Dichtheid: 8,908 g / cm3
- Smeltpunt: 2651 ° F (1455 ° C)
- Kookpunt: 5275 ° F (2913 ° C)
- Moh's hardheid: 4.0
Kenmerken
Zuiver nikkel reageert met zuurstof en wordt daarom zelden op het aardoppervlak aangetroffen, ondanks dat het het vijfde meest voorkomende element op (en in) onze planeet is. In combinatie met ijzernikkel is uiterst stabiel, wat zowel het voorkomen in ijzerhoudende ertsen verklaart als het effectieve gebruik in combinatie met ijzer om roestvrij staal te maken.
Nikkel is zeer sterk en bestand tegen corrosie, waardoor het uitstekend geschikt is voor het versterken van metaal legeringen. Het is ook erg taai en kneedbaareigenschappen die het mogelijk maken dat de vele legeringen worden gevormd tot draad, staven, buizen en platen.
Geschiedenis
Baron Axel Fredrik Cronstedt haalde voor het eerst zuiver nikkel in 1751, maar het was bekend dat het veel eerder bestond. Chinese documenten van rond 1500 voor Christus verwijzen naar 'wit koper' (baitong), wat zeer waarschijnlijk een legering van nikkel en zilver was. Vijftiende-eeuwse Duitse mijnwerkers, die geloofden dat ze koper konden winnen uit nikkelerts in Saksen, noemden het metaal kupfernickel, 'het duivelskoper', deels vanwege hun vergeefse pogingen om koper uit het erts te halen, maar waarschijnlijk ook deels vanwege de gezondheidseffecten veroorzaakt door het hoge arseengehalte in het erts.
In 1889 hield James Riley een presentatie aan het Iron and Steel Institute of Great Britain over hoe de introductie van nikkel traditionele staalsoorten kon versterken. De presentatie van Riley resulteerde in een groeiend bewustzijn van de gunstige legeringseigenschappen van nikkel en viel samen met de ontdekking van grote nikkelafzettingen in Nieuw-Caledonië en Canada.
Aan het begin van de 20e eeuw maakte de ontdekking van ertsafzettingen in Rusland en Zuid-Afrika grootschalige productie van nikkel mogelijk. Niet lang daarna resulteerden de Eerste en Tweede Wereldoorlog in een aanzienlijke toename van staal en bijgevolg in de vraag naar nikkel.
Productie
Nikkel wordt voornamelijk gewonnen uit de nikkelsulfiden pentlandiet, pyrrhotiet en milleriet, die ongeveer 1% bevatten nikkelgehalte en het ijzer bevattende lateritische ertsen limoniet en garnieriet, die ongeveer 4% nikkel bevatten. Nikkelerts wordt in 23 landen gewonnen, terwijl nikkel in 25 verschillende landen wordt gesmolten.
Het scheidingsproces voor nikkel is sterk afhankelijk van het type erts. Nikkelsulfiden, zoals die in het Canadese schild en Siberië, worden over het algemeen diep onder de grond gevonden, waardoor ze arbeidsintensief en duur zijn om te extraheren. Het scheidingsproces voor deze ertsen is echter veel goedkoper dan voor de lateritische variëteit, zoals die in Nieuw-Caledonië. Bovendien hebben nikkelsulfiden vaak het voordeel dat ze onzuiverheden bevatten van andere waardevolle elementen die economisch kunnen worden gescheiden.
Sulfide-ertsen kunnen worden gescheiden met behulp van schuimflotatie en hydrometallurgische of magnetische processen om mat nikkel en nikkeloxide te creëren. Deze tussenproducten, die meestal 40-70% nikkel bevatten, worden vervolgens verder verwerkt, vaak met behulp van het Sherritt-Gordon-proces.
Het Mond (of Carbonyl) Proces is de meest gebruikelijke en efficiënte methode om nikkelsulfide te behandelen. Bij dit proces wordt het sulfide behandeld met waterstof en in een verdampingsoven gevoerd. Hier ontmoet het koolmonoxide op ongeveer 140F° (60C°) om nikkelcarbonylgas te vormen. Het nikkelcarbonylgas valt uiteen op het oppervlak van voorverwarmde nikkelpellets die door een warmtekamer stromen totdat ze de gewenste grootte hebben bereikt. Bij hogere temperaturen kan dit proces worden gebruikt om nikkelpoeder te vormen.
Lateritische ertsen daarentegen worden gewoonlijk gesmolten door pyrometaalmethoden vanwege hun hoge ijzergehalte. Lateritische ertsen hebben ook een hoog vochtgehalte (35-40%) dat moet worden gedroogd in een draaioven. Het produceert nikkeloxide, dat vervolgens wordt gereduceerd met behulp van elektrische ovens bij temperaturen tussen 2480-2930 F ° (1360-1610 C °) en vervluchtigd om nikkelmetaal en nikkelsulfaat van klasse I te produceren.
Vanwege het natuurlijk voorkomende ijzergehalte in lateritische ertsen, het eindproduct van de meeste smelters die hiermee werken ertsen is ferronickel, dat door staalproducenten kan worden gebruikt nadat silicium-, koolstof- en fosforverontreinigingen dat zijn verwijderd.
Per land waren de grootste producenten van nikkel in 2010 Rusland, Canada, Australië en Indonesië. De grootste producenten van geraffineerd nikkel zijn Norilsk Nickel, Vale S.A. en Jinchuan Group Ltd. Momenteel wordt slechts een klein percentage nikkel geproduceerd uit gerecyclede materialen.
Toepassingen
Nikkel is een van de meest gebruikte metalen ter wereld. Volgens het Nickel Institute wordt het metaal gebruikt in meer dan 300.000 verschillende producten. Meestal wordt het gevonden in staalsoorten en metaallegeringen, maar het wordt ook gebruikt bij de productie van batterijen en permanent magneten.
Roestvrij staal
Ongeveer 65% van al het geproduceerde nikkel gaat naar roestvrij staal.
Austenitisch staal zijn niet-magnetische roestvrijstalen met een hoog gehalte aan chroom en nikkel en een laag koolstofgehalte. Deze groep staalsoorten - geclassificeerd als roestvrij staal uit de 300-serie - worden gewaardeerd om hun vormbaarheid en weerstand tegen corrosie. Austenitisch staal is het meest gebruikte type roestvrij staal.
Het nikkelbevattende austenitische bereik van roestvrij staal wordt bepaald door hun kubus in het vlak (FCC) kristalstructuur, die een atoom heeft op elke hoek van de kubus en een in het midden van elk gezicht. Deze korrelstructuur ontstaat wanneer een voldoende hoeveelheid nikkel aan de legering wordt toegevoegd (acht tot tien procent in een standaard legering van roestvrij staal 304).
Bronnen
Straat, Arthur. & Alexander, W. O. 1944. Metalen in dienst van de mens. 11e editie (1998).
USGS. Mineral Commodity Summaries: Nickel (2011).
Bron: http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/nickel/
Encyclopedia Britannica. Nikkel.
Bron: http://www.britannica.com/EBchecked/topic/414238/nickel-Ni
Metalen profiel: nikkel