نیکل چیست؟

نیکل عنصر 28 فلزی مقاوم ، چکش خوار ، براق با ساختار بلورین و مکعبی شکل به رنگ سفید و نقره ای است.

این عنصر از نظر خواص مغناطیسی و فعالیت شیمیایی شبیه به آهنوکبالت است. کانی های اصلی نیکل عبارتند از پنتلاندیت ، پیروتیت ( سولفیدهای نیکل و آهن ) و گارنییریت ( سیلیکات نیکل و منیزیم ) هستند.

نیکل یکی از اجزای تشکیل دهنده شهابسنگ به شمار می آید.

شهاب سنگ های آهن و سیدریت شامل آلیاژهای آهن حدود 5 تا 20 درصد نیکل اند.

نیکل های تجاری به فرم های پنتلاندیت و پیروتیت است که این معادن در استان انتاریوی کانادا یافت می شود که این ناحیه حدود 30 درصد از نیکل دنیا را تامین می کند.

معادن دیگر این عنصر در کالدونیا ، استرالیا ، کوبا ، اندونزی و دیگر مناطق است.

این عنصر رسانای جریان برق است و سطح آن براق و صیقلی است.

این عنصر از گروه عناصر آهن و کبالت است و آلیاژهای آن قیمت های بالایی دارند.

از ترکیبات مهم نیکل می توان سولفات و اکسید را نام برد. نیکل طبیعی مخلوطی از 5 ایزوتوپ پایدار است. همچنین 9 ایزوتوپ ناپایدار دیگر نیز شناخته شده است.

نیکل هم به صورت فلز و هم به صورت ترکیب محلول می تواند وجود داشته باشد.

بخار سولفید نیکل سرطان زا است که هنگام استفاده از آن باید دقت لازم را به عمل آورد.

تاریخچه

نیکل از واژه kupfer Nickel گرفته شده است که معدن کاران قرون وسطای ساکسون به کانی که به اشتباه آن را کانه مس می پنداشتند ولی نمی توانستند از آن مس استحصال کنند اطلاق می شد ولی این کانی آرسنید نیکل یا نیکولیت بود. استفاده از نیکل را می توان به 3500 سال قبل از میلاد نسبت داد.

برنز در منطقه Syria با محتوای نیکل بالاتر از 2 % می باشد.

کانه های حاوی نیکل مانند kupfernickel بود که ارزش آن به خاطر شیشه سبز رنگ بود.

در سال 1751 برای نخستین بار کانی شناس سوئدی Baron axel frederik cronstedt تلاش نمود تا مس را از kupfernickel استخراج نمود و در عوض یک فلز سفید بدست می آید که نیکل نام دارد.

این عمل در حین مطالعه گرسدورفیت معدن Los سوئد اتفاق افتاد.

موقعیت نیکل به عنوان یک عنصر مستقل در سال 1775 توسط توربرن برگمان و همکارانش تایید شد اما این مسئله تا سال 1804 که جریس ریشتر یک نمونه نسبتا خالص از فلز را بدست آورد و خواص آن را توصیف کرد ، به طور جدی مطرح نشده بود.

سکه نیکل اولیه فلز خالصی بود که در سال 1881 ایجاد شد.

چینی ها در طول قرون متمادی از مس سفید (40 % مس ، 32 % نیکل ، 25 % روی و 3 % آهن) که ظاهری نقره ای داشت ، استفاده می کردند.

اینمواد در اواخر قرن 18 به مقدار کمی در اروپا استفاده می شد.

بهای نیکل 4/1 بهای نقره است و آلیاژ آن توانایی بالقوه ای داردتا جانشین نقره شود.

تا دهه 1830، آلیاژهای مس، نیکل و روی که به نام نقره آلمانی شهرت داشتند و پس از آن آلیاژ نیکل نقره در حد تجاری و کلان در آلمان و انگلستان به میزان فراوانی تولید می شدند.

علاوه بر رنگ نقره ای نیکل قالب گیری و کار کردن با آن ساده بوده ، تولید اقتصادی بالایی داشته و در برابر هوازدگی مقاومت می کند.

تغییر و ابداع چشمگیر بعدی در سال 1857 رخ داد که در آن هنگام آمریکا سکه های مس – نیکل ضرب کرد که دارای 12 در صد نیکل بوده است.

در اواسط دهه 1800، نیکل به میزان کمی از کانه های سولفیدی معادن آلمان ، نروژ ، سوئد و روسیه تولید می شد.

هر چند که نیکل فلزی خالص برای نخستین بار در سال 1838 در آلمان تولید شد اما تولید جهانی نیکل تا سال 1876 کمتر از 1000 تن در سال بود.

در فاصله سال های 1870 تا 1880 وقتی که پارکز ، ماربو و رایلی کاربرد آن را در تهیه آلیاژ نشان دادند و فلایت مان موفق به تهیه نیکل چکش خوار شد و آبکاری با نیکل با موفقیت انجام شد، تقاضا به یکباره برای نیکل افزایش یافت.

اولین ورق زره فولاد نیکل در سال 1885 در فرانسه و پس از مدت کوتاهی در ایتالیا ، انگلستان و آمریکا ساخته شد.

در اوایل دهه 1890 خصوصیات مناسب فولادهای نیکل در نیروی دریایی منجر به تقاضای شدید برای نیکل شد.در سال 1863 پیرگارنیر ، کانه های اکسید نیکل نیوکالدونیا را کشف کرد و از سال 1875 این جزیره فرانسوی ، بزرگترین تولیدکننده نیکل شد که تا سال 1905 که جز کانادا شد، این مقام را همچنان حفظ کرد.

استخراج كانه هاي سولفيدي حوضه سادبوري در اونتاريوي كانادا از سال 1886 آغاز گشت و اين پيكره هاي معدني، مهم ترين ذخایر نيكل جهان را براي عرضه به بازارهاي جهاني براي زمان طولاني از قرن بيستم در اختيار داشتند.

حتي در سال 1950، منطقه سادبوري 95% نيكل دنياي غرب را تامين مي كرد.

از آن زمان به بعد، جايگاه رفيع كانادا رو به افول نهاد و تا سال 1980، نيكل براي مدت طولاني در طول قرن بيستم از اين منطقه معدنكاري، ذوب و پالايش (خالص سازي) مي شد

تا پايان جنگ جهاني اول، نيكل صرفا براي مقاصد نظامي بكار مي رفت، اما پژوهش هاي فراوان بين دو جنگ جهاني، در زمينه استفاده هاي احتمالي صنعتي نيكل، به كاربردهاي نوين فراواني انجاميد.

در دهه 1990، انواع آلياژ نيكل مورد استفاده قرار مي گرفت كه ميزان نيكل آنها بين 99% تا 1% (براي سخت كردن فولاد) تغيير مي كرد.

تاریخچه دیگر

کانی مخصوصی که به ظاهر شبیه مس بود و برای معدن داران آلمانی بسیار معروف بود، برای سبز کردن شیشه به کار می رفت.

اما کوشش های مداوم برای جدا کردن مس از آن نا موفق ماند و گمان می رفت که شیطان آزادانه این کانی را رنگ کرده است تا معدن داران گول بزند، بنابراین آن را Kupfer nickel نامیدند.

در آلمان نیکل یعنی شیطان پست.

در سال 1751 کرونشتد سوئدی این کانی را آزمایش کرد و موفق شد یک اکسید فلزی سبز از این کانی تهیه کند و از احیای این اکسید فلز سفید رنگ به دست آورد . او این فلز را نیکل نامید.

استفاده از نیکل ، قدمت باستانی داشته ، به 3500 سال قبل از میلاد مسیح باز می‌گردد.

برنزهایی که از سوریه امروزی یافت شده‌اند، حاوی حدودا 2% نیکل بوده و دست‌ نوشته‌ های چینی اشاره بر این دارند که مسسفید در 1400 تا 1700 سال قبل از میلاد مسیح در مشرق زمین استفاده می‌شد.

اما از آنجا که معادن نیکل و مس در آن روزگار به‌راحتی مورد اشتباه قرار می‌گرفتند، تمام دانستنی های دقیق تر به دوران معاصر باز می‌گردد

کانی‌هایی که حاوی نیکل هستند، از جهت رنگ‌دهی به شیشه کاربرد داشتند و از ارزشی فراوان بر خوردار بودند.

در سال 1751 شخصی به نام Baron Axel Fredrik تلاش هایی را برای استخراج مس از معدن نیکل انجام داد و که در نتیجه فلزی سفید بدست آورد که آن را نیکل نامید.

محل کشف و پیدایش

اکثر نیکل های بدست آمده از دو نوع معدن بدست آمده اند، اولی خاک های آجری رنگ بوده که مهم ترین معدن سنگ نیکل هستند و دومی سولفید موجود در ماگمای زمین می باشد.

منطقه sud – bury در انتاریو ، انتاریو کانادا 30 % نیکل جهان را تولید می کند.

معادن دیگر در روسیه ، استرالیا ، کوبا ، دومینکن ، نروژ و اندونزی می باشند.

با این وجود این باور وجود دارد که بیشتر نیکل موجود در زمین در هسته این سیاره تمرکز یافته است.

موارد مصرف و کاربرد

نیکل دارای مصارف بسیار زیادی است :

1.تهیه فولادهای ضد زنگ ، آلیاژهای ویژه مانند آلیاژ نقره و نیکل جهت ساخت لوازم خانگی.

2.صنایع تولید باطری.

3.صنایع آبکاری کروم

4.تولید فولاد های ضدزنگ و آلیاژها : حدود 65% نیکل مصرفی جهان برای ساخت فولاد ضدزنگ Austenitic استفاده شده است و 12% از آن برای سوپر آلیاژها مانند آلیاژهای مقاوم در برابر خوردگی مانند آلیاژ نقره آلمانی که شامل آلیاژ zn – Ni – Cu می باشد، استفاده می شود.

5.فولاد نیکل برای صفحات حفاظتی و گاوصندوق های ضد سرقت استفاده می باشد.

6.نیکل به هنگام ترکیب با عناصر دیگر برای ساختن آلیاژ ، مقاومت و استحکام فلز و مقاومت در برابر خوردگی آن را در بازه گسترده ای از دما افزایش می دهد لذا این فلز در صنعت آهن و فولاد ضروری است.

7.استفاده از آلیاژهای نیکل در صنایع هوا و فضا.

8.در صنایع تولید استیل که بیش از 50 درصد نیکل را مصرف می کند : محصولات حاصل از آن عبارتند از استیل در ظرفشویی ها ، لباس شویی ها ، ظروف آشپزخانه .

9.در صنایع آبکاری در بخش های آبکاری شده با نیکل برای دوچرخه ، موتور سیکلت ، جواهر آلات ، فریم عینک ، وسایل موسیقی که یک چهارم نیکل را مصرف می کنند.

10. مصرف نیکل در تانکر ها و قطارها در زمینه ساخت و ساز و ماشین آلات.

11. مصرف نیکل در صنایع خودروسازی : که مصرف نیکل در خودروسازی در دهه فهتاد به شدت کاهش یافت که علت آن کاهش مصرف میانگین آن در اتومبیل ها از 2 کیلوگرم در سال 1970 به 5 کیلوگرم در سال 1985 رسید.

12. در صنایع شیمیایی برای تولید استیل.

13. در صنایع ساخت و ساز و صنایع الکترونیک هر کدام 6% مصرف نیکل دارند.

14. مصرف استیل در ساختمان سازی رو به افزایش است زیرا در تجهیزات مربوط به غذا و تجهیزات کنترل محیط زیست مصرف می شود.

15. استفاده از آلیاژ نیکل – آهن در چارچوبه های سربی.

16. استفاده از آلیاژ مس – نیکل – قلع در فنرها ، گیره کاغذ و پایانه ها.

17. استفاده در تولید سکه در کشورهای کانادا ، هلند و جمهوری آفریقایی جنوبی.

18. انرژی الکتریکی و هسته ای : در صنعت برق و تولید نیرو ، استیل های نیکل دار کاربردهای گسترده ای در نیروگاه های هسته ای دارند و کاربرد روز افزونی در سیستم های زادیشگر برای زدایش دی اکسید گوگرد از نیروگاه های زغالی ، نفتی و گازی دارند.

19. کاتالیزور : مواد شیمیایی نیکل دار در تولید کاتالیزورهای نیکل مصرف می شوندکه در هیدروژنه کردن روغن نباتی ، در تصفیه روغن های سنگین ، تشدید کننده رنگ سرامیک و نمک نیکل در آبکاری به کار می رود. نیکل در قطعات ریز تقسیم شده یک کاتالیزور برای نفت های هیدروژنی است.

20. حفاری : مواد نیکل دار در صنعت نفت از سرمته حفاری تا لوله کشی و مخازن فرآوری طرح های پتروشیمی و ساخت سکوهای نفتی دریایی ایفا می کنند.

21. صنایع دریایی : در صنایع دریایی ، مواد نیکل دار در کشتی ها و پروژه های شیرین سازی آب شور دریا به کار می روند.

22. ظروف ضد حرارت برای استفاده در آزمایشگاه های شیمی.

23. نیکل مشتق شده ، یک کاتالیزور است که برای هیدروزنه کردن روغن سبزیجات بکار می رود.

24. آلیاژ کابل های انتقال حافظه در ساخت ربات ها.

25. آلیاژ آلنیکو برای تولید آهن ربا.

آلیاژهای نیکل

1.آلیاژ مس – نیکل

نیکل و مس در همه نسبتها در یکدیگر قابل انحلال هستند .

مهم ترین آلیاژهای مس – نیکل حاوی حدود 67% نیکل و 33 % مس مس باشد که مونل نامیده می شود.

این آلیاژها دارای کاربردهای عالی در آب دریا می باشند و مقاومت بالایی در برابر حمله حلال های کلردار ، بیشتر اسید ها و همه قلیاها دارند.

2.آلیاژهای کرم – نیکل

کروم یکی از مهم ترین عناصر آلیاژی برای مقاومتبه خوردگی زیاد و مقاومت در دماهای بالا در آلیاژهای پایه نیکل است.

این عنصر دارای انحلال پذیری حالت جامد بالا در حدود 30 % در دمای اتاق ، در نیکل می باشد.

اینکونل 600 یک آلیاژ مهندسی استاندارد برای استفاده در محیط های شدیدا خورنده در دماهای بالا می باشد که یک آلیاژ Ni-Cr-Fe حاوی 15.5 % کرم و 8% آهن است.

این آلیاژ قابل عملیات حرارتی نمی باشد ولی می تواند بوسیله کارسرد استحکام یابد.

3.سوپر آلیاژ پایه نیکل

نیکل همچنین می تواند پای های برای سوپر آلیاژ با مشخصات دما بالا – استحکام بالا باشد. سوپر آلیاژها ، در موتور جت و توربین های گازی استفاده می شوند.

سوپر آلیاژها از آهن ، کبالت یا نیکل ساخته می شوند. سوپر آلیاژها همچنین شامل سایر فلزات مانند کرم ، تنگستن ، آلومینیوم و تیتانیوم می باشند.

سوپر آلیاژها مقاوم به خوردگی بوده و خواص خود را در دمای بالا حفظ می کنند.

روش تولید

هر چند كه كاني هاي اصلي در تمام كانسارهاي سولفيدي بزرگ مانند همديگر هستند، مقدار نسبي پيروتيت، پنتلانديت و كالكوپيريت تغيير فراواني مي كند.

مقادير نسبي اين سه كاني به ميزان زيادي تعيين كننده اين است كه كدام روش فرآوري را انتخاب كنيم

علاوه بر توليد نيكل، مقادير فراواني از محصولات فرعي ارزشمند مانند مس، كبالت، فلزات خانواده پلاتين، طلا، نقره، سلينم ، تلوريم ، گوگرد و آهن را مي توان از كانه هاي سولفيدي بدست آورد.

كبالت عمدتا بصورت انحلال جامد در پنتلانديت يافت مي شود كه درصد نيكل آن بين 5–1 % است.

ذرات مجزاي طلا ، نقره و فلزات خانواده پلاتين را بندرت مي توان يافت و اين فلزات معمولا بصورت انحلال جامد در فاز هاي سولفيدي يافت مي شوند.

طراحي سيستم فرآوري بگونه اي انجام مي شود كه بازيافت كلي بهينه از مجموعه فلزات موجود حاصل گردد.

كانسارهاي سولفيدي بزرگ نيكل در كانادا، شوروي سابق، جمهوري آفريقاي جنوبي، استراليا، زيمبابوه و فنلاند يافت مي شوند.

كانه هاي اكسيدی

كانه هاي اكسيدي نيكل در نتيجه فرآيند هاي تغليظ شيميايي تشكيل مي شوند و اين فرآيند ها در نتيجه هوازدگي لاترتيبي سنگ هاي پريدوتيتي حاصل مي شود.

پريدوتيت عمدتا شامل اليوين هستند و اليوين تا 3/0 درصد نيكل دارد.

در بسياري از سنگها، پريدوتيت ها پيش از قرارگرفتن در معرض هوا ، به سرپانتين كه يك سيليكات منيزيم آبدار است، آلتره مي شوند.

اليوين و سرپانتين بوسيله آب هاي زيرزميني دي اكسيد كربن دار تجزيه شده، منيزيم محلول ، آهن ، نيكل و سيليس كلوئيدي مي دهند.

آهن در مجاورت هوا به سرعت اكسيد مي شود و در نتيجه هيدروليز رسوب گوتيت و هماتيت مي دهد كه در نزديكي سطح رسوب كردن باقي مي ماند.

نيكل و منيزيم حل شده و سيليس كلوئيدي، در نهشته هاي لاترتييي به سمت پايين حركت مي كنند و تا زماني كه محلول اسيدي است به حالت محلول در سيال باقي مي مانند.

وقتي كه محلول در نتيجه واكنش با سنگ و خاك از حالت اسيدي به حالت خنثي درآمد، نيكل ، سيليس و بخشي از منيزيم به صورت سيليكات هاي آبدار رسوب مي كند.

جدايش كامل آهن و نيكل و جايگيري آنها در وزن هاي مشخص هرگز انجام نمي شود.

بخشي از نيكل يا بيشتر آن ممكن است كه واقعا در لايه بالايي باقي بماند كه بنابراين از آهن و نيكل غني ميشود اما از منيزيم و سيليس فقير مي شود.

چنين ماده اي كه عمدتا از كاني هاي اكسيد فريك تشكيل شده اند را به نام ليمونيت مي شناسند.

اين كانه نسبتا از كبالت و كروم غني است. در عوض، در كاني هاي سيليكاته، جدايش آهن و نيكل كاملتر است و نيكل با مقدار بيشتري منيزيم در كاني هاي سيليكاته ديده مي شود.

هر دو نوع ماده را تقريبا هميشه ميتوان در نهشته هاي لاتريتي يافت، اما نسبت آنها بسيار متفاوت است.

تفاوت هاي ميان كاني هاي سيليكاته و ليمونيتي بر روش هاي استحصال نيكل تاثير مي گذارد.

سيليكات ها كه هم از نظر تركيب شيميايي و هم كاني شناسي ناهمگن هستند و بر روش فرآوري بسيار انعطاف پذيرتري احتياج دارند، بيشتر تحت فرآيند هاي پيرو متالورژي قرار مي گيرند.

از سوي ديگر ليمونيت ها به نسبت تركيب شيميايي و كاني شناسي همگن تري دارند و روش هيدرومتالورژي براي آنها مناسب تر است.

نوع هوازدگي كه سيليس و عناصر فلزي سنگ را در خود حل مي كند تا كانه هاي سيليكات نيكل و ليمونيتي ايجاد كند، بيشتر در شرايط آب و هواي استوايي با ميزان بارش فراوان و پوشش گياهي تجزيه شونده يافت مي شود كه دي اكسيد كربن و اسيدهاي آلي را به آب زيرزميني مي افزايند.

كانسارهاي اكسيد نيكل در حال حاضر در استراليا، برزيل، كوبا، جمهوري دومينيكن، يونان، اندونزي، فيليپين، نيوكالدونيا، يوگسلاوي، شوروي سابق و آمريكا بهره برداري مي شوند.

كانسارهاي لاتريتي اورگون و كاليفرنيا هنگامي تشكيل شدند كه آب و هواي نيمه استوايي در دوره هاي زمين شناسي قديم بر منطقه حكم فرما بوده است.

نوع بسته بندی

 نیکل موجود به صورت تخته ای و ساچمه موجود می باشد.