ГЛАВА 1. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПРИМЕНЕНИЕ НИКЕЛЯ 1.1. Свойства и применение никеля Никель — это металл серебристого цвета, довольно тяжелый в чистом виде (около 8.9 грамм/см3), имеющий комплекс уникальных физико-химических свойств. Сплавы на основе никеля обладают высокой жаропрочностью, стойкостью к длительным и весьма интенсивным механическим нагрузкам, воздействию химически-агрессивных веществ. Благодаря этому металл никель и никелевые сплавы широко используются в различных областях человеческой деятельности. Основные способы промышленного производства никеля: · Восстановление силикатной никелевой руды угольной пылью с промежуточным получением никелево-железных окатышей. В дальнейшем из полуфабрикатов прокаливанием и аммиачной обработкой удаляют примеси, а электролизом получают чистый металл. · Карбонильный способ — вместо железно-никелевых окатышей промежуточной стадией является медно-никелевый полуфабрикат, исходная руда имеет высокое содержание сульфидных соединений. Продувкой углекислым газом высокого давления из медно-никелевого штейна получают соединение Ni(CO)4. За счет высокой летучести данного соединения при его нагреве выделяется чистый металл никель. · Из оксидной руды Ni получают алюминотермическим способом, по базовой формуле 3NiO + 2Al = 3Ni +Al2O3. Метод выгоден одновременным производством никеля и алюминия. Первичный никель подразделяют на два класса: класс I и класс II. Первый класс содержит чистого никеля 99.8 %, весь остальной металл попадает во второй класс. В отличие от первого класса, содержание никеля в сплавах второго класса сильно различается: от 99.7% в электролитическом никеле, до 20-40% в ферроникелевых заготовках. По форме изготовления никель делают как в слитках, так и в порошке и гранулах, в зависимости от формы использования. Производство первичного никеля можно подразделить на две крупные группы: · высококачественный никель (катоды, брикеты, карбонильный никель, химические соединения никеля), который обладает наиболее широким спектром применения; · низкокачественный никель (ферроникель и оксид никеля), который применяется только в производстве нержавеющей стали. Марки никеля и методика их обозначения: · Н0, Н1 — Никель первичный в чистом виде (не менее 99.99%), выпускаемый в виде пластин, полос и катодных листов и предназначенный только для никелирования других металлических деталей и изделий. Метод изготовления — электролиз. · Н2, Н3, Н4 — Никель первичный с меньшей степенью чистоты, выпускаемый в виде пластин, полос катодных листов, гранул, обрезов и слитков. С ростом порядкового номера после буквы «Н» степень чистоты снижается до 99 % (у никеля марки Н4). Метод изготовления — переплавка и огневое рафинирование. · НП1, НП2, НП3, НП4 — Никель полуфабрикатный, чистотой от 99.9 до 99.0 % соответсвенно маркам, производится в виде никелевых проволок, прутков, листов, лент и полос. Является промежуточным изделиям во многих технологических циклах цветной металлургии. · НПА1 и НПА2 — Никель полуфабрикатный анодный, чистотой 99.7 и 99.0 % соответственно маркам. Марки характеризуются меньшим количеством примесей по сравнению с марками Н и НП. Выпускаются в виде полос и стержней овального сечения. · НПАН — никель полуфабрикатный анодный непассивирующийся (на поверхности листа из никеля данной марки не образуется тонкая пленка с высоким сопротивлением). Допускает небольшое содержание меди, кислорода и серы (в марках Н, НП, и НПА этих элементов быть не должно), содержание чистого никеля — не менее 99.4 %, выпускается в виде овальных стержней и полос прямоугольного сечения. · НК — никель кремниевый, с допустимым содержанием Si до 0.4 %, что обозначается как НК 0.2, НК 0.07 и т.д. · НМц — готовый к промышленному применению никелевый сплав, легированный марганцем (массовая доля Mn до 5 %). · ПНК — Порошок никелевый карбонильный (изготовлен карбонильным способом). Обширная линейка никелевых порошков с содержанием основного металла не менее 99.7 %. · ПНЭ — Порошок никелевый электролитический. Представляет собой мелкодисперсную никелево-кобальтовую смесь с нормированными значениями размеров частиц и содержанием основного металла не менее 99.5 % (ПНЭ-1) и 99.3 % (ПНЭ-2). Металл никель высокой чистоты марок Н0, Н1 и НП1 предназначен для специальных промышленных задач. Марки Н2, Н3, Н4, НП2, НП3 и НП4 используются в машиностроении и точном приборостроении. Никель НПА и НПАН предназначен для создания электролитических покрытий. Марки НМц широко применяются в производстве автомобильных свечей и других деталей для двигателей внутреннего сгорания. Порошковый никель ПНЭ и ПНК используется в технологических цепочках производства магнитов, различных фильтров, аккумуляторов, электродов, композитных клеев и в порошковой металлургии. Сегменты потребления никеля и сплавов на его основе: · Жаропрочные «суперсплавы» для космического и авиационного производства. · Никелирование других металлов как способ активного и длительного противодействия коррозии. · Производство автономных источников питания — никель-цинковых, никель-кадмиевых, железоникелевых и никель-водородных аккумуляторов, свечей для двигателей внутреннего сгорания. · Протезирование в хирургии, изготовление брекетов для стоматологических целей. · Приборостроение. Инвар с пренебрежимо малым термическим удлинением, пермаллой с высокой магнитной восприимчивостью, нихром и константан для сплавов сопротивления, алюмель в качестве компенсационных проводов — все эти и многие другие соединения никеля широко используются в точных механизмах и измерительных приборах, гальванопластике и производстве электролизных сеток. · Монетное и ювелирное производство. Кроме известных сплавов для производства разменных и юбилейных монет, никель входит в состав стандартных золотых соединений. Например, золото 585 или 785 пробы содержит лигатуру из никеля и серебра. · Восстановление изношенных узлов и агрегатов в машиностроении, производство красителей и специальных покрытий. Никель используется чаще всего не самостоятельно, а в составе сплавов с другими металлами. Сплав никеля (около 10%), железа (около 70%) и хрома (20%) является наиболее распространенным сплавом, который используется для создания нержавеющей стали. До 80% добываемого в мире никеля используется для производства нержавеющей стали, поэтому спрос на никель во многом является производным от спроса на нержавеющую сталь. Такая сталь используется в широком спектре изделий, в том числе в бытовой технике (корпуса стиральных машин, микроволновых печей, посуду и пр.) и большой количестве промышленных изделий (корабли, автомобили, медицинское оборудование, сантехника и пр). Иными словами, если спрос на обычную сталь определяется в первую очередь строительной отраслью, то спрос на нержавеющую сталь (и, как следствие, на никель) диктуется спросом на промышленное и бытовое оборудование. До 10% производимого никеля используется для производства батарей (используемых в электроавтомобилях), при этом спрос на никель может существенно вырасти по мере движения мирового сообщества к углеродной нейтральности. Надо обратить внимание, что не все существующие технологии производства батарей предполагают использование никеля в составе этого изделия. Однако никель используется в батареях NMC - наиболее многообещающей технологии, которая была создана специально для применения в электромобилях с целью удешевления их стоимости. 1.2. Стандарты и технические характеристики никеля Таблица 1.1 Физико-химические свойства никеля Физические свойства никеля | Свойство | Никель | Атомный номер | 28 | Атомная масса, а.е.м | 58,69 | Атомный диаметр, пм | 248 | Плотность, г/см³ | 8,902 | Удельная теплоемкость, Дж/(K·моль) | 0,443 | Теплопроводность, Вт/(м·K) | 90,9 | Температура плавления, °С | 1453 | Температура кипения, °С | 2730-2915 | Теплота плавления, кДж/моль | 17,61 | Теплота испарения, кДж/моль | 378,6 | Молярный объем, см³/моль | 6,6 | Группа металлов | Тяжелый металл | Химические свойства никеля | Свойство | Никель | Ковалентный радиус, пм | 115 | Радиус иона, пм | (+2e) 69 | Электроотрицательность (по Полингу): | 1,91 | Электродный потенциал: | 0 | Степени окисления: | 3, 2, 0 | Источник: по данным открытых источников информации
|