Vous êtes-vous déjà demandé pourquoi le nickel est un métal si important dans notre vie quotidienne ? Des pièces de monnaie qui se trouvent dans votre poche aux alliages à haute performance utilisés dans les moteurs à réaction, la polyvalence du nickel est inégalée. Ce guide explore la découverte, les propriétés et les diverses applications du nickel, y compris son rôle essentiel dans la création de l'acier inoxydable et des alliages à mémoire. En comprenant les caractéristiques uniques du nickel, vous comprendrez ses contributions essentielles à la technologie et à l'industrie modernes.
Le nickel a de nombreuses applications dans notre vie quotidienne, notamment dans la fabrication de pièces de monnaie et la production d'alliages. Aujourd'hui, examinons de plus près ce métal qu'est le nickel.
Le nickel se trouve dans le groupe VIII du tableau périodique, avec le fer, le cobalt, le ruthénium, le rhodium, le palladium, l'osmium, l'iridium et le platine, formant ainsi le groupe VIII. Parmi eux, le fer, le cobalt et le nickel sont appelés "éléments du groupe du fer".
L'humanité connaît et utilise le nickel depuis très longtemps. Le nickel a été utilisé pour la première fois en Chine dès le IIIe siècle avant J.-C., lorsque les Chinois ont ajouté du minerai de nickel au cuivre pour fabriquer un alliage, le cuivre blanc, utilisé pour la fonte des pièces de monnaie.
À la fin du XVIIe siècle, des mineurs allemands ont découvert un minerai brun-rouge qui présentait souvent des taches vertes à sa surface. Ajouté aux matières premières utilisées pour la fabrication du verre, il permettait de teinter le verre en vert. À l'époque, ce minerai a été confondu avec le minerai de cuivre et les métallurgistes ont essayé à plusieurs reprises d'en extraire du cuivre, mais toutes les tentatives ont échoué.
Les mineurs l'appelaient "Kupfernickel", Kupfer signifiant cuivre en allemand, et nickel signifiant un lutin trompeur, d'où Kupfernickel pourrait être traduit par "faux cuivre".
Ce n'est qu'en 1751 que le minéralogiste et chimiste suédois Cronstedt A F (1722-1765) étudie ce minéral. Après de nombreuses expériences, il isole un métal blanc du Kupfernickel et le nomme Nickel.
C'est également l'origine du nom latin du nickel, Niccolum. La première syllabe est translittérée en "nickel", dont le symbole chimique est Ni. Nous savons maintenant que le Kupfernickel est un minerai d'arséniure de nickel et que les taches vertes à sa surface sont du carbonate de nickel.
Dans le numéro d'avril 1943 du "Journal of Chemical Education" américain, un article extrait de l'International Nickel Company a été publié, intitulé "The Mysterious Paktong", dont voici un extrait :
"Il y a trois cents ans, un jour, un énorme navire marchand battu par les tempêtes et s'approchant lentement de la Tamise, se dirigeant vers le quai, rentrait à la maison ! Il y a un an, il a quitté Londres pour partir à la recherche de l'Extrême-Orient. Aujourd'hui, il est de retour, transportant des marchandises telles que du thé, de la soie et des épices.
En outre, il y avait un nouvel objet, fait de métal, qui brillait avec l'éclat doux de l'argent pur, mais ce n'était pas de l'argent, c'était un métal dur. Les Chinois l'appelaient Paktong et gardaient précieusement le secret de sa fabrication.
Après la diffusion de cet étrange métal, des générations de métallurgistes européens ont essayé d'imiter le cuivre blanc, mais ils n'ont jamais trouvé la raison de chacun de leurs échecs. Ce n'est qu'au milieu du XVIIIe siècle qu'un scientifique suédois a identifié un nouveau métal, reconnu par un autre scientifique, comme étant le métal du mystérieux alliage permettant de fabriquer du cuivre blanc. C'est ce métal que les mineurs de Saxe ont découvert et maudit comme étant du faux cuivre.
Le nickel n'est pas rare dans la croûte terrestre. Il est plus abondant que des métaux courants tels que le plomb et l'étain, mais nettement moins que le fer. Le cobalt et le nickel coexistent souvent dans la nature, les principaux minerais de cobalt et de nickel étant la cobaltite (CoAsS) et la pyrite de nickel (NiS-FeS).
Dans la nature, les minerais de nickel les plus importants sont la garniérite (arséniure de nickel) et l'arséniure de nickel (sulfarséniure). Cuba est le pays le plus connu au monde pour ses gisements de nickel. De grandes quantités de minerai de nickel se trouvent également en République dominicaine.
La teneur en nickel du soleil est de 80 ppm, celle de l'eau de mer de 0,0001 ppm et celle de la croûte terrestre de 80 ppm. Le nickel est également l'un des éléments essentiels pour les organismes, mais sa teneur dans les organismes est très faible, moins d'un dix millième, ce qui en fait un oligo-élément. Les aliments riches en nickel sont : le chocolat, les noix, les haricots secs et les céréales.
Il existe de nombreux isotopes du nickel, aux propriétés variées. En voici une liste :
| Isotopes | Abondance | Demi-vie | Mode de décroissance | Énergie de désintégration/eV | Produits de décomposition |
| 56Ni | Artificiel | 6.077天 | Capture d'électrons | 2.136 | 56Co |
| 58Ni | 68.077% | Stable | |||
| 59Ni | Artificiel | 76,000年 | Capture d'électrons | 1.072 | 59Co |
| 60Ni | 26.233% | Stable | |||
| 61Ni | 1.14% | Stable | |||
| 62Ni | 3.634% | Stable | |||
| 63Ni | Artificiel | 100.1年 | Décroissance bêta | 2.137 | 63Cu |
| 64Ni | 0.926% | Stable |
La cellule unitaire est une cellule cubique à face centrée, contenant 4 atomes de métal par cellule.
Paramètres du réseau :
(1) À température ambiante, le nickel forme un film d'oxyde dense sur sa surface à l'air humide, qui non seulement empêche toute oxydation ultérieure, mais résiste également à la corrosion par les alcalis et les solutions salines ;
(2) Le nickel en vrac ne brûle pas, le fil de nickel fin peut brûler, et les particules de nickel poreux spécialement fabriquées brûlent à l'air libre ;
(3) Lorsqu'il est chauffé, le nickel réagit violemment avec l'oxygène, le soufre, le chlore et le brome ;
(4) Le nickel en poudre fine peut absorber une quantité considérable d'hydrogène lorsqu'il est chauffé ;
(5) Le nickel se dissout lentement dans l'acide chlorhydrique dilué, l'acide sulfurique dilué et l'acide nitrique dilué, mais sa surface est passivée dans l'acide nitrique fumant. Il devient vert après dissolution dans l'acide nitrique.
Griller le minerai sulfuré enrichi en oxydes, le réduire en nickel brut avec du carbone, puis obtenir du nickel métallique pur par électrolyse.
Le minerai de sulfure de nickel réagit avec le monoxyde de carbone pour produire du nickel tétracarbonyle, qui se décompose en chauffant pour donner du nickel métallique très pur.
Le nickel métallique peut être obtenu en réduisant l'oxyde de nickel avec de l'hydrogène.
Les dix premiers pays producteurs de nickel dans le monde (production annuelle : milliers de tonnes)
| Nom du pays | 1977 | 1982 | 1987 | 1992 |
| Russie | 144.3 | 165.2 | 272.0 | 215.0 |
| Canada | 235.4 | 88.6 | 189.0 | 192.1 |
| Nouvelle-Calédonie | 109.1 | 60.1 | 56.9 | 113.1 |
| Indonésie | 14.0 | 45.9 | 57.8 | 78.1 |
| Australie | 85.8 | 87.6 | 74.6 | 64.0 |
| Chine | - | 12.0 | 25.0 | 37.0 |
| Cuba | 37.0 | 36.1 | 33.8 | 32.2 |
| Afrique du Sud | 23.0 | 22.0 | 34.3 | 28.4 |
| République dominicaine | 24.2 | 5.4 | 32.5 | 25.0 |
| Botswana | 12.1 | 17.8 | 25.9 | 23.5 |
| Sous-total des dix pays | 685.0 | 540.6 | 801.8 | 808.4 |
| Total mondial | 772.8 | 621.6 | 892.5 | 921.9 |
L'ajout de nickel à l'acier peut améliorer sa résistance mécanique. Par exemple, lorsque la teneur en nickel de l'acier passe de 2,94% à 7,04%, la résistance à la traction passe de 52,2 kg/mm 2 à 72,8 kg/mm 3 . L'acier au nickel est utilisé pour fabriquer des pièces de machines qui supportent des pressions élevées, des impacts et des charges alternatives, telles que les pales de turbines, les vilebrequins, les bielles, etc.
L'acier au nickel contenant 36% de nickel et 0,3-0,5% de carbone a un coefficient de dilatation très faible, presque pas de dilatation ou de contraction thermique, et est utilisé pour fabriquer diverses machines de précision, des jauges précises, etc. L'acier à haute teneur en nickel contenant 46% de nickel et 0,15% de carbone est appelé "Invar" car son coefficient de dilatation est similaire à celui du platine et du verre. Ce type d'acier à haute teneur en nickel peut être soudé au verre.
Il est très important dans la production d'ampoules électriques et peut être utilisé comme substitut au fil de platine. Certaines montures de lentilles de précision sont également fabriquées en acier Invar, ce qui empêche la lentille de tomber de la monture en raison de la dilatation et de la contraction thermiques. Un alliage composé de 67,5% de nickel, 16% de fer, 15% de chrome et 1,5% de manganèse présente une résistance électrique élevée et est utilisé pour fabriquer diverses résistances et radiateurs électriques.
Les alliages nickel-titane ont une capacité de "mémoire", et qui plus est, une mémoire très forte, qui leur permet de retrouver avec précision leur forme d'origine après avoir été déformés des millions de fois sur une période de temps considérable. Cette capacité de "mémoire" consiste à se souvenir de sa forme originale, d'où le nom d'"alliage à mémoire de forme".
À l'origine, cet alliage a une température de transformation caractéristique. Au-dessus de cette température de transformation, il présente un certain type de structure cristalline, et en dessous, un autre type de structure cristalline. Des structures différentes se traduisent par des propriétés différentes.
Par exemple, un alliage à mémoire de forme nickel-titane est très dur et résistant au-dessus de sa température de transformation, mais en dessous de cette température, il devient très mou et facile à travailler à froid. Ainsi, lorsque nous avons besoin qu'il se souvienne d'une certaine forme, nous le façonnons en conséquence. C'est sa forme à "mémoire permanente". En dessous de la température de transformation, parce qu'il est très mou, nous pouvons le déformer dans une large mesure à notre guise.
Et lorsqu'il doit reprendre sa forme initiale, il suffit de le chauffer au-dessus de la température de transformation. Les alliages à mémoire de forme nickel-titane sont largement utilisés dans le domaine médical, notamment dans les filtres à caillots sanguins, les tiges de correction vertébrale, les arcs orthodontiques, les clips d'anévrisme cérébral, les plaques osseuses, les articulations artificielles, les coiffes fémorales, les muscles cardiaques artificiels et les pompes miniatures pour les reins artificiels.
Le nickel est magnétique et peut être attiré par des aimants. Les alliages d'aluminium, de cobalt et de nickel ont un magnétisme encore plus fort. Lorsqu'un tel alliage est attiré par un électro-aimant, il est non seulement attiré, mais il peut également supporter un objet soixante fois plus lourd que lui sans tomber. Il peut donc être utilisé pour fabriquer des grues électromagnétiques.
Le nickel est le plus utilisé dans l'acier inoxydable, qui peut résister à la corrosion atmosphérique, à la vapeur et à l'eau, ainsi qu'à la corrosion acide, alcaline et saline. Par conséquent, l'acier inoxydable est largement utilisé dans les secteurs de la chimie, de la métallurgie, de la construction et dans diverses applications civiles, telles que la fabrication de conteneurs, de tours, de réservoirs, de pipelines, etc., qui nécessitent un soudage dans des industries telles que la pétrochimie, le textile, l'industrie légère, l'énergie nucléaire, ainsi que dans la production d'urée, de tours synthétiques, de tours de lavage, de tours de condensation, de tours de décapage de la vapeur et d'autres équipements à haute pression résistant à la corrosion.
Le nickel est également utilisé pour le nickelage, qui recouvre l'acier et d'autres substrats métalliques d'une couche superficielle durable et résistante à la corrosion, qui est 20% à 25% plus résistante à la corrosion que les couches galvanisées.
Les principaux états d'oxydation du nickel sont +2, en plus de -1, 0, +1, +3, +4, +6, etc., ce qui permet au nickel de former une variété de composés. Nous présentons ici l'oxyde de nickel, le sulfate de nickel, l'hydroxyde de nickel à haute teneur en nickel et les complexes de nickel.
Comme le nickel possède des orbitales d qui peuvent accueillir des paires d'électrons solitaires, il peut former des complexes. Les principaux types de complexes de nickel sont les suivants :
En tant que fondateur de MachineMFG, j'ai consacré plus d'une décennie de ma carrière à l'industrie métallurgique. Ma vaste expérience m'a permis de devenir un expert dans les domaines de la fabrication de tôles, de l'usinage, de l'ingénierie mécanique et des machines-outils pour les métaux. Je suis constamment en train de réfléchir, de lire et d'écrire sur ces sujets, m'efforçant constamment de rester à la pointe de mon domaine. Laissez mes connaissances et mon expertise être un atout pour votre entreprise.
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