Heb je je ooit afgevraagd waarom nikkel zo'n belangrijk metaal is in ons dagelijks leven? Van de munten in je zak tot hoogwaardige legeringen in straalmotoren, de veelzijdigheid van nikkel is ongeëvenaard. Deze gids verkent de ontdekking, eigenschappen en diverse toepassingen van nikkel, waaronder de cruciale rol van nikkel bij het maken van roestvrij staal en geheugenlegeringen. Door de unieke eigenschappen van nikkel te begrijpen, krijg je inzicht in de essentiële bijdragen van nikkel aan de moderne technologie en industrie.
Nikkel heeft een breed scala aan toepassingen in ons dagelijks leven, zoals bij het maken van munten en de productie van legeringen. Laten we dit metaal - nikkel - vandaag eens nader bekijken.
Nikkel bevindt zich samen met ijzer, kobalt, ruthenium, rhodium, palladium, osmium, iridium en platina in groep VIII van het periodiek systeem. Onder hen worden ijzer, kobalt en nikkel "elementen van de ijzergroep" genoemd.
De mensheid kent en gebruikt nikkel al heel lang. Nikkel werd voor het eerst gebruikt in China in de 3e eeuw voor Christus, toen de Chinezen nikkelerts toevoegden aan koper om een legering te maken - wit koper, dat werd gebruikt voor het gieten van munten.
Aan het einde van de 17e eeuw ontdekten Duitse mijnwerkers een roodbruin erts dat vaak groene vlekken op het oppervlak had. Wanneer dit mineraal werd toegevoegd aan de grondstoffen voor het maken van glas, kon het glas groen worden gekleurd. In die tijd werd dit mineraal aangezien voor kopererts en metaalbewerkers probeerden vele malen om er koper uit te winnen, maar alle pogingen mislukten.
De mijnwerkers noemden het "Kupfernickel," waarbij Kupfer in het Duits koper betekent en nikkel een bedrieglijke geest, vandaar dat Kupfernickel vertaald zou kunnen worden als "vals koper".
Pas in 1751 bestudeerde de Zweedse mineraloog en scheikundige Cronstedt A F (1722-1765) dit mineraal. Na talrijke experimenten isoleerde hij een wit metaal uit Kupfernickel en noemde het nikkel.
Dit is ook de oorsprong van de Latijnse naam voor nikkel, Niccolum. We vertalen de eerste lettergreep in "nikkel", met het chemische symbool Ni. Nu weten we dat Kupfernickel een nikkelarsenide-erts is en dat de groene vlekken op het oppervlak nikkelcarbonaat zijn.
In het aprilnummer 1943 van het Amerikaanse "Journal of Chemical Education" werd een artikel uit de International Nickel Company gepubliceerd, getiteld "The Mysterious Paktong", dat als volgt werd samengevat:
"Driehonderd jaar geleden, op een dag, kwam een enorm koopvaardijschip, gehavend door stormen, langzaam de rivier de Theems op, op weg naar het dok, naar huis! Een jaar geleden vertrok het vanuit Londen op zoek naar het Verre Oosten. Nu is het terug met goederen als thee, zijde en specerijen.
Bovendien was er een nieuw voorwerp, gemaakt van metaal, dat glansde met de zachte glans van puur zilver, maar het was beslist geen zilver, het was een hard metaal. De Chinezen noemden het Paktong en ze bewaakten zorgvuldig het geheim van hoe het te maken.
Na de verspreiding van dit vreemde metaal probeerden generaties Europese metaalbewerkers witkoper na te maken, maar ze vonden nooit de reden voor elke mislukking. Pas halverwege de achttiende eeuw identificeerde een Zweedse wetenschapper een nieuw metaal, erkend door een andere wetenschapper, als het metaal van de mysterieuze legering voor het maken van wit koper. Het is het metaal dat mijnwerkers in Saksen ontdekten en vervloekten als nepkoper.
Nikkel is niet schaars in de aardkorst en is overvloediger aanwezig dan gewone metalen zoals lood en tin, maar aanzienlijk minder dan ijzer. Kobalt en nikkel komen in de natuur vaak naast elkaar voor. Belangrijke kobalt- en nikkelertsen zijn kobaltiet (CoAsS) en nikkelpyriet (NiS-FeS).
In de natuur zijn de belangrijkste nikkelertsen garnieriet (nikkelarsenide) en nikkelarsenide (sulfarsenide). Cuba is het bekendste land ter wereld voor nikkelertsafzettingen. Ook in de Dominicaanse Republiek worden grote hoeveelheden nikkelerts gevonden.
Het nikkelgehalte in de zon is 80ppm, in zeewater 0,0001ppm en in de aardkorst 80ppm. Nikkel is ook een van de essentiële elementen voor organismen, maar het gehalte in organismen is zeer klein, minder dan een tienduizendste, bekend als sporenelement. Voedingsmiddelen die rijk zijn aan nikkel zijn onder andere: chocolade, noten, gedroogde bonen en granen.
Er zijn veel isotopen van nikkel, met verschillende eigenschappen. Hier is een lijst:
| Isotopen | Overvloed | Halfwaardetijd | Vervalmodus | Verval-energie/eV | Verval producten |
| 56Ni | Kunstmatig | 6.077天 | Elektronenvangst | 2.136 | 56Co |
| 58Ni | 68.077% | Stabiel | |||
| 59Ni | Kunstmatig | 76,000年 | Elektronenvangst | 1.072 | 59Co |
| 60Ni | 26.233% | Stabiel | |||
| 61Ni | 1.14% | Stabiel | |||
| 62Ni | 3.634% | Stabiel | |||
| 63Ni | Kunstmatig | 100.1年 | Bètaverval | 2.137 | 63Cu |
| 64Ni | 0.926% | Stabiel |
De eenheidscel is een kubusvormige gecentreerde cel, met 4 metaalatomen per cel.
Roosterparameters:
(1) Bij kamertemperatuur vormt nikkel in vochtige lucht een dichte oxidelaag op het oppervlak die niet alleen verdere oxidatie voorkomt, maar ook corrosie door alkaliën en zoutoplossingen tegengaat;
(2) Nikkel in bulk brandt niet, fijne nikkeldraad kan branden en speciaal gemaakte fijne poreuze nikkeldeeltjes branden wit in lucht;
(3) Bij verhitting reageert nikkel heftig met zuurstof, zwavel, chloor en broom;
(4) Fijn nikkelpoeder kan bij verhitting een aanzienlijke hoeveelheid waterstof absorberen;
(5) Nikkel lost langzaam op in verdund zoutzuur, verdund zwavelzuur en verdund salpeterzuur, maar het oppervlak wordt gepassiveerd in rokend salpeterzuur. Het wordt groen na oplossen in salpeterzuur.
Rooster het verrijkte sulfide-erts tot oxiden, reduceer het tot ruw nikkel met koolstof en verkrijg vervolgens zuiver metallisch nikkel door elektrolyse.
Nikkelsulfide-erts reageert met koolmonoxide om nikkeltetracarbonyl te produceren, dat bij verhitting ontleedt tot zeer zuiver metallisch nikkel.
Metallisch nikkel kan worden verkregen door nikkeloxide te reduceren met waterstof.
Top tien nikkelproducerende landen ter wereld (jaarlijkse productie: duizend ton)
| Land | 1977 | 1982 | 1987 | 1992 |
| Rusland | 144.3 | 165.2 | 272.0 | 215.0 |
| Canada | 235.4 | 88.6 | 189.0 | 192.1 |
| Nieuw-Caledonië | 109.1 | 60.1 | 56.9 | 113.1 |
| Indonesië | 14.0 | 45.9 | 57.8 | 78.1 |
| Australië | 85.8 | 87.6 | 74.6 | 64.0 |
| China | - | 12.0 | 25.0 | 37.0 |
| Cuba | 37.0 | 36.1 | 33.8 | 32.2 |
| Zuid-Afrika | 23.0 | 22.0 | 34.3 | 28.4 |
| Dominicaanse Republiek | 24.2 | 5.4 | 32.5 | 25.0 |
| Botswana | 12.1 | 17.8 | 25.9 | 23.5 |
| Subtotaal van tien landen | 685.0 | 540.6 | 801.8 | 808.4 |
| Wereldwijd totaal | 772.8 | 621.6 | 892.5 | 921.9 |
Nikkel toevoegen aan staal kan de mechanische sterkte verbeteren. Als het nikkelgehalte in staal bijvoorbeeld toeneemt van 2,94% tot 7,04%, neemt de treksterkte toe van 52,2 kg/mm 2 tot 72,8 kg/mm 3 . Nikkelstaal wordt gebruikt voor de productie van onderdelen van machines die hoge druk moeten weerstaan, schokken moeten weerstaan en heen en weer moeten bewegen, zoals turbinebladen, krukassen, drijfstangen, enz.
Nikkelstaal met 36% nikkel en 0,3-0,5% koolstof heeft een zeer kleine uitzettingscoëfficiënt, bijna geen thermische uitzetting of inkrimping en wordt gebruikt om verschillende precisiemachines, nauwkeurige meters, enz. te maken. Hoog nikkelstaal met 46% nikkel en 0,15% koolstof wordt "Invar" genoemd omdat de uitzettingscoëfficiënt vergelijkbaar is met die van platina en glas. Dit type hoognikkelstaal kan aan glas worden gelast.
Het is erg belangrijk bij de productie van gloeilampen en kan worden gebruikt als vervanger voor platinadraad. Sommige monturen voor precisie-brillenglazen zijn ook gemaakt van dit Invar-staal, waardoor wordt voorkomen dat de lens uit het montuur valt als gevolg van thermische uitzetting en inkrimping. Een legering van 67,5% nikkel, 16% ijzer, 15% chroom en 1,5% mangaan heeft een hoge elektrische weerstand en wordt gebruikt om verschillende weerstanden en elektrische kachels te maken.
Nikkel-titaanlegeringen hebben een "geheugen" en bovendien een zeer sterk geheugen, dat nauwkeurig terugkeert naar de oorspronkelijke vorm na miljoenen keren vervormd te zijn gedurende een aanzienlijke tijdsperiode. Dit "geheugen" herinnert zich de oorspronkelijke vorm en wordt daarom een "vormgeheugenlegering" genoemd.
Oorspronkelijk heeft deze legering een karakteristieke transformatietemperatuur. Boven deze transformatietemperatuur heeft het één type kristalstructuur en eronder een ander type kristalstructuur. Verschillende structuren resulteren in verschillende eigenschappen.
Een nikkel-titanium geheugenlegering is bijvoorbeeld erg hard en sterk boven de transformatietemperatuur, maar onder deze temperatuur wordt het erg zacht en makkelijk koud te bewerken. Dus als we willen dat het een bepaalde vorm onthoudt, geven we het de juiste vorm. Dit is de "permanent geheugen" vorm. Onder de transformatietemperatuur, omdat het erg zacht is, kunnen we het in aanzienlijke mate naar wens vervormen.
En wanneer het moet terugkeren naar zijn oorspronkelijke vorm, volstaat het om het te verwarmen tot boven de transformatietemperatuur. Vormgeheugenlegeringen van nikkel-titanium worden veel gebruikt in de medische wereld, zoals in bloedstollingsfilters, ruggengraatcorrectiestaven, orthodontische boogdraden, cerebrale aneurysmaclips, botplaten, kunstgewrichten, dijbeenkappen, kunstmatige hartspieren en miniatuurpompen voor kunstnieren.
Nikkel is magnetisch en kan worden aangetrokken door magneten. Legeringen van aluminium, kobalt en nikkel hebben een nog sterker magnetisme. Wanneer zo'n legering wordt aangetrokken door een elektromagneet, wordt deze niet alleen aangetrokken, maar kan deze ook iets van zestig keer zijn gewicht omhoog houden zonder te vallen. Het kan dus worden gebruikt om elektromagnetische kranen te maken.
Nikkel wordt het meest gebruikt in roestvrij staal, dat bestand is tegen corrosie door de atmosfeer, stoom en water, maar ook tegen zuur-, alkali- en zoutcorrosie. Daarom wordt roestvrij staal op grote schaal gebruikt in de chemische, metallurgische, bouw en diverse civiele toepassingen, zoals bij de vervaardiging van containers, torens, tanks, pijpleidingen, enz., die lassen vereisen in industrieën zoals petrochemie, textiel, lichte industrie, kernenergie; en bij de productie van ureum, synthetische torens, wastorens, condensatietorens, stoomstriptorens en andere corrosiebestendige hogedrukapparatuur.
Nikkel wordt ook gebruikt voor vernikkelen, waarbij staal en andere metalen substraten bedekt worden met een duurzame, corrosiebestendige oppervlaktelaag die 20% tot 25% corrosiebestendiger is dan gegalvaniseerde lagen.
De belangrijkste oxidatietoestanden van nikkel zijn +2, naast -1, 0, +1, +3, +4, +6, etc., waardoor nikkel een verscheidenheid aan verbindingen kan vormen. Hier worden nikkeloxide, nikkelsulfaat, nikkelhydroxide en nikkelcomplexen geïntroduceerd.
Omdat nikkel d-banen heeft die plaats bieden aan elektronenparen, kan het complexen vormen. De belangrijkste soorten nikkelcomplexen zijn als volgt:
Als oprichter van MachineMFG heb ik meer dan tien jaar van mijn carrière gewijd aan de metaalbewerkingsindustrie. Door mijn uitgebreide ervaring ben ik een expert geworden op het gebied van plaatbewerking, verspaning, werktuigbouwkunde en gereedschapsmachines voor metalen. Ik denk, lees en schrijf voortdurend over deze onderwerpen en streef er voortdurend naar om voorop te blijven lopen in mijn vakgebied. Laat mijn kennis en expertise een aanwinst zijn voor uw bedrijf.
NL 
EN 
AR 
DE 
ES 
FR 
IT 
JA 
PT 
PT_BR 
RU 
KO